[发明专利]一种收获机器人的植株行跟随方法

说明书

本发明公布了一种收获机器人的植株行跟随方法，包括在收获机器人本体正前方两侧分别设有至少两个激光雷达，并在机器人本体后端设有至少一个视觉传感器，使用激光雷达实现准确的植株识别与定位，以及植株行的方向预测，使用视觉传感器实现本体的航向角估计，从而在无需地图和定位标志物辅助的情况下，实现机器人本体对植株行的实时跟随，同时，对激光数据的聚类和曲线拟合，可以有效提升机器人环境感知的抗噪能力和自主行走的可靠性。

技术领域

本发明涉及农业装备技术领域，具体涉及一种根茎和块茎作物收获机器人的植株行跟随方法。

背景技术

我国农村正面临劳动力短缺和人力成本不断上涨的困境，智能化作业装备成为农机装备技术研究中一个新热点，特别的，我国的萝卜、大蒜、莴苣、白菜等作物的种植面积大、收获机械化率低，而现有的收获装备大多是侧挂式。侧挂式收获机械需要外部提供动力，外部动力多由拖拉机来提供，拖拉机的重量较大，会对土壤形成巨大压力，破坏土壤结构，不利于作物生长。无论是侧挂式还是自走式收获机械，都需要操作人员时刻操纵拖拉机或收获机以对准收获对象作业，加大了操作难度，而且也增加了操作员的劳动强度。尤其在长期作业时，不仅会使得操作人员倍感疲劳，而且，也容易导致收获机械漏收和损伤率上升，鉴于此，一些农机企业和研究机构针对部分作物的收获实际需求，或者研制出一些具备部分智能的收获机械，亦或是研制收获机器人以及提供无人驾驶的拖拉机等。

目前，无论是智能收获机械，还是收获机器人或者无人驾驶拖拉机，在野外作业环境中的定位与导航，均基于卫星定位技术实现。如果需要提供高精度的定位与导航，这类卫星定位设备的成本较高，而且，它容易受到环境制约，比如山谷中的卫星信号较弱，即使加入惯性导航系统等数据融合技术，也可能存在定位精度会受到地面起伏不平等干扰。另外，对于呈曲线的作物垄来讲，基于卫星导航的技术需要地图提供辅助，自动跟随植株行时的定位精度不高。特别是我国的农作物种植大多不规范，植株行呈曲线状、不规则，植株偏离行中心等现象普遍存在。即使使用无人驾驶拖拉机进行起垄，仍然不能假设植株行是线性的。

另外，还有一类场地移动机器人或室内移动机器人，或者无人驾驶汽车，使用SLAM（simultaneous localization and mapping）技术来进行定位与导航。这类技术往往成本很高或者存在应用局限性，而且，目前基于卫星定位和SLAM的定位与导航技术，都离不开地图或定位标志物的辅助，因此，很难直接应用于收获机器人的低成本、准确可靠的定位与导航问题。

所谓植株行自动跟随，是指野外环境下工作的机器人在对作业对象进行操作时，能够自动准确地感知其自身在环境中的三维空间位置，同时，能够准确感知其作业对象在三维空间中的相对位置和状态，从而正确、连续地跟随作业对象。如上所述，现有技术还不能直接应用于收获机器人的植株行自动跟随问题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种收获机器人的植株行跟随方法，使用激光雷达实现高精度的植株识别与定位，以及植株行的方向预测，使用视觉传感器实现本体的航向角估计，从而在无需地图和定位标志物辅助的情况下，实现机器人本体对植株行的实时跟随，同时，对激光数据的聚类和曲线拟合，可以有效提升机器人环境感知的抗噪能力和自主行走的可靠性。

为此本发明公布了一种收获机器人的植株行跟随方法，包括在收获机器人本体正前方两侧分别设有至少两个激光雷达，并在机器人本体后端设有至少一个视觉传感器，具体通过以下步骤实现：

S1：所述激光雷达至少包括第一激光雷达和第二激光雷达，由第一激光雷达和第二激光雷达对标定物同时进行扫描并分别采集多个激光数据点，将获得的激光数据点通过标定策略分别计算出第二激光雷达相对于第一激光雷达的偏移参数，所述偏移参数包括L、H和A，其中L和H分别代表第二激光雷达的中心相对于第一激光雷达中心在x轴和y轴上的距离，A代表第二激光雷达扫描线零度位置相对于第一激光雷达扫描线零度位置的夹角；