[发明专利]一种果园自动驾驶除草拖拉机

权利要求书

1.一种果园自动驾驶除草拖拉机，包括拖拉机本体，其特征在于：在拖拉机本体上安装除草装置，其包括导轨和可移动安装在导轨上的刀架，刀架内安装可旋转的刀片，除草装置通过设置在拖拉机本体内部的控制系统实现除草装置上刀片的旋转以及刀架的滑行移动，从而实现拖拉机本体在果园行间杂草的一次性清除；

前述的控制系统包括CAN总线，其分别与决策处理单元、通讯模块、执行控制系统和除草装置相连通，且决策处理单元、通讯模块、执行控制系统和除草装置均可通过CAN总线相互共享和调用；

还包括图像采集系统和图像处理模块，其中，图像处理模块与决策处理单元相连通，图像采集系统与图像处理模块相连通，图像采集系统通过单目摄像头采集果园两侧果树图像信息以及果树行间的杂草图像信息，图像处理模块根据图像采集系统采集到的图像信息进行特征提取；

前述的决策处理单元，其根据图像处理模块提取的特征信息决定拖拉机本体的行驶路径和除草装置的工作工况；

前述的执行控制系统包括横向控制单元，其用于控制拖拉机本体的转向，还包括纵向控制单元，其用于控制拖拉机本体的纵向速度；

前述的通讯模块与本地终端相互通信，操作人员实现远程控制拖拉机本体的紧急停止；

前述的除草装置控制刀片的旋转启停，并控制刀架在导轨上的滑行位置，最终实现果园除草；

图像采集系统采集到的图像数据，包括果园两侧果树的图像信息和果园行间杂草的图像信息，这些图像数据传递给图像处理模块进行处理，处理后的信息包括表示果树轮廓特征的特征像素点和表示杂草位置信息的特征像素点，将处理后的特征像素点进行视觉测距同时对每一帧中表示果树的特征像素点进行匹配并根据像素点的匹配结果将每一帧的图片进行拼接构成环境地图，从而构建起果树形成的环境地图以及杂草地的位置信息，将地图信息和杂草地的位置信息发送给决策处理单元，在决策处理单元中，根据建立的环境地图生成期望的行驶路径和刀片刀架的期望位置信息，通过CAN总线，实现信息的传递和共享，指导执行控制系统操控拖拉机的运动，指导除草装置操控旋转刀片和驱动电机的动作实现精准和高效除草；

同时决策处理单元根据得出的期望行驶路径，采用基于航向角误差和横向位置误差的PID路径跟踪算法，计算出下一时刻的期望速度以及期望方向盘转角。

2.根据权利要求1所述的果园自动驾驶除草拖拉机，其特征在于：前述的CAN总线与决策处理单元通信的信息包括摄像头构建的环境地图信息和果树行间杂草的分布信息；

CAN总线与通讯模块通信的信息包括拖拉机本体的车速、决策处理单元的结果、执行控制系统的状态信息和除草装置的状态信息；

CAN总线与执行控制系统通信的信息包括决策处理单元下达给执行控制系统的车速指令和转向指令；

CAN总线与除草装置通信的信息包括决策处理单元下达给除草装置的刀片的旋转转速信息以及刀架的目标位置信息。

3.根据权利要求1所述的果园自动驾驶除草拖拉机，其特征在于：前述的图像处理模块通过果树的颜色进行图像分割，从而提取每一帧图像的待匹配特征；

前述的图像处理模块通过比较相邻两帧图像，计算两帧中所有特征的相似性，并将相邻帧中最相近的特征点进行匹配，实现每一帧图像的拼接，从而构建果园环境的视觉地图；

图像处理模块通过单目视觉测距算法，计算每一帧目标特征点的实际位置信息；

图像处理模块根据地面颜色进行图像分割，提取并计算出需要除草的位置。

4.根据权利要求1所述的果园自动驾驶除草拖拉机，其特征在于：前述决策处理单元通过图像处理模块构建的图像地图，计算出拖拉机的期望行驶路径；

决策处理单元根据杂草位置的定位，控制刀架的位置以实现精准除草和高效除草。

5.根据权利要求1所述的果园自动驾驶除草拖拉机，其特征在于：前述的除草装置包括安装在拖拉机本体底部的导轨，导轨的中间位置安装限位块，在靠近导轨两端的位置处分别安装刀架，刀片安装在刀架的轴心位置。