一种割草机器人控制系统及控制方法

本发明涉及机器人控制，尤其涉及一种割草机器人控制系统及控制方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、随着智能机器的快速发展，移动机器人在农业的领域得到了大量的应用。但是割草的工作主要还是依靠传统手持内燃机割草机完成，由于割草工作劳动强度大，重复性高，相较于传统的人工作业，机器人更适合完成这类工作。但是割草工作的不确定因素较多，机器人一直无法很好的完成这项工作。这些不确定因素主要由复杂的割草作业地形、不稳定的电池续航时间、未知的切割对象等组成。割草机器人多应用于公共空间的绿地和农业生产等，但在实际应用中却要考虑很多不同的工况。

3、现有大部分割草机器人的机械结构比较复杂，硬件成本较高，易对环境造成污染。且目前大部分的割草机器人多适用于平地作业，而对于有一定坡度的场地无法进行全速作业，长时间工作也影响其续航时间，降低工作的效率，限制了其适用的场合。还有的机器人在识别需要切割的植物时产生识别误差，产生漏切或者误切的现象。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种割草机器人控制系统及控制方法，以直流电机为驱动设备主要动力，割草污染小。通过避障和定位功能，对障碍物和所需要切割的植物进行准确识别，提高了环境适应能力，降低了漏切或者误切的几率。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、本发明第一方面提供了一种割草机器人控制系统，包括：

4、工控机、定位模块和控制模块；所述工控机与控制模块和定位模块连接；所述工控机用于接受各个模块信号并对信号进行处理后生成控制指令，工控机将控制指令传输至控制模块和定位模块；所述定位模块包括激光扫描模块、测量定位模块和视觉分析模块，其中，视觉分析模块对障碍物进行识别，根据识别结果通过激光扫描模块实时测定割草机器人与障碍物距离，并通过测量定位模块和控制模块按照避障路径自动导航和进行避障作业；控制模块用于接受工控机的控制指令，并根据控制指令对驱动设备和输入输出器件进行控制。

5、进一步的，视觉分析模块对障碍物进行识别的具体步骤为：

6、获取障碍物图像，对障碍物图像进行颜色和形状识别；

7、若识别到适合切割的植物按照路径规划进行切割操作；

8、若识别到不可切割的植物记作障碍物，进行避障作业。

9、进一步的，通过测量定位模块和控制模块按照避障路径自动导航和进行避障作业的具体步骤为：

10、实时获取激光扫描模块得到的割草机器人与障碍物的距离；

11、在割草机器人距离障碍物的距离达到设定最小的距离时；

12、控制模块控制割草机器人进行转向避障，根据动态窗口算法(dwa)实时进行路径的选取；

13、完成转向避障后继续按照规划路径行驶。

14、更进一步的，根据动态窗口算法实时进行路径的选取的具体步骤为：

15、动态窗口算法通过对最大角度和最小角度之间的所有轨迹进行全遍历，通过设置的航向得分、距离得分和速度得分选取最优轨迹。

16、更进一步的，当障碍物较大无法通过一次转向避障时，控制模块控制割草机器人根据测量定位模块定位，按照设定距离沿障碍物行驶。

17、进一步的，所述激光扫描模块障采用基于激光雷达的slam，在已规划的路径中进行障碍物扫描并实时构建地图，在扫描到障碍物的存在时，实时地更新目标轨迹和地图信息，绕过障碍物。

18、进一步的，还包括遥控模块，所述遥控模块包括遥控器和无线通讯模块，遥控器通过无线通讯模块与控制模块连接，用于对割草机器人进行无线遥控。

19、进一步的，还包括上位机，所述上位机为pc设备，与工控机连接，用于对割草机器人的控制状态进行监控。

20、进一步的，还包括电池管理模块，所述电池管理模块为bms电池管理系统，与工控机连接，用于提供电源及对电源进行管理。

21、本发明第二方面提供了一种割草机器人的控制方法，包括以下步骤：

22、获取工作环境并构建地图；

23、对工作环境进行扫描，对扫描物根据切割标准进行识别分类；将不可切割的扫描物作为障碍物，将可切割的扫描物作为切割目标；

24、根据障碍物和切割目标分布进行路径规划；

25、控制割草机器人按照路径规划实施切割作业和避障作业。

26、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

27、本发明公开了一种割草机器人控制系统及控制方法，由于传统的以内燃机作为动力系统的割草机需要耗油，且能源转化率低，造成许多不必要的能源浪费，本发明以直流电机为驱动设备主要动力，割草污染小。本发明通过避障和定位功能，对障碍物和所需要切割的植物进行准确识别并基于整体工作环境进行地图构建和路径规划，提高了环境适应能力，降低了漏切或者误切的几率。

28、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种割草机器人控制系统，其特征在于，包括：工控机、定位模块和控制模块；所述工控机与控制模块和定位模块连接；所述工控机用于接受各个模块信号并对信号进行处理后生成控制指令，工控机将控制指令传输至控制模块和定位模块；所述定位模块包括激光扫描模块、测量定位模块和视觉分析模块，其中，视觉分析模块对障碍物进行识别，根据识别结果通过激光扫描模块实时测定割草机器人与障碍物距离，并通过测量定位模块和控制模块按照避障路径自动导航和进行避障作业；控制模块用于接受工控机的控制指令，并根据控制指令对驱动设备和输入输出器件进行控制。

2.如权利要求1所述的割草机器人控制系统，其特征在于，视觉分析模块对障碍物进行识别的具体步骤为：

3.如权利要求1所述的割草机器人控制系统，其特征在于，通过测量定位模块和控制模块按照避障路径自动导航和进行避障作业的具体步骤为：

4.如权利要求1所述的割草机器人控制系统，其特征在于，根据动态窗口算法实时进行路径的选取的具体步骤为：

5.如权利要求3所述的割草机器人控制系统，其特征在于，当障碍物较大无法通过一次转向避障时，控制模块控制割草机器人根据测量定位模块定位，按照设定距离沿障碍物行驶。

6.如权利要求1所述的割草机器人控制系统，其特征在于，所述激光扫描模块障采用基于激光雷达的slam，在已规划的路径中进行障碍物扫描并实时构建地图，在扫描到障碍物的存在时，实时地更新目标轨迹和地图信息，绕过障碍物。

7.如权利要求1所述的割草机器人控制系统，其特征在于，还包括遥控模块，所述遥控模块包括遥控器和无线通讯模块，遥控器通过无线通讯模块与控制模块连接，用于对割草机器人进行无线遥控。

8.如权利要求1所述的割草机器人控制系统，其特征在于，还包括上位机，所述上位机为pc设备，与工控机连接，用于对割草机器人的控制状态进行监控。

9.如权利要求1所述的割草机器人控制系统，其特征在于，还包括电池管理模块，所述电池管理模块为bms电池管理系统，与工控机连接，用于提供电源及对电源进行管理。

10.一种基于权利要求1-9任一项所述的割草机器人控制系统的控制方法，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种割草机器人控制系统及控制方法，涉及机器人控制技术领域。该控制系统包括：工控机、定位模块和控制模块；工控机与控制模块和定位模块连接；工控机将控制指令传输至控制模块和定位模块；定位模块包括激光扫描模块、测量定位模块和视觉分析模块，其中，视觉分析模块对障碍物进行识别，根据识别结果通过激光扫描模块实时测定割草机器人与障碍物距离，并通过测量定位模块和控制模块按照避障路径自动导航和进行避障作业；控制模块用于接受控制指令对驱动设备和输入输出器件进行控制。本发明通过避障和定位功能，对障碍物和所需要切割的植物进行准确的自动识别和作业，提高了环境适应能力，降低了漏切或者误切的几率。

技术研发人员：闫九祥,刘士琪,李倩,温以民,高涵
受保护的技术使用者：山东省科学院自动化研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15