[发明专利]自主作业林业机器人智能控制系统

说明书

本发明公开了一种自主作业林业机器人智能控制系统，应用于林业装备智能化技术领域，包括中央控制计算机、运动控制模块、导航定位模块、激光测量模块、双目视觉模块、电机驱动模块、无线通讯模块、电源模块、CAN 通信模块等。将复杂的任务调度和控制算法等在中央控制计算机中实现，而较简单和实时性要求高的控制算法在运动控制模块和电机驱动模块中实现，保证了系统的整体处理能力和实时性。对运动控制模块等采取了冗余设计，提高了系统可靠性。可满足自主作业型林业机器人智能决策和环境建模的任务需求，具有数据处理能力强、智能化和可靠性高的特点，提高了传统林业机器人控制系统的智能化程度。

技术领域

本发明涉及一种林业机器人控制技术，尤其涉及一种自主作业林业机器人智能控制系统。

背景技术

自主作业林业机器人的研究其作业环境信息检测、提高林业生产效率、减轻林业工人劳动强度和提高工作安全等方面都有很重要的作用。目前林业机器人朝着智能化方向发展，林业机器人需要在林区未知动态环境中进行动态三维环境建模、运动控制和路径规划等复杂任务，所需信息需要从多种传感器得来，同时需要配备高性能、高可靠和较低功耗的计算机系统完成复杂的环境建模和协调控制算法。

现有技术中的林业机器人控制系统内安装的传感器较少、微型计算机的处理能力较低，造成机器人的智能化、自主程度和可靠性较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有较高智能化程度和数据处理能力的自主作业林业机器人智能控制系统，能满足林业机器人复杂实时控制任务、林区作业环境建模的需求和林区作业环境下系统可靠性要求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的自主作业林业机器人智能控制系统，其特征在于，包括中央控制计算机、运动控制模块、导航定位模块、激光测量模块、双目视觉模块、电机驱动模块、无线通讯模块、电源模块、CAN 通信模块；

所述中央控制计算机通过软件完成自主作业型林业机器人的整体任务调度、控制策略规划、人机通讯、视觉信息处理和林区作业环境建模功能，同时采集由双目视觉系统和激光测量模块融合得到的林区作业环境三维模型信息和机器人的运动状态信息并实时显示到液晶显示器上；

所述运动控制模块包括两块冗余备份的主控板，所述主控板接收中央控制计算机的运动指令，控制完成机器人的四个驱动轮上直流有刷电机的协调运动；

所述电机驱动模块包括云台电机控制模块和四个直流有刷电机运动控制模块，四个直流有刷电机运动控制模块分别接收机器人四个驱动轮上的绝对式光电编码器的电机转动角速度和角位移反馈信号，完成直流有刷电机的电流驱动、位置环控制、速度环控制和电流环控制，同时具有电机的过流保护功能，并为机器人全局和局部定位提供信息，所述云台电机控制模块完成两自由度云台在水平面和垂直面的转动控制；

所述导航定位模块包括三个加速度传感器、一个磁场传感器、三个角速度传感器和一个GPS 模块，三个加速度传感器采集机器人的三维运动加速度，进而计算得到机器人的俯仰角和滚动角，磁场传感器采集和计算得到机器人的航向角度，三个角速度传感器采集机器人的运动过程中的俯仰角速度、滚动角速度、航向角速度，所述GPS 模块根据三个加速度传感器、一个磁场传感器和三个角速度传感器的采集数据获得机器人全局定位数据；

所述激光测量模块包括两自由度云台、二维激光测量系统，所述两自由度云台能完成水平面360 度旋转和垂直105 度的转动，二维激光测量系统放置在两自由度云台上，融合双目视觉模块的处理数据完成林区林木和地形动态三维地图的构建；

所述双目视觉模块完成机器人运动作业过程中林区作业环境彩色图像的采集和处理，并融合激光扫描模块的数据完成林区林木和地形的实时三维构建；