时，系统程序执行完毕，此时，系统通过遥控器界面提示用户，是否要返回初始位置。如果用 户通过按键选择返回，则系统自动控制刀盘升降复位，刀盘的主运动停止，系统自动返回初 始位置。如果用户选择不返回初始位置，这时，系统转为手动控制模式，由用户通过遥控器 执行相关操作。
[0097] 2)分布式信标激光定位子系统工作流程实现
[0098] 如图6,分布式信标激光定位子系统是由1个激光定位导航控制模块和2个远程分 布式远程信标控制模块组成的，远程信标控制模块和激光定位导航模块采用远程无线射频 通信，以实现信标和激光扫描收发器之间距离和转角位移检测。激光定位导航模块是分布 式无线通信系统的主模块，2个远程信标控制模块为从模块。通信的实现首先由主模块自 主发起，主模块向两个从模块自主发送通信指令，进行通信状态诊断，诊断结果返回给主模 块。主要工作流程如下：
[0099] (a)激光收发器摆动角补偿控制。电子罗盘感应割草机机体在垂直面的角位移，发 送给激光定位导航控制模块的控制器，控制器根据转角位移生成角位移补偿指令，并发送 给伺服运动控制器5,伺服运动控制器5执行PID闭环控制算法，实现激光收发器的垂直角 位移补偿控制，保证激光收发器水平发射激光。
[0100] (b)激光收发器水平转动工作扫描。控制器向伺服运动控制器4发送运动控制指 令，伺服运动控制器4执行PID闭环控制算法，控制激光收发器的水平角度摆动，以便依次 扫描远程?目标。
[0101] (C)激光收发器发射扫描与捕捉测距。激光收发器摆动扫描发射激光，远程信标控 制模块等待激光扫描射线信号，激光发射到远程信标上，远程信标反射激光给激光收发器 接收，此时，远程信标内的信标感应器接受到激光照射而电压升高，信标控制器将激光扫 描到标志信号置"1"，并通过无线射频接口发送激光扫描到标志信号给激光定位导航控制 模块。激光定位导航模块的控制器收到激光扫描标志信号置" 1"时，校验该信标号，并同时 将当前扫描到标志信号清"〇"，暂停伺服电机转动，以方便准确接收远程信标反射的激光射 线，激光收发器发送捕捉激光扫描距离命令，激光收发器根据激光发射和接收的时间计算 水平激光测距％，如果捕捉距离信号失败，则重复上一步，如果成功则存储该水平距离&1。
[0102] (d)计算激光收发器当前坐标位置和转角位移。激光扫描模块的控制器首先核对 当前扫描的信标号，如果信标号为1，表明此次测试的是激光扫描收发器到信标1的距离ai，还需要再扫描和捕捉到远程信标2的距离a2。若此次循环ai，a 2测出，则计算激光收发 器直角坐标D(x，y)和割草机机体的转角位移。这里说明，由于立式伺服电机的转动速度远 远大于割草机的行走的速度，对割草机的扫描时间延迟忽略不计。立式伺服电机的转向标 志清"0 "和置" 1"是云台电机的正、反转标记。
[0103] (e)发送割草机机体当前坐标和转角位移。激光扫描模块的控制器将计算出的当 前位置坐标D(x，y)和转角位移保存到存储器中，并通过RS485接口发送到中央监控模块， 以便为轨迹运动控制算法提供实时数据支持。
[0104] 使用效果分析
[0105] 分布式信标激光定位与轨迹控制系统提供了 RS485总线和无线通信构成的主从 式分布结构，解决了远程分布式数据处理和通信问题。所述结构使得各模块相互独立，又共 享统一、开放通信接口。各模块独立处理数据，只交换指令和处理结果，大大减少了数据通 信量，提高了系统处理速度和数据处理的效率。另外，采用这种结构，软件编程采用功能模 块对象封装的方式，大大减轻了程序的开发的工作量。
[0106] 系统在中央监控模块的统一协调下，实现了轨迹参数预设、手动遥控、激光扫描导 航与精密位置测量、转角位移测控、位置纠偏与轨迹运动控制、超声波测距与防撞控制、刀 盘升降控制、刀盘转速控制等功能。实现了对精密割草机自动导航和控制，达到了通过精密 自动割草来草坪美化的要求。
【主权项】
1. 一种精密自动割草机分布式信标激光定位与轨迹控制系统，其特征在于，包括实现 精密自动割草机分布式信标定位与轨迹控制系统的控制硬件和软件，系统也适用于自动 导引小车（AGV)等的自动导航和控制，如自动导引小车采用本发明所提出的定位导航和轨 迹控制技术，也属于本专利保护的范围。2. 如权利1所要求的控制硬件，其特征在于，包括三个部分7个模块。其中，第一部分 安装在割草机的车体上，包括中央监控、运动控制、激光定位导航、超声波控制模块；第二部 分包括手持遥控模块1个，通过红外接口和中央监控模块通信；第三部分包括远程信标控 制模块2个，每个信标控制模块通过各自的无线射频接口与激光定位导航模块实现分布式 数据通信。3. 如权利1所要求的控制软件，其特征在于，包括中央监控子系统、分布式信标激光扫 描定位子系统、超声波测量与避障控制子系统以及轨迹运动控制子系统。4. 如权利2所要求的中央监控模块，其特征在于，包括中央处理器、程序存储器、数据 存储器、数据接口，基于IXD触摸屏人机界面和红外接口。5. 如权利2所要求的运动控制模块，其特征在于，包括刀盘运动控制、刀盘自动升降、 车体差动行走运动控制和导向轮转角测控单元。6. 如权利2所要求的激光定位导航模块，其特征在于，包括控制器、电子罗盘、伺服运 动控制器4、伺服驱动器4、立式伺服电机（自带编码器）、伺服运动控制器5、伺服驱动器5、 卧式伺服电机（自带编码器）、激光扫描收发器、射频无线通信接口、通信接口等。7. 如权利2所要求的远程信标控制模块，其特征在于，包括远程信标、信标控制器、激 光反射感应器阵列和射频无线通信接口等外围电路。8. 如权利3所要求的中央监控子系统，其特征在于，包括接收用户指令、采集状态数 据、运行控制算法、发送指令。9. 如权利3所要求的分布式信标激光扫描定位子系统，其特征在于，包括接收指令与 数据信息、激光扫描云台运动控制与数据处理。10. 如权利3所要求的轨迹运动控制子系统，其特征在于，包括刀盘旋转主运动的直流 调速控制、刀盘自动升降的伺服电机运动控制、车体运动轨迹差动驱动的伺服电机控制。
【专利摘要】本发明提供了一种精密自动割草机的分布式信标激光定位与轨迹控制系统。在硬件上，采用RS485总线和无线射频模块组成的分布式通信结构，各模块内部算法独立运行，大大减少了系统的数据通信量，消除了通信堵塞，提高了系统处理速度。在软件上将激光自动扫描、分布式信标距离测量、运动趋势判断、超声波距离测量、无线通信、轨迹控制、自动防撞等功能结合在一起，实现了智能化精密自动割草机的自动、精密割草功能，达到了通过智能化精密自动割草来美化草坪的要求和节能环保的目的。本发明也适用于自动导引小车(AGV)等运动的自动导航和轨迹控制。
【IPC分类】G05D1/02
【公开号】CN105353758
【申请号】CN201510761992
【发明人】闫夙, 董颖, 王云成
【申请人】闫夙
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年11月10日