[发明专利]一种基于立体视觉的农田多机器人跟随耕地系统及方法

权利要求书

1.一种基于立体视觉的农田多机器人跟随耕地系统及方法，包括触屏操纵杆式控制端、立体视觉识别定位系统、无线通信系统、一台领航耕地机器人及若干跟随耕地机器人，利用多对双目摄像头的多视角立体视觉技术为机器人进行定位，使农田多机器人协调作业，其中：

所述的触屏操纵杆式控制端，用于耕地多机器人编队的控制，包括触屏显示模块、操纵杆模块、中央处理器、无线通信模块、内置电池，所述的触屏显示模块用于显示机器人状态信息、机器人摄像头图像及输入人工控制信息、田地信息，所述的操纵杆模块用于操控领航耕地机器人的开停及转向，所述的中央处理器用于处理机器人的状态信息和控制信息并生成机器人运行的控制信息，所述的无线通信模块用于接收耕地机器人传来的状态信息和控制信息并发送由所述的中央处理器发出的控制信息给耕地机器人；

所述的立体视觉识别定位系统，包括领航耕地机器人视觉系统和跟随耕地机器人视觉系统，所述的领航耕地机器人视觉系统包括四对双目摄像头、身份识别标志柱和图像处理模块，对障碍物进行识别，所述的跟随耕地机器人视觉系统包括三对双目摄像头、身份识别标志柱和图像处理模块，对被跟随机器人(领航耕地机器人或者其他跟随耕地机器人)的识别与跟踪且对跟随机器人相对于被跟随机器人进行定位；

所述的领航耕地机器人，由所述的触屏操纵杆式控制端控制，搭载所述的领航耕地机器人视觉系统、机器人控制模块和无线通信模块，进行耕地机器人编队的领航并同时进行耕地作业；所述的跟随耕地机器人，搭载所述的跟随耕地机器人视觉系统、机器人控制模块和无线通信模块，有三种自动跟随模式：左跟随作业模式、右跟随作业模式和跟随行进模式，所述的左跟随作业模式是跟随左侧机器人形成编队进行耕地作业的跟随模式，所述的右跟随作业模式是跟随右侧机器人形成编队进行耕地作业的跟随模式，所述的跟随行进模式是在道路行走时和田块中转弯时的跟随模式，三种模式由所述的触屏操纵杆式系统控制切换；所述的无线通信系统由各个耕地机器人搭载的无线通信模块和所述的触屏操纵杆式控制端的无线通信模块组成，交换状态信息和控制信息；

所述的状态信息包括：领航机器人和跟随机器人的相对位置、速度、车轮转角，视觉系统所识别出障碍物位置，耕地机作业状态信息；所述的控制信息包括：速度控制信息，转角控制信息，前进后退控制信息，紧急停机控制信息，耕地深度信息，耕地机升降控制信息。

2.权利要求1中所述的立体视觉识别定位系统，包括领航耕地机器人视觉系统四对双目摄像头的安装方式、跟随耕地机器人视觉系统三对双目摄像头的安装方式、身份识别标志柱的设置方法、识别被跟随机器人的方法；

所述的身份识别标志柱的设置方法包括：

(1)标志柱从上到下分割出三个区域，第一个区域和第三个区域各占标志柱的四分之一，第二个区域占标志柱的二分之一，用于涂装三种不同颜色；

(2)领航机器人的标志柱涂装颜色顺序从上到下为黄、红、蓝；

(3)跟随机器人的标志柱涂装颜色顺序，第一跟随机器人为黄、白、黄，第二跟随机器人为黑、白、黑，第三跟随机器人为黑、白、黄，超过三个以上的跟随机器人，颜色设置方法是：第二区域为白色，第一区域和第三区域由黑、黄、红、蓝任意一种或两种颜色组合；

所述的识别被跟随机器人的方法如下：

(1)确定被跟随机器人的身份识别标志柱的颜色组合和顺序，利用控制端预先设置在跟随机器人的控制模块中；

(2)利用立体视觉识别定位系统通过身份识别标志柱识别被跟随机器人，方法如下：

a.通过YUV颜色空间分割出红色或者白色(标志柱第二区域的颜色)色块，标记形状为长方形的色块(若干个)并编号，记录各色块上边缘和下边缘位置；

b.从上边缘往上取4×4图像块，从下边缘往下取4×4图像块对各个标记色块进行检测，匹配被跟随机器人的颜色组合和顺序，最后确定被跟随机器人的标志柱；

c.通过被确定的标志柱，计算跟随机器人和被跟随机器人的相对位置；

(3)跟随机器人从无线通信系统中获取被跟随机器人的状态信息；

(4)机器人控制模块根据状态信息与相对位置构建卡尔曼滤波器，生成跟随机器人的控制信息，机器人根据将要执行的跟随模式行驶到相对于被跟随机器人的指定位置；

(5)左跟随作业模式是将被跟随机器人锁定在左侧视野中，即使用左侧双目摄像头进行目标识别与跟踪，不进行其他摄像头拍摄图像的处理，提高图像的实时处理速率；右跟随作业模式使用右侧双目摄像头；跟随行进模式使用前方双目摄像头；跟随模式转换时，左、右、前的摄像头全启动，进行步骤(2)到(4)。