[发明专利]自主作业林业机器人智能控制系统

摘要

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。

主权项

一种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；所述电源模块包括锰酸锂电池、DC变换模块和保护模块，所述锰酸锂电池容量为40安时，输出电压为直流+36V，为机器人供电，所述DC变换模块的输入接锰酸锂电池，输出为直流+24V、直流+12V、直流+5V、ATX标准电压，为机器人上的各电机、电路和传感器供电，所述保护模块为系统提供过流和限流保护；所述无线通信模块包括433MHz的数传电台和天线，完成机器人与人工操作员的人机交互；所述CAN通信总线包括两个CAN总线控制器、两个CAN总线收发器、两条CAN总线线缆，整体具有双冗余备份的架构，完成中央控制计算机、运动控制模块、电机驱动模块之间的通信。