時，系統(tǒng)程序執(zhí)行完畢，此時，系統(tǒng)通過遙控器界面提示用戶，是否要返回初始位置。如果用 戶通過按鍵選擇返回，則系統(tǒng)自動控制刀盤升降復(fù)位，刀盤的主運動停止，系統(tǒng)自動返回初 始位置。如果用戶選擇不返回初始位置，這時，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為手動控制模式，由用戶通過遙控器 執(zhí)行相關(guān)操作。
[0097] 2)分布式信標(biāo)激光定位子系統(tǒng)工作流程實現(xiàn)
[0098] 如圖6,分布式信標(biāo)激光定位子系統(tǒng)是由1個激光定位導(dǎo)航控制模塊和2個遠(yuǎn)程分 布式遠(yuǎn)程信標(biāo)控制模塊組成的，遠(yuǎn)程信標(biāo)控制模塊和激光定位導(dǎo)航模塊采用遠(yuǎn)程無線射頻 通信，以實現(xiàn)信標(biāo)和激光掃描收發(fā)器之間距離和轉(zhuǎn)角位移檢測。激光定位導(dǎo)航模塊是分布 式無線通信系統(tǒng)的主模塊，2個遠(yuǎn)程信標(biāo)控制模塊為從模塊。通信的實現(xiàn)首先由主模塊自 主發(fā)起，主模塊向兩個從模塊自主發(fā)送通信指令，進(jìn)行通信狀態(tài)診斷，診斷結(jié)果返回給主模 塊。主要工作流程如下：
[0099] (a)激光收發(fā)器擺動角補償控制。電子羅盤感應(yīng)割草機(jī)機(jī)體在垂直面的角位移，發(fā) 送給激光定位導(dǎo)航控制模塊的控制器，控制器根據(jù)轉(zhuǎn)角位移生成角位移補償指令，并發(fā)送 給伺服運動控制器5,伺服運動控制器5執(zhí)行PID閉環(huán)控制算法，實現(xiàn)激光收發(fā)器的垂直角 位移補償控制，保證激光收發(fā)器水平發(fā)射激光。
[0100] (b)激光收發(fā)器水平轉(zhuǎn)動工作掃描?？刂破飨蛩欧\動控制器4發(fā)送運動控制指 令，伺服運動控制器4執(zhí)行PID閉環(huán)控制算法，控制激光收發(fā)器的水平角度擺動，以便依次 掃描遠(yuǎn)程?目標(biāo)。
[0101] (C)激光收發(fā)器發(fā)射掃描與捕捉測距。激光收發(fā)器擺動掃描發(fā)射激光，遠(yuǎn)程信標(biāo)控 制模塊等待激光掃描射線信號，激光發(fā)射到遠(yuǎn)程信標(biāo)上，遠(yuǎn)程信標(biāo)反射激光給激光收發(fā)器 接收，此時，遠(yuǎn)程信標(biāo)內(nèi)的信標(biāo)感應(yīng)器接受到激光照射而電壓升高，信標(biāo)控制器將激光掃 描到標(biāo)志信號置"1"，并通過無線射頻接口發(fā)送激光掃描到標(biāo)志信號給激光定位導(dǎo)航控制 模塊。激光定位導(dǎo)航模塊的控制器收到激光掃描標(biāo)志信號置" 1"時，校驗該信標(biāo)號，并同時 將當(dāng)前掃描到標(biāo)志信號清"〇"，暫停伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動，以方便準(zhǔn)確接收遠(yuǎn)程信標(biāo)反射的激光射 線，激光收發(fā)器發(fā)送捕捉激光掃描距離命令，激光收發(fā)器根據(jù)激光發(fā)射和接收的時間計算 水平激光測距％，如果捕捉距離信號失敗，則重復(fù)上一步，如果成功則存儲該水平距離&1。
[0102] (d)計算激光收發(fā)器當(dāng)前坐標(biāo)位置和轉(zhuǎn)角位移。激光掃描模塊的控制器首先核對 當(dāng)前掃描的信標(biāo)號，如果信標(biāo)號為1，表明此次測試的是激光掃描收發(fā)器到信標(biāo)1的距離ai，還需要再掃描和捕捉到遠(yuǎn)程信標(biāo)2的距離a2。若此次循環(huán)ai，a 2測出，則計算激光收發(fā) 器直角坐標(biāo)D(x，y)和割草機(jī)機(jī)體的轉(zhuǎn)角位移。這里說明，由于立式伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度遠(yuǎn) 遠(yuǎn)大于割草機(jī)的行走的速度，對割草機(jī)的掃描時間延遲忽略不計。立式伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)向標(biāo) 志清"0 "和置" 1"是云臺電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)標(biāo)記。
[0103] (e)發(fā)送割草機(jī)機(jī)體當(dāng)前坐標(biāo)和轉(zhuǎn)角位移。激光掃描模塊的控制器將計算出的當(dāng) 前位置坐標(biāo)D(x，y)和轉(zhuǎn)角位移保存到存儲器中，并通過RS485接口發(fā)送到中央監(jiān)控模塊， 以便為軌跡運動控制算法提供實時數(shù)據(jù)支持。
[0104] 使用效果分析
[0105] 分布式信標(biāo)激光定位與軌跡控制系統(tǒng)提供了 RS485總線和無線通信構(gòu)成的主從 式分布結(jié)構(gòu)，解決了遠(yuǎn)程分布式數(shù)據(jù)處理和通信問題。所述結(jié)構(gòu)使得各模塊相互獨立，又共 享統(tǒng)一、開放通信接口。各模塊獨立處理數(shù)據(jù)，只交換指令和處理結(jié)果，大大減少了數(shù)據(jù)通 信量，提高了系統(tǒng)處理速度和數(shù)據(jù)處理的效率。另外，采用這種結(jié)構(gòu)，軟件編程采用功能模 塊對象封裝的方式，大大減輕了程序的開發(fā)的工作量。
[0106] 系統(tǒng)在中央監(jiān)控模塊的統(tǒng)一協(xié)調(diào)下，實現(xiàn)了軌跡參數(shù)預(yù)設(shè)、手動遙控、激光掃描導(dǎo) 航與精密位置測量、轉(zhuǎn)角位移測控、位置糾偏與軌跡運動控制、超聲波測距與防撞控制、刀 盤升降控制、刀盤轉(zhuǎn)速控制等功能。實現(xiàn)了對精密割草機(jī)自動導(dǎo)航和控制，達(dá)到了通過精密 自動割草來草坪美化的要求。
【主權(quán)項】
1. 一種精密自動割草機(jī)分布式信標(biāo)激光定位與軌跡控制系統(tǒng)，其特征在于，包括實現(xiàn) 精密自動割草機(jī)分布式信標(biāo)定位與軌跡控制系統(tǒng)的控制硬件和軟件，系統(tǒng)也適用于自動 導(dǎo)引小車（AGV)等的自動導(dǎo)航和控制，如自動導(dǎo)引小車采用本發(fā)明所提出的定位導(dǎo)航和軌 跡控制技術(shù)，也屬于本專利保護(hù)的范圍。2. 如權(quán)利1所要求的控制硬件，其特征在于，包括三個部分7個模塊。其中，第一部分 安裝在割草機(jī)的車體上，包括中央監(jiān)控、運動控制、激光定位導(dǎo)航、超聲波控制模塊；第二部 分包括手持遙控模塊1個，通過紅外接口和中央監(jiān)控模塊通信；第三部分包括遠(yuǎn)程信標(biāo)控 制模塊2個，每個信標(biāo)控制模塊通過各自的無線射頻接口與激光定位導(dǎo)航模塊實現(xiàn)分布式 數(shù)據(jù)通信。3. 如權(quán)利1所要求的控制軟件，其特征在于，包括中央監(jiān)控子系統(tǒng)、分布式信標(biāo)激光掃 描定位子系統(tǒng)、超聲波測量與避障控制子系統(tǒng)以及軌跡運動控制子系統(tǒng)。4. 如權(quán)利2所要求的中央監(jiān)控模塊，其特征在于，包括中央處理器、程序存儲器、數(shù)據(jù) 存儲器、數(shù)據(jù)接口，基于IXD觸摸屏人機(jī)界面和紅外接口。5. 如權(quán)利2所要求的運動控制模塊，其特征在于，包括刀盤運動控制、刀盤自動升降、 車體差動行走運動控制和導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)角測控單元。6. 如權(quán)利2所要求的激光定位導(dǎo)航模塊，其特征在于，包括控制器、電子羅盤、伺服運 動控制器4、伺服驅(qū)動器4、立式伺服電機(jī)（自帶編碼器）、伺服運動控制器5、伺服驅(qū)動器5、 臥式伺服電機(jī)（自帶編碼器）、激光掃描收發(fā)器、射頻無線通信接口、通信接口等。7. 如權(quán)利2所要求的遠(yuǎn)程信標(biāo)控制模塊，其特征在于，包括遠(yuǎn)程信標(biāo)、信標(biāo)控制器、激 光反射感應(yīng)器陣列和射頻無線通信接口等外圍電路。8. 如權(quán)利3所要求的中央監(jiān)控子系統(tǒng)，其特征在于，包括接收用戶指令、采集狀態(tài)數(shù) 據(jù)、運行控制算法、發(fā)送指令。9. 如權(quán)利3所要求的分布式信標(biāo)激光掃描定位子系統(tǒng)，其特征在于，包括接收指令與 數(shù)據(jù)信息、激光掃描云臺運動控制與數(shù)據(jù)處理。10. 如權(quán)利3所要求的軌跡運動控制子系統(tǒng)，其特征在于，包括刀盤旋轉(zhuǎn)主運動的直流 調(diào)速控制、刀盤自動升降的伺服電機(jī)運動控制、車體運動軌跡差動驅(qū)動的伺服電機(jī)控制。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種精密自動割草機(jī)的分布式信標(biāo)激光定位與軌跡控制系統(tǒng)。在硬件上，采用RS485總線和無線射頻模塊組成的分布式通信結(jié)構(gòu)，各模塊內(nèi)部算法獨立運行，大大減少了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信量，消除了通信堵塞，提高了系統(tǒng)處理速度。在軟件上將激光自動掃描、分布式信標(biāo)距離測量、運動趨勢判斷、超聲波距離測量、無線通信、軌跡控制、自動防撞等功能結(jié)合在一起，實現(xiàn)了智能化精密自動割草機(jī)的自動、精密割草功能，達(dá)到了通過智能化精密自動割草來美化草坪的要求和節(jié)能環(huán)保的目的。本發(fā)明也適用于自動導(dǎo)引小車(AGV)等運動的自動導(dǎo)航和軌跡控制。
【IPC分類】G05D1/02
【公開號】CN105353758
【申請?zhí)枴緾N201510761992
【發(fā)明人】閆夙, 董穎, 王云成
【申請人】閆夙
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年11月10日