[發明專利]一種基于FPGA的森林防火機器人行進間避障系統

在審

• 申請號: 202111423631.0
• 申請日: 2021-11-26
• 公開（公告）號: CN114115278A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 林文樹;莊培桎;曹榮貞
• 申請（專利權）人: 東北林業大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張換男

一種基于FPGA的森林防火機器人行進間避障系統，涉及森林防火避障領域。本發明是為了解決目前的避障系統采用雙目攝像頭和CPU、GPU控制平臺并不適合森林的復雜環境，進而導致避障運算量大、運算效率低、實時性差的問題。本系統包括：FPGA控制平臺、SDRAM存儲器、傳感器、行走裝置、無線通訊系統、電源模塊和遠程控制中心。FPGA控制平臺用于處理傳感器接收的信息并發送避障指令；SDRAM存儲器用于存儲數據信息；傳感器包括雙目攝像頭和激光傳感器；行走裝置用于根據指令進行避障操作；無線通訊系統用于實現FPGA控制平臺和遠程控制中心間的通訊；電源模塊用于為系統供電；遠程控制中心用于接收無線通訊系統傳輸的圖像信息并發送指令；本發明用于森林環境避障。

技術領域

本發明森林防火避障領域，特別涉及一種基于FPGA的森林防火機器人行進間避障系統。

背景技術

森林是“地球之肺”，承擔著光合作用為地球產生氧氣及凈化空氣的重要任務，森林也為一些珍稀動物提供了天然的棲息地，為保護生物多樣性做出了巨大貢獻。目前，我國森林的面積呈逐年穩步增長的趨勢，但是如此大面積的森林一旦發生森林火災就是難以控制的特大火災，由于森林火災也犧牲了很多的消防人員。因此隨著科技展水平的進步以及智能、物聯網、移動互聯等新興技術的迅猛發展，以森林防火機器人為代表的現代化森林防火裝備應運而生，逐漸成為各國森林防火裝備研究的重點。

目前，森林防火機器人的避障系統大多是基于雙目視覺的避障系統。具體而言，在機器人平臺上設置雙目攝像頭，通過雙目攝像頭獲得前方障礙物的左圖像和右圖像，再根據左圖像和右圖像確定前方礙障物的三維位置，然后控制機器人實現避障操作。但是目前主流的基于雙目視覺的避障系統多使用CPU、GPU等通用平臺，而此類通用平臺由于本身的局限性更適用城市這種較為簡單的避障環境，在將其應用到森林進行避障時運算量會大大增加，且無法進行快速運算處理，實時性差，遠遠不能夠滿足需求。

發明內容

本發明目的是為了解決目前的避障系統采用雙目攝像頭和CPU、GPU控制平臺并不適合森林的復雜環境，進而導致避障運算量大、運算效率低、實時性差的問題，而提出了一種基于FPGA的森林防火機器人行進間避障系統。

一種基于FPGA的森林防火機器人行進間避障系統包括：FPGA控制平臺、SDRAM存儲器、傳感器、行走裝置、無線通訊系統、電源模塊和遠程控制中心；

所述FPGA控制平臺用于處理傳感器接收的信息并發送避障指令；

所述SDRAM存儲器用于存儲FPGA控制平臺發送的障礙物信息；

所述傳感器包括：雙目攝像頭和激光傳感器；所述雙目攝像頭用于采集前方障礙物的實時圖像數據；所述激光傳感器用于采集前方障礙物的距離數據；

所述無線通訊系統用于實現FPGA控制平臺和遠程控制中心間的通訊，實現數據的無線傳輸；

所述遠程控制中心用于接收無線通訊系統傳輸的現場圖像信息，并發送指令控制行走裝置進行避障操作；

所述行走裝置包括：電機和四履帶，用于在接收到FPGA控制平臺或遠程控制中心發出的指令后由電機驅動四履帶進行避障操作；

所述電源模塊用于為FPGA控制平臺和行走裝置供電；

所述FPGA控制平臺、SDRAM存儲器、傳感器、行走裝置、無線通訊系統、電源模塊搭載在機器人上；所述FPGA控制平臺的輸入端與傳感器和電源模塊的輸出端相連；所述FPGA控制平臺的輸出端與行走裝置的輸入端相連；所述行走裝置的輸入端與電源模塊的輸出端相連；所述FPGA控制平臺通過串口連接無線通訊系統；所述SDRAM存儲器與FPGA控制平臺通過I/O引腳相連；所述無線通訊系統和遠程控制中心通過基于TCP/IP或UDP協議的無線網絡相連。

本發明的有益效果為：