[發明專利]基于視覺和多傳感器融合的智能割草機器人控制系統

有效

• 申請號: 201610098918.3
• 申請日: 2016-02-23
• 公開（公告）號: CN105612909B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 吳賀俊;饒水華
• 申請（專利權）人: 廣東順德中山大學卡內基梅隆大學國際聯合研究院;中山大學
• 主分類號: A01D34/835
• 分類號: A01D34/835;B25J9/16
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發明涉及一種基于視覺和多傳感器融合的智能割草機器人控制系統，包括主控制器、電機驅動模塊、邊界信號收發裝置和傳感器組模塊，所述電機驅動模塊包括車輪驅動模塊和割草刀片驅動模塊，所述控制系統還包括視覺識別模塊，所述傳感器組模塊包括光電碼盤傳感器和電子羅盤傳感器，所述視覺識別模塊、光電碼盤傳感器和電子羅盤傳感器均與主控制器連接。本發明由于設置有視覺識別模塊、光電碼盤傳感器和電子羅盤傳感器，可以有效地檢測出草坪中未割草區域，使割草機器人保持正常線路割草，從而避免了草坪中出現較多的未割草區域，大大提高了智能割草機器人的割草效率。

技術領域

本發明涉及智能割草機器人控制領域，更具體地說是一種基于視覺和多傳感器融合的智能割草機器人控制系統。

背景技術

草坪作為綠化、商業、體育和居民生活中必不可少的一部分，其維護美化越來越受重視。國外對草坪的種植維護十分重視，甚至將其納入法律范疇，而未來國內的草坪產業的需求和發展也必將高速發展，由此帶來的替代傳統人工維護方式的智能維護設備也將會得到大力的投入研究。

目前最常見的用于草坪維護美化的智能維護設備為智能割草機器人，現有的智能割草機器人大多采用傳感器、智能控制和模式識別等技術，集成感知、識別、決策和控制等功能，智能割草機器人能夠自主完成設定的工作任務，同時完成自身的充電維護等。基于成本和行業的限制，割草機器人的技術研究一直處于緩慢的發展中，割草機器人本體采用微控制器來接受傳感器感知的外界環境情況，進而控制牽引式或一體式的割草機械結構完成割草任務，草坪區域的邊界線采用電子籬笆或信標實現。在工作過程中，割草機器人大部分時間保持直線運動，介于草坪凹凸不平，容易偏航。這就導致割草機器人按規定的路線遍歷后經常出現偏航情況，遺留較多的未處理的區域，而重復工作將會消耗大量的時間和電能，也不能取得很好的效果。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術中的不足，提供一種提高智能割草機器人割草效率的基于視覺和多傳感器融合的智能割草機器人控制系統。

為解決現有技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種基于視覺和多傳感器融合的智能割草機器人控制系統，包括主控制器、電機驅動模塊、邊界信號收發裝置和傳感器組模塊，所述電機驅動模塊包括車輪驅動模塊和割草刀片驅動模塊，所述控制系統還包括視覺識別模塊，所述傳感器組模塊包括光電碼盤傳感器和電子羅盤傳感器，所述視覺識別模塊、光電碼盤傳感器和電子羅盤傳感器均與主控制器連接。本發明由于設置有視覺識別模塊、光電碼盤傳感器和電子羅盤傳感器，可以有效地檢測出草坪中未割草區域，使割草機器人保持正常線路割草，從而避免了草坪中出現較多的未割草區域，大大提高了智能割草機器人的割草效率。

所述主控制器為Arduino Due控制器，Arduino Due控制器是基于32位ARM核心的Arduino控制器，集成有54個數字IO口，12個模擬輸入口，4路UART硬件串口,84MHz的時鐘頻率,一個USB OTG接口,兩路ADC，兩路TWI，一個電源插座，一個SPI接口，一個JTAG接口，一個復位按鍵和一個擦寫按鍵。控制器上已經包含控制運行所需的各種部件，僅需要通過USB連接到電腦，或者通過AC-DC適配器、電池連接到電源插座就可以讓控制器開始運行。ArduinoDue控制器兼容工作在3.3V且引腳排列符合1.0 Arduino標準的Arduino擴展板，具有很好的實用性。

所述視覺識別模塊包括用于采集草坪圖像的攝像頭，至少設置兩個所述攝像頭安裝于割草機器人兩側，并且攝像頭以向下斜角度安裝，以實現整個采集圖像中的物體都位于地面。由于草坪割草前和割草后區域有明顯的顏色變化，通過兩攝像頭采集到的圖像識別后的結果即可判定出已處理區域是否有遺漏，另外如果所采集到的圖像中無明顯邊緣，此時可根據割草機工作前采集到的草坪的顏色的灰度對比判定是否是未割草的區域。鑒于割草機器人的移動速度較慢以及主控制器的處理能力有限，攝像頭圖像的采集以相對較低的頻率進行，從而達到更好的檢測識別效果。