用于智能农机的障碍检测方法及其系统与流程

本发明涉及遥控技术领域，尤其涉及一种用于智能农机的障碍检测方法及其系统。

背景技术：

近年来，随着国家科学技术的日益发展，越来越多的科技产品随之出现，“无人机”就是其中一种，其有着非常广泛的应用。又由于中国劳动力人口逐渐老年化和城镇化率的不断提高，农业生产对“机器换人”的需求越来越强烈，因此智能农机(即农用无人机)在农业生产中的应用比重不断加大，而研制出满足实际需求的智能农机具有着重要的意义。我国农田作业环境普遍存在树木、电线杆等障碍物，目前主要依赖操作者视觉观察和手动遥控无人机来避开障碍物。这种通过人工观察和手动控制来实现避障的方法存在要求较高和误差较大等问题。因此，研究一种基于障碍检测系统以实现自动避障的技术对于智能农机的安全行驶，实现自主行驶显得至关重要。

目前，使用较多的关于障碍检测方法主要有以下几种：(1)提前测绘的方法，即预先在待作业的农田区域测绘出障碍物位置信息，并以此规划智能农机行驶路线，这种避障方法需要一定的人工成本，并且作业效率低，不适合在大面积的农田里实施；(2)基于图像的障碍检测方法，主要是在获得目标物体的图像信息后，先对图像进行相关处理和计算，然后将处理完的图像与原先库中的障碍物模型进行比对，从而提取出障碍物，该检测方法较为简单，但在复杂的作业环境中，障碍物的识别率难以保证；(3)利用雷达进行障碍检测方法，其存在检测结果不稳定，波动较大的缺陷；(4)利用超声波进行障碍检测方法，由于超声波测量距离较近，而且对反射面具有一定要求，又容易受风速、气流、水雾等自然环境的影响而导致检测准确性降低。

综上所述，目前的无人机障碍检测方法基本不能很好地、直观地、准确地向操控无人机的用户提供行驶路线上的障碍物信息，在应用于智能农机进行农业生产的过程中，给操作者造成了极大的不便。

技术实现要素：

本发明的一个主要优势在于提供一种用于智能农机的障碍检测方法，其中该障碍检测方法基于光检测原理，其包括：接收来自该智能农机的至少一个方向上的障碍物的感应信号，其中该感应信号是通过安装在该智能农机上的一检测器发出的光检测感测得到；根据该感应信号分析和计算得到障碍物相关信息，其中该障碍物相关信息包括障碍物的距离、方位角、尺寸和运动状态等。

本发明的另一个优势在于提供一种用于智能农机的障碍检测方法，其中该障碍检测方法中，在判断该智能农机的至少一个方向上是否存在障碍物以及障碍物的运动状态后，该智能农机的该检测器发出光检测检测障碍物，以便快速有效地检测到障碍物。

本发明的另一个优势在于提供一种用于智能农机的障碍检测方法，其中该障碍检测方法还包括存储分析计算得到的数据和控制显示该障碍物相关信息，以便根据该障碍物相关信息做出避障计划，便于以后直接快速查询。

本发明的另一个优势在于提供一种用于智能农机的障碍检测方法，其中该障碍检测方法简单易行，能够保证该智能农机的安全顺利运行，以及提高该智能农机的工作效率。

本发明的另一个优势在于提供一种用于智能农机的障碍检测的系统，其中该智能农机上安装有一检测器，其中该检测器根据光检测原理感测该智能农机的至少一个方向上的障碍物和发出一感应信号，其中该检测器可以检测一个或多个方向上的障碍物信息，以使操作者可以直观、实时地了解该智能农机周围的情况。

本发明的另一个优势在于提供一种用于智能农机的障碍检测的系统，其中该障碍检测的系统包括：至少一接收器，接收位于该智能农机的至少一个方向上的障碍物的感应信号；至少一处理器，根据接收到的该感应信号分析和计算得到障碍物相关信息；至少一存储器，存储该处理器的数据和有机器可读指令；以及至少一显示器，在该处理器的控制下显示该障碍物相关信息。

本发明的另一个优势在于提供一种用于智能农机的障碍检测的系统，其中该障碍检测的系统包括：至少一接收模块，接收该智能农机的至少一个方向上的障碍物的感应信号；至少一处理模块，分析和计算得到障碍物相关信息；至少一显示控制模块，控制显示该障碍物相关信息。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

图1是根据本发明的一个优选实施例所述的智能农机的障碍检测系统的一种应用场景。

图2是根据本发明的一个优选实施例所述的智能农机的障碍检测系统应用于所述智能农机时的一种结构框图。

图3是根据本发明的一个优选实施例所述的智能农机的障碍检测系统的另一种结构框图。

图4是根据本发明的一个优选实施例所述的智能农机的障碍检测方法的步骤流程示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位角或位置关系是基于附图所示的方位角或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位角、以特定的方位角构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

参考附图中的图1至图4，其显示了根据本发明的一个优选实施例所述的用于智能农机的障碍检测方法及其系统，其中所述智能农机100通过一遥控终端200控制和操作所述障碍检测系统300来实现检测障碍物的过程，其中所述障碍检测系统300可操作性强，能够检测得到所述障碍物的距离、方位角、尺寸和运动状态等相关信息，并且所述障碍检测方法简单易行，能够保证所述智能农机100的安全顺利运行，以及提高所述智能农机100的工作效率，大大减轻了在农田大面积作业的工作量。

如附图中的图1所示，其示出了根据本发明的一个优选实施例所述的一种应用场景，其中所述遥控终端200可以被实施为通用遥控器或专用遥控器，也可以被实施为可操作的移动终端，例如手机、平板电脑等电子移动设备，其中所述遥控终端200上运行有监控应用程序，以接收来自所述智能农机100的所述障碍物相关信息，并在所述显示屏幕210上显示。

在本发明的优选实施例中，所述遥控终端200对所述智能农机100的行驶状态进行实时监控，其中所述遥控终端200具有一显示屏幕210，以作为人机交互界面，便于用户进行相关操作，其中所述智能农机100上安装有一检测器110，其中所述检测器110根据光检测原理感测所述智能农机100的至少一个方向上的障碍物，其中检测光被障碍物反射后，形成一感应信号，通过所述感应信号可以分析和计算得到相应方向上的障碍物相关信息，其中所述障碍物相关信息至少包括所述障碍物的距离、方位角、尺寸和运动状态等，其中所述障碍物相关信息可以显示在所述显示屏幕210上，以便用户操控所述智能农机100在作业过程中避开所述障碍物。

值得一提的是，所述智能农机100的所述至少一个方向包括所述智能农机100的前向和/或后向以及后向之外的方向，例如左侧、右侧、侧前方、侧后方等，在本发明中通过检测和计算所述障碍物相对于所述智能农机100的方位角来判断所述障碍物的具体位置。

还值得一提的是，所述检测器110可以检测一个或多个方向上的障碍物信息，以使操作者可以直观、实时地了解该智能农机周围的情况，以便及时调整所述智能农机100行驶速度和路线，从而实现安全顺利作业。

进一步地，所述检测器110包括至少一激光器111和至少一ccd传感器112，其中所述激光器111在收到指令后，发出光检测，其中所述图像传感器112是由高感光度的半导体材料制成的电荷耦合器件图像传感器，当所述激光器111发出的光检测经过所述智能农机100的至少一个方向上的所述障碍物时，在所述障碍物的表面发生反射，进而成像于所述ccd传感器112和根据成像发出所述感应信号，进一步地，根据所述感应信号可以分析和计算所述障碍物相关信息。

本领域技术人员可以理解的是，所述ccd传感器112能够将光线转变成电荷，然后转换成数字信号，即通过所述检测器110得到的所述感应信号，其中所述激光器111可以向所述智能农机100存在障碍物的一个方向或多个方向发出光检测，相应地，所述ccd传感器112可以单独发出一个方向上或组合发出多个方向上的感应信号，具体来说，当所述智能农机100的前向(也可以是后向、左侧或右侧中的一个方向)存在障碍物时，所述激光器111沿着所述智能农机100的前向障碍物所在的方向发出光检测，经所述障碍物的表面反射后，所述ccd传感器112发出所述前向障碍物的感应信号；当所述智能农机100的前向、后向、左侧、右侧中的两个或两个以上方向存在障碍物时，所述激光器111分别沿着这几个方向发出光检测，经所述障碍物的表面反射后，所述ccd传感器112组合发出上述方向的障碍物的感应信号，也就是说，所述检测器110可以检测所述智能农机100的各个方向上或组合方向上的障碍物，本发明的优选实施例中上述公开的几种形式仅是作为说明，并不限制本发明。

如附图中的图2所示，示出了所述智能农机100的所述障碍检测系统300应用于所述智能农机100时的一种结构框图，其中所述障碍检测系统300包括至少一接收器310，至少一处理器320，至少一存储器330，以及至少一显示器340，其中所述接收器310接收位于所述智能农机100的至少一个方向上的障碍物的感应信号，其中所述处理器320根据接收到的所述感应信号分析和计算得到所述障碍物相关信息，其中所述存储器330将来自所述处理器320的计算数据和有机器可读指令存储起来，所述处理器320能够执行上述指令，以控制在所述显示器340上显示所述障碍物相关信息，其中所述智能农机100的所述至少一个方向包括所述智能农机100的前向和/或后向以及后向之外的方向，例如左侧、右侧、侧前方、侧后方等。

值得一提的是，所述障碍检测系统300可以实现在所述遥控终端200中，其中所述处理器320可以实施在所述智能农机100上，也可以实施在所述遥控终端200上，只要能够处理数据和执行指令即可。

所述显示器340上显示的所述障碍物相关信息可以包括以下几种：所述障碍物与所述智能农机100之间的直线距离(图1中用l表示)；所述障碍物与所述智能农机100的相对方位角(图1中用α表示)；所述障碍物的尺寸，如宽度(图1中用d表示)；所述障碍物的运动状态，例如静止状态或相对于所述智能农机100沿着某一方向移动的状态等，进一步地，用户可以根据所述障碍物相关信息进行相关操作，以使所述智能农机100做出相应的调整来避开所述障碍物安全作业。值得注意的是，当所述障碍物处于静止状态时，所述障碍检测系统300仅需计算和显示所述障碍物的距离、方位角和尺寸等；当所述障碍物相对于所述智能农机100沿着某一方向移动时，所述障碍检测系统300除了计算和显示所述障碍物的距离、方位角和尺寸外，还需通过所述处理器320估算所述障碍物的移动方向和速度，以便所述智能农机100更好地避开所述障碍物。

特别地，所述显示器340还可以显示来自所述智能农机100的警告或错误信息，当所述智能农机100或所述障碍检测系统300出现错误信息时，例如所述智能农机100的周围环境太暗，所述智能农机100的一侧被遮挡或距离所述障碍物太近，用于获取所述障碍物相关信息的所述障碍检测系统300需要校准，以及所述智能农机100或所述障碍检测系统300的其他错误信息等，所述处理器320根据所述接收器310接收到的所述警告或错误信息来控制显示在所述显示器340上，以提示操作者及时操作和调整，从而保证所述智能农机100和所述障碍检测系统300的正常工作。

值得一提的是，当来自于所述智能农机100的多个方向上的警告或错误信息相同时，所述显示器340仅在其中一个方向显示所述警告或错误信息；当所述警告或错误信息所对应的状态消除后，不再显示所述警告或错误信息。

如附图中的图3所示，示出了所述智能农机100的障碍检测系统400应用于所述智能农机100时的另一种结构框图，其中所述障碍检测系统400包括至少一接收模块410，至少一处理模块420，至少一显示控制模块430，以及至少一显示模块440，其中所述接收模块410可以接收来自所述智能农机100的至少一个方向上的障碍物的感应信号，其中所述处理模块420根据接收到的所述感应信号分析和计算得到的障碍物相关信息，其中所述显示控制模块430可以控制在所述显示模块440上显示所述障碍物相关信息，其中所述智能农机100的所述至少一个方向包括所述智能农机100的前向和/或后向以及后向之外的方向，例如左侧、右侧、侧前方、侧后方等。

值得一提的是，所述障碍检测系统400可以实现在所述遥控终端200中，其中所述处理模块420可以实施在所述智能农机100中，也可以实施在所述遥控终端200中，只要能够处理数据和执行指令即可。

本领域技术人员可以想到的是，所述接收模块410、所述处理模块420、所述显示控制模块430，以及所述显示模块440可以有多种方式来实现。例如，所述接收模块410可以包括通信装置，如收发器或接收器等，所述处理模块420可以是能够执行指令和进行运算的器件，所述显示控制模块430可以通过处理器执行指令来实现，也可以通过硬件或固件，如集成电路等来实现，所述显示模块440可以是显示屏幕。上述举例仅为本发明的举例说明，但不作为限制。

所述显示模块440上显示的所述障碍物相关信息至少包括所述障碍物的距离、方位角、尺寸和运动状态等，相应地，所述显示控制模块430被实施为几个不同的单元以控制所述障碍物的不同信息，包括至少一距离单元431，至少一方位角单元432，至少一尺寸单元433和至少一移动信息单元434，其中所述距离单元431控制显示所述障碍物与所述智能农机100之间的直线距离(图1中用l表示)，其中所述方位角单元432控制显示所述障碍物与所述智能农机100的相对方位角(所述方位角在图1中用α表示)，其中所述尺寸单元433控制显示所述障碍物的尺寸，如宽度(图1中用d表示)，其中所述移动信息单元434控制显示所述障碍物的运动状态，例如静止状态或相对于所述智能农机100沿着某一方向移动的状态，进一步地，用户可以根据所述障碍物相关信息来进行相关操作，以使所述智能农机100做出相应的调整来避开所述障碍物安全作业。

值得注意的是，当所述障碍物处于静止状态时，所述障碍检测系统400仅需计算和显示所述障碍物的距离、方位角和尺寸等；当所述障碍物相对于所述智能农机100沿着某一方向移动时，所述障碍检测系统400除了计算和显示所述障碍物的距离、方位角和尺寸外，还需通过所述处理模块420估算所述障碍物的移动方向和速度，以便所述智能农机100更好地避开所述障碍物。

特别地，所述接收模块410可以接收来自所述智能农机100的警告或错误信息，相应地，所述显示控制模块430可以包括一报警单元435，其中所述报警单元435用来控制显示所述警告或错误信息，其中所述警告或错误信息可以是以下几种中的至少一种：所述智能农机100的周围环境太暗；所述智能农机100的一侧被遮挡或距离所述障碍物太近；用于获取所述障碍物相关信息的所述障碍检测系统400需要校准；或者所述智能农机100或所述障碍检测系统400的其他错误信息。

值得注意的是，当来自于所述智能农机100的多个方向上的警告或错误信息相同时，所述报警单元435控制所述警告或错误信息仅在其中一个方向显示；当所述警告或错误信息所对应的状态消除后，不再显示所述警告或错误信息。

当所述报警单元435控制显示与所述至少一个方向中的特定方向有关的警告或错误信息时，所述处理模块420根据所述接收模块410接收到的所述警告或错误信息来控制显示在所述显示模块440上，以提示操作者及时操作和调整，从而保证所述智能农机100和所述障碍检测系统400的正常工作。

如附图中的图3所示，所述显示控制模块430还可以包括至少一实时图像单元436，其中所述实时图像单元436控制显示具有所述障碍物相关信息的实时图像，值得注意的是，具有所述障碍物相关信息的实时图像被叠加显示在所述显示模块440上。

如附图中的图4所示，为了更好地实现本发明中所述智能农机100的障碍检测过程，本发明提供一种用于所述智能农机100的障碍检测方法，其中所述障碍检测方法包括以下步骤：

(1)接收来自所述智能农机100的至少一个方向上的所述障碍物的感应信号；

(2)根据所述感应信号分析和计算得到障碍物相关信息，其中所述障碍物相关信息包括所述障碍物的距离、方位角、尺寸和运动状态等；和

(3)存储经分析计算得到的数据和控制显示所述障碍物相关信息。

值得注意的是，本发明的所述障碍检测方法中，所述步骤(1)中所述感应信号是通过安装在所述智能农机100上的所述检测器110发出的光检测感测得到。

所述障碍检测方法中，在所述步骤(1)之前还包括以下步骤：判断所述智能农机100的至少一个方向上是否存在障碍物，当确定所述智能农机100的至少一个方向上存在障碍物后，所述智能农机100的所述检测器110发出光检测检测所述障碍物。

所述障碍检测方法中，在所述步骤(2)中，所述障碍物的距离指所述障碍物与所述智能农机100之间的直线距离，所述方位角指所述障碍物相对于所述智能农机100的方位角，所述尺寸指所述障碍物的尺寸，所述运动状态可以是静止状态或相对于所述智能农机100沿着某一方向移动的状态。

值得注意的是，所述步骤(2)和(3)中，当所述障碍物处于静止状态时，仅需计算和显示所述障碍物的距离、方位角和尺寸等；当所述障碍物相对于所述智能农机100沿着某一方向移动时，除了计算和显示所述障碍物的距离、方位角和尺寸外，还需估算所述障碍物的移动方向和速度。

在所述步骤(3)之后，操作者可以根据所述障碍物相关信息操作和调整所述智能农机100的行驶方向和速度以避开所述障碍物。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。

本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。