一种果园机器人的视觉导航系统

摘要

本发明涉及一种果园机器人的视觉导航系统，包括导航基准线识别模块，二维码定位模块，超声波避障模块和单片机控制模块四部分。本发明将基于自然环境进行导航基准线识别与基于二维码标识进行定位相结合进行视觉导航，采用超声波传感器进行安全避障，最后由单片机对果园机器人进行行走控制。本发明对于降低导航成本、解决单纯基于自然环境进行视觉导航在果园地头转弯适应性差的问题，以及提高导航的可靠性与实用性具有重要意义。

主权项

一种果园机器人的视觉导航系统，其特征在于，包括导航基准线识别模块，二维码定位模块，超声波避障模块和单片机控制模块四部分；其中所述导航基准线识别模块：由安装在果园机器人前端中心处的CCD摄像头实时采集包含果园路径的环境图像，经数字图像处理器DSP对其进行灰度化、阈值分割、形态学处理后，提取出果园环境图像中路径左右两侧的边缘信息，利用hough变换拟合出两侧的边缘直线，再采用中心线法求出两侧边缘直线的中心线，即为道路中心线也即导航基准线，最后结合摄像机的标定参数，将图像中的导航基准线参数转换为实际环境中的导航参数即航向角θ，并把θ传送到单片机控制模块；所述的二维码定位模块：将由果园环境的位置坐标信息生成的二维码打印为A3大小，贴在1.1米高的标识牌上，沿着果树行每隔5米均匀布置，并与果园道路中线成固定角度安放；USB摄像头由PC驱动，安装在果园机器人侧面，与二维码标识牌相对，实时采集二维码相关的图像信息，在PC中经图像预处理后对二维码进行识别得出果园机器人在果园环境中的位置坐标信息，并将该位置坐标信息映射为“直行”“地头左转”“地头右转”的命令信息，最后将命令信息传递到到单片机控制模块；所述的超声波避障模块：将超声波传感器安装在农业机器人的最前端，用于实时反馈前方的障碍物信息，并将障碍物信息传送到单片机控制模块，控制模块以最高优先级来处理障碍物信号，进行安全预警，以保障农业机器人导航的安全性与可靠性；所述的单片机控制模块：由STM32单片机通过串口通信接收导航基准线识别模块中DSP实时图像处理后传送来的导航参数即航向角θ、二维码定位模块中PC机传送来的“直行”“地头左转”“地头右转”的命令信息以及超声波避障模块中超声波传感器传送来的障碍物信息，然后，STM32单片机将接收到的信息进行融合处理，采用PID控制器，通过改变PWM波的占空比来控制驱动电机，改变果园机器人左右两驱动轮的速度实现直行、转弯以及停车操作，进而实现果园机器人在果园环境中的自主行走。