[發(fā)明專利]一種多源信息融合農(nóng)業(yè)機器人動態(tài)障礙物檢測系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN108931976A
• 公開（公告）日: 2018-12-04
• 發(fā)明（設計）人: 陳軍;劉美辰
• 申請（專利權）人: 西北農(nóng)林科技大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開一種多源信息融合農(nóng)業(yè)機器人動態(tài)障礙物檢測系統(tǒng)，主要包括北斗、慣性傳感器、激光傳感器和PC機。其特征在于：所述北斗安裝在農(nóng)業(yè)機器人頂端，沿中心線放置，并通過RS232接口與PC機相連；所述慣性傳感器沿農(nóng)業(yè)機器人頂端中心線安裝，并通過USB接口與PC機相連；所述激光傳感器安裝在農(nóng)業(yè)機器人正前方，并通過網(wǎng)口與PC機相連。本發(fā)明區(qū)別于現(xiàn)有技術，采用傳感器信息融合技術檢測動態(tài)障礙物，可實現(xiàn)對動態(tài)障礙物的識別，保證農(nóng)業(yè)機器人能夠在非結構化的農(nóng)田環(huán)境下靈活自主的行走，避免與動態(tài)障礙物的碰撞。

技術領域

本發(fā)明涉及一種農(nóng)業(yè)機器人動態(tài)障礙物檢測系統(tǒng)，具體涉及一種基于多傳感器信息的動態(tài)障礙物檢測系統(tǒng)，屬于農(nóng)業(yè)機械領域。

背景技術

農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要支撐。復雜農(nóng)田環(huán)境給農(nóng)業(yè)自主機器人的行走增加了困難，為保證農(nóng)業(yè)機器人能夠在非結構化的農(nóng)田環(huán)境下靈活自主的行走，一個關鍵的技術就是準確地判斷農(nóng)田中障礙物的方位以及機器人與障礙物之間的相對位置，即動態(tài)障礙物檢測技術。

動態(tài)障礙物檢測就是要從障礙物地圖的原始信息中，尋找、跟蹤和預測動態(tài)障礙物。農(nóng)田動態(tài)障礙物為一切正在運動或即將要運動的，且當前位置或預測位置在農(nóng)業(yè)機器人移動范圍內的物體，如農(nóng)用車、人等。

本發(fā)明提供一種農(nóng)業(yè)機器人動態(tài)障礙物檢測系統(tǒng)，融合激光傳感器、北斗和慣性測量單元等傳感器信息，解決農(nóng)業(yè)機器人對動態(tài)障礙物的識別和檢測問題。

發(fā)明內容

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是一種多源信息融合農(nóng)業(yè)機器人動態(tài)障礙物檢測系統(tǒng)，主要包括北斗1、慣性傳感器2、激光傳感器3和PC機4。其特征在于：所述北斗1安裝在農(nóng)業(yè)機器人頂端，沿中心線放置，并通過RS232接口與PC機4相連；所述慣性傳感器2沿農(nóng)業(yè)機器人頂端中心線安裝，并通過USB接口與PC機4相連；所述激光傳感器3安裝在農(nóng)業(yè)機器人正前方，并通過網(wǎng)口與PC機4相連。

所述北斗1和慣性傳感器2實時獲取農(nóng)業(yè)機器人位置和姿態(tài)信息后，將信號發(fā)送給PC機4進行儲存和計算；所述PC機4先將北斗的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)轉化為高斯克呂格平面坐標，再用卡爾曼濾波算法融合北斗1的位置數(shù)據(jù)和慣性傳感器2的姿態(tài)數(shù)據(jù)，計算出農(nóng)業(yè)機器人各時刻的平面坐標；所述激光傳感器3實時檢測農(nóng)業(yè)機器人與障礙物之間的相對位置信息，將信號發(fā)送給PC機4進行儲存和計算；所述PC機根據(jù)得到的各時刻農(nóng)業(yè)機器人平面坐標和其與障礙物之間的相對位置信息，利用布沙爾模型進行相對坐標轉換，計算出農(nóng)田中障礙物的方位及絕對位置坐標，分析相鄰采樣周期內同一障礙物絕對位置，就可區(qū)分靜、動態(tài)障礙物，并能計算出動態(tài)障礙物運動矢量。

所述北斗采用北京星網(wǎng)宇達科技公司XW-GI5610，它可以通過接收四顆不同衛(wèi)星信號來確定農(nóng)業(yè)機器人的位置信息。

所述慣性傳感器采用北京星網(wǎng)宇達科技公司XW-IMU5220，它可以通過對農(nóng)業(yè)機器人三軸姿態(tài)角以及加速度的計算確定農(nóng)業(yè)機器人的姿態(tài)信息。

所述激光傳感器采用日本HOKUYO公司的激光測距傳感器UST-20LX，它可通過對農(nóng)田環(huán)境的掃描獲取各時刻障礙物的信息。

該基于多傳感器信息的農(nóng)業(yè)機器人動態(tài)障礙物檢測系統(tǒng)的工作步驟主要是：

首先，北斗和慣性傳感器將檢測的農(nóng)業(yè)機器人位置和姿態(tài)信號發(fā)送給PC機進行儲存；

其次，PC機先將北斗的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)轉化為高斯克呂格平面坐標，再用卡爾曼濾波算法融合北斗的位置數(shù)據(jù)和慣性傳感器的姿態(tài)數(shù)據(jù)，計算出農(nóng)業(yè)機器人各時刻的平面坐標；

接著，激光傳感器將檢測得到的農(nóng)業(yè)機器人與障礙物之間的相對位置信息發(fā)送給PC機，PC機根據(jù)得到的各時刻農(nóng)業(yè)機器人平面坐標和其與障礙物之間的相對位置信息，利用布沙爾模型進行相對坐標轉換，計算出農(nóng)田中障礙物的方位及絕對位置坐標。