自主式溫室移動平臺循牆行走超聲導航裝置的製作方法
2023-05-20 13:30:16
專利名稱：自主式溫室移動平臺循牆行走超聲導航裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種農業作業機械技術領域的行走導航裝置，特別是一種利用超聲原 理製作的自主式溫室移動平臺循牆行走超聲導航裝置。
背景技術：
隨著農業生產的發展，溫室技術有著獨特的優勢和廣泛的應用前景。溫室技術的 引入，可以大大提高勞動生產效率，改善勞動條件。導航技術作為溫室用移動平臺的核心技 術成為研究熱點。目前，自主式移動平臺的導航方式主要有電磁導航、磁帶導航、光導航等 幾種形式。其中，電磁導航要求施工安裝設備，工作量大，而且難以改變路徑；而光導航對地 面和環境要求比較嚴格，需要地面特別乾淨且平整，以保證光通信好的正確與穩定，在有水 霧或有透明牆的壁溫室內無法正常工作。其他還存在著測量精度低，可靠性差，易受外界影 響等問題。這些問題都給自主式移動平臺的導航帶來了不便。經對現有技術文獻的檢索發現，專利申請公開號CN201494328U，名稱自動導航 小車，該技術自述自動導航小車包含小車部分和引導部分，小車部分由車體、電控箱、中央 控制器、電池組、驅動機構、懸掛機構、路面磁條信號傳感器、路面RFI D射頻識別標籤卡讀 寫器、防撞機構等構成。引導部分由敷設在路面上的磁條和RFID射頻識別標籤卡組成在車 體上安裝路面磁條信號傳感器，在車體上安裝路面RFID射頻識別標籤卡讀寫器，路面磁條 信號傳感器與中央控制器的AD模塊進行直接連接，將路面磁條信號傳感器輸出的模擬信 號進行處理。由於其導航方式採用就地磁條的導航方式，存在著對地面環境要求高，要求施 工量大，地面裝置易受損的不足。又發現，專利申請公開號101425705 ；名稱自動引導小車的無接觸供電及導航 裝置，該技術自述無接觸供電電纜鋪設於AGV行駛路面的坑道中，工頻動力電經過無接 觸供電電力櫃變換成高頻正弦交流電加載到無接觸供電電纜，無接觸供電電纜和無接觸供 電取電器發生電磁感應產生的感應電動勢再經過無接觸供電取電器變換後給AGV的電機 部分和磁導航裝置供電，磁導航裝置檢測由無接觸供電電纜產生的磁場並做出判斷從而給 AGV導航。其導航方式採用電磁導航方式，存在著要求施工量大，難以改變路徑的不足。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術存在的缺點，提供了一種自主式溫室移動平臺循 牆行走超聲導航裝置。本發明具備了農業設施溫室大棚環境下自主式移動平臺的準直導航 功能，本發明的導航裝置性價比高，適用於有水霧或有透明牆壁的溫室行走導航。本發明是通過以下技術方案實現的本發明包括由前端測量點超聲波傳感器、後端測量點超聲波傳感器、兩個信號調 理與變送模塊、微處理器模塊、轉向驅動裝置組成，在移動平臺一側前後兩端各設有前端測 量點超聲波傳感器和後端測量點超聲波傳感器，前端測量點超聲波傳感器和後端測量點超 聲波傳感器分別各自連接到信號調理與變送模塊，兩個信號調理與變送模塊通過第一根通
3信總線再連接到微處理器模塊，微處理器模塊再通過第二根通信總線以串行方式與轉向驅 動裝置連接。所述的第一根通信總線採用RS232通信總線；第二根通信總線採用RS485通信總 線。所述的超聲波傳感器由超聲波發射器、超聲波接收器、超聲波驅動電路和超聲波 接收電路組成，超聲波發射器接收超聲波驅動電路發來的經整形放大的方波信號，發出指 定頻率的超聲波，超聲波接收器接收該指定頻率的超聲波並將信號傳給超聲波接收電路， 由超聲波接收電路向信號調理與變送模塊發送信號。所述的前端測量點超聲波傳感器、後端測量點超聲波傳感器分別安裝在移動平臺 側面的在前端測量點和後端測量點兩個測量點上，固定的間距(V兩組超聲波傳感器，分別 測量前後兩測量點與牆壁間的距離，將距離信息傳送到微處理器模塊，由微處理器模塊對 測得的兩距離信息進行計算，算得相距為Cltl的兩測量點與參照物牆體的距離差，利用三角 函數方法得到小車的偏航角和偏航位移，再由RS485通信總線以串行方式控制轉向驅動裝 置，對移動平臺進行循牆導航。所述的信號調理與變送模塊，與超聲波傳感器直接相連，向超聲波驅動電路發送 方波信號，同時開啟計時器，信號調理與變送模塊接收到超聲波接收電路的信號後開啟中 斷，停止計時器並讀取時間，計算距離，通過RS232通信總線將距離信息傳送給微處理器模 塊。所述的微處理器模塊採用51處理器，由RS232接口接收信號調理與變送模塊傳送 來的距離信息，因為兩測量距離與移動平臺側面和牆壁組成直角梯形結構，所以根據兩測 量點的距離信息和測量點間距信息，利用控制算法計算出移動平臺的偏航角和偏航位移， 再根據偏航信息輸出導航控制信號，通過RS485接口利用串行通信傳送給轉向驅動控裝置。本發明由兩組超聲波傳感器分別測出移動平臺前後兩測量點與牆壁間的距離信 息，再經信號調理與變送模塊轉換為數字量。RS232通信總線連接信號調理與變送模塊和微 處理器模塊，將處理後的信息以串行方式傳送到微處理器模塊，之後由微處理器模塊利用 控制算法對兩組傳感器測量到的數據進行計算，得出小車的偏航角和偏航位移。繼而微處 理器模塊再通過RS485通信總線控制轉向驅動裝置，實現對移動平臺的循牆導航功能。本發明的有益效果是，適合農業設施溫室大棚環境下自主式移動平臺的準直導航 功能，定位精度較高，成本低，結構實用可靠，搞幹擾能力強。
圖1為本發明的裝置外觀示意圖；圖2為本發明的工作原理示意圖；圖3為本發明的一個實施例示意圖；圖中1.前端測量點超聲波傳感器、2.信號調理與變送模塊、3. RS232通信總線、 4.後端測量點超聲波傳感器、5.微處理器模塊、6.RS485通信總線、7.轉向驅動裝置、8.電 機、9.移動平臺外殼、10.移動平臺、11.牆體。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施例做詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前 提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。如圖1所示，本實施例由前端測量點超聲波傳感器，後端測量點超聲波傳感器，信 號調理與變送模塊，RS232通信總線，微處理器模塊，RS485通信總線和轉向驅動裝置等組 成。其中兩組超聲波收發裝置1和4分別安裝在移動平臺側面的前端測量點和後端測量點 上，同時與各自的信號調理與變送模塊2相連，而信號調理與變送模塊2經由RS232通信總 線3與微處理器模塊5相連，將信息傳給微處理器模塊5，由微處理器模塊5對所得數據進 行計算，並通過RS485通信總線6控制移動平臺的轉向驅動裝置7。如圖2所示，在行進過程中，前端測量點超聲波傳感器和後端測量點超聲波傳感 器發收超聲波信號，之後將信號傳給信號調理與變送模塊計算傳感器測得的距離，再利用 RS232通信總線將距離信息傳到微處理器模塊計算導航信息，由微處理器模塊通過RS485 通信總線控制轉向驅動裝置。如圖3所示，實施例中，前端測量點超聲波傳感器1和後端測量點超聲波傳感器4， 安裝在移動平臺10的相聚為Cltl的前後兩測量點上，通過發出和接收超聲波信號，分別測得 前端測量點與牆體11間的距離Cl1和後端測量點與牆體11間的距離d2的信息，並將該信息 送到對應的信號調理與變送模塊中，經由該信號調理與變送模塊，計算距離並將信號轉換 為數字量信號，通過串口通信，經RS232通信總線將信息都傳到微處理器模塊中。微處理器 模塊利用送來的兩組距離數據得到Cl1和d2的信息和移動平臺側面前後兩測量點間距Cltl的 信息，可以算得相距Cltl的兩測量點與牆體的距離差，就可以利用三角函數算法進一步算出 小車的偏航角和偏航位移，並利用計算得到的導航信息經RS485通信總線以串行方式控制 移動平臺的轉向驅動裝置，對移動平臺進行循牆導航。
權利要求
一種自主式溫室移動平臺循牆行走超聲導航裝置，其特徵在於，包括由前端測量點超聲波傳感器、後端測量點超聲波傳感器、兩個信號調理與變送模塊、微處理器模塊、轉向驅動裝置組成，在移動平臺一側前後兩端各設有前端測量點超聲波傳感器和後端測量點超聲波傳感器，前端測量點超聲波傳感器和後端測量點超聲波傳感器分別各自連接到信號調理與變送模塊，兩個信號調理與變送模塊通過第一根通信總線再連接到微處理器模塊，微處理器模塊再通過第二根通信總線以串行方式與轉向驅動裝置連接。
2.根據權利要求1所述的自主式溫室移動平臺循牆行走超聲導航裝置，其特徵是，所 述的第一根通信總線採用RS232通信總線。
3.根據權利要求1所述的自主式溫室移動平臺循牆行走超聲導航裝置，其特徵是，第 二根通信總線採用RS485通信總線。
4.根據權利要求1所述的自主式溫室移動平臺循牆行走超聲導航裝置，其特徵是，所 述的超聲波傳感器由超聲波發射器、超聲波接收器、超聲波驅動電路和超聲波接收電路組 成，超聲波發射器接收超聲波驅動電路發來的經整形放大的方波信號，發出指定頻率的超 聲波，超聲波接收器接收該指定頻率的超聲波並將信號傳給超聲波接收電路，由超聲波接 收電路向信號調理與變送模塊發送信號。
5.根據權利要求1所述的自主式溫室移動平臺循牆行走超聲導航裝置，其特徵是，所 述的前端測量點超聲波傳感器、後端測量點超聲波傳感器分別安裝在移動平臺側面的在前 端測量點和後端測量點兩個測量點上，固定的間距do。
6.根據權利要求1所述的自主式溫室移動平臺循牆行走超聲導航裝置，其特徵是，所 述的信號調理與變送模塊與超聲波傳感器直接相連，向超聲波驅動電路發送方波信號，同 時開啟計時器，信號調理與變送模塊接收到超聲波接收電路的信號後開啟中斷，停止計時 器並讀取時間，計算距離，通過RS232通信總線將距離信息傳送給微處理器模塊。
7.根據權利要求1所述的自主式溫室移動平臺循牆行走超聲導航裝置，其特徵是，所 述的微處理器模塊採用51處理器，由RS232接口接收信號調理與變送模塊傳送來的距離信 息，再根據偏航信息輸出導航控制信號，通過RS485接口利用串行通信傳送給轉向驅動控直ο
全文摘要
一種農業作業機械技術領域的自主式溫室移動平臺循牆行走超聲導航裝置。包括前端測量點超聲波傳感器、後端測量點超聲波傳感器、兩個信號調理與變送模塊、微處理器模塊、轉向驅動裝置組成，在移動平臺一側前後兩端各設有前端測量點超聲波傳感器和後端測量點超聲波傳感器，前端測量點超聲波傳感器和後端測量點超聲波傳感器分別各自連接到信號調理與變送模塊，兩個信號調理與變送模塊通過第一根通信總線再連接到微處理器模塊，微處理器模塊再通過第二根通信總線串行方式與轉向驅動裝置連接。本發明適合農業設施溫室大棚環境下自主式移動平臺的準直導航功能，定位精度較高，成本低，結構實用可靠，搞幹擾能力強。
文檔編號G05B19/418GK101976068SQ201010289348
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月22日 優先權日2010年9月22日
發明者苗玉彬, 許天資, 趙爽, 馬辰傑 申請人:上海交通大學