[实用新型]一种基于多传感器信息融合的山地农业机器人避障系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种应用于山地农业机器人的避障系统，尤其涉及一种基于多传感器信息融合进行自主避障的山地农业机器人避障系统，属于机器人避障技术领域。

背景技术

山地农业机器人主要工作于丘陵地区，为了提高工作效率，自主导航成为山地农业机器人发展的必然趋势，而自主避障是山地农业机器人自主导航的一个重要内容。目前应用较多的是利用视觉避障和超声波避障。利用视觉传感器进行避障，可以得到具体的障碍物信息，从而达到精确避障的目的，但视觉避障算法复杂，图像处理计算量大，不能满足实时性要求，并且当障碍物不在视野之内或光线很暗时，视觉避障活动受到限制。利用超声波传感器进行避障，速度快，不易受到天气条件和环境光照等外部条件的影响，但不能得到障碍物的具体信息，并且仅利用超声波传感器避障还存在测量盲区，容易发生事故。近年来利用多传感器信息融合技术进行避障已发展成为一个热门的科研领域，采用多传感器信息融合技术可以提高系统的可靠性和鲁棒性，扩展时间上和空间上的观测范围，增强数据的可信任度和系统的分辨能力，并且采用多传感器信息融合技术可以充分利用有限的传感器资源，既降低成本，又能提高山地农业机器人的性能，满足实际应用的需要。因此，本实用新型提出了一种能够满足自主避障实时性和精确性要求的基于多传感器信息融合的山地农业机器人避障系统。

实用新型内容

为了克服单个传感器获取信息片面、避障精度不足、实时性差等缺点，本实用新型提供了一种基于多传感器信息融合的山地农业机器人避障系统，可以获取障碍物的具体信息，并且满足实时性和精确性的要求。

本实用新型的技术方案为：一种基于多传感器信息融合的山地农业机器人避障系统，包括放置在山地农业机器人上方的视觉传感器模块(1)、放置在山地农业机器人正前方和左右两侧的超声波传感器模块(2)和红外传感器模块(3)、数据融合模块(4)和控制模块(5)。

视觉传感器模块包括1个CCD摄像头、1个视频解码器、1个DSP图像处理器、外部存储器SDRAM、EEPROM、FLASH和外围电路；FLASH用来存储程序代码和启动代码，SDRAM为程序、数据存储器，EEPROM用于存储各种配置信息；在山地农业机器人行走时，CCD摄像机用于实时采集山地农业机器人前方道路的图像信息，并将其传输给视频解码器，视频解码器解码后将信息通过高速缓存区后传输给DSP图像处理器，DSP图像处理器处理后得到障碍物的图像信息，然后将障碍物图像信息传输给数据融合模块。

超声波传感器模块包括9个超声波传感器、1个温度传感器、1个DSP信号处理器和外围电路，9个超声波传感器分为3组，每组3个，分别等距放置在山地农业机器人的正前方和左右两侧，来探测前方和左右两侧30cm～800cm的障碍物距离信息，DSP信号处理器接收9个超声波传感器采集的信号，并结合温度传感器采集的环境温度，将采集的信号转换成距离数据，然后将距离数据传输给数据融合模块。

红外传感器模块包括9个红外传感器、1个DSP信号处理器和外围电路，9个红外传感器分为3组，每组3个，分别等距放置在山地农业机器人的正前方和左右两侧，来探测前方和左右两侧3cm～60cm距离是否有障碍物，DSP信号处理器接收9个红外传感器采集的信号，并将采集的信号处理之后传输给数据融合模块，红外传感器探测距离比较短，可以弥补超声波传感器存在测距盲区的缺陷。

数据融合模块包括1个DSP信号处理器和外围电路，DSP信号处理器接收由视觉传感器模块、超声波传感器模块和红外传感器模块传输来的障碍物信息，按特定的融合规则进行数据融合，并将融合后的信息传输给控制模块进行行为决策和控制。

控制模块包括ARM处理器、控制电路和执行器，ARM处理器接收由数据融合模块融合后的信息，然后根据特定的判断规则进行行为决策和控制，通过控制执行器使山地农业机器人执行相应的前进、后退、左右转向或制动动作，从而实现避障。

综上所述，本实用新型提供的基于多传感器信息融合山地农业机器人的避障系统可以实现在行走中的自主避障。采用视觉传感器可以得到大量的周围环境信息，了解障碍物的具体图像信息，提高避障的精确性；采用超声波传感器和红外传感器相结合的测距方式可以快速测得障碍物的距离信息，提高实时性，并且可以避免单一传感器存在测量盲区的缺陷，提高避障的准确性和安全性，而且数据采集模块和数据融合模块都采用单独的DSP信号处理器，通过多DSP处理器对多传感器信息进行并行处理，提高了数据采集和处理的速度，满足避障系统实时性和高效性的要求。

附图说明

下面结合附图进一步说明本实用新型。