[发明专利]一种基于ROS与图像处理的寻苗行走系统及其方法

说明书

本发明提出一种基于ROS与图像处理的寻苗行走系统及其方法，所述系统包括摄像头、上位机模块、电机控制系统和ROS系统；所述摄像头来获取图像信息，所述上位机模块获取并处理图像信息，所述电机控制系统与上位机模块通过ROS系统进行通讯，获取控制信息，输出控制信号控制电机旋转，控制车体行走。本发明可以实现小车机器人四轮分跨田垄两侧，在田地中根据前方苗的位置，寻找定位作物所在直线，并且能够实时根据直线与自身前进方向的偏差，进行方向调整，从而实现循着作物行走的效果。

技术领域

本发明属于图像处理、电机控制技术领域，特别是涉及一种基于ROS与图像处理的寻苗行走系统及其方法。

背景技术

图像处理技术是利用计算机将获取得到的图像进行处理的技术，主要包括图像分割、图像识别、图像增强和复原等。利用图像处理技术，可以让机械获得“眼睛”，获取视觉这一重要信息，从而更加方便准确地对机械进行控制。

机械的行动则离不开电机。通过对电机旋转方向、旋转速度的精确控制，可以实现对机械运动的精确控制。本系统使用的直流电机控制起来相对简单，常用的控制方法是PWM(脉冲宽度调制)技术，其原理是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率，通过改变PWM信号的占空比可以控制电机旋转的速度，改变PWM信号的正负输出来控制电机旋转的方向。在行走控制系统中，往往利用双轮差速的方式来进行方向调节。

普通的开环控制并不稳定，我们通常需要加入反馈实现闭环控制。我们使用的，也是最常用的是“比例积分微分控制”，简称PID控制。它根据给定值和实际输出值构成控制偏差，将偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。

ROS(机器人操作系统)是用于编写机器人软件程序的一种具有高度灵活性的软件架构。ROS系统提供了一种发布-订阅式通信框架，用以简单、快速地构建分布式计算系。

发明内容

本发明是为了实现小车机器人四轮分跨田垄两侧，在田垄中可以在无需人员操作的情况下，自主寻找定位前方苗线，并且能够沿着苗线进行行走的功能，从而提供了一种基于ROS与图像处理的寻苗行走系统及其方法。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出一种基于ROS与图像处理的寻苗行走系统，所述系统包括摄像头、上位机模块、电机控制系统和ROS系统；所述摄像头来获取图像信息，所述上位机模块获取并处理图像信息，所述电机控制系统与上位机模块通过ROS系统进行通讯，获取控制信息，输出控制信号控制电机旋转，控制车体行走。

进一步地，所述上位机模块使用的是树莓派4B,通过程序编写对应的上位机控制模块，该上位机控制模块包括：

用于接收摄像头获取的实时图像信息的图像接收模块；

用于处理图像信息，获取作物位置信息，进而获取作物所在路径直线信息，计算得到路径直线偏角度与偏移量的图像处理模块；

用于向电机控制系统发送偏角度与偏移量的控制信息发送模块；

用于对电机控制系统发送的应答信息进行接收的应答信息接收模块。

进一步地，所述电机控制系统包括开发板和电机驱动板，在所述开发板内，通过程序编写电机控制模块，该电机控制模块包括：

用于对上位机模块发送的偏角度与偏移量进行接收的控制信息接收模块；

用于将偏角度与偏移量转化为控制信号的控制信息处理模块；

用于向电机驱动板发送控制信号的控制信号发送模块；

用于测量并且获取电机当前转速的编码器模块；