[发明专利]基于北斗卫星定位的浇花机器人系统

权利要求书

1.一种基于北斗卫星定位的浇花机器人系统，其特征是：包括蓄电箱、水箱，水箱底部装转向轮和驱动轮，水箱上装控制系统单元，控制系统单元上装设有喷头的第一机械臂机构，控制系统单元上装设有土壤水分传感器和湿度传感器的第二机械臂机构；所述第一机械臂机构包括喷头旋转大臂组件，喷头旋转大臂组件前端装喷头旋转小臂组件，喷头旋转小臂组件前端装进行浇花的喷头，喷头由喷头旋转减速电机驱动，喷头旋转小臂组件由喷头旋转小臂减速电机驱动旋转，喷头旋转大臂组件由喷头旋转大臂减速电机驱动旋转；所述第二机械臂机构包括湿度探头旋转大臂组件，湿度探头旋转大臂组件前端装湿度探头旋转小臂组件，湿度探头旋转小臂组件前端设有土壤水分传感器和湿度传感器，湿度探头旋转大臂组件由湿度探头旋转大臂减速电机驱动，湿度探头旋转小臂组件由湿度探头旋转小臂减速电机驱动，湿度探头旋转小臂组件前端装有摄像头；控制系统单元上装超声波测距传感器；

所述控制系统包括嵌入式计算机，是控制系统的运算核心，为基于32位A9架构的ARM芯片组；嵌入式计算机接有操作面板，实现对机器人的功能操作；嵌入式计算机接有ROM和RAM储存器，用于存储程序和参数，提供程序运行内存；嵌入式计算机接有数字和模拟量输入输出，对各种状态和控制命令的输入或输出；嵌入式计算机与土壤水分传感器、湿度传感器、超声波测距传感器连接；嵌入式计算机接有通信口，实现机器人和其他设备的信息交换，有基于RS-232/RS-485的COM串口和以太网接口；

嵌入式计算机与定位系统连接，所述定位系统具有绝对坐标定位、相对定位功能；所述绝对坐标定位是采用北斗定位系统，通过北斗系统的任意四星系统所组成的定位系统，获得机器人的位置；所述相对定位功能，是采用光电编码器，通过轮系上光电编码器的数值，能精确获得当前机器人的运动位置；

所述控制系统包含三大模块：底层通讯模块，逻辑控制模块，人机交互界面；底层通讯模块：主要用于传感器/定位系统数据的采集，电机控制数字信号的输出；逻辑控制模块：浇灌逻辑控制，结合空气湿度和土壤含水量，精确匹配出当前的浇灌量，并预测下次浇灌时间；位移规划控制，通过定位信息和驱动轮的转动量，精确机器人位置，预测浇灌路径；浇灌机械臂及轮系运动控制；通过对多关节机械臂的空间位置解算，计算出机械臂各个关节控制器的运行位置；人机交互界面：通过设备运行界面，显示当前机器人的实时运行参数；通过设置界面，能设定该浇花机器人的各种控制参数或者增减不同的浇灌花卉信息，实现对机器人的最优控制。

2.根据权利要求1所述的基于北斗卫星定位的浇花机器人系统，其特征是：绝对位置定位采用北斗系统终端定位模块，当接收机收到信号时，可以比对得到接收机上时间与接收到的卫星信息显示时间之间差距，这个差距乘以光速就是你和卫星之间的距离；那么你只需要解出四个参数：在地球上的三维坐标x，y，z和钟差，观测到四个卫星，就可以构建四个方程，解出四个未知数；由于定位卫星自身的特点，无时无刻不在发送则自己的空间信息，即x、y、z的坐标信息，以及发送的准确时刻；

其中只有机器人自身的x、y、z、V_t0是未知数，其余数据均为各卫星发送的准确数据；

因此对于目前的第二代北斗卫星系统可以变成多元解方程组：

[(x₁-x)²+(y₁-y)²+(z₁-z)²]^1/2+c(V_t1-V_t0)＝D1 (1)

[(x₂-x)²+(y₂-y)²+(z₂-z)²]^1/2+c(V_t2-V_t0)＝D2 (2)

[(x₃-x)²+(y₃-y)²+(z₃-z)²]^1/2+c(V_t3-V_t0)＝D3 (3)

[(x₄-x)²+(y₄-y)²+(z₄-z)²]^1/2+c(V_t4-V_t0)＝D4 (4)

其中D1、D2、D3、D4分别为该接收机到各个卫星之间的距离，c为光速，(V_tn-V_t0)则为各个卫星发送信号与接收机信号之间的时差；通过该方程能解算出当前机器人的准确位置；x₁、x₂、x₃、x₄、y₁、y₂、y₃、y₄、z₁、z₂、z₃、z₄，分别是四个卫星在x、y、z的坐标信息。