[发明专利]一种精密自动割草机分布式信标激光定位与轨迹控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及自动导引小车的定位与轨迹运动控制技术，特别涉及自动精密割草机分布式信标激光扫描定位导航、车体转角位移姿态寻位，位置坐标和角位移补偿智能轨迹控制、超声波距离测量与防撞控制技术。适合于高档草坪精密割草和对草坪美化要求较高的场合。

背景技术

传统自动导引小车的导航定位系统大多采用以铺设电磁导线或色带为导航标志的定位导向方法，这种制导方式固定，编程简单，自动导引小车只能沿着预设导线或色带的轨迹运动，缺少轨迹运动控制的灵活性。

绿色草坪是由无数生机勃勃的小草组成的“生物地毯”，精密割草的目的是在不伤害草坪草皮和根部组织的前提下，实现对草坪精整和美化，因此挖地铺设电磁导线或者在草坪上粘贴引导标识不适合精密自动割草机的定位和导向。本发明提供了一种适于精密自动割草机的分布式信标激光定位与轨迹控制系统，可以满足精密自动割草机的自动导航和运动轨迹控制的需要。

发明内容

1、发明目标

(1)本发明在总线结构上，采用由现场总线和无线通信所组成的分布式总线结构，各模块相互独立，在承担独立的工作任务的前提下，共享通信接口，这种总线结构可以减少系统的通信数据量和开发工作量。

(2)本发明要求系统集图形预处理、信标分布式激光扫描定位、自动轨迹控制、超声波测距防撞和美化草坪为一体，达到美化草坪和节能环保的目的

(3)本发明也适用于自动导引小车(AGV)等的自动导航和和轨迹控制。

2、控制原理

保证轨迹控制的准确性、稳定性和可靠性，首先进行割草机机体的转角和坐标的实时测量，并把测量的结果及时反馈给割草机的中央监控模块，由中央监控模块根据割草机的运动状态，执行运动闭环控制算法，进行对割草机坐标的自动纠偏，实现割草机轨迹运动的智能控制。

(1)基于激光水平扫描位置坐标测量原理

如图1，将智能化精密自动割草机机体(1)放置草坪地块OABC任一位置，远程信标(50)和远程信标(51)分别直立在点O(0,0)和点A(0,c)。D(x,y)为割草机激光扫描收发器(36)旋转中心坐标，在此定义为割草机机体(1)的质点位置坐标，DO、DA分别是割草机位置D到点信标的水平距离，分别通过激光扫描测距实时获取，DO＝a₁，DA＝a₂。

在△OAD中，由余弦定理可得：

Cos(γ₁)＝(c²+a₁²-a₂²)/2ca₁

则，割草机位置坐标：D(x,y)＝(a₁×sin(γ1)，a₁×cos(γ1))

DO和DA距离由激光测距获取，由此可以计算D(x,y)坐标。

(2)割草机机体水平转角测量原理(图1)

如图1，割草机机体中心轴线(52)通过点D(x,y)且与割草机机体两侧边平行。

割草机机体的转角α定义为割草机机体中心轴线(52)与Y轴垂直运动方向的夹角，其算法如下：

β₁＝90°-γ₁

α＝β2-β1

这里，α<0，表示割草机机体中心线逆时针转动α角，

α>0，表示割草机机体中心线顺时针转动α角，

α＝0，表示割草机机体中心线和y轴垂直。

β2由云台立式伺服电机上的旋转编码器A、B、Z脉冲实时获取。

(3)激光云台垂直面摆动补偿控制原理

如图2，激光扫描收发器(36)发射激光到远程信标(50)上，远程信标反馈激光到激光收发器(36)，所述激光收发器(36)测量其到远程信标的水平距离a_i。由于草坪地面的不平整，割草机在运动过程中，割草机机体在垂直平面内会发生角度偏转，这个偏转角度由安装在控制箱中的电子罗盘检测。