一种田间作业机器人导航系统技术方案

本发明专利技术公开一种田间作业机器人导航系统，包括机器人本体、环境感知模块、驱动模块、控制模块、无线通讯模块、远程控制终端和电源模块，所述环境感知模块包括设置于机器人本体上的前后两个GNSS天线，所述环境感知模块还包括三维激光雷达、IMU和编码器，所述驱动模块包括四个车轮，所述四个车轮均由一个直流无刷伺服电机驱动，所述直流无刷伺服电机均连接有一个电机驱动器，所述工业控制主机通过网口与三维激光雷达、GNSS天线、IMU连接，所述控制模块包括工业控制主机和运动控制主板，所述无线通讯模块用于控制模块与远程控制终端的连接，本发明专利技术提高了田间作业机器人导航系统的稳定性，提高了田间作业机器人工作效率。了田间作业机器人工作效率。了田间作业机器人工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种田间作业机器人导航系统


[0001]本专利技术涉及农业领域，具体涉及一种田间作业机器人导航系统。

技术介绍

[0002]目前，大多数农业机器人导航定位方式存在着一定的局限性。基于机器视觉的导航定位受光线影响较大，难以做到全天候工作。基于GNSS的导航定位可实时定位，获取机器人当前位置，但是在田间复杂的环境中信号易被遮挡，容易出现定位跳动漂移现象。激光雷达具有测距精度高、抗干扰能力强等优点，但水平视角小。基于多种传感器的信息融合技术可以解决单一传感器易受外界影响的问题，已经逐渐成为导航技术的发展趋势。为此，以农业机器人为研究对象，针对复杂环境中GNSS信号易被遮挡的问题，设计了基于GNSS和激光雷达的导航定位系统，确保自主导航平台可以持续获得稳定可靠的定位。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种田间作业机器人导航系统。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是：一种田间作业机器人导航系统，包括机器人本体、环境感知模块、驱动模块、控制模块、无线通讯模块、远程控制终端和电源模块，所述环境感知模块包括设置于机器人本体上的前后两个GNSS(Global Navigation Satellite System全球卫星导航系统)天线，所述环境感知模块还包括三维激光雷达、IMU(Inertial Measurement Unit惯性传感器)和编码器，所述三维激光雷达设置于机器人本体前部，所述驱动模块包括安装于机器人本体下方的四个车轮，所述四个车轮均由一个直流无刷伺服电机驱动，所述直流无刷伺服电机均连接有一个电机驱动器，所述控制模块包括工业控制主机和运动控制主板，所述工业控制主机和运动控制主板通过网口连接，所述工业控制主机通过网口与三维激光雷达、GNSS天线、IMU连接，所述运动控制主板通过串口通信与编码器、直流无刷伺服电机的电机驱动器连接，所述无线通讯模块用于控制模块与远程控制终端的连接，所述无线通讯模块通过网口与工业控制主机连接，所述电源模块提供电源；
[0005]进一步的，所述IMU为九轴IMU；
[0006]进一步的，所述电源模块包括48V充电锂电池、稳压模块和电源电量显示模块；
[0007]进一步的，所述远程控制终端为移动终端。
[0008]本专利技术通过采用将GNSS和三维激光雷达结合的导航定位系统，使得田间作业机器人定位导航更加稳定，进而提高田间作业机器人的工作效率。
[0009]本专利技术的增益效果为：提高了田间作业机器人导航系统的稳定性，提高了田间作业机器人工作效率。
附图说明
[0010]图1为本专利技术连接示意图。
[0011]图中：1.环境感知模块，11.GNSS天线，12.IMU，13.三维激光雷达，14.编码器，2.驱
动模块，21.电机驱动器，22.直流无刷伺服电机，23.车轮，3.控制模块，31.工业控制主机，32.运动控制主板，4.无线通讯模块，5.远程控制终端，6.电源模块，61.48V充电锂电池，62.稳压模块，63.电源电量显示模块。
具体实施方式
[0012]为了能更清楚地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术进一步说明。
[0013]如图1所示，一种田间作业机器人导航系统，包括机器人本体、环境感知模块1、驱动模块2、控制模块3、无线通讯模块4、远程控制终端5和电源模块6，所述环境感知模块1包括设置于机器人本体上的前后两个GNSS天线11，设置于机器人本体前部的GNSS天线11进行测向，设置于机器人后部的GNSS天线11进行定位，通过双天线的GNSS定位方法可以更好地获得航向角，所述环境感知模块还包括三维激光雷达13、IMU12和编码器14，所述三维激光雷达12设置于机器人本体前部，以采集田间环境地图点云数据，通过激光点束旋转测距依次获得各个角度数，编码器14负责实时采集机器人的速度信息并反馈给控制模块3，所述驱动模块2包括安装于机器人本体下方的四个车轮23，所述四个车轮23均由一个直流无刷伺服电机22驱动，所述直流无刷伺服电机22均连接有一个电机驱动器21，对驱动模块2的控制采用基于Linux的移动平台控制程序，采用PID算法进行运动控制，保证运动稳定，达到精准控制，所述控制模块3包括工业控制主机31和运动控制主板32，所述工业控制主机31和运动控制主板32通过网口连接，所述工业控制主机31通过网口与三维激光雷达13、GNSS天线11、IMU12连接，所述运动控制主板32通过串口通信与编码器14、直流无刷伺服电机22的电机驱动器21连接，工业控制主机31安装Linux操作系统，通过基于Linux操作系统的机器人操作开源软件框架—ROS进行数据处理、目标检测、信息融合、定位建图等功能，运动控制主板32获取里程计信息，实现驱动控制，所述无线通讯模块4用于控制模块3与远程控制终端5的连接，所述无线通讯模块4通过网口与工业控制主机31连接，通过无线通讯模块4在控制模块3与远程控制终端5建立通信，远程控制终端5发布导航指令，控制模块3接收指令并执行导航任务，通过网线使工业控制主机31与运动控制主板32建立通信，工业控制主机31发布驱动指令运动控制主板32接收指令并反馈里程计信息，所述电源模块6提供电源，所述电源模块6包括48V充电锂电池61、稳压模块62和电源电量显示模块63。
[0014]工作时，首先进行田间环境构建，融合GNSS天线11和三维激光雷达13获取的信息进行定位，运用里程计辅助方法解决机器人运动畸变问题；然后远程控制终端5监控机器人导航运动情况，同时发布导航指令给控制模块3，控制机器人进行导航任务；控制模块3负责接收指令并执行导航任务，通过无线通讯模块4在远程控制终端5和机器人之间建立通信，通过构建的地图进行全局路径规划和局部路径规划，最终实现自主导航。
[0015]以上所述仅是本专利技术的较佳实施方式，故凡依本专利技术专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本专利技术专利申请范围内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种田间作业机器人导航系统，其特征在于，包括机器人本体、环境感知模块、驱动模块、控制模块、无线通讯模块、远程控制终端和电源模块，所述环境感知模块包括设置于机器人本体上的前后两个GNSS天线，所述环境感知模块还包括三维激光雷达、IMU和编码器，所述三维激光雷达设置于机器人本体前部，所述驱动模块包括安装于机器人本体下方的四个车轮，所述四个车轮均由一个直流无刷伺服电机驱动，所述直流无刷伺服电机均连接有一个电机驱动器，所述控制模块包括工业控制主机和运动控制主板，所述工业控制主机和运动控制主板通过网口连接，所述工业控制主机通过网口与三维激光雷达、GN...

【专利技术属性】
技术研发人员：李富忠，张吴平，张嘉敏，杨杰，薛淇元，陈森，连润楠，袁嘉良，郭昭东，任桂鸿，
申请(专利权)人：山西农业大学，
类型：发明
国别省市：