[发明专利]一种果园移动机器人及其自主导航方法

权利要求书

1.一种果园移动机器人，包括动力底盘和上位机，其特征在于，还包括位姿模块、驱动模块、驱动电机和电推杆；

所述位姿模块，包括GPS传感器、二维激光雷达传感器、航姿参考模块和编码器；

所述上位机，用于采集在采样时间间隔内所述位姿模块输出的GPS传感器数据、二维激光雷达传感器数据、航姿参考模块数据和编码器数据，并融合成当前时刻果园移动机器人的位姿信息；根据所述位姿信息在全局路径规划下筛选出最优路径，并在局部路径规划下控制果园移动机器人进行往返自主导航，同时通过所述驱动模块实现驱动电机和电推杆控制所述动力底盘在采样时间间隔内的移动距离和旋转角度；

所述上位机，根据所述位姿信息在全局路径规划下筛选出最优路径，并在局部路径规划下控制果园移动机器人进行往返自主导航，包括：

上位机实时获取果园移动机器人的当前位置点，并根据最优路径的弯曲程度判断当前位置点所处路径状态，同时选择相应的前视距离与车速；

上位机根据前视距离与车速跟踪当前位置点的预瞄点，并通过二维激光雷达传感器判断当前路径是否存在障碍物；

若存在，则基于局部路径规划判断是否到达当前路径所处线段的目标节点:是则结束本次预瞄点的跟踪，并进行下一次预瞄点跟踪，否则根据障碍物选择相应的模糊控制函数控制所述动力底盘绕行所述障碍物，以实现自主导航到达当前路径所处线段的目标节点；

若不存在，则结束本次预瞄点的跟踪后进行下一次预瞄点跟踪，直至实现动力底盘的自主导航至最终位置点；

所述上位机根据前视距离与车速跟踪当前位置点的预瞄点，包括：

所述上位机基于路径节点设置的带权有向往返路径拓扑图获得任意节点坐标后得到所述当前位置点所在的规划路径线段；

所述上位机将当前位置点的坐标沿着当前航向角方向加上前视距离得到前视点；

所述上位机将所述前视点在下一规划路径线段上投影后得到预瞄点，同时根据所述车速控制所述驱动模块实现驱动电机和电推杆的速度和方向实现预瞄点的跟踪。

2.根据权利要求1所述的果园移动机器人，其特征在于，所述驱动模块包括直流电机驱动模块和电推杆驱动模块，分别用于控制所述驱动电机和电推杆的速度和方向，以实现通过所述驱动电机和电推杆控制所述动力底盘的移动距离和旋转角度；

所述编码器，包括分别安装在所述动力底盘的前置左、右轮的车轮编码器和电推杆编码器。

3.根据权利要求1所述的果园移动机器人，其特征在于，所述上位机根据障碍物选择相应的模糊控制函数控制所述动力底盘绕行所述障碍物，包括：

所述上位机获取二维激光雷达传感器基于局部路径规划上的最优路径最近路径节点检测到的障碍物；

所述上位机根据检测到的障碍物进行实时分布判断，并根据分布判断结果选择相应的模糊控制函数；

所述上位机根据选择的模糊控制函数控制所述驱动模块实现驱动电机的正反转向和电推杆的伸缩方向，使得所述动力底盘绕行所述障碍物。

4.根据权利要求1所述的果园移动机器人，其特征在于，所述上位机，通过所述驱动模块实现驱动电机和电推杆控制所述动力底盘在采样时间间隔内的移动距离和旋转角度，包括：

上位机根据所述编码器输出的脉冲数得到在采样时间间隔内所述动力底盘的前置左、右轮以及电推杆的位移；

上位机根据在采样时间间隔内所述动力底盘的前置左、右轮以及电推杆的位移通过所述驱动模块分别控制所述动力底盘在采样时间间隔内的移动距离和旋转角度。

5.根据权利要求4所述的果园移动机器人，其特征在于，所述上位机根据所述编码器输出的脉冲数得到在采样时间间隔内所述动力底盘的前置左、右轮以及电推杆的位移，其公式如下：

其中，Δd_L,Δd_R,Δl_S分别为在采样时间间隔Δt内所述前置左、右轮以及所述电推杆的位移，N_l,N_r,N_s分别为在采样时间间隔Δt内前四驱动轮的前置左、右轮及所述电推杆上的编码器输出的脉冲数，p和q分别为所述编码器的线数和相数，r为驱动轮半径，n为所述电推杆的行程比。