基于室内电子地图的饲喂机器人及其精确定位方法技术

一种基于室内电子地图的饲喂机器人及其精确定位方法，该饲喂机器人由上位控制计算机，Xbee无线收发装置，饲喂机器人控制器三部分组成；在上位控制计算机上建立饲喂管理系统和与畜舍实际几何尺寸相符合的室内电子地图；该电子地图负责管理饲喂机器人的行走路径，行走速度，饲喂的顺序关系，并将这些信息通过Xbee无线收发装置，发送给相应的饲喂机器人控制器；饲喂机器人控制器收到这些信息后，按规定的饲喂量、运行路径、运行速度运行，并将运行过程中的各种实时数据及时反馈给上位控制计算机，对数据库数据进行更新。本发明专利技术实现了饲喂机器人的无人驾驶、路径规划，并实现了饲喂机器人在运行过程中的精确定位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及畜牧饲喂
，具体指一种基于室内电子地图的饲喂机器人及其精确定位方法。
技术介绍
饲喂机械在牛场饲喂逐渐普及的背景下，提高饲喂机械的自动化、信息化，智能化，降低工人的劳动强度，减少饲料浪费，提高劳动效率是促进我国畜牧行业进一步发展的重要举措。中国专利CN 201110442498.3公开了一种以单片机为控制核心的精确饲喂机控制系统。该饲喂机由双模行进机构、精确投料机构、单片机自动识别控制系统和上位机信息管理系统组成。该专利技术没有涉及精确定位功能和电子地图导航功能，因而无法实现自主路径规划和无人驾驶行走。中国专利CN200810239151.7公开了一种以单片机为控制核心的精确饲喂机控制系统。该系统利用无线射频识别技术对进行个体识别,以计算机为信息管理平台，以单片机为数据处理和控制平台,实现精细化饲喂。该技术的缺点是通过人工来推动饲喂设备的行进,劳动强度大；该专利技术没有涉及精确定位功能和电子地图导航功能，因而无法实现自主路径规划和无人驾驶行走。欧洲专利EP1661454公开了一种动物饲喂装置,该装置首先对牛的身份进行识别,然后传送给控制单元,控制单元通过控制牛颈枷的开与关控制牛的进食时间的多少。该专利技术没有涉及精确定位功能和电子地图导航功能，因而无法实现自主路径规划和无人驾驶行走。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种基于室内电子地图导航的饲喂机器人，可实现无人驾驶行走；本专利技术的目的之二是提供一种基于室内电子地图的饲喂机器人精确定位方法，使饲喂机器人能在室内实现精确定位。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于室内电子地图的饲喂机器人，该饲喂机器人由上位控制计算机，Xbee无线收发装置，饲喂机器人控制器三部分组成；在上位控制计算机上建立饲喂管理系统和与畜舍实际几何尺寸相符合的室内电子地图；该电子地图负责管理饲喂机器人的行走路径，行走速度，饲喂的顺序关系，并将这些信息通过Xbee无线收发装置，发送给相应的饲喂机器人控制器；饲喂机器人控制器收到这些信息后，按规定的饲喂量、运行路径、运行速度运行，并将运行过程中的各种实时数据及时反馈给上位控制计算机，对数据库数据进行更新。所述室内电子地图由地图编辑管理器、地图定位管理器、地图执行管理器三部分组成；所述地图编辑管理器是根据畜舍的实际几何尺寸建立相对应的电子地图；根据饲喂顺序建立饲喂路径的拓扑关系；对饲喂机器人的运行速度进行管理；所述地图定位管理器是对饲喂机器人进行实时定位；地图执行管理器是根据饲喂机器人的当前位置，计算其下一步的行走距离，运行方向，运行速度，并将这些数据生成控制命令，控制饲喂机器人按规划好的路径精确运动。一种基于室内电子地图的饲喂机器人的精确定位方法，具体步骤如下：a：在畜舍设置若干红外路标；b：饲喂机器人的前轮、后轮均通过减速机和直流伺服电机连接，该直流伺服电机尾部安装有旋转编码器；饲喂机器人前轮的编码器用以测量其运行过程中的角度，饲喂机器人后轮的编码器用以测量其运行过程中的运行距离；前、后轮的编码器信号均送入饲喂机器人控制器用以计算饲喂机器人相对于起始原点的X轴和Y轴坐标；c：旋转红外测距传感器和陀螺仪安装在饲喂机器人的前顶部；用以测量饲喂机器人相对于红外路标的绝对位置；红外测距传感器和陀螺仪的信号经饲喂机器人控制器运算后，转换成饲喂机器人相对于起始原点的极坐标位置；d：通过和前后轮连接的直流伺服电机编码器测量出的脉冲数，经饲喂机器人控制器计算出的饲喂机器人当前的位置相对于起始原点的位置姿态为；e：通过旋转红外测距传感器和陀螺仪测量出红外路标距饲喂机器人的极坐标；f：将步骤d中饲喂机器人的当前位置姿态转换为极坐标期望值；g：对步骤e中测量的极坐标值和步骤f中期望的极坐标值进行比对匹配，，呈正态分布；通过修正脉冲当量、间隙补偿值、线性划分的区间点，找出方差最小的一组参数，使定位精度达到最优；h：将步骤g中找到的最佳脉冲当量、间隙补偿值、线性划分的区间点，即方差最小的参数用扩展卡尔曼波滤波器产生饲喂机器人；从而克服了下一个控制节拍导航不确定性的问题，最终实现由于测量误差、系统误差、累计误差导致无法精确定位导航的问题。本专利技术实现了饲喂机器人的无人驾驶、路径规划，并通过纠正测量误差、系统误差、累计误差实现了饲喂机器人在运行过程中的精确定位，解决了在导航过程中的导航不确定、无法按期望路径规划行驶的问题。附图说明图1为本专利技术的控制系统框架图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进一步详细说明。如图1，一种基于室内电子地图的饲喂机器人，该饲喂机器人由上位控制计算机，Xbee无线收发装置，饲喂机器人控制器三部分组成；在上位控制计算机上建立饲喂管理系统和与畜舍实际几何尺寸相符合的电子地图；该电子地图负责管理饲喂机器人的行走路径，行走速度，饲喂的顺序关系，并将这些信息通过Xbee无线收发装置，发送给相应的饲喂机器人控制器；饲喂机器人控制器收到这些信息后，按规定的饲喂量、运行路径、运行速度运行，并将运行过程中的各种实时数据及时反馈给上位控制计算机，对数据库数据进行更新。所述上位控制计算机采用研华工业控制计算机，主板选用AIMB-784，i5处理器，4G内存，32位windows7操作系统。电子地图是在ArcGIS 10.1 desktop软件的基础上用C#进行二次开发，二次开发的主要内容包括：建立基准面变换，建立SQL数据库，对XY图层饲喂机器人运动进行时间属性的访问，通过时间滑块实时对饲喂机器人的位置信息进行更新，在SQL数据中建立用户列表和用户权限，对饲喂机器人的行走路径，行走速度，饲喂的顺序的界面程序进行开发。所述电子地图由地图编辑管理器、地图定位管理器、地图执行管理器三部分组成。所述地图编辑管理器是根据畜舍的实际几何尺寸建立相对应的电子地图；根据饲喂顺序建立饲喂路径的拓扑关系；对饲喂机器人的运行速度进行管理；所述地图定位管理器是对饲喂机器人进行实时定位；地图执行管理器是根据饲喂机器人的当前位置，计算其下一步的行走距离，运行方向，运行速度，并将这些数据生成控制命令，控制饲喂机器人按规划好的路径运动。所述饲喂机器人控制器采用Coretex-A9处理器，2GB内存，16GB eMMC Flash，10.1寸电容触摸屏。饲喂机器人控制器的外围功能模块有旋转红外测距，条形码识别，直流伺服电动机驱动控制，精确投料控制，蓄电池电量管理，Xbee无线收发等组成。该控制系统通过室内电子地图、无线导航定位，解决了奶牛饲喂作业中饲喂机器人的无人驾驶、室内导航定位、精确饲喂的问题。上位控制计算机和Xbee无线收发装置通过串口连接，饲喂机器人控制器与Xbee无线收发装置也通过串口连接，Xbee-PRO无线收发装置室内通信100米，室外通信距离1500米，发射功率 100毫瓦，接收灵敏度-10dBm，数据传输率25KB/S，使用直接序列扩频通信抗干扰能力强。在饲喂过程中，定位误差的形成原因有测量误差、系统误差、累计误差。测量误差是由于直流伺服电机后部的旋转编码器在测量过程中产生的，该编码器属于增量型脉冲编码器，运行过程中的机械间隙、振动、滑动、电磁干扰都能引起测量误差。系统误差是由于饲喂的实际坐标是通过脉冲当量或红外线发出到接受的时间差计算得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于室内电子地图的饲喂机器人，其特征在于：该饲喂机器人由上位控制计算机，Xbee无线收发装置，饲喂机器人控制器三部分组成；在上位控制计算机上建立饲喂管理系统和与畜舍实际几何尺寸相符合的室内电子地图；该电子地图负责管理饲喂机器人的行走路径，行走速度，饲喂的顺序关系，并将这些信息通过Xbee无线收发装置，发送给相应的饲喂机器人控制器；饲喂机器人控制器收到这些信息后，按规定的饲喂量、运行路径、运行速度运行，并将运行过程中的各种实时数据及时反馈给上位控制计算机，对数据库数据进行更新。

【技术特征摘要】
1.一种基于室内电子地图的饲喂机器人，其特征在于：该饲喂机器人由上位控制计算机，Xbee无线收发装置，饲喂机器人控制器三部分组成；在上位控制计算机上建立饲喂管理系统和与畜舍实际几何尺寸相符合的室内电子地图；该电子地图负责管理饲喂机器人的行走路径，行走速度，饲喂的顺序关系，并将这些信息通过Xbee无线收发装置，发送给相应的饲喂机器人控制器；饲喂机器人控制器收到这些信息后，按规定的饲喂量、运行路径、运行速度运行，并将运行过程中的各种实时数据及时反馈给上位控制计算机，对数据库数据进行更新。2.根据权利要求1所述的一种基于室内电子地图的饲喂机器人，其特征在于：所述室内电子地图由地图编辑管理器、地图定位管理器、地图执行管理器三部分组成；所述地图编辑管理器是根据畜舍的实际几何尺寸建立相对应的电子地图；根据饲喂顺序建立饲喂路径的拓扑关系；对饲喂机器人的运行速度进行管理；所述地图定位管理器是对饲喂机器人进行实时定位；地图执行管理器是根据饲喂机器人的当前位置，计算其下一步的行走距离，运行方向，运行速度，并将这些数据生成控制命令，控制饲喂机器人按规划好的路径精确运动。3.根据权利要求2所述的一种基于室内电子地图的饲喂机器人的精确定位方法，其特征在于：具体步骤如下：a：在畜舍设置若干红外路标；b：饲喂机器人的前轮、后轮均...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨军平，袁虎成，贺成柱，张剑琴，薛红睿，王季，吕凤玉，李京默，
申请(专利权)人：甘肃省机械科学研究院，
类型：发明
国别省市：甘肃;62