[发明专利]一种视觉导航的设施大棚管理机器人及其控制方法

权利要求书

1.一种视觉导航的设施大棚管理机器人，其特征在于：包括机架、机轮、视觉导航模块，控制系统、动力系统、传动系统以及载具安装机构；

所述机轮安装于机架下方；

所述视觉导航模块设置于机架前端，与控制系统连接；

所述动力系统设置于机架上，其与传动系统连接；

所述传动系统设置于机架上，其与载具安装机构连接；

所述载具安装机构设置于机架后端；

所述控制系统设置于机架上、与动力系统、传动系统和载具安装机构连接。

2.根据权利要求1所述的一种视觉导航的设施大棚管理机器人，其特征在于：所述控制系统包括工控机、转向控制器和载具控制器；所述工控机与视觉导航模块、转向控制器和动力系统连接；所述动力系统通过传动系统与与载具控制器和机轮连接，所述转向控制器安装于扶手上，与工控机和机轮连接，载具控制器与载具连接。

3.根据权利要求2所述的一种视觉导航的设施大棚管理机器人，其特征在于：所述转向控制器为电推杆，所述电推杆有两个，分别安装于机架左右两个扶手上，并分别与左侧和右侧机轮连接。

4.根据权利要求2所述的一种视觉导航的设施大棚管理机器人，其特征在于：所述传动系统包括V带和变速箱，所述动力系统输出轮通过V带与所述变速箱输入轮连接，所述变速箱与机轮和载具控制器连接。

5.根据权利要求2所述的一种视觉导航的设施大棚管理机器人，其特征在于：所述载具控制器包括齿轮泵和液压机构，所述齿轮泵与液压机构连接，所述液压机构与载具连接。

6.根据权利要求1所述的一种视觉导航的设施大棚管理机器人，其特征在于：所述视觉导航模块包括导航摄像头和超声波防撞机构。

7.根据权利要求1所述的一种视觉导航的设施大棚管理机器人，其特征在于：所述动力系统为三相交流异步电机。

8.根据权利要求1所述的一种视觉导航的设施大棚管理机器人，其特征在于：所述载具安装机构包括三点悬挂机构和载具支撑轴，所述三点悬挂机构设置于机架后端，扶手下方；所述载具支撑轴固定安装于机架底部，与三点悬挂机构一起用于固定载具。

9.一种基于权利要求1-8任一项所述的视觉导航的设施大棚管理机器人的控制方法，其特征在于，该方法包括：

视觉导航模块对图像信息进行采集，利用导航摄像头实时检测温室大棚内植株行的图像数据，提供周围360°范围内信息的图像数据，并将这些图像数据信息反馈给工控机；

工控机进行图像信息处理，并控制管理机器人执行相应的动作，工控机对接收到的图像数据信息进行图像灰度化、降噪处理，并应用最小二乘法对导航路径进行拟合，控制管理机的转向，依靠扶手上的两个电推杆来执行管理机的转向，实现准直线自主行走；同时控制液压机构控制载具的上下移动。

10.根据权利要求9所述的一种基于视觉导航的设施大棚管理机器人的控制方法，其特征在于，该控制方法具体为：

(1)工控机串口初始化，检测驱动器，管理机视觉导航模块初始化；

(2)视觉导航模块系统启动定时器，管理机导航模式开启，工控机首先通过导航摄像头采集的大棚内农作物图像信息来确定管理机位置坐标及航向信息；然后工控机对图像信息进行处理，并提取视觉导航参数，在色彩空间对目标点进行二值化处理；最后再根据图像信息以及确定的管理机位置坐标和航向信息进行决策分析，进而实现自主导航；

(3)工控机对处理后的数据信息进行路径规划和运动学求解，提取出合适的导航路线，并应用最小二乘法计算出从航线到基准线的偏移量，从而换算为管理机左右轮的速度差值，实现方向控制；

(4)当导航线像素点数小于20时，如果工控机检测到超声波壁障，则小车继续行走；若工控机检测到大棚内植株行特征逐渐减少至消失，说明管理机到达地头，整个任务结束，小车停止行走；

(5)启动导航模式的同时，人工设置是否开启超声波防撞机构，如果启动，则超声波防撞机构将对前方范围内障碍物进行实时监测，如果检测到障碍物，则发送命令1，进行程序控制避障；如果没有检测到障碍物，则发送命令2，继续读取一帧图像，重复步骤(2)-(4)直至任务结束。