[发明专利]基于多传感器融合的智能推料机器人组合导航系统及方法

说明书

本发明公开了基于多传感器融合的智能推料机器人组合导航系统及方法，用于解决牧场机器人导航路线不够灵活、在牛栏中导航横向距离获取不够准确平滑以及航向角漂移问题。主要包括以下步骤：使用人机交互界面设定机器人行走路线，机器人由充电桩通过磁导航行驶至牛栏处，在牛栏中使用超声波、惯性传感器(IMU)以及轮式里程计进行组合导航，在横向距离的获取上采用卡尔曼滤波器融合超声波和轮式里程计获得更加稳定平滑的距离，针对航向角漂移问题，采用软件对IMU进行复位矫正，有效消除了航向角漂移的问题。本发明导航效果良好，导航精度可达0.05m，被国内知名牧场所接受。

技术领域

本发明属于畜牧业自动化领域，是一种基于多传感器融合的智能推料机器人组合导航系统的技术和方法。

背景技术

畜牧业已经成为我国牧民的支撑产业，是其收入经济的主要来源。目前为止，国内养牛牧场的饲养方式多为人工饲养，费时费力，并且无法保证作业精度和作业频率。为解决人工饲养带来的问题，突破牧场养牛自动化的瓶颈，行业内相继研制了不同种类的推料机器人，但导航与控制性能还有较大的改进空间。

目前，在机器人的导航方式上，主要有轨道导航、超声波导航、磁条导航、磁钉导航以及标志线导航。其中轨道导航需要事先铺设悬挂轨道,对牧场坏境改动较大。磁导航需要事先铺设大量的磁钉或者磁条，成本较高，施工相对麻烦。

目前推料机器人的导航问题主要有以下几点：

第一，不同的牧场环境，要求不同的机器人工作路线。因此系统需灵活的路径设置途径；

第二，基于超声波传感器的牛栏测距，是当前主流的导航控制方案。但单一传感器难以避免测量噪声，且牛在吃草过程中，对超声波测距造成非常严重的动态干扰；

第三，推料机器人相对牛栏的航向角，缺少有效的测量方法。

针对上述问题，本文发明了基于多传感器融合的智能推料机器人组合导航系统，对上述问题提出了有效的解决办法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于多传感器融合的推料机器人组合导航系统的装置和方法。

本发明的主要装置包括人机交互界面(触摸屏DOP-107BV)超声波传感器、惯性传感器(IMU)和电机以及编码器。机器人组合导航方法步骤如下：

准备工作：在机器人上安装好相应的电机、编码器、超声波传感器、IMU 等。

步骤1：通过人机交互界面设定推料机器人导航路径。

步骤2：通过磁条导航驶出充电桩，行驶至牛栏处。

步骤3：机器人行驶至牛栏处后，启动超声波、惯性传感器(IMU)、轮式里程计进行组合定位导航。

步骤4：行驶至牛栏尽头，检测到磁条，根据步骤1判定机器人行进方向，导航至牛栏的另一侧。

步骤5：步骤4执行完毕后，重复执行步骤3，直至再次检测到磁条，根据步骤1判定机器人行进方向，根据磁条导航回到充电桩。

根据上述方案的本发明，所述的人机交互界面采用触摸屏，根据牧场的实际环境可以灵活设定机器人行进的方向路线。

根据上述方案的本发明，所述步骤二，主要用来引导机器人在牛栏之外的充电桩行驶至牛栏处。