[发明专利]一种果园机械导航系统

说明书

技术领域

本发明涉及果园机械导航技术领域，尤其涉及一种果园机械导航系统。

背景技术

自动导航技术是智能化果园作业装备开发的关键技术之一。GPS信号在果园中会受到果树树冠的阻挡，因此，以GPS为主要传感器的导航系统在果园中应用具有局限性。目前存在的果园机械导航系统有机械导航系统、电磁导航系统、视觉导航系统和超声波导航系统等。机械导航系统存在不能完全解放劳动力的缺点；电磁导航系统存在结构和位置计算复杂，改造和维护困难的缺点；由于果园环境复杂，呈现非结构化的特点，同时果园中存在多种随机噪声信号，因此，视觉导航系统和超声波导航系统都容易受到外界环境的干扰，造成误差较大。因此，研制一种新型的适合于果园特殊环境的导航系统对智能化果园作业装备的开发具有重要意义。

CAN总线技术作为一种有效支持实时分布式控制的串行通信网络，具有高的可靠性和实时性，目前，CAN总线广泛应用在离散控制领域。由于计算机技术、电子技术和控制技术在导航中的普遍应用，对传感器、控制单元和处理器之间的数据传输提出了新的要求，同时考虑到导航系统应具有可扩展性，使得将CAN总线引入果园机械导航具有重要意义。

目前果园机械导航多采用工控机或个人计算机作为导航任务处理器，但其体积较大，且需要交流电源供电，给果园机械导航系统的研究开发带来不便。

发明内容

本发明的目的在于克服现有果园机械导航系统的缺点，提供一种体积小、可扩展、高精度、具有自适应功能的果园机械导航系统。

本发明的一种果园机械导航系统，由嵌入式计算机、二维激光扫描仪、速度检测单元、角度检测单元、GPS接收处理单元、转向控制单元带组成。

所述嵌入式计算机作为上位机，角度检测单元、速度检测单元、GPS接收处理单元、转向控制单元之间均为下位机，上位机与下位机之间，下位机各单元之间均采用CAN总线进行连接，形成分布式控制系统。

果园机械本体在果树行间行走时，激光扫描仪，角度检测单元，速度检测单元将检测得到的信息传送给嵌入式计算机；果园机械在果园地头转弯和道路运输时，GPS接收处理单元、角度检测单元和速度检测单元检测得到的信息传送给嵌入式计算机；嵌入式计算机运行路径规划算法和导航控制算法后，将控制指令传送给转向控制单元，转向控制单元控制果园机械本体转向。

所述角度检测单元由角度传感器、带CAN通讯功能的微处理器1、CAN总线驱动器1、电源转换电路1组成。

所述速度检测单元由速度传感器、带CAN通讯功能的微处理器2、CAN总线收发器2、电源转换电路2组成。

所述GPS接收处理单由GPS传感器、带CAN通讯功能的微处理器3、CAN总线驱动器3、电源转换电路3组成。

所述转向控制单元由伺服电机驱动器、伺服电机、带CAN通讯功能的微处理器4、CAN总线收发器4、电源转换电路4组成。

所述GPS接收处理单元中，GPS传感器通过RS232串口将果园机械位置信息传送给微处理器3；转向检测单元中，微处理器4通过RS232串口向伺服电机驱动器发送控制指令。

所述二维激光扫描仪将扫描的果树位置信息通过RS232串口传送给嵌入式计算机。

本发明与现有果园机械导航系统相比具有如下优点和效果：

1）本发明采用CAN总线系统连接各检测单元和控制单元，基于ISO11783协议在总线上传输信息，形成分布式控制系统，可在总线上添加检测和控制单元，为将来导航系统功能的扩展提供了方便。

2）本发明提出分段导航：在果树行间时，利用激光扫描仪获取果树位置信息，结合角度单元和速度单元提供的角度和速度信息，引导果园机械在果树行间行走；当果园机械在地头转弯和道路运输时，利用GPS接收处理单元获取果园机械位置信息，结合角度和速度单元提供的角度和速度信息，引导果园机械在果树行间行走，通过分段导航，有效利用导航系统中各传感器的特点，使得果园机械导航系统能有更高的精度和适应性。

3）本发明控制终端采用嵌入式计算机，具有直流供电、处理速度快、功耗小等特点，有效地降低了导航系统的体积和功耗，能够促进果园机械导航系统的实际应用。

附图说明

图1为果园机械导航系统结构框图；

图2为角度检测单元电气原理图；

图3为速度检测单元电气原理图；

图4为GPS接收处理单元电气原理图；

图5为转向控制单元电气原理图。

具体实施方式

下面结合附图举例，对本发明作更详细地描述。