[發明專利]基于LabVIEW的果園機器人姿態監控系統可視化方法

在審

• 申請號: 202011316020.1
• 申請日: 2020-11-22
• 公開（公告）號: CN112130580A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 楊福增;王美茸;劉恒;卞雨觀;毛文菊
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于LabVIEW的果園機器人姿態監控系統可視化方法，其特征在于包括下位機設計方法和上位機設計方法，所述下位機設計方法包括以下步驟：

步驟1、供電系統（1）給果園機器人供電后，在電機（7）驅動下的履帶式果園機器人機身設置速度、加速度、角速度和角度等傳感器采集果園機器人的姿態數據并傳輸給單片機（3）；

步驟2、采集到的數據經過單片機（3）的數據采集模塊（2）模塊處理數據經串口通信單元（32）通過TTL通信方式傳輸至PC（4）；

步驟3、將PC（4）收到的數據通過路由模塊（8）即Wi-Fi通信模塊傳輸給位于上位機的機器人姿態監控軟件系統（5）；

步驟4、位于上位機的機器人姿態監控軟件系統（5）收到下位機采集的數據通過基于LabVIEW的果園機器人姿態監控系統（6）處理并可視化；

步驟5、操作者可通過LabVIEW平臺對果園機器人進行姿態調整，PC（4）將調整數據經路由模塊（8）、PC（4）通過TTL通信方式傳輸給下位機單片機（3）；

步驟6、單片機（3）中的控制單元（33）和串口通信單元（32）根據單片機（3）指令做出相應動作與姿態，例如果園機器人的滾動角、偏向角、速度等和攝像頭（21）的俯仰角、偏向角等。

2.根據權利要求1所述的基于LabVIEW的果園機器人姿態監控系統可視化方法，其特征在于，所述步驟1中所述供電系統（1）采用電池直接供電，以便果園機器人可以行駛更廣的范圍；所述步驟1中所述電機（7）驅動的履帶式機器人，其所述電機（7）驅動芯片采用BTS7960，其優點是驅動電流大，驅動方式簡單，電路搭建方便。

3.根據權利要求1所述的基于LabVIEW的果園機器人姿態監控系統可視化方法，其特征在于，所述步驟1中所述數據采集模塊（2）不僅需要采集果園數據信息，而且還需采取車體運行數據回傳給上位機；因此，作為傳感器的精度和穩定性尤為重要；所述步驟1中使用所述攝像頭（21）與所述超聲波傳感器（22）構成了避障模塊，所述超聲波傳感器（22）采用HCSR04，其具有精度高、體積小和使用方便的特點；所述步驟1中所述角度傳感器（23）用MMA7260傳感器芯片，其優點是體積小、靈敏度高，可以監測X，Y，Z三軸加速度值；所述MPU6050傳感器（24）集成了加速度計、陀螺儀兩個姿態傳感器，能夠在時序上更加統一；它是六軸傳感器微型系統，內含數字運動處理器，能夠直接讀出四元數姿態表達式，實時地檢測果園機器人的三軸加速度和三軸角速度。

4.根據權利要求1所述的基于LabVIEW的果園機器人姿態監控系統可視化方法，其特征在于，所述步驟1中所述單片機（3）采用STC12C5A60S2 單片機為控制核心，該控制芯片內部資源豐富，運算速率快且抗電磁干擾能力強；其功耗較低，性價比高，適合作為本系統的開發平臺。

5.根據權利要求1所述的基于LabVIEW的果園機器人姿態監控系統可視化方法，其特征在于，所述步驟2中所述數據采集模塊（2）完成傳感器循壞采集工作；所述步驟2中所述串口通信單元（32）控制單片機（3）和路由通過TTL串口建立通信；所述步驟6中控制單元（33）通過控制電機（7）、舵機和車燈實現電機（7）調速、舵機（7）轉動和車燈（7）的開斷控制。

6.根據權利要求1所述的基于LabVIEW的果園機器人姿態監控系統可視化方法，其特征在于，所述步驟3中所述路由模塊（8）的無線Wi-Fi通信模塊由路由器DB120 WG改造而來；該路由性能穩定、傳輸范圍廣且支持OpenWrt；OpenWrt是一個基于Linux的開源路由固件，提供了一個完全可寫的文件系統和軟件包管理；為了滿足本系統設計要求，對路由進行固件升級，刷新ser2net和MJPG Streamer固件；Ser2net可以將Wi-Fi模塊所接收到的來自上位機的控制數據，由網絡數據轉化成串行數據傳至所述單片機（3），進而實現相應的控制操作；MJPG Streamer 固件可以通過HTTP的形式訪問Linux系統，從而可以使所述攝像頭（21）采集的視頻信息通過TCP／IP網絡協議傳輸到上位機進行顯示。

7.根據權利要求1所述的基于LabVIEW的果園機器人姿態監控系統可視化方法，其特征在于，所述步驟4中所述機器人姿態監控軟件系統（5）包括登陸界面、通信模塊、可視化三維顯示界面、姿態控制界面、報警界面和數據可視化界面。