一种农机插秧系统中的减震相机技术方案

本发明专利技术公开了一种农机插秧系统中的减震相机

【技术实现步骤摘要】
一种农机插秧系统中的减震相机
‑
IMU装置及导航装置及导航方法


[0001]本专利技术涉及本专利技术涉及农机领域中的自动化农机定位导航系统，具体地说，是一种农机插秧系统中的减震相机
‑
IMU
装置及导航装置及导航方法，特别适用于农机在无
GPS
信号或受限
GPS
信号的环境下实现精确的姿态估计和定位
。

技术介绍

[0002]插秧机的出现大大降低了农业插秧这一艰苦劳作的强度
。
但现有的插秧机仍然面临行驶速度慢且工作范围大导致的工作时间极长
、
工作噪声和震动大导致的对驾驶员胜利伤害大的问题
。
同时，由于设备的应用场景，又决定了其必须要有较高的稳定性
(
在阴雨天
、GPS
信号不佳的情况下都能连续运作
)
；大面积普及最好能够基于现有的农业机器进行改造，要求其具有改造成本低的特点
。
因此，本专利提出了一种用于高振动环境
(
农机
)
下相机
‑
IMU
结构，结合视觉
‑
IMU
里程计算法和闭环控制系统，实现在
25m
运行范围内
80
％以上区间内
±
7.5cm
的精度控制
。
同时，拥有超广视野和前置双目立体视觉的视觉系统还能用于避障
(
防撞
)、
目标检测
(
播种情况检测
)
等任务，实现了硬件上的复用，为更高
、
更多要求的任务实现预留了空间
。
[0003]目前现有的插秧机虽然降低了农业插秧劳动的强度，但仍然存在工作时间长
、
工作噪声和震动大的问题
。
为了满足自动化农业的需求，本专利技术旨在提供一种价格低廉
、
具有高稳定性的相机
‑
IMU
结构及减震装置，以解决现有插秧机的问题
。
[0004]农业机械导航主要依赖
GPS
系统进行定位，然而，由于农田环境的特殊性，如作物遮挡
、
信号干扰等因素，
GPS
信号的稳定性和精确性受到了一定的限制
。
因此，需要一种能够在无
GPS
信号或受限
GPS
信号的环境下实现精确导航的方法和系统
。
现有的视觉导航系统主要基于单目或双目相机进行姿态估计和定位
。
然而，在农田环境下，受到作物遮挡和振动干扰等因素的影响，传统的视觉导航系统往往难以获得稳定和准确的导航结果
。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术的不足之处作出了改进，提供了一种农机插秧系统中的减震相机
‑
IMU
装置及导航装置及导航方法，通过精确的姿态估计和定位，实现农机在无
GPS
信号或受限
GPS
信号的环境下的精确定位导航
。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]本专利技术公开了一种农机插秧系统中的减震相机
‑
IMU
装置，装置包括相机
IMU
结构件
、
设置于相机
IMU
结构件侧板前方的相机
、
设置于相机
IMU
结构件上板中部的
IMU、
连接固定于相机
IMU
结构件上板上的工字件
、
位于工字件上方的打孔钢板
、
固定于打孔钢板上表面的
T
型结构件
、T
型结构件上开设有通孔用于农机上的钢管通过，工字件上方垫有海绵，工字件与打孔钢板之间通过斜拉弹簧相连
。
[0008]作为进一步地改进，本专利技术相机
IMU
结构件为内含空腔的罩盖结构，包括上板和四
周的侧板，侧板的前侧板安装至少2个相机
。
[0009]作为进一步地改进，本专利技术前侧板包括一个前板和前板两侧的斜板，前板的两端和两侧的斜板均安装有相机，共4个相机，相机为四目广角镜头，前板与斜板的角度为
135
度
。
[0010]作为进一步地改进，本专利技术上板的下表面的正中部倒装有
IMU。
[0011]作为进一步地改进，本专利技术工字件两个横边分别对应有两个打孔钢板，两个打孔钢板分别与对应的两个横边平行，打孔钢板的两端与对应横边的两端通过斜拉弹簧连接
。
[0012]作为进一步地改进，本专利技术斜拉弹簧处于拉伸的状态，两个打孔钢板的距离大于工字件的竖边，打孔钢板位于横边的外上方
。
[0013]作为进一步地改进，本专利技术斜拉弹簧的角度为
45
度，
IMU
集成在采集板上
。
[0014]本专利技术还公开了一种农机插秧系统中的相机
‑
IMU
导航装置，包括相机
‑
IMU
采集板
、
固定于相机
‑
IMU
采集板上的
IMU、
与相机
‑
IMU
采集板相连的相机
、
与相机
‑
IMU
采集板相连的工控机；
[0015]相机
‑
IMU
采集板负责控制相机的采样触发和多相机间的时间戳同步，确保图像数据的准确获取且不同相机间尽量接近；
[0016]相机包括两个用于形成前向双目组合的摄像头，以及另外两个朝向左前和右前的摄像头，提供更广阔的视野；
[0017]IMU
获取加速度和角速度等姿态信息，姿态信息包含农机的姿态变化和运动状态；
[0018]工控机负责处理接收到的相机和
IMU
惯性测量数据，并运行定位导航算法，输出农机的姿态估计和定位结果
。
[0019]本专利技术还公开了一种农机插秧系统中的相机
‑
IMU
装置的自主导航方法，包括：获得图像数据和
IMU
惯性测量数据；图像数据和
IMU
惯性测量数据通过相机
‑
IMU
采集板调用相机进行拍摄获得；图像数据包括四个摄像头的图像数据，用于特征点提取
、
跟踪和姿态估计；
IMU
惯性测量数据包括加速度和角速度等姿态信息，用于姿态估计的辅助；
[0020]使用图像数据和惯性测量数据，初始化卡尔曼滤波器的状态，包括相机的位姿和速度以及
IMU
的偏置，得到初始状态下的相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种农机插秧系统中的减震相机
‑
IMU
装置，其特征在于，所述的装置包括相机
IMU
结构件
、
设置于相机
IMU
结构件侧板前方的相机
、
设置于相机
IMU
结构件上板中部的
IMU、
连接固定于相机
IMU
结构件上板上的工字件
、
位于工字件上方的打孔钢板
、
固定于打孔钢板上表面的
T
型结构件
、
所述的
T
型结构件上开设有通孔用于农机上的钢管通过，所述的工字件上方垫有海绵，所述的工字件与打孔钢板之间通过斜拉弹簧相连
。2.
根据权利要求1所述的农机插秧系统中的减震相机
‑
IMU
装置，其特征在于，所述的相机
IMU
结构件为内含空腔的罩盖结构，包括上板和四周的侧板，所述的侧板的前侧板安装至少2个相机
。3.
根据权利要求2所述的农机插秧系统中的减震相机
‑
IMU
装置，其特征在于，所述的前侧板包括一个前板和前板两侧的斜板，所述的前板的两端和两侧的斜板均安装有相机，共4个相机，所述的相机为四目广角镜头，所述的前板与斜板的角度为
135
度
。4.
根据权利要求1或2或3所述的农机插秧系统中的减震相机
‑
IMU
装置，其特征在于，所述的上板的下表面的正中部倒装有
IMU。5.
根据权利要求4所述的农机插秧系统中的减震相机
‑
IMU
装置，其特征在于，所述的工字件两个横边分别对应有两个打孔钢板，所述的两个打孔钢板分别与对应的两个横边平行，所述的打孔钢板的两端与对应横边的两端通过斜拉弹簧连接
。6.
根据权利要求4所述的农机插秧系统中的减震相机
‑
IMU
装置，其特征在于，所述的斜拉弹簧处于拉伸的状态，所述的两个打孔钢板的距离大于工字件的竖边，所述的打孔钢板位于横边的外上方
。7.
根据权利要求5或6所述的农机插秧系统中的减震相机
‑
IMU
装置，其特征在于，所述的斜拉弹簧的角度为
45
度，所述的
IMU
集成在采集板上
。8.
一种农机插秧系统中的相机
‑
IMU
导航装置，其特征在于，包括相机
‑
IMU
采集板
、
固定于相机
‑
IMU
采集板上的
IMU、
与相机
‑
IMU...

【专利技术属性】
技术研发人员：王越，魏雨飞，韩福长，吴俊，熊蓉，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：