[发明专利]一种基于视觉的农林园区机器人导航方法

说明书

本发明提出一种基于视觉的农林园区机器人导航方法，包括：S1，在农林园区的果园行的出入口处设置辅助标牌；S2，当机器人运动到该辅助标牌前方，调整距离该辅助标牌的距离和角度，然后完成转向。本发明的方法针对果园中机器人依赖GPS定位存在不能定位的情况，可以让机器人在无GPS情况下，利用果园行带检测方法和定位引导标牌实现机器人精准出行、转弯和寻找下一行的功能，满足机器人在果园中连续工作的需求。果园环境内，如果使用GPS定位，则会存在GPS经常丢失的情况，定位不准而且后续的运行成本较大。本发明可以在无GPS的情况下，实现机器人正确导航，减少了经济投入。

技术领域

本发明涉及导航技术，更具体地，涉及基于视觉的农林园区机器人导航方法。

背景技术

当今时代，多功能农业机器人得到广泛地应用，使得农业机器人在广阔的田野上，越来越多地代替了手工完成各种农活。农业中果园生产的任务种类繁杂，如：疏花定果、套袋、剪枝、覆草、灌水、施肥、喷撒农药、病虫害防治、分期采收等工序，需要大量的人力和物力，同时非精准的果园管理方式会产生大量的无效投入和生态污染，增加了水果价格。针对这些情况，研制适合果园作业的智能精准型机器人势在必行。机器人要实现代替人工，在果园中自主作业，首先要解决的是机器人在果园内自主导航的问题，完备的导航能力才能保证机器人自动运动到果园的每个角落，使得机器人重复可靠地完成各项作业环节。

在果园中，机器人的自主工作需要在两行果树之间的过道内完成，即沿着过道对每棵树进行作业，一行树作业完成了则转弯到另一行过道内工作，直至走完整片果园。机器人在工作过程中，一般会位于树冠以下，如果单单依靠GPS来定位，会出现卫星信号被树冠遮挡、多路径效应和射频干扰等问题，最终导致机器人位误差较大，甚至无法定位。果园行间的距离大多只有2m左右，利用GPS很难获取精准的行间定位导航效果；电磁导航定位能有较好的定位导航效果，但是成本较高。

中国专利申请“CN102368158A”提出了一种果园机械导航定位方法。该方法首先通过融合激光扫描信息和视觉传感器信息，构建果园机械前方的三维环境，提取有效的导航信息；然后当果园机械即将行驶到果树行尽头时，利用卡尔曼滤波器融合果园机械内部传感器测量到的信息，获取果园机械导航信息；最后当果园机械行驶到果园地头时候，首先采用最优控制法来规划果园机械地头转弯半径，并利用GPS传感器测量得到其位置信息，通过比较理论路径坐标与实际位置坐标，获得用于果园机械导航定位信息。

中国专利申请“CN205843680U”提出了一种果园机器人的视觉导航方法。该方法首先利用CCD相机实现果园路径环境图像的采集，然后从该图像中提取出导航基准线，之后将导航基准线参数转化为实际环境中的航向角信息，传输给单片机控制模块。在机器人行走过程中，果园行的侧边每隔5m安装一个二维码标牌，用于机器人的行间定位和指引行驶方向。最后将二维码标牌信息发送到单片机控制模块，单片机通过采用PID控制器通过改变PWM波的转空比来控制驱动电机，实现机器人在果园环境下的自主行走。

上述的2个方案中，在机器人果园行间转弯时，针对机器人如何走出当前工作行，然后精准进入下一行的这一实际问题研究较少。中国专利申请“CN102368158A”中采用在地头处规划转弯路径，然后利用GPS测量得到机器人的位置，但是在密植的果园环境中，就会存在GPS信号丢失和定位误差较大的风险，造成机器人转弯具有极大的不稳定性。除此之外，GPS的后续的定位费用也较高。中国专利申请“CN205843680U”虽然利用二维码实现了小车转向信息的提示，但是针对如何实现机器人精准地进入下一行，未做特定研究，然而行间转弯又是机器人作业的关键一步，所以该方案未能完整地实现果园环境下机器人的自主行驶。

发明内容

本发明针对机器人在密植果园内行驶场景，出现GPS无法精准定位和行间无法精准调头的问题，提供了一种视觉导航和辅助标牌引导的方法。本发明保证了机器人能够在果园这种半结构化环境下(果树行列分布清晰)，自主完成作业。