[发明专利]基于点云地图的果园作业机器人无人驾驶方法

权利要求书

1.一种基于点云地图的果园作业机器人无人驾驶方法，其特征在于，包括：

步骤一、通过差分GPS对果园区域周边的树木树冠、路标分别进行定位，标明树木和路标的绝对位置；

步骤二、采用激光雷达扫描记录关键特征树干并记录相应特征信号，得到对应的点云地图；

步骤三、作业机器人在进入果园前，获取当前的GPS信号，以在点云地图上标记出实时位置；

步骤四、作业机器人在果园中行进时，通过激光雷达不断扫描树干信息，以对应点云地图上的GPS信号点，以在自主行进过程中实时推算机器人行进位姿，进而修正机器人的行进方向；

步骤五、作业机器人运动到果园的每行尽头时，基于点云地图选择调头模式，直到对果园所有行完成遍历。

2.如权利要求1所述的基于点云地图的果园作业机器人无人驾驶方法，其特征在于，在步骤一中，所述绝对位置的获取方式被配置为包括：

S1、数据采集，在移动机器人上设置搭载GPS天线且高于树冠的高架，在高架中部搭载激光雷达对封闭结构化的果园进行全局扫描，使每颗树干均被扫描，且扫描时GPS天线在每一树冠顶端停留时间配置为大于十秒；

S2、数据处理，移动机器人上的处理器将每一树干停留时间内的GPS点提取出来，通过粒子滤波算法剔除掉偏移点，以得到各树干绝对位置对应的GPS信号点。

3.如权利要求2所述的基于点云地图的果园作业机器人无人驾驶方法，其特征在于，在步骤二中，所述点云地图的获取方式被配置为包括：

S3、处理器计算相邻两树坐标之间的中点，将其连接起来以获得可通行路径；

S4、通过将激光雷达扫描树干与地面特征获得的点云信息bag在ros下进行播放，并使用Lio-Sam算法进行加载，将其逐帧保存下来，存为pcd文件，将最后一张文件作为地图；

S5、将GPS信号点通过选择稀疏控制点的多标记点云标注形式加入到地图中，以得到对应的点云地图。

4.如权利要求1所述的基于点云地图的果园作业机器人无人驾驶方法，其特征在于，在步骤四中，所述自主行进方式被配置为在机器人进入行间GPS信号消失后，通过激光雷达扫描树干获取相应的GPS信号点标签，通过激光雷达测量左右两侧树干距离信息，以计算出中心线位置，比对可通行节点沿中心线自主行驶。

5.如权利要求1所述的基于点云地图的果园作业机器人无人驾驶方法，其特征在于，在步骤四中，实时推算机器人行进位姿，进而修正机器人的行进方向被配置为包括：

S6、激光雷达扫描树干，通过扫描到的点云信息与点云地图进行特征匹配，以获取当前位置的GPS信息；

S7、通过将GPS信息与IMU通过与扩展卡尔曼滤波EKF进行数据融合，获得准确的定位数据，而在机器人驶出行间遮挡消失，差分GPS信号恢复后，通过定位数据矫正此时的位置信息，以使在下一步转向进行之前机器人的位姿正确。

6.如权利要求1所述的基于点云地图的果园作业机器人无人驾驶方法，其特征在于，调头模式的选择方式被配置为包括：

S8、机器人运动到果园行尽头时，通过扫描到行头两棵树的信息获得掉头信息；

S9、在机器人的雷达安装中线与行头树干平行时，检测机器人与围墙的距离，以通过扫描边界线的距离来选择半圆弧掉头法、隔行掉头法、3/4圆弧掉头法中的任意一种掉头方式进入新的行继续行驶，直到遍历所有行。