[發明專利]一種基于ROS與圖像處理的尋苗行走系統及其方法

有效

• 申請號: 202110712896.6
• 申請日: 2021-06-25
• 公開（公告）號: CN113381667B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 王強;鄭昊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02P23/00
• 分類號: H02P23/00;H02P23/14;H02P23/16;G06T5/30;G06T7/70
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 孫莉莉

本發明提出一種基于ROS與圖像處理的尋苗行走系統及其方法，所述系統包括攝像頭、上位機模塊、電機控制系統和ROS系統；所述攝像頭來獲取圖像信息，所述上位機模塊獲取并處理圖像信息，所述電機控制系統與上位機模塊通過ROS系統進行通訊，獲取控制信息，輸出控制信號控制電機旋轉，控制車體行走。本發明可以實現小車機器人四輪分跨田壟兩側，在田地中根據前方苗的位置，尋找定位作物所在直線，并且能夠實時根據直線與自身前進方向的偏差，進行方向調整，從而實現循著作物行走的效果。

技術領域

本發明屬于圖像處理、電機控制技術領域，特別是涉及一種基于ROS與圖像處理的尋苗行走系統及其方法。

背景技術

圖像處理技術是利用計算機將獲取得到的圖像進行處理的技術，主要包括圖像分割、圖像識別、圖像增強和復原等。利用圖像處理技術，可以讓機械獲得“眼睛”，獲取視覺這一重要信息，從而更加方便準確地對機械進行控制。

機械的行動則離不開電機。通過對電機旋轉方向、旋轉速度的精確控制，可以實現對機械運動的精確控制。本系統使用的直流電機控制起來相對簡單，常用的控制方法是PWM(脈沖寬度調制)技術，其原理是對逆變電路開關器件的通斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。也就是在輸出波形的半個周期中產生多個脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出平滑且低次諧波少。按一定的規則對各脈沖的寬度進行調制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率，通過改變PWM信號的占空比可以控制電機旋轉的速度，改變PWM信號的正負輸出來控制電機旋轉的方向。在行走控制系統中，往往利用雙輪差速的方式來進行方向調節。

普通的開環控制并不穩定，我們通常需要加入反饋實現閉環控制。我們使用的，也是最常用的是“比例積分微分控制”，簡稱PID控制。它根據給定值和實際輸出值構成控制偏差，將偏差按比例、積分和微分通過線性組合構成控制量，對被控對象進行控制。

ROS(機器人操作系統)是用于編寫機器人軟件程序的一種具有高度靈活性的軟件架構。ROS系統提供了一種發布-訂閱式通信框架，用以簡單、快速地構建分布式計算系。

發明內容

本發明是為了實現小車機器人四輪分跨田壟兩側，在田壟中可以在無需人員操作的情況下，自主尋找定位前方苗線，并且能夠沿著苗線進行行走的功能，從而提供了一種基于ROS與圖像處理的尋苗行走系統及其方法。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明提出一種基于ROS與圖像處理的尋苗行走系統，所述系統包括攝像頭、上位機模塊、電機控制系統和ROS系統；所述攝像頭來獲取圖像信息，所述上位機模塊獲取并處理圖像信息，所述電機控制系統與上位機模塊通過ROS系統進行通訊，獲取控制信息，輸出控制信號控制電機旋轉，控制車體行走。

進一步地，所述上位機模塊使用的是樹莓派4B,通過程序編寫對應的上位機控制模塊，該上位機控制模塊包括：

用于接收攝像頭獲取的實時圖像信息的圖像接收模塊；

用于處理圖像信息，獲取作物位置信息，進而獲取作物所在路徑直線信息，計算得到路徑直線偏角度與偏移量的圖像處理模塊；

用于向電機控制系統發送偏角度與偏移量的控制信息發送模塊；

用于對電機控制系統發送的應答信息進行接收的應答信息接收模塊。

進一步地，所述電機控制系統包括開發板和電機驅動板，在所述開發板內，通過程序編寫電機控制模塊，該電機控制模塊包括：

用于對上位機模塊發送的偏角度與偏移量進行接收的控制信息接收模塊；

用于將偏角度與偏移量轉化為控制信號的控制信息處理模塊；

用于向電機驅動板發送控制信號的控制信號發送模塊；

用于測量并且獲取電機當前轉速的編碼器模塊；