一种基于嵌入式的喷药机器人路径导航装置及其实现方法与流程

本发明涉及农业领域，特别是涉及一种基于嵌入式的喷药机器人路径导航装置及其实现方法。

背景技术：

农业机器人辅助驾驶已成为普遍关注的问题，而实现农业机器人辅助驾驶的核心问题是对其预行驶路径进行检测，即导航。如何实现自主导航是农业机器人领域的研究热点之一，视觉导航技术凭借其探测范围广、获取信息完整等优势，成为目前国内外应用较多的机器人导航方式。其关键环节在于通过图像处理技术准确可靠地提取导航基准线。植物园道路结构弯曲复杂，喷药劳动强度大、危害工人健康，采用视觉导航技术识别路径对植物园作物实现喷洒农药自主作业具有重大的现实意义。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于嵌入式的喷药机器人路径导航装置及其实现方法，提高喷药机器人自动化作业水平。

本发明采用以下方案实现：一种基于嵌入式的喷药机器人路径导航装置，包括一机器人车体，所述车体上设置有一路径导航装置，所述路径导航装置包括一用以设定车体导航线路的ARM Cortex-A8处理单元以及与其相连的图像采集单元、FLASH存储器、DDR内存芯片、晶振电路、电源管理模块、外围接口模块；所述FLASH存储器与DDR内存芯片用以对采集的图像信息进行存储；所述外围接口模块连接有USB接口、以太网模块接口以及显示控制单元；所述显示控制单元还与一TFT-LCD显示屏相连，用以对图像进行实时显示；所述外围接口模块还连接至一MCU微控制单元，所述微控制单元与车体的驱动电路相连，所述驱动电路与车体的车轮、后轮轴、前轮轴以及中轴的控制电路相连，用以驱动车体向特定路径前进。

进一步地，所述中轴设置于所述车体的中轴线上，所述后轮轴与前轮轴分别设置于所述中轴的两端，并与所述中轴垂直，所述车轮包括设置于所述前轮轴两端的两个前轮以及设置于所述后轮轴两端的两个后轮。

进一步地，所述图像采集单元为一摄像头，所述摄像头包括用以采集图像信息的CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器的输出端与一视频转换芯片的输入端相连，所述视频转换芯片的输出端与所述ARM Cortex-A8处理单元的输入端相连。

进一步地，所述视频转换芯片为TVP5150AM1芯片。

进一步地，所述ARM Cortex-A8处理单元与摄像头通过USB接口电路相连。

本发明还采用以下方法实现：一种基于嵌入式的喷药机器人路径导航装置的实现方法，包括以下步骤：

步骤S1：设置于机器人车体上的摄像头对前进路径进行图像采集，并将采集到的路径图像传输至所述ARM Cortex-A8处理单元；

步骤S2：所述ARM Cortex-A8处理单元对路径图像进行预处理，图像预处理包括灰度化与滤波去噪；

步骤S3：所述ARM Cortex-A8处理单元对预处理后得到的图像数据采用Otsu法计算阈值二值化，分割出路径；

步骤S4：所述ARM Cortex-A8处理单元根据步骤S3中的分割出的路径提取路径拟合点；

步骤S5：所述ARM Cortex-A8处理单元采用Hough提取直线计算出导航线偏角和偏移量参数；

步骤S6：所述ARM Cortex-A8处理单元通过所述外围接口模块将参数传输至所述MCU微控制单元，用以对车体的路径进行实时控制。

进一步地，所述步骤S1中，所述摄像头中的CMOS图像传感器采集的图像信息经视频转换芯片得到的图像数据传输至所述ARM Cortex-A8处理单元。

进一步地，所述摄像头通过USB接口电路将图像数据传输至所述ARM Cortex-A8处理单元，所述摄像头中的图像分析系统通过Linux下的V4L4视频采集接口函数设计采集程序。

进一步地，所述机器人车体上的前轮的偏向角轴线与中轴上的中轴线组成的夹角为所述导航线偏角。

与现有技术相比，本发明提供的喷药机器人路径导航装置，图像信息采集效率高，可实时对图像进行处理并得到相应的导航线的控制参数，通过得到的导航线偏角参数与车体进行实时反馈调节，实现对驱动电路中电机的转向动作，提高喷药机器人自动化作业水平。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

图2是本发明实施例中机器人车体底部的结构示意图。

图3是本发明实施例中ARM Cortex-A8处理单元的图像处理流程示意图。

图4是本发明实施例中摄像头采集时的程序流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

本实施例提供一种基于嵌入式的喷药机器人路径导航装置，如图1所示，包括一机器人车体，所述车体上设置有一路径导航装置，所述路径导航装置包括一用以设定车体导航线路的ARM Cortex-A8处理单元以及与其相连的图像采集单元、FLASH存储器、DDR内存芯片、晶振电路、电源管理模块、外围接口模块；所述FLASH存储器与DDR内存芯片用以对采集的图像信息进行存储；所述外围接口模块连接有USB接口、以太网模块接口以及显示控制单元；所述显示控制单元还与一TFT-LCD显示屏相连，用以对图像进行实时显示；所述外围接口模块还连接至一MCU微控制单元，所述微控制单元与车体的驱动电路相连，所述驱动电路与车体的车轮、后轮轴、前轮轴以及中轴的控制电路相连，用以驱动车体向特定路径前进。

在本实施例中，所述中轴设置于所述车体的中轴线上，所述后轮轴与前轮轴分别设置于所述中轴的两端，并与所述中轴垂直，所述车轮包括设置于所述前轮轴两端的两个前轮以及设置于所述后轮轴两端的两个后轮。如图2所示，车体处于世界坐标系中，在世界坐标系中便于将图像处理参数的像素坐标与世界坐标转换控制车体，其中车体见图由车轮、后轮轴、前轮轴和中轴线组成，其中前轮的偏向角轴线与中轴上的中轴线组成的夹角为导航线偏角，与图像处理得到的导航偏角进行实时反馈与调节。

在本实施例中，所述图像采集单元为一摄像头，所述摄像头包括用以采集图像信息的CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器的输出端与一视频转换芯片的输入端相连，所述视频转换芯片的输出端与所述ARM Cortex-A8处理单元的输入端相连。

在本实施例中，所述视频转换芯片为TVP5150AM1芯片。

在本实施例中，所述ARM Cortex-A8处理单元与摄像头通过USB接口电路相连。

在本实施例中，一种基于嵌入式的喷药机器人路径导航装置的实现方法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤S1：设置于机器人车体上的摄像头对前进路径进行图像采集，并将采集到的路径图像传输至所述ARM Cortex-A8处理单元；

步骤S2：所述ARM Cortex-A8处理单元对路径图像进行预处理，图像预处理包括灰度化与滤波去噪；

步骤S3：所述ARM Cortex-A8处理单元对预处理后得到的图像数据采用Otsu法计算阈值二值化，分割出路径；

步骤S4：所述ARM Cortex-A8处理单元根据步骤S3中的分割出的路径提取路径拟合点；

步骤S5：所述ARM Cortex-A8处理单元采用Hough提取直线计算出导航线偏角和偏移量参数；

步骤S6：所述ARM Cortex-A8处理单元通过所述外围接口模块将参数传输至所述MCU微控制单元，用以对车体的路径进行实时控制。

在本实施例中，所述步骤S1中，所述摄像头中的CMOS图像传感器采集的图像信息经视频转换芯片得到的图像数据传输至所述ARM Cortex-A8处理单元，即摄像头通过CMOS图像传感器将光信号转成电信号后，再经视频转换芯片TVP5150AM1将图片的模拟信号转成数字信号，最后将经信号处理后的数据由USB接口电路将图像数据传输至所述ARM Cortex-A8处理单元，所述摄像头中的图像分析系统通过Linux下的V4L4视频采集接口函数设计采集程序，如图4所示。

在本实施例中，所述机器人车体上的前轮的偏向角轴线与中轴上的中轴线组成的夹角为所述导航线偏角。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。