[發(fā)明專利]一種農(nóng)業(yè)溫室環(huán)境的機(jī)器人定位系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011004019.5
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112113565A
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高子航;林嬋娟;畢小明;鄭金銘
• 申請（專利權(quán)）人: 溫州科技職業(yè)學(xué)院
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/18;G01D21/02;G01S17/88;G01S17/93;G01S19/42
• 代理公司: 杭州廣奧專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33334
• 代理人: 尹建民

1.一種農(nóng)業(yè)溫室環(huán)境的機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于：由SLAM機(jī)器人、遠(yuǎn)程控制臺、云監(jiān)測平臺和移動監(jiān)控端，所述SLAM機(jī)器人包括機(jī)器人主體及動力設(shè)備，所述機(jī)器人主體內(nèi)部設(shè)有中控單元，所述動力設(shè)備由中控單元實現(xiàn)控制，所述中控單元由樹莓派3B和STM32相結(jié)合組成，樹莓派3B和STM32中分別燒寫ROS系統(tǒng)和驅(qū)動程序，運行SLAM機(jī)器人的中控端程序，樹莓派3B主要負(fù)責(zé)運行EFK多傳感器姿態(tài)融合算法、激光雷達(dá)構(gòu)建地圖算法、實時避障算法以及基于深度攝像頭的圖像處理，STM32則作為大負(fù)載驅(qū)動電機(jī)的外接板，主要負(fù)責(zé)ROS里程反饋、動態(tài)PID參數(shù)調(diào)整、電機(jī)PID調(diào)整、IMU自動校正；所述中控單元包括定位信息采集單元、深度信息采集單元、障礙物檢測單元、行駛輔助單元、信號收發(fā)單元，中控端負(fù)責(zé)匯總定位信息采集單元、深度信息采集單元、障礙物檢測單元、行駛輔助單元、信號收發(fā)單元回傳數(shù)據(jù)，并向發(fā)送端發(fā)送輸出結(jié)果，并實時運算機(jī)器人狀態(tài)，向動力設(shè)備發(fā)送后續(xù)行進(jìn)命令。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)業(yè)溫室環(huán)境的機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于：所述定位信息采集單元用于SLAM機(jī)器人運行過程中采集實時環(huán)境信息，定位信息采集單元由激光雷達(dá)模塊、電流傳感器、電壓傳感器組成，電流傳感器、電壓傳感器監(jiān)測自身的運行狀態(tài)，并采集到土壤環(huán)境等數(shù)據(jù)后返回給中控單元進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理，中控單元計算傳感器返回值，并記錄入本地數(shù)據(jù)庫，以供后續(xù)對溫室環(huán)境的查詢與分析。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種農(nóng)業(yè)溫室環(huán)境的機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于：所述深度信息采集單元包括深度攝像頭模組，采集前方實時的深度圖像，并在本地存儲，同時將深度圖像實時推送給遠(yuǎn)程監(jiān)測單元，對前方深度狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控；同時，在SLAM機(jī)器人的中控單元運行即時圖像處理算法，結(jié)合改進(jìn)的深度視覺分析算法，對采集到深度圖像進(jìn)行實時圖像分析，發(fā)現(xiàn)前方障礙物時返回給中控單元，對路徑進(jìn)行重新規(guī)劃。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種農(nóng)業(yè)溫室環(huán)境的機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于：所述障礙物檢測單元由深度攝像頭模塊和激光雷達(dá)模塊組合而成，深度攝像頭模組可以通過深度數(shù)據(jù)計算出前方障礙物的大致距離，并結(jié)合激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，可對障礙物的檢測更加精準(zhǔn)，同時中控單元融合激光雷達(dá)測距結(jié)果，結(jié)合深度攝像頭返回的前方障礙物距離，組合計算作為障礙無物檢測的依據(jù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)業(yè)溫室環(huán)境的機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于：所述行駛輔助單元包括GPS模塊以及9軸IMU模塊，無人車使用GPS模塊實現(xiàn)定位功能，可以得到實時的經(jīng)度、緯度和海拔數(shù)值，IMU模塊實時監(jiān)測車體的三維運動狀態(tài)，使用陀螺儀及加速度計輸出的九軸角度加速度數(shù)值，計算出車體實時的俯仰角和橫滾角，回傳數(shù)據(jù)監(jiān)測車體在視距范圍外時的運行狀態(tài)，并將九軸加速度數(shù)據(jù)與電子羅盤輸出結(jié)合，精確計算出車體的行駛方向，經(jīng)自動導(dǎo)航算法計算后，可以精準(zhǔn)地給出車體的行駛規(guī)劃路線，并在監(jiān)測端實時觀測車體的位置、狀態(tài)和路線信息。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)業(yè)溫室環(huán)境的機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于：所述信號收發(fā)單元包括Wi-Fi通信模塊和4G傳輸模塊，Wi-Fi接收端收到控制信號后傳遞給中控單元進(jìn)行后續(xù)的分析處理，同時也可以作為發(fā)送端做出命令的反饋，通過4G傳輸模塊可與遠(yuǎn)程控制臺完成數(shù)據(jù)交互，可在4G基站覆蓋范圍內(nèi)，對當(dāng)前位置、周邊環(huán)境地圖以及不同地區(qū)的行駛的軌跡和采集到的定位信息進(jìn)行傳輸，實現(xiàn)存儲歷史行駛線路和歷史定位信息的存儲與查看。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的一種農(nóng)業(yè)溫室環(huán)境的機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于：所述遠(yuǎn)程控制臺負(fù)責(zé)對SLAM機(jī)器人進(jìn)行實時監(jiān)控、命令下發(fā)以及數(shù)據(jù)處理操作，遠(yuǎn)程控制臺是基于ROS操作系統(tǒng)之上開發(fā)的控制臺程序，提供給遠(yuǎn)程操作者可視化的界面來觀測機(jī)器人的狀態(tài)和采集到的數(shù)據(jù)，以構(gòu)建SLAM地圖，實現(xiàn)機(jī)器人定位功能。