[发明专利]基于点云地图的果园作业机器人无人驾驶方法

说明书

本发明公开了一种基于点云地图的果园作业机器人无人驾驶方法，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、作业机器人在点云地图上标记出实时位置；步骤四、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，以推算机器人行进位姿，修正机器人的行进方向。本发明提供一种基于点云地图的果园作业机器人无人驾驶方法，可以让机器人在行间无GPS情况下，利用果园添加位置标签的点云地图和惯性导航辅助实现机器人精准出行、转弯和寻找下一行的功能，满足机器人在果园中连续工作的需求。

技术领域

本发明涉及导航技术领域。更具体地说，本发明涉及一种基于点云地图的果园作业机器人无人驾驶方法。

背景技术

多功能农业机器人得到广泛地应用，使得农业机器人在广阔的田野上，越来越多地代替了手工完成各种农活。农业中果园生产的任务种类繁杂，，需要大量的人力和物力，同时非精准的果园管理方式会产生大量的无效投入和生态污染，增加了水果价格。针对这些情况，研制适合果园作业的智能精准型机器人势在必行。机器人要代替人工，在果园中自主作业，环境地图的构建是机器人完成定位与自主导航的首要任务，利用构建出的地图可以帮助机器人进行路径规划、预判果树位置、完成地头转向等任务。

在果园中，机器人的自主工作需要在两行果树之间的过道内完成，即沿着过道对每棵树进行作业，一行树作业完成了则转弯到另一行过道内工作，直至走完整片果园。机器人在工作过程中，一般会位于树冠以下，如果单单依靠GPS来定位，会出现卫星信号被树冠遮挡、多路径效应和射频干扰等问题，最终导致机器人位误差较大，甚至无法定位。果园行间的距离大多只有3m左右，利用GPS很难获取精准的行间定位导航效果；电磁导航定位能有较好的定位导航效果，但是成本较高。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于点云地图的果园作业机器人无人驾驶方法，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。

优选的是，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。

优选的是，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；