[發明專利]一種基于ROS無人駕駛聯合收割機激光導航系統

在審

• 申請號: 201710020218.7
• 申請日: 2017-01-04
• 公開（公告）號: CN108260401A
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 陳軍;劉美辰
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學
• 主分類號: A01D41/127
• 分類號: A01D41/127
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種基于ROS無人駕駛聯合收割機激光導航系統，主要包括激光傳感器、托盤、IMU慣性測量單元、步進電機、PC機和自動轉向裝置。所述托盤安裝在步進電機的輸出軸上，所述激光傳感器固定在托盤上、安裝于聯合收割機前沿，并通過網線接口與PC機相連，所述IMU慣性測量單元安裝在托盤上、激光傳感器后端，并通過RS232串口與PC機相連，所述PC機放在聯合收割機駕駛室內，所述自動轉向裝置包括ARM控制器、電機驅動器及方向盤控制電機。本發明基于ROS構建無人駕駛聯合收割機激光導航系統，將激光傳感器裝于車前沿，由步進電機帶動其對小麥邊界進行上下掃描，可以實現高效作業，減輕勞動強度。

技術領域

本發明涉及一種無人駕駛聯合收割機的自動導航系統，具體涉及一種基于ROS無人駕駛聯合收割機激光導航系統，屬于農業機械領域。

背景技術

自動導航技術是精準農業的一項核心技術，農業機械自動導航廣泛應用于耕作、播種、施肥、噴藥、收獲等農業生產過程。通過導航系統對周圍環境的感知，機器人能按照優化的作業路徑工作，減少重復作業區和遺漏作業區的面積，提高農業機械的田間作業質量和效率、降低駕駛員勞動強度。

隨著自動導航技術領域的快速發展，為農業機器人編寫軟件這一工作也變得越來越復雜繁重，代碼的復用性和模塊化的需求越來越強烈，而我國對于自動導航技術的研究還局限于使用單片機、嵌入式系統的封閉式開發結構。

機器人操作系統ROS作為一個開源軟件，宗旨在于構建一個能夠整合不同研究成果，實現算法發布、代碼重用的機器人軟件平臺。如今基于ROS進行軟件開發的機器人已達到95種，其范圍涵蓋移動機器人、機械手、類人機器人、無人車和無人飛行器等熱點領域，而且大部分傳感器在ROS上都得到了比較好的支持。

目前我國無人駕駛聯合收割機的自動導航技術大多基于全球定位系統導航，但因為基于全球定位系統的自動導航收割機是通過接收四顆不同衛星信號來決定車輛的位置，由于一些環境的影響，如障礙物、遠離差分信號基站、多路徑干擾等，因此有時GPS即全球定位系統會出現無法達到自動導航要求的最小偏差。

基于以上原因，需要開發一種基于ROS無人駕駛聯合收割機激光導航系統，通過激光測距原理探測農作物邊界，以擬合后的小麥收割線為導航基準線對收割機車輪左右轉角進行控制，實現無人駕駛聯合收割機的自動導航。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于ROS無人駕駛聯合收割機激光導航系統，來彌補目前基于全球定位系統的自動導航技術的不足和國內農機自動導航系統多使用單片機、嵌入式系統的封閉式開發結構的不足。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種基于ROS無人駕駛聯合收割機激光導航系統，主要包括激光傳感器1、托盤2、IMU慣性測量單元3、步進電機4、PC機5、自動轉向裝置6。其特征在于：所述托盤2安裝在步進電機4的輸出軸上，所述激光傳感器1固定在托盤2上、安裝于聯合收割機前沿，并通過網線接口與PC機5相連，所述IMU慣性測量單元3安裝在托盤2上、激光傳感器1后端，并通過RS232串口與PC機5相連，所述PC機5放在聯合收割機駕駛室內，所述自動轉向裝置6包括ARM控制器、電機驅動器及方向盤控制電機。

所述激光傳感器采用日本HOKUYO公司的激光測距傳感器UST-20LX，它可通過對小麥地的掃描確定已收割小麥和未收割小麥的邊界點。

所述PC機采用戴爾筆記本，裝有Ubuntu 12.04系統和Hydro版本ROS，編譯功能包完成對激光和IMU數據采集處理和小麥收割作業線的擬合。

所述自動轉向裝置包括ARM控制器、電機驅動器和方向盤控制電機，ARM控制器接收PC機傳來的導航指令，啟動電機驅動器轉動方向盤控制電機，實現收割機車輪左右轉角大小的控制。

所述IMU慣性測量單元采用北京星網宇達科技公司XW-IMU5220，通過對聯合收割機三軸姿態角以及加速度的計算確定激光傳感器掃描過程中俯仰角和行進過程中航向角。