[发明专利]一种植被参数自主测量机器人

权利要求书

1.一种植被参数自主测量机器人，其特征在于，包括：

机器人移动底盘，为履带式移动底盘，由四个带编码器的左右各两个行星减速电机驱动；

差分GPS模块、IMU(Inertial Measurement Unit，惯性测量单元)传感器组成导航定位系统，安装在机器人移动底盘上，用于获取差分GPS数据、IMU传感器数据；

激光雷达，安装在机器人移动底盘上；

防抖云台、鱼眼摄像头以及前置摄像头，鱼眼摄像头固定在防抖云台上表面，前置摄像头固定在机器人移动底盘前方；

由三个步进电机以及三根连杆组成的机械臂，其中，第一步进电机固定在移动底盘上表面，然后通过一根连杆连接第二步进电机，第二进电机再通过一根连杆连接第三步进电机，第三进电机再通过一根连杆连接防抖云台下表面；通过控制三个步进电机的旋转，调整防抖云台高度，便于鱼眼摄像头对植被冠层进行图像采集；

由上位机和下位机组成的控制系统，下位机、差分GPS模块以及激光雷达通过串口通信与上位机连接，前置摄像头、鱼眼摄像头与上位机通过USB直接连接；下位机用于控制四个带编码器的行星减速电机、三个步进电机，同时读取IMU传感器数据并通过串口通信发送到上位机；

远程控制客户端通过无线传输方式，将机器人的目标位置即经纬度坐标下发到控制系统的上位机，上位机结合差分GPS模块获取差分GPS数据即自身所在坐标位置并计算到目标位置的距离和相对于机器人自身的方位，然后通过下位机控制四个带编码器的行星减速电机，调整自身方位并朝目标位置移动，移动的同时通过GPS模块实时获取差分GPS数据即自身坐标，计算相对于机器人自身的方位并实时调整机器人自身方位以保证一直朝目标方位移动；同时在机器人移动的过程中，激光雷达实时扫描周围障碍物信息如果机器人前方有障碍物，机器人将调整自身方位使其避开障碍物，之后在慢慢调整自身方位使其朝目标方位移动，达到避障效果；

当机器人移动到目标位置时，上位机通过下位机控制三个步进电机旋转，调整防抖云台高度，然后，鱼眼摄像头对植被冠层进行图像采集，获取植被冠层图像，并根据植被冠层图像计算得到叶面积指数；

同时，前置摄像头用于实时获取机器人前方图像，发回上位机；

上位机将植被冠层图像、所计算的叶面积指数、前方图像通过无线网络发回远程控制客户端，同时，根据前方图像实时看到机器人周围的情况。

2.根据权利要求1所述的植被参数自主测量机器人，其特征在于，当机器人接近目标位置即机器人到目标位置的距离l_d小于距离阈值L_t时，机器人利用激光雷达扫描信息判断目标方位附近是否有反射激光束，如没有，直接将机器人移动到目标位置，如有，则进一步判断机器人到反射点的距离l_r和机器人到目标点的距离l_d，若：

l_d-l_sl_rl_d+l_s

则认为目标位置或其附近有植被机器人不能到达且距离植被位置较近时植被的树干将影响植被参数的测量，这时机器人就开始利用激光雷达扫描信息重新调整姿态位置进行二次定位，以到达合适测量位置；否则，直接将机器人移动到目标位置；其中，l_s为范围阈值，距离阈值L_t根据具体实施情况确定；

所述二次定位为：

步骤1：首先利用激光雷达发射激光束，同时采集由树木遮挡反射回来的激光束，可以得到树木相对于机器人的距离和方向信息，以机器人为原点，机器人正方向和y方向为坐标轴建立直角坐标系；

利用激光雷达发射激光束找到以机器人为圆心、R_max为半径的范围内距离机器人最近的两个树A、B；如在此范围内只有一棵树，则机器人只需移动到距离此树大于测量距离阈值d即可；

步骤2：根据树木相对与机器人的距离和方向信息得到两棵树在机器人为原点，机器人正方向和y方向为坐标轴的坐标系中的坐标，根据树木A到机器人的距离OA和方向θ₁得出树木A的坐标(x₁,y₁)，根据树木B到机器人的距离OB和方向θ₂得出树木B的坐标(x₂,y₂)；

步骤3：A，B坐标计算出AB直接距离L_AB，如果L_AB2d，则说明AB两树木之间距离较近，机器人移动到AB树木中间树干仍会影响叶面积指数测量，则重新寻找次最近的两棵树，重复步骤2，直到满足L_AB≥2d；

步骤4：由A、B坐标计算出AB的中点坐标M(x₃,y₃)，其中：

此中点就是适合测量叶面积指数的位置点，移动机器人到中点坐标M(x₃,y₃)位置。