[发明专利]一种果园移动机器人及其自主导航方法

说明书

本发明提供一种果园移动机器人及其自主导航方法，属于农业智能技术领域。该果园移动机器人包括动力底盘和上位机，还包括位姿模块、驱动模块、驱动电机和电推杆；所述上位机，用于采集在采样时间间隔内位姿模块输出的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。同时公开了上述果园移动机器人的自主导航方法。本发明实现了果园移动机器人自主行驶的规范有序。

技术领域

本发明涉及农业智能技术领域，尤其涉及一种果园移动机器人及其自主导航方法。

背景技术

室外果园产业链中诸如灌溉、施肥、除草、采摘以及搬运等车辆参与环节，依然处于人工控制阶段，不仅工量多、劳动强度大、作业效率低，而且随着今后老龄化现象严重、果园劳动力进一步缺乏，室外果园车辆机械自主导航问题的解决迫在眉睫。

目前室外果园车辆机械自主导航采用移动机器人运动学模型，该模型构建大体上可分为两类，一是基于PWM信号实现差速转向的运动学模型，主要应用于工业、服务业、以及农业(果园模式)领域，需配以相应里程计、惯性传感器IMU等为主的内部传感器进行运动解析方可得到移动机器人一定时间内运动状态数据(包括移动速度以及偏转角度)，并且该数据中移动速度指一段时间内的平均速度，并不是任意时刻下的瞬时速度，而且后期设计控制算法不仅需要考虑算法种类还需要考虑左右轮PWM信号分配问题，并且分配完之后仍需通过内部传感器换算角度变化，因而导航控制算法比较复杂，二是通过控制电控液压转向装置中的比例阀、换向电磁阀等来实现转向的运动学模型，主要应用于农业(大田模式)领域下，配以相应转向轮偏角检测传感器即可准确的出当前任意时刻实时偏转角度，但其电控液压转向装置较为复杂，并且内部电控元件较多，后期设计控制算法也较为复杂。

车辆自主导航技术根据是否基于先验全局地图及人为路径规划大致分为两类，一类是基于路径下的导航控制算法，虽然避免了移动机器人行驶路线的杂乱无章，但前期需进行地图创建及路径规划更有甚者需辅以相应外设加以定位，诸如管道或线路铺设、标定物设置等，适用性差。无路径下的控制导航算法，虽然无需进行前期的地图及路径设置，可实现动态避障，但以当前点与目标点两点直线的行驶路线，再加以行驶过程的障碍物，导致移动机器人行驶路线随机性较大。

发明内容

本发明提供一种果园移动机器人及其自主导航方法，用以解决现有技术中果园车辆自主导航存在的上述部分或全部问题。

一方面，本发明提供一种果园移动机器人，包括动力底盘和上位机，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。

根据本发明提供的一种果园移动机器人，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。

根据本发明提供的一种果园移动机器人，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：