一种温室自主移动车辆的超声波导航装置及方法

摘要

本发明公开了一种温室自主移动车辆的超声波导航装置及方法。前后万向轮可以辅助自主移动车辆的履带驱动轮在狭窄垄间实施往返的行走，并能适应温室垄间地形，通过自动调整左右履带轮的速度可以实现移动车辆在垄埂末端小半径原地直角转向。安装在车上的六个超声波测距传感器实时发射超声波，经接收来自垄间墙壁反射的超声波可以计算出移动车辆当前航向偏差与航向偏角，再通过ARM控制器调整左右履带轮的速度消除航向偏差与航向偏角，从而实现自主移动车辆在垄间的自主导航控制。本发明能适应温室垄间的地形，可有效解决在温室狭窄垄间实施往返行走和小半径原地直角转向的问题，可应用于温室的智能化作业。

主权项

一种应用于温室的自主移动车辆超声波导航方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，上位机通过无线数传模块向自主移动车辆发射启动请求信号，移动车辆接收到请求信号后，ARM嵌入式控制器初始化，启动驱动程序，设置导航系统总定时器时间为T₁，使每隔时间T₁自主移动车辆向四周发射超声波，考虑到自主移动车辆与左右垄侧墙壁的距离狭窄，设定T₁在0.1s—0.5s之间，此时直接启动驱动程序，驱动电机运动带动车辆前进；步骤2，移动车辆向前移动时，总定时器从零计时，到达时间T₁时，进入定时中断子程序，设置所有超声波发射装置的初始时间为t₀，ARM嵌入式控制器经驱动电路控制超声波测距传感器(7)发射超声波，所有超声波发射装置发射完成后，停止发射，返回程序；步骤3，当超声波测距传感器A(71)、超声波测距传感器B(72)、超声波测距传感器C(73)、超声波测距传感器D(74)、超声波测距传感器E(75)和超声波测距传感器F(76)开始接收到回波时，此处设等待接收超声波时间为T₂，考虑到超声波传播速度与狭窄垄间的距离，设定T₂在0.02s—0.08s之间，在自主移动车辆的前后方无障碍时，超声波测距传感器C(73)和超声波测距传感器F(76)检测不到回波时，读取时间自动赋值为T₂，等待时间结束后，启动外部中断子程序，关闭所有的超声波发射装置中断定时器；读取超声波测距传感器A(71)、超声波测距传感器B(72)、超声波测距传感器C(73)、超声波测距传感器D(74)、超声波测距传感器E(75)和超声波测距传感器F(76)接收到超声波回波后的记录时间分别为t₁、t₂、t₃、t₄、t₅、t₆，6个超声波测距传感器从发射超声波到接收超声波的时间依次分别为(t₁‑t₀)、(t₂‑t₀)、(t₃‑t₀)、(t₄‑t₀)、(t₅‑t₀)、(t₆‑t₀)；为补偿温室温度对超声波在空气中速度的影响，所安装的温度检测模块能实时的检测出当前的温室的温度T，则超声波速度在温室中的传播速度为：$V=331.4\sqrt{1+\frac{T}{273}}$步骤4，计算自主移动车辆各超声波测距传感器安装的测量点处与对应垄侧墙壁的距离为：D1＝V×(t₁‑t₀)/2D2＝V×(t₂‑t₀)/2D3＝V×(t₃‑t₀)/2D4＝V×(t₄‑t₀)/2D5＝V×(t₅‑t₀)/2D6＝V×(t₆‑t₀)/2步骤5，计算自主移动车辆当前的航向偏差ΔX与航向偏角Δθ：$\alpha =\arctan \frac{D4-D3}{D0}$$\beta =\arctan \frac{D1-D2}{D0}$$\mathrm{\Delta \theta }=\frac{\alpha +\beta }{2},\delta =\mathrm{\Delta \theta }$$\mathrm{\Delta X}=\frac{|(D3+D4)/2|-|(D1+D2)/2|}{2}\cos \mathrm{\Delta \theta }$步骤6，在自主移动车辆前超声波测距传感器所测自主移动车辆前测量点与障碍的实际距离大于等于自主移动车辆前测量点与障碍物最小安全距离且后超声波测距传感器所测自主移动车辆后测量点与障碍的实际距离大于等于自主移动车辆后测量点与障碍物最小安全距离情况下，当Δθ＝0且ΔX＝0时，继续运行左右伺服电机，无需角度调整；而当Δθ≠0或ΔX≠0时，ARM嵌入式控制器通过左右伺服电机驱动器调整左右伺服电机速度，以消除前进的航向偏差与偏角，以自主移动车辆前进方向为基准，且定义Δθ＞0时，移动车辆当前方向是向右偏的，移动车辆上的ARM控制器控制左右伺服电机速度进行左转向调整，Δθ＜0时，与Δθ＞0时情况相反；以自主移动车辆前进方向为基准，且定义ΔX＞0时，自主移动车辆重心与右垄靠近，移动车辆需要左移调整，ΔX＜0时，与ΔX＞0的情况相反；在自主移动车辆前超声波测距传感器所测自主移动车辆前测量点与障碍的实际距离小于自主移动车辆前测量点与障碍物最小安全距离或后超声波测距传感器所测自主移动车辆后测量点与障碍的实际距离大于等于自主移动车辆后测量点与障碍物最小安全距离情况下，ARM嵌入式控制器控制驱动电机停止转动，自主移动车辆垄间准备后退时，在自主移动车辆后退的过程中，超声波检测的方法与自主移动车辆前进时相同；步骤7，自主移动车辆自身调整完成后，将相关运行状态经无线数传模块反馈到上位机，此时自主移动车辆总定时时间设定为0，返回步骤1。