[发明专利]适用于全自动除草机的障碍物检测避障系统及方法

摘要

本发明公开了适用于全自动除草机的障碍物检测避障系统及方法，包括：MCU模块，MCU模块通过发射电路与超声相控阵的用于发射的超声波换能器连接，用于发射的超声波换能器位于除草机的顶部；MCU模块控制发射电路驱动超声波换能器发出超声波信号，超声波信号通过前方障碍物反射回来，发射信号被若干个用于接收的超声波换能器接收，若干个用于接收的超声波换能器组成超声相控阵接收阵列；所述超声相控阵接收阵列依次通过信号放大调理模块、检波低通滤波器、A/D转换模块与MCU处理模块连接；MCU处理模块与上位机连接。运用模式识别技术及超声相控阵技术对前方障碍物进行识别判断，实现机器人及全自动除草机的智能全自动工作。

主权项

1.适用于全自动除草机的障碍物检测避障方法，其特征是，步骤(1)：除草机的MCU模块输出设定长度的脉冲串控制用于发射的超声波换能器发出超声波信号，其中位于超声相控阵中心的换能器为发射换能器，其余为接收换能器；步骤(2)：遇到障碍物反射回来的超声波信号经调理、检波和低通滤波后通过A/D转换模块送入MCU模块中进行存储；步骤(3)：由任意指定的一路回波信号为准，利用峰值检波法进行障碍物距离的初步判定；根据测量出的障碍物距离D；判断距离D是否大于预先设定的距离；如果距离D大于预先设定的距离，则认为前方无障碍物，除草机按照规划的路线前行；如果距离D不大于预先设定的距离，则认为前方有障碍物；以超声相控阵的中心O点正前方水平距离为D的O′点为中心，以垂直于O O′的面作为探测截面，在探测截面内选取虚拟焦点进行探测；选择虚拟焦点的步骤为：以O′点为中心，除草机自身宽度为半径做圆，圆的内接正方形的左下、左上、右下、右上、中心点、中心点上方、中心点下方、中心点左方和中心点右方的九个顶点为虚拟焦点，并计算九个虚拟焦点的坐标；步骤(4)：再次发射一个超声脉冲串，超声相控阵的接收阵列的每个超声波换能器均参与接收反射回来超声波信号，每个超声波换能器接收的超声波信号均经过信号放大调理模块进行前置放大、检波和低通滤波处理，然后经过A/D转换模块转换成数字信号送入MCU模块并进行存储，送入MCU模块存储前需要采用时间窗将距离虚拟焦点设定距离以外的障碍物回波信号加以屏蔽；步骤(5)：使用已经存入MCU模块的接收信号，根据虚拟焦点的位置，以指定的一路接收信号为基准信号，将剩余用于接收的超声波换能器接收到的信号进行移相叠加，从而形成若干个与基准信号相干的信号，并将叠加后的信号按照虚拟焦点的序号存入MCU模块；步骤(6)：对各个虚拟焦点，分别采用步骤(5)的方法进行信号的预处理，然后利用峰值检波法对各路信号进行检测，从而确定出各个虚拟焦点位置是否有障碍物存在及障碍物的方位信息；步骤(7)：取出MCU模块中存储的中间点的数字信号，分别进行小波分解与重构，利用小波变换的多尺度空间能量分布特征提取反射回来的信号特征，结合SVM分类，对前方障碍物的属性进行识别；步骤(8)：MCU模块对移相叠加后的各虚拟焦点信号进行扫描识别，得到虚拟焦点附近设定距离内障碍物的2D数字图像；当除草机移动时，MCU模块依次得到每个时刻的虚拟焦点附近设定距离内障碍物的2D数字图像，形成障碍物的3D图像，根据3D图像得到障碍物的空间深度上的形状和尺寸；步骤(9)：将识别后的障碍物的属性、形状和尺寸通知上位机。