[发明专利]采摘机器人的自主导航和人机协同采摘作业系统

权利要求书

1.一种采摘机器人的自主导航和人机协同采摘作业系统，其特征在于：包括采摘机器人，用于实现人-采摘机器人之间进行信息交互的、并能用于采摘机器人的空间定位的无线传感网和用于对采摘现场和采摘机器人的状态进行综合分析处理和判断的、并用于在人机协同采摘作业中为采摘管理人员提供远程干预和管理的计算机；

所述的采摘机器人包括：行走部分、采摘机器手、用于获取采摘区域全景立体视频图像的全景立体视觉传感器和用于实现采摘机器人的自主导航、避障、定位和路径规划功能的智能体，以下简称Agent，所述的Agent根据所述的全景立体视觉传感器感知的信息进行分析、计算和推理，在常规情况下，根据所述的采摘管理人员下达的采摘区域和采摘时间的采摘作业调度决策，自动做出路径规划，驱动所述的行走部分和所述的采摘机器手完成边行走边采摘的任务操作；在非常规情况下通过无线传感网向采摘管理人员提供非规则事件等信息，请求采摘管理人员的干预；

所述的Agent包括任务规划行为模块、协调行为模块、与采摘管理人的交互行为模块、紧急行为模块、路径识别行为模块、避障行为模块、定位行为模块、路径跟踪行为模块、采摘边界识别行为模块、行走行为模块、转向行为模块、采摘对象的识别和分类行为模块、采摘对象的空间定位行为模块和采摘行为模块；

所述的无线传感网，用于采摘管理人员与采摘机器人之间的信息交互，同时也能为采摘机器人的空间定位提供信息；采用一种以ns级的冲击脉冲在短距离内高速传输数据的无线通信技术，通过所述的无线传感网将分布在采摘区域中的采摘机器人与所述的采摘管理人员构成一个人-采摘机器人一体化的采摘管理和控制系统，根据需求、环境和采摘对象的变化，通过动态自组织的方式协同地感知和采集网络分布区域的多采摘机器人和各种采摘对象的信息，形成一种人与采摘机器人相互激发、优势互补、共同寻求问题求解的协同机制。

2.如权利要求1所述的采摘机器人的自主导航和人机协同采摘作业系统，其特征在于：所述的行走行为模块中，采用模糊控制方法；根据全景视觉成像特点，经过图像分割和滤波数字图像处理，两农作物行间在全景成像上呈现出向着成像中心圆的一条直线；采用Hough变换来检测农作物行中心线；利用Hough变换得到边界线将不连续的边缘像素点连接起来；对采摘机器人采用模糊导航控制，用γ₀和θ_r0表示采摘机器人的期望位置和姿态，导航角θ_r(t)表示采摘机器人的轴线与两作物行中线的偏角，单位：rad，导航距γ(t)表示采摘机器人导航全景视觉传感器的中心在地面的投影点到两作物行中线的距离，单位：mm，转角控制输出δ(t)表示主动导向轮的转角变化量，控制输出μ(t)表示两侧后轮的转速差；

将模糊导航控制归纳为双输入双输出的模糊控制求解问题，首先，确定隶属函数、模糊集进行模糊化直线函数能快速调整较大误差，钟形和Bell型函数变化平滑性；在误差较大时，考虑调整的速度，采用三角形隶属函数；在误差允许范围内，采用曲线型隶属函数；取γ、θ_r、μ和δ的模糊子集，在各自论域中均划分为7个集合“左大(LB)”、“左中(LM)”、“左小(LS)”、“零(ZE)”、“右小(RS)”、“右中(RM)”、“右大(RB)”；通过实验得到参数γ、θ_r、μ和δ的有效论域；输入变量γ和θ_r具有相似的变化特性，均设置相同的隶属函数；输出变量μ和δ也具有相似的变化特性，也设置相同的隶属函数；

建立控制规则，用模糊条件语句来描述控制规则：

R_i:if Q1 is A_i and Q2 is B_i,then U1 is C_i and U2 is D_i;

R_i表示第i条控制规则，Q1表示导航角语言变量，Q2表示导航距语言变量，U1表示转角控制输出语言变量，U2表示两侧后轮的转速差输出语言变量；它们的语言值在相应论域中的模糊子集分别为A_i、B_i、C_i和D_i，根据控制规则建立输入和输出控制规律表，根据输入变量得到相应的输出变量；

利用重心法进行解模糊化处理，得到输出变量μ和δ的精确控制值。