一種用於穀物聯合收割機的視覺導航輔助駕駛系統的製作方法

2023-12-08 10:13:21 2

一種用於穀物聯合收割機的視覺導航輔助駕駛系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於穀物聯合收割機的視覺導航輔助駕駛系統，包括：攝像頭；穀物聯合收割機視覺導航路徑識別系統，接收攝像頭採集的農田場景圖像，計算並獲得導航路徑直線參數；穀物聯合收割機視覺導航轉向控制系統綜合導航路徑直線參數、收割機轉向角度信號、收割機行進速度信號後，輸出控制命令到與視覺導航輔助駕駛系統配套的全液壓機械轉向系統；與視覺導航輔助駕駛系統配套的全液壓機械轉向系統根據控制命令，調整後橋轉向輪的轉向角，最終實現穀物聯合收割機的轉向控制。本發明所述的用於穀物聯合收割機的視覺導航輔助駕駛系統，採用DSP及單片機相結合，系統功耗低，設備小型化，安裝方便，適合於推廣使用。
【專利說明】一種用於穀物聯合收割機的視覺導航輔助駕駛系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及視覺導航輔助駕駛系統，具體說是一種用於穀物聯合收割機的視覺導航輔助駕駛系統。
【背景技術】
[0002]隨著農業現代化的發展，穀物聯合收割機已被廣泛的應用於農業收穫中，不僅提高了生產率而且減輕了勞動強度，特別是在搶收搶種的過程中扮演著重要角色。但是農忙時，隨著駕駛員連續長時間的駕駛，駕駛員容易疲憊，進而影響收穫的質量和出現糧食浪費的現象。尤其2008年以來，糧食危機席捲全球，糧食問題已經成為國際化問題。現今，各國在提高糧食產量的同時，預防糧食在收穫過程中的浪費現象已成為當前急需解決的問題。
[0003]旨在緩解農用車輛駕駛員疲勞的穀物聯合收割機輔助駕駛已成為社會各界普遍關注的問題，而實現穀物聯合收割機輔助駕駛的關鍵問題是:對其行駛路徑進行檢測和對穀物聯合收割機進行轉向控制。
[0004]目前，穀物聯合收割機的視覺導航輔助駕駛系統主要採用計算機、圖像採集卡完成輔助駕駛，設備體積大，外接電源不好解決，尤其在穀物聯合收割機駕駛室空間及供電的限制下，局限性明顯。

【發明內容】

[0005]針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在於提供一種用於穀物聯合收割機的視覺導航輔助駕駛系統，對穀物聯合收割機在收穫的過程中進行輔助駕駛，以實現穀物聯合收割機在收穫過程中的導航路徑提取及轉向控制。
[0006]為達到以上目的，本發明採取的技術方案是:
[0007]—種用於穀物聯合收割機的視覺導航輔助駕駛系統，其特徵在於，包括:
[0008]攝像頭I，用於米集農田場景圖像；
[0009]穀物聯合收割機視覺導航路徑識別系統2，接收攝像頭I採集的農田場景圖像，計算並獲得導航路徑直線參數；
[0010]穀物聯合收割機視覺導航轉向控制系統3，通過I2C總線接收導航路徑直線參數，接收安裝於後橋轉向輪7上的轉向角度傳感器6的收割機轉向角度信號，接收安裝於穀物聯合收割機8上的測速傳感器5的收割機行進速度信號，
[0011]穀物聯合收割機視覺導航轉向控制系統3綜合導航路徑直線參數、收割機轉向角度信號、收割機行進速度信號後，輸出控制命令到與視覺導航輔助駕駛系統配套的全液壓機械轉向系統4 ；
[0012]與視覺導航輔助駕駛系統配套的全液壓機械轉向系統4根據控制命令，調整後橋轉向輪7的轉向角，最終實現穀物聯合收割機8的轉向控制。
[0013]在上述技術方案的基礎上，所述系統包括一駕駛方式選擇開關，
[0014]當選擇開關為手動駕駛時，駕駛員通過穀物聯合收割機原有的全液壓機械轉向系統調整後橋轉向輪7的轉向角，最終實現穀物聯合收割機8的轉向控制；
[0015]當選擇開關為輔助駕駛時，與視覺導航輔助駕駛系統配套的全液壓機械轉向系統4根據控制命令，調整後橋轉向輪7的轉向角，最終實現穀物聯合收割機8的轉向控制。
[0016]在上述技術方案的基礎上，穀物聯合收割機視覺導航路徑識別系統2接收攝像頭I採集的農田場景圖像後，依次對農田場景圖像進行彩色空間變換、降噪、閾值分割和導航路徑直線參數提取，最終獲得導航路徑直線參數。
[0017]在上述技術方案的基礎上，與視覺導航輔助駕駛系統配套的全液壓機械轉向系統4中設有通過步進電機驅動器控制的步進電機，步進電機用於調整後橋轉向輪7的轉向角。
[0018]在上述技術方案的基礎上，穀物聯合收割機視覺導航轉向控制系統3的核心為STC單片機。
[0019]在上述技術方案的基礎上，STC單片機採用的是STC12C5A60S2單片機。
[0020]在上述技術方案的基礎上，穀物聯合收割機視覺導航路徑識別系統2的核心為採用達文西平臺的DM6446處理器，
[0021 ] DM6446處理器包含有ARM核和DSP核；
[0022]通過ARM核啟動穀物聯合收割機視覺導航路徑識別系統後，控制視頻前端設備採集攝像頭I的視頻數據，並調度DSP核進行圖像處理，經過路徑識別處理算法和路徑規劃決策系統處理後，最終獲得導航路徑直線參數，
[0023]根據導航路徑直線參數，DSP核把車身航向偏差數據交換到ARM核數據空間，並通過I2C總線傳送至STC單片機。
[0024]在上述技術方案的基礎上，單片機讀取車身航向偏差數據後，同時採集轉向輪轉角信息和車速信息，根據相應控制算法確定轉向控制命令，將控制命令輸出為轉向脈衝信號至步進電機驅動器，使步進電機按要求轉動，實現轉向控制。
[0025]本發明所述的用於穀物聯合收割機的視覺導航輔助駕駛系統，採用DSP及單片機相結合，系統功耗低，設備小型化，安裝方便，適合於推廣使用。
[0026]本發明所述的用於穀物聯合收割機的視覺導航輔助駕駛系統，適用於穀物聯合收割機視覺導航輔助駕駛用，裝載系統後，駕駛員可以利用該系統進行收穫作業時的輔助駕駛用，可以緩解駕駛疲勞，提高收穫的效率及收穫質量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]本發明有如下附圖:
[0028]圖1本發明的系統結構框圖，
[0029]圖2本發明的硬體結構示意圖
[0030]圖3本發明的系統實物圖。
【具體實施方式】
[0031]以下結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0032]本發明所涉及技術主要有圖像處理技術及轉向自動控制技術，分別採用DSP及單片機以實現。
[0033]如圖1所示，本發明所述的用於穀物聯合收割機的視覺導航輔助駕駛系統，包括:[0034]攝像頭1，用於採集農田場景圖像；攝像頭I安裝在穀物聯合收割機8頂部，例如左側頂部；
[0035]穀物聯合收割機視覺導航路徑識別系統2，接收攝像頭I採集的農田場景圖像，計算並獲得導航路徑直線參數；
[0036]穀物聯合收割機視覺導航轉向控制系統3，通過I2C總線接收導航路徑直線參數，接收安裝於後橋轉向輪7上的轉向角度傳感器6的收割機轉向角度信號(轉角信息)，接收安裝於穀物聯合收割機8 (例如新疆-2A穀物聯合收割機)上的測速傳感器5的收割機行進速度信號(車速信息)，
[0037]穀物聯合收割機視覺導航轉向控制系統3綜合導航路徑直線參數、收割機轉向角度信號、收割機行進速度信號後，輸出控制命令到與視覺導航輔助駕駛系統配套的全液壓機械轉向系統4 ；
[0038]與視覺導航輔助駕駛系統配套的全液壓機械轉向系統4根據控制命令，調整後橋轉向輪7的轉向角，最終實現穀物聯合收割機8的轉向控制。
[0039]在上述技術方案的基礎上，所述系統包括一駕駛方式選擇開關，
[0040]當選擇開關為手動駕駛時，駕駛員通過穀物聯合收割機原有的全液壓機械轉向系統調整後橋轉向輪7的轉向角，最終實現穀物聯合收割機8的轉向控制；
[0041]當選擇開關為輔助駕駛時，與視覺導航輔助駕駛系統配套的全液壓機械轉向系統4根據控制命令，調整後橋轉向輪7的轉向角，最終實現穀物聯合收割機8的轉向控制。
[0042]在上述技術方案的基礎上，穀物聯合收割機視覺導航路徑識別系統2接收攝像頭I採集的農田場景圖像後，依次對農田場景圖像進行彩色空間變換、降噪、閾值分割和導航路徑直線參數提取，最終獲得導航路徑直線參數。
[0043]在上述技術方案的基礎上，與視覺導航輔助駕駛系統配套的全液壓機械轉向系統4中設有通過步進電機驅動器控制的步進電機，步進電機用於調整後橋轉向輪7的轉向角。
[0044]與視覺導航輔助駕駛系統配套的全液壓機械轉向系統4根據控制命令，將控制命令通過步進電機驅動器產生轉向脈衝信號，步進電機根據該轉向脈衝信號工作。
[0045]在上述技術方案的基礎上，穀物聯合收割機視覺導航轉向控制系統3的核心為STC單片機，例如51單片機。
[0046]在上述技術方案的基礎上，STC單片機採用的是STC12C5A60S2單片機。
[0047]在上述技術方案的基礎上，如圖1、2所示，穀物聯合收割機視覺導航路徑識別系統2的核心為採用達文西平臺的DM6446處理器，
[0048]DM6446處理器包含有ARM核和DSP核；
[0049]通過ARM核啟動穀物聯合收割機視覺導航路徑識別系統後，控制視頻前端設備採集攝像頭I的視頻數據，並調度DSP核進行圖像處理，經過路徑識別處理算法和路徑規劃決策系統處理後，最終獲得導航路徑直線參數，
[0050]根據導航路徑直線參數，DSP核把車身航向偏差數據交換到ARM核數據空間，並通過I2C總線傳送至STC單片機；
[0051]單片機讀取車身航向偏差數據後，同時採集轉向輪轉角信息和車速信息，根據相應控制算法確定轉向控制命令，將控制命令輸出為轉向脈衝信號至步進電機驅動器，使步進電機按要求轉動，實現轉向控制。[0052]圖3為本發明所述的用於穀物聯合收割機的視覺導航輔助駕駛系統的系統實物圖，主要包括視頻採集接口、視頻輸出接口、轉角傳感器接口、步進電機控制器接口、攝像機及電視供電電源接口以及調試用串口及網絡接口等。其體積小型化，接口方便。
[0053]本說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。
【權利要求】
1.一種用於穀物聯合收割機的視覺導航輔助駕駛系統，其特徵在於，包括: 攝像頭(1)，用於採集農田場景圖像； 穀物聯合收割機視覺導航路徑識別系統(2)，接收攝像頭(I)採集的農田場景圖像，計算並獲得導航路徑直線參數； 穀物聯合收割機視覺導航轉向控制系統(3)，通過I2C總線接收導航路徑直線參數，接收安裝於後橋轉向輪(7)上的轉向角度傳感器(6)的收割機轉向角度信號，接收安裝於穀物聯合收割機(8)上的測速傳感器(5)的收割機行進速度信號， 穀物聯合收割機視覺導航轉向控制系統(3)綜合導航路徑直線參數、收割機轉向角度信號、收割機行進速度信號後，輸出控制命令到與視覺導航輔助駕駛系統配套的全液壓機械轉向系統(4)； 與視覺導航輔助駕駛系統配套的全液壓機械轉向系統(4)根據控制命令，調整後橋轉向輪(7)的轉向角，最終實現穀物聯合收割機(8)的轉向控制。
2.如權利要求1所述的用於穀物聯合收割機的視覺導航輔助駕駛系統，其特徵在於:所述系統包括一駕駛方式選擇開關， 當選擇開關為手動駕駛時，駕駛員通過穀物聯合收割機原有的全液壓機械轉向系統調整後橋轉向輪(7) 的轉向角，最終實現穀物聯合收割機(8)的轉向控制； 當選擇開關為輔助駕駛時，與視覺導航輔助駕駛系統配套的全液壓機械轉向系統(4)根據控制命令，調整後橋轉向輪(7)的轉向角，最終實現穀物聯合收割機(8)的轉向控制。
3.如權利要求1所述的用於穀物聯合收割機的視覺導航輔助駕駛系統，其特徵在於:穀物聯合收割機視覺導航路徑識別系統(2)接收攝像頭(I)採集的農田場景圖像後，依次對農田場景圖像進行彩色空間變換、降噪、閾值分割和導航路徑直線參數提取，最終獲得導航路徑直線參數。
4.如權利要求1所述的用於穀物聯合收割機的視覺導航輔助駕駛系統，其特徵在於:與視覺導航輔助駕駛系統配套的全液壓機械轉向系統(4)中設有通過步進電機驅動器控制的步進電機，步進電機用於調整後橋轉向輪(7 )的轉向角。
5.如權利要求1所述的用於穀物聯合收割機的視覺導航輔助駕駛系統，其特徵在於:穀物聯合收割機視覺導航轉向控制系統(3)的核心為STC單片機。
6.如權利要求5所述的用於穀物聯合收割機的視覺導航輔助駕駛系統，其特徵在於:STC單片機採用的是STC12C5A60S2單片機。
7.如權利要求5所述的用於穀物聯合收割機的視覺導航輔助駕駛系統，其特徵在於:穀物聯合收割機視覺導航路徑識別系統(2)的核心為採用達文西平臺的DM6446處理器， DM6446處理器包含有ARM核和DSP核； 通過ARM核啟動穀物聯合收割機視覺導航路徑識別系統後，控制視頻前端設備採集攝像頭(I)的視頻數據，並調度DSP核進行圖像處理，經過路徑識別處理算法和路徑規劃決策系統處理後，最終獲得導航路徑直線參數， 根據導航路徑直線參數，DSP核把車身航向偏差數據交換到ARM核數據空間，並通過I2C總線傳送至STC單片機。
8.如權利要求7所述的用於穀物聯合收割機的視覺導航輔助駕駛系統，其特徵在於:單片機讀取車身航向偏差數據後，同時採集轉向輪轉角信息和車速信息，根據相應控制算法確定轉向控制命令 ，將控制命令輸出為轉向脈衝信號至步進電機驅動器，使步進電機按要求轉動，實現轉向控制。
【文檔編號】G05D1/02GK103914070SQ201410130264
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月2日 優先權日:2014年4月2日
【發明者】吳剛, 譚彧, 張成濤, 尹彥鑫 申請人:中國農業大學