一種農業(yè)機器人的視覺導航策略的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于農業(yè)機器人導航領域，涉及一種導航策略，特別是涉及一種農業(yè)機器人的視覺導航策略。
【背景技術】
[0002]中國是農業(yè)大國，改革開放以來，隨著科學技術的發(fā)展，農業(yè)機械的自動化與智能化水平不斷提高，農業(yè)生產朝著規(guī)?；⒅悄芑途珳驶较虿粩噙~進。具備自主導航能力的農用車輛是當下精準化農業(yè)發(fā)展的關鍵技術之一，而自主導航中的視覺導航具有信息探測范圍寬、目標信息完整、適應能力強等優(yōu)勢，成為目前農業(yè)機器人導航研究的主要方向。
[0003]現有的視覺導航系統(tǒng)中的導航路徑求取都是識別出道路的兩個邊緣，然后通過兩個邊緣擬合出道路的中間線，進而跟蹤導航。但是在農業(yè)機器人的作業(yè)環(huán)境中，農田路徑不太規(guī)則，甚至沒有兩個明顯的路徑邊緣；路徑的寬窄不一，道路比較寬的時候在攝像機視野中甚至無法同時找到兩個路徑邊緣；此外，在有些道路上機器人沿道路中心線行走并不是最佳選擇，而是應該靠路徑右邊行走；另外，在農田環(huán)境中作業(yè)時，已耕地和未耕地、已收獲和未收獲的農田邊界線經常會作為路徑邊緣用于導航，在這種情況下就很難通過找到路徑的兩個邊緣來求取路徑中間線獲取導航路徑。

【發(fā)明內容】

[0004]針對上述現有視覺導航的問題與缺陷，本發(fā)明公開了一種新的導航策略。此種導航策略基于機器視覺，通過控制預瞄點與道路右邊緣的位置關系進行導航，大大的提高了導航的實時性與簡便性。
[0005]實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:一種農業(yè)機器人的視覺導航策略，包括:預瞄點的選取模塊，DSP圖像處理模塊，單片機控制模塊，超聲波避障模塊。
[0006]預瞄點的選取模塊:預瞄點是通過模仿駕駛員的駕駛行為，人為的假設車輛前方有跟蹤的位置點，通過識別車輛前方道路中正確的預瞄點，使車輛跟蹤預瞄點的方式來引導車輛正確行駛。預瞄點的位置主要由農業(yè)機器人的行駛速度、車體的尺寸和路徑的寬度、路徑和車體的相對位置以及導航基準決定，導航基準為沿道路右邊緣行駛。
[0007]DSP圖像處理模塊:由安裝在農業(yè)機器人的最前部CXD攝像頭實時采集道路信息，經數字圖像處理器DSP將其進行灰度化、閾值分割、形態(tài)學處理后，提取出圖像中的路徑右邊緣信息與預瞄點坐標，結合攝像機的標定參數，最終確定世界坐標系中預瞄點的位置信息和跟蹤預瞄點的導航參數，并把導航參數傳送到單片機控制模塊。
[0008]單片機控制模塊:由STM32單片機負責農業(yè)機器人視覺導航系統(tǒng)中的電機控制器實現。采用模糊控制與PID控制相結合的雙?？刂破?模糊-PID混合控制器。模糊控制主要用來跟蹤路徑轉彎和曲線曲率比較大的地方，PID控制主要用于跟蹤近似直線的路徑和曲率比較小的路徑。通過指定曲率閾值制定一個控制器切換開關，在偏差大于閾值時切換為模糊控制，反之則切換為PID控制。STM32單片機在收到數字圖像處理器DSP傳來的導航參數信號后根據導航參數選擇合適的控制器，并將導航參數作為控制器的輸入，通過控制器輸出正確的控制信號來控制驅動電機，進而實現農業(yè)機器人跟蹤預瞄點自主導航。
[0009]超聲波避障模塊:超聲波傳感器用來感知道路的障礙物信息，并把障礙物信息及時傳送到單片機控制模塊，單片機控制模塊會以最高優(yōu)先級來處理障礙物信號，進行安全預警，保障農業(yè)機器人導航的安全性。
[0010]本發(fā)明的有益效果為:
[0011](I)沿道路右邊緣行駛，數字圖像處理器DSP處理圖像只需提取出路徑右邊緣信息，有效地避免了農田道路不規(guī)則等復雜環(huán)境影響，降低了計算的復雜度，極大地提高了導航的實時性。
[0012](2)通過跟蹤預瞄點進行導航，操作簡便，適用性強。
[0013](3)通過超聲波傳感器感知道路的障礙物信息，并進行安全預警，保障了農業(yè)機器人視覺導航的安全性與可靠性。
【附圖說明】
[0014]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明:
[0015]圖1為本發(fā)明實施例的總體結構框圖；
[0016]圖2為本發(fā)明的預瞄點位置示意圖；
[0017]圖3是DSP系統(tǒng)工作流程圖；
[0018]圖4是單片機控制流程圖；
[0019]圖5是超聲波傳感器控制流程圖。
【具體實施方式】
[0020]CCD攝像頭安裝在農業(yè)機器人的最前部，以一定的角度傾斜向下，主要負責采集農業(yè)機器人前方的路況信息。數字圖像處理器DSP把采集到的圖像進行實時處理后，提取出路徑右邊緣信息、預瞄點的坐標，結合攝像機的標定，最終確定世界坐標系中預瞄點的位置信息和跟蹤預瞄點的導航參數，并把導航參數傳送到單片機控制模塊，然后進一步通過控制器來控制驅動電機從而實現農業(yè)機器人的路徑跟蹤；當遇到障礙物時，超聲波傳感器會把信息傳送到單片機控制模塊，控制模塊以最高優(yōu)先級來處理障礙物信號從而確保導航的安全性。
[0021]上面以具體實施例予以說明本發(fā)明的結構及工作原理，本發(fā)明并不局限于以上實施例，根據上述的說明內容，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種農業(yè)機器人的視覺導航策略，其特征在于，包括預瞄點的選取模塊，DSP圖像處理模塊，單片機控制模塊，超聲波避障模塊四部分； 其中所述的預瞄點選取模塊，預瞄點是通過模仿駕駛員的駕駛行為，人為的假設車輛前方有跟蹤的位置點，通過識別車輛前方道路中正確的預瞄點，使車輛跟蹤預瞄點的方式來引導車輛正確行駛，預瞄點的位置主要由農業(yè)機器人的行駛速度、車體的尺寸和路徑的寬度、路徑和車體的相對位置以及導航基準決定，導航基準為沿道路右邊緣行駛； 所述的DSP圖像處理模塊，由安裝在農業(yè)機器人最前部的CCD攝像頭實時采集道路信息，經數字圖像處理器DSP將其進行灰度化、閾值分割、形態(tài)學處理后，提取出圖像中的路徑右邊緣信息與預瞄點坐標，結合攝像機的標定參數，最終確定世界坐標系中預瞄點的位置信息和跟蹤預瞄點的導航參數，并把導航參數傳送到單片機控制模塊； 所述的單片機控制模塊:STM32單片機在接收到數字圖像處理器DSP傳來的導航參數信號后，將導航參數作為模糊-PID混合控制器的輸入，并通過控制器輸出正確的控制信號來控制農業(yè)機器人的驅動電機，進而控制農業(yè)機器人跟蹤預瞄點自主導航； 所述的超聲波避障模塊:超聲波傳感器用來感知道路的障礙物信息，并把障礙物信息及時傳送到單片機控制模塊，單片機控制模塊會以最高優(yōu)先級來處理障礙物信號，進行安全預警，保障農業(yè)機器人導航的安全性。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種農業(yè)機器人的視覺導航策略，本策略包括預瞄點的選取模塊，DSP圖像處理模塊，單片機控制模塊，超聲波避障模塊。根據沿道路右邊緣行駛的導航基準，選取合適的預瞄點作為農業(yè)機器人的跟蹤對象，農業(yè)機器人行駛時，由攝像機實時采集道路的圖像信息，經DSP圖像預處理后，提取路徑的右邊緣信息，結合預瞄點與路徑右邊緣的位置關系，求取出所需的導航參數并傳遞給單片機控制模塊，進而控制農業(yè)機器人進行路徑跟蹤，并由超聲波傳感器進行安全避障處理。本導航策略跟蹤預瞄點沿道路右邊緣行駛，極大地降低了計算的復雜度，提高了實時性。通過超聲波傳感器進行安全預警，保障了視覺導航的安全可靠性。
【IPC分類】G05D1/02
【公開號】CN105182976
【申請?zhí)枴緾N201510615581
【發(fā)明人】楊福增, 王帥先, 李偉, 張夢蕓
【申請人】西北農林科技大學
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年9月17日