[發明專利]一種農業溫室環境的機器人定位系統

在審

• 申請號: 202011004019.5
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112113565A
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 高子航;林嬋娟;畢小明;鄭金銘
• 申請（專利權）人: 溫州科技職業學院
• 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所(特殊普通合伙) 33334
• 代理人: 尹建民

本發明公開了一種農業溫室環境的機器人定位系統，由SLAM機器人、遠程控制臺、云監測平臺和移動監控端，所述SLAM機器人包括機器人主體及動力設備，所述機器人主體內部設有中控單元，所述動力設備由中控單元實現控制，所述中控單元由樹莓派3B和STM32相結合組成，樹莓派3B和STM32中分別燒寫ROS系統和驅動程序，運行SLAM機器人的中控端程序，樹莓派3B主要負責運行EFK多傳感器姿態融合算法、激光雷達構建地圖算法、實時避障算法以及基于深度攝像頭的圖像處理，本發明能實現避障，具有路徑規劃功能，對位置、障礙物的檢測具備足夠的精度，能達到在溫室大棚等常見農業環境中的定位需求。

技術領域

本發明涉及一種農業溫室環境的機器人定位系統。

背景技術

在傳統農業環境定位系統中，通常采用自動尋線、無線定位等導航系統，通過部署系統固定的監測節點，在一定的農業溫室范圍內部署大量定位節點，實時監測農業環境關鍵位置或隨機選取的樣本點定位數據，最終匯聚至服務器以實現定位功能。各個節點之間通過無線射頻技術進行數據通信，使用Wi-Fi等無線通信協議組網，定位節點將所測數據發送到后臺服務器，進行后續的數據處理等工作。但在農業溫室環境下，自動尋線以及無線定位導航系統會受到覆蓋面積限制和農作物信號干擾，無法適應多變的農業環境。且系統運行時，為實現農業溫室大棚的完整覆蓋，通常需鋪設大量節點(包括一系列錨節點)以滿足定位需求，因此會導致成本迅速攀升。

當前研發的定位機器人主要應用于科研領域，搭載高精度傳感器、高精度雷達等設備，設備復雜成本高昂，多用于科研、軍事等領域。由于運行在野外農田等復雜環境中，有在惡劣條件下運行需求，因此設計的定位機器人體積大、馬力強、轉速快，增加了大量額外能耗，需要搭載高功率電池模組以保證機器人的長時間穩定運行，增加了機器人的制造成本，同時也降低了定位過程中的靈活性，因此需要對現有的方式進行改進，重新研發一款農業溫室環境的機器人定位系統。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種能實現避障，具有路徑規劃功能，總體成本低，對位置、障礙物的檢測具備足夠的精度，能達到在溫室大棚等常見農業環境中的定位需求，具有實用性和使用廣泛性的農業溫室環境的機器人定位系統。

為解決上述問題，本發明采用如下技術方案：

一種農業溫室環境的機器人定位系統，由SLAM機器人、遠程控制臺、云監測平臺和移動監控端，所述SLAM機器人包括機器人主體及動力設備，所述機器人主體內部設有中控單元，所述動力設備由中控單元實現控制，所述中控單元由樹莓派3B和STM32相結合組成，樹莓派3B和STM32中分別燒寫ROS系統和驅動程序，運行SLAM機器人的中控端程序，樹莓派3B主要負責運行EFK多傳感器姿態融合算法、激光雷達構建地圖算法、實時避障算法以及基于深度攝像頭的圖像處理，STM32則作為大負載驅動電機的外接板，主要負責ROS里程反饋、動態PID參數調整、電機PID調整、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、信號收發單元，中控端負責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、信號收發單元回傳數據，并向發送端發送輸出結果，并實時運算機器人狀態，向動力設備發送后續行進命令。

優選的，所述定位信息采集單元用于SLAM機器人運行過程中采集實時環境信息，定位信息采集單元由激光雷達模塊、電流傳感器、電壓傳感器組成，電流傳感器、電壓傳感器監測自身的運行狀態，并采集到土壤環境等數據后返回給中控單元進行進一步的數據處理，中控單元計算傳感器返回值，并記錄入本地數據庫，以供后續對溫室環境的查詢與分析。

優選的，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程監測單元，對前方深度狀態進行實時監控；同時，在SLAM機器人的中控單元運行即時圖像處理算法，結合改進的深度視覺分析算法，對采集到深度圖像進行實時圖像分析，發現前方障礙物時返回給中控單元，對路徑進行重新規劃。