[发明专利]一种温室自主移动车辆的超声波导航装置及方法

权利要求书

1.一种应用于温室的自主移动车辆超声波导航装置，包括自主移动车辆与安装在车辆外侧靠近车厢底板的六测量点处的六个超声波测距传感器(7)；

所述自主移动车辆由车厢（1）、ARM嵌入式控制器(2)、左编码器(11)、右编码器(3)、左直流伺服电机（10）、右直流伺服电机（4）、蓄电池组（6）、6个信号调理与变送模块（8）、左伺服电机驱动器（9）、右伺服电机驱动器（5）、无线数传模块（12）、2个前万向轮（21）、2个后万向轮（14）、4个内筒（15）、4个弹簧（16）、4个外筒（17）、2个履带（18）、2个大履带轮（20）、2个小履带轮（19）和温度检测模块（13）组成；

所述车厢(1)的右侧两测量点处安装有一对超声波测距传感器A(71)和超声波测距传感器B(72)、左侧两测量点处安装一对超声波测距传感器D(74)和超声波测距传感器E(75)，每对超声波测距传感器之间距离为3/4的车身长度且关于车体纵向中心面对称；所述车厢(1)的前侧测量点处的超声波测距传感器C(73)和后侧测量点处的超声波测距传感器F(76)分别安装在车体纵向中心面上；

所述固定在车厢（1）内的ARM嵌入式控制器(2)经RS485通信总线以串行方式与左伺服电机驱动器（9）和右伺服电机驱动器（5）相连；左伺服电机驱动器（9）引出两条导线，一条与左直流伺服电机（10）相连，一条与左编码器（11）相连；右伺服电机驱动器（5）引出两条导线，一条与右直流伺服电机（4）相连，一条与右编码器（3）相连；

所述ARM嵌入式控制器(2)经RS232的通信总线分别连接信号调理与变送模块（8）和无线数传模块（12），6个信号调理与变送模块（8）分别直接与6个超声波测距传感器（7）一一相连；所述左编码器(11)和右编码器(3)外壳分别与左直流伺服电机（10）和右直流伺服电机（4）外壳固定，其转子与对应的伺服电机转子采用柔性连接器相互连接；所述温度检测模块（13）通过自带接口与ARM嵌入式控制器(2)相连；

所述固定在车厢（1）侧壁上的左直流伺服电机（10）和右直流伺服电机（4）其输出轴经键与小履带轮（19）相互连接，小履带轮（19）经履带（18）与可转动的安装在车厢（1）的侧壁上大履带轮（20）链接，且大履带轮（20）与小履带轮（19）轴线所在平面与车厢（1）底板所在平面垂直；

4个外筒（17）通过固定在四个对称分布在车厢（1）两侧的安装凸台上，所述外筒（17）为空心的，A端开口，且有另一端面B；4个内筒（15）的端面A分别可移动地内套于4个对应的外筒（17）内，4个内筒（15）的另一端面B分别与2个前万向轮（21）和2个后万向轮（14）焊接在一起并从外筒（17）的A端伸出；内筒（15）的端面A与外筒（17）的端面B之间通过弹簧（16）连接。

2.一种利用如权利要求1所述的应用于温室的自主移动车辆超声波导航装置的导航方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，上位机通过无线数传模块向自主移动车辆发射启动请求信号，移动车辆接受到请求信号后，ARM嵌入式控制器初始化，启动驱动程序，设置导航系统总定时器时间为T₁，使每隔时间T₁自主移动车辆向四周发射超声波，考虑到自主移动车辆与左右垄侧墙壁的距离狭窄，设定T₁在0.1s—0.5s之间，此时直接启动驱动程序，驱动电机运动带动车辆前进；

步骤2，移动车辆向前移动时，总定时器从零计时，到达时间T₁时，进入定时中断子程序，设置所有超声波发射装置的初始时间为t₀，ARM嵌入式控制器经驱动电路控制超声波测距传感器（7）发射超声波，所有超声波发射装置发射完成后，停止发射，返回程序；

步骤3，当超声波测距传感器A（71）、超声波测距传感器B（72）、超声波测距传感器C（73）、超声波测距传感器D（74）、超声波测距传感器E（75）和超声波测距传感器F（76）开始接受到回波时，此处设等待接收超声波时间为T₂，考虑到超声波传播速度与狭窄垄间的距离，设定T₂在0.02s—0.08s之间，在自主移动车辆的前后方无障碍时，超声波测距传感器C（73）和超声波测距传感器F（76）检测不到回波时，读取时间自动赋值为T₂，等待时间结束后，启动外部中断子程序，关闭所有的超声波发射装置中断定时器；读取超声波测距传感器A（71）、超声波测距传感器B（72）、超声波测距传感器C（73）、超声波测距传感器D（74）、超声波测距传感器E（75）和超声波测距传感器F（76）接收到超声波回波后的记录时间分别为t₁、t₂、t₃、t₄、t₅、t₆，6个超声波测距传感器从发射超声波到接受超声波的时间依次分别为(t₁-t₀)、(t₂-t₀)、(t₃-t₀)、(t₄-t₀)、(t₅-t₀)、(t₆-t₀)；

为补偿温室温度对超声波在空气中速度的影响，所安装的温度检测模块能实时的检测出当前的温室的温度T，则超声波速度在温室中的传播速度为：

V=331.41+1273]]>

步骤4，计算自主移动车辆各超声波测距传感器安装的测量点处与对应垄侧墙壁的距离为：

D1＝V×(t₁-t₀)/2

D2＝V×(t₂-t₀)/2

D3＝V×(t₃-t₀)/2

D4＝V×(t₄-t₀)/2

D5＝V×(t₅-t₀)/2

D6＝V×(t₆-t₀)/2

步骤5，计算自主移动车辆当前的航向偏差ΔX与航向偏角Δθ：

α=arctanD4-D3D0]]>

β=arctanD1-D2D0]]>

Δθ=α+β2,δ=Δθ]]>

ΔX=|(D3+D4)/2|-|(D1+D2)/2|2cosΔθ]]>

步骤6，在自主移动车辆前超声波测距传感器所测自主移动车辆前测量点与障碍的实际距离大于等于自主移动车辆前测量点与障碍物最小安全距离且后超声波测距传感器所测自主移动车辆后测量点与障碍的实际距离大于等于自主移动车辆后测量点与障碍物最小安全距离情况下，当Δθ＝0且ΔX＝0时，继续运行左右伺服电机，无需角度调整；而当Δθ≠0或ΔX≠0时，ARM嵌入式控制器通过左右伺服电机驱动器调整左右伺服电机速度，以消除前进的航向偏差与偏角，以自主移动车辆前进方向为基准，且定义Δθ＞0时，移动车辆当前方向是向右偏的，移动车辆上的ARM控制器控制左右伺服电机速度进行左转向调整，Δθ＜0时，与Δθ＞0时情况相反；以自主移动车辆前进方向为基准，且定义ΔX＞0时，小车重心与右垄靠近，移动车辆需要左移调整，ΔX＜0时，与ΔX＞0的情况相反；在自主移动车辆前超声波测距传感器所测自主移动车辆前测量点与障碍的实际距离小于自主移动车辆前测量点与障碍物最小安全距离或后超声波测距传感器所测自主移动车辆后测量点与障碍的实际距离大于等于自主移动车辆后测量点与障碍物最小安全距离情况下，ARM嵌入式控制器控制驱动电机停止转动，自主移动车辆垄间准备后退时，在小车后退的过程中，超声波检测的方法与自主移动车辆前进时相同。

步骤7，自主移动车辆自身调整完成后，将相关运行状态经无线数传模块反馈到上位机，此时自主移动车辆总定时时间设定为0，返回步骤1。