CN113282042A - 一种养猪舍内智能清粪机器人的控制***及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种养猪舍内智能清粪机器人的控制***，所述控制***包括控制器、传感器模块、信号处理模块、储水处理模块、充电模块、IMU模块、编码器以及驱动模块，所述控制器包括相互连接的主控制器和从控制器，所述传感器模块分别与主控制器、从控制器连接，所述信号处理模块、储水处理模块、充电模块、IMU模块、编码器、驱动模块均与主控制器连接；还提供一种基于养猪舍内智能清粪机器人控制***的控制方法。本发明能够智能化规划地图和行走路线，且还能精准控制机器人作业。
Description
技术领域
本发明涉及智能机器人技术领域，具体涉及一种养猪舍内智能清粪机器人的控制***及其控制方法。
背景技术
我国猪舍地板大多为漏粪板方式，该方式易于猪的粪污掉入集粪槽，保持猪栏清洁卫生，减少病菌滋生。但实际中猪粪污不能完全通过漏粪板缝隙掉入集粪槽，同时，由于猪粪具有一定的黏性，未掉落的粪污被猪蹄踩踏后易粘在蹄部，产生猪蹄病，生猪在栏舍内走动，会增加细菌微生物繁衍和传播的机会，使猪的健康水平和抗病力低下。因此，开发具有自主路径规划与导航功能的清粪机器人，实时地将未掉落的粪污推刮至集粪槽内，在清粪过程中不会对生猪造成任何的影响。
发明内容
本发明提供一种养猪舍内智能清粪机器人的控制***及控制方法，能够智能化规划地图和行走路线，且还能精准控制机器人作业。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种养猪舍内智能清粪机器人的控制***，所述控制***包括控制器、传感器模块、信号处理模块、储水处理模块、充电模块、IMU模块、编码器以及驱动模块，所述控制器包括相互连接的主控制器和从控制器，所述传感器模块分别与主控制器、从控制器连接，所述信号处理模块、储水处理模块、充电模块、IMU模块、编码器、驱动模块均与主控制器连接。
进一步地，所述传感器模块包括激光雷达传感器和超声波传感器，所述激光雷达传感器与从控制器连接，所述超声波传感器与主控制器连接，所述激光雷达传感器具有扫描环境地形功能，所述超声波传感器具有探测障碍物、识别障碍物距离功能。
进一步地，所述储水处理模块包括加水模块和喷水模块，所述加水模块和喷水模块均与主控制器连接。
进一步地，所述驱动模块为直流无刷电机，用于驱动行走轮移动。
进一步地，所述信号处理模块为遥控器。
一种养猪舍内智能清粪机器人的控制方法，基于养猪舍内智能清粪机器人的控制***，所述控制方法包括以下步骤：
A、开启机器人并通过激光雷达传感器对地形环境进行扫描；
B、激光雷达传感器将扫描后的地形环境信息发送到控制器并建立地图；
C、控制器根据所建立的地图对机器人进行自主定位与位姿跟踪，且进行全图路径规划；
D、驱动模块通过编码器和IMU模块将里程计融合来驱动机器人，并在机器人根据路径规划开始作业的过程中，通过超声波传感器对路径上是否存在障碍物进行探测；
E、监测机器人水量情况或电量情况，通过加水模块对机器人进行加水操作或通过充电模块对机器人进行充电操作；
F、机器人补给水或电完成后，继续按照路径规划作业，直至结束。
进一步地，步骤B中建立地图的方式为启动机器人底盘节点和建图SLAM节点，手动遥控机器人在作业场地内行走，通过激光雷达传感器对场地内地形进行扫描后将环境信息发送至从控制器，从控制器根据收到的地形环境信息后自动生成地图，机器人在作业场地内行走一个闭环结束后，地图建立完成并保存。
进一步地，步骤D中若超声波传感器探测到激光雷达传感器已扫描到的障碍物，则机器人保持原有速度继续作业，若超声波传感器探测到激光雷达传感器未扫描到的障碍物，则机器人减速不避开障碍物作业。
与现有技术相比较，本发明的有益效果是：激光雷达传感器和超声波传感器，在工作时激光雷达传感器能够对环境地形进行扫描和勘察，可探测死角，有利于精确的获取现场实际情况，具有分辨率高、抗干扰性强、不受光线影响等优点，在第一次使用后自动将地图信息进行存储，下次使用时无需重新构建地图，在环境信息发生改变时，可以自动更新地图，超声波传感器能够探测障碍物，实现高效率清粪和避免与墙体碰撞，利于对障碍物的精准测距；控制***集成自主定位导航、传感器、PID控制、自主充电与加水等技术，实现机器人实时建图、GUI界面交互、导航定位、路径规划以及精准控制等功能；驱动模块配备有IMU模块，提高行驶航向和行程计量精准度。
附图说明
图1为本发明的控制***结构示意图；
图2为本发明的控制方法流程结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，当部件/零件被称为“设置在”另一个部件/零件上，它可以直接设置在另一个部件/零件上或者也可以存在居中的部件/零件。当部件/零件被称为“连接/联接”至另一个部件/零件，它可以是直接连接/联接至另一个部件/零件或者可能同时存在居中部件/零件。本文所使用的术语“连接/联接”可以包括电气和/或机械物理连接/联接。本文所使用的术语“包括/包含”指特征、步骤或部件/零件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、步骤或部件/零件的存在或添加。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意的和所有的组合。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，而并不是旨在限制本申请。
请参阅图1所示，一种养猪舍内智能清粪机器人的控制***，控制***包括控制器、传感器模块、信号处理模块、储水处理模块、充电模块、IMU模块、编码器以及驱动模块，控制器包括相互连接的主控制器和从控制器，传感器模块分别与主控制器、从控制器连接，信号处理模块、储水处理模块、充电模块、IMU模块、编码器、驱动模块均与主控制器连接。
机器人的行走轮分别由驱动模块驱动，在配合编码器，将编码器得到的里程计与IMU模块数据的里程计进行融合，使用PID控制算法对清粪机器人进行控制，实现其直线行走和精准转弯。
在一些实施例中，传感器模块包括激光雷达传感器和超声波传感器，激光雷达传感器通过以太网通信与从控制器连接，超声波传感器通过串口通信与主控制器连接，激光雷达传感器具有扫描环境地形功能，超声波传感器具有探测障碍物、识别障碍物距离功能。
清粪机器人采用激光雷达传感器，高速旋转获取猪舍内障碍物的点云数据，以具有良好开源性并采用分布式架构的机器人操作***(ROS)为研发平台，利用Karto算法对舍内环境进行建图，对于猪舍内围栏等不能被激光雷达扫描的物体则在算法中设置虚拟墙，依据AMCL定位算法，融合A*和D*两种方法，实现路径规划。
在一些实施例中，储水处理模块包括加水模块和喷水模块，加水模块和喷水模块均与主控制器连接。
在一些实施例中，驱动模块为直流无刷电机，用于驱动行走轮移动。
在工作的时候，传感器模块负责将地形环境扫描和探测，并将数据传输给控制器，驱动模块的驱动由控制器将编码器得到的里程计与IMU模块数据的里程计进行融合，使用PID控制算法对清粪机器人进行控制，驱动模块实现其直线行走和精准转弯，储水处理模块的加水模块负责自动化给机器人的水箱进行加水，喷水模块负责控制水箱内的水配合喷头进行喷洗，充电模块负责给机器人进行补充电能。
在一些实施例中，信号处理模块为遥控器。机器人采用2.4G无线通信模块与遥控器相连通，通过控制遥控器达到对清粪机器人的相关作业控制。遥控器上设有左右两个开关，转动左开关实现清粪机器人手动遥控、自动运行和开启回充三种控制模式的切换；转动右开关实现清粪机器人刹车开关、正常控制、紧急刹车三种模式的选择。遥控器上设有电源和信号指示灯，可实时显示遥控器的电源和信号情况，采用遥控器可有效地帮助操作人员完成对清粪机器人作业任务的选择及控制。
两种操作模式：一、自动控制模式，机器人无需人工参与，自动完成路径规划与导航、充电与加水、清粪等功能；二、手动遥控模式，当机器人在猪舍内作业时出现在一个地方重复打转或行驶路线被打断，此时工作状态等会闪烁并提示，则启动手动遥控按钮，进入手动遥控模式，为了提高工作效率，清粪机器人设有两种工作模式：一、快速清理，对于猪舍内环境较差时，选择此模式，将粪污统一推至固定堆积处等待后续处理；二、缓慢清理，对于长期清理、舍内环境相对较好时，选择此模式，在此模式下，粪污将通过漏粪板缝隙掉入集粪槽。
请参阅图2所示，一种养猪舍内智能清粪机器人的控制方法，基于养猪舍内智能清粪机器人的控制***，控制方法包括以下步骤：
A、开启机器人并通过激光雷达传感器对地形环境进行扫描；
B、激光雷达传感器将扫描后的地形环境信息发送到控制器并建立地图；
C、控制器根据所建立的地图对机器人进行自主定位与位姿跟踪，且进行全图路径规划；
D、驱动模块通过编码器和IMU模块将里程计融合来驱动机器人，并在机器人根据路径规划开始作业的过程中，通过超声波传感器对路径上是否存在障碍物进行探测；
E、监测机器人水量情况或电量情况，通过加水模块对机器人进行加水操作或通过充电模块对机器人进行充电操作；
F、机器人补给水或电完成后，继续按照路径规划作业，直至结束。
在一些实施例中，步骤B中建立地图的方式为启动机器人底盘节点和建图SLAM节点，手动遥控机器人在作业场地内行走，通过激光雷达传感器对场地内地形进行扫描后将环境信息发送至从控制器，从控制器根据收到的地形环境信息后自动生成地图，机器人在作业场地内行走一个闭环结束后，地图建立完成并保存。
在一些实施例中，步骤D中若超声波传感器探测到激光雷达传感器已扫描到的障碍物，则机器人保持原有速度继续作业，若超声波传感器探测到激光雷达传感器未扫描到的障碍物，则机器人减速不避开障碍物作业。
本发明的激光雷达传感器和超声波传感器，在工作时激光雷达传感器能够对环境地形进行扫描和勘察，可探测死角，有利于精确的获取现场实际情况，具有分辨率高、抗干扰性强、不受光线影响等优点，在第一次使用后自动将地图信息进行存储，下次使用时无需重新构建地图，在环境信息发生改变时，可以自动更新地图，超声波传感器能够探测障碍物，实现高效率清粪和避免与墙体碰撞，利于对障碍物的精准测距；控制***集成自主定位导航、传感器、PID控制、自主充电与加水等技术，实现机器人实时建图、GUI界面交互、导航定位、路径规划以及精准控制等功能；驱动模块配备有IMU模块，提高行驶航向和行程计量精准度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种养猪舍内智能清粪机器人的控制***，其特征在于，所述控制***包括控制器、传感器模块、信号处理模块、储水处理模块、充电模块、IMU模块、编码器以及驱动模块，所述控制器包括相互连接的主控制器和从控制器，所述传感器模块分别与主控制器、从控制器连接，所述信号处理模块、储水处理模块、充电模块、IMU模块、编码器、驱动模块均与主控制器连接。
2.根据权利要求1所述的养猪舍内智能清粪机器人的控制***，其特征在于，所述传感器模块包括激光雷达传感器和超声波传感器，所述激光雷达传感器与从控制器连接，所述超声波传感器与主控制器连接，所述激光雷达传感器具有扫描环境地形功能，所述超声波传感器具有探测障碍物、识别障碍物距离功能。
3.根据权利要求1所述的养猪舍内智能清粪机器人的控制***，其特征在于，所述储水处理模块包括加水模块和喷水模块，所述加水模块和喷水模块均与主控制器连接。
4.根据权利要求1所述的养猪舍内智能清粪机器人的控制***，其特征在于，所述驱动模块为直流无刷电机，用于驱动行走轮移动。
5.根据权利要求1所述的养猪舍内智能清粪机器人的控制***，其特征在于，所述信号处理模块为遥控器。
6.一种养猪舍内智能清粪机器人的控制方法，其特征在于，基于权利要求1-5所述养猪舍内智能清粪机器人的控制***，所述控制方法包括以下步骤：
A、开启机器人并通过激光雷达传感器对地形环境进行扫描；
B、激光雷达传感器将扫描后的地形环境信息发送到控制器并建立地图；
C、控制器根据所建立的地图对机器人进行自主定位与位姿跟踪，且进行全图路径规划；
D、驱动模块通过编码器和IMU模块将里程计融合来驱动机器人，并在机器人根据路径规划开始作业的过程中，通过超声波传感器对路径上是否存在障碍物进行探测；
E、监测机器人水量情况或电量情况，通过加水模块对机器人进行加水操作或通过充电模块对机器人进行充电操作；
F、机器人补给水或电完成后，继续按照路径规划作业，直至结束。
7.根据权利要求6所述的养猪舍内智能清粪机器人的控制方法，其特征在于，步骤B中建立地图的方式为启动机器人底盘节点和建图SLAM节点，手动遥控机器人在作业场地内行走，通过激光雷达传感器对场地内地形进行扫描后将环境信息发送至从控制器，从控制器根据收到的地形环境信息后自动生成地图，机器人在作业场地内行走一个闭环结束后，地图建立完成并保存。
8.根据权利要求6所述的养猪舍内智能清粪机器人的控制方法，其特征在于，步骤D中若超声波传感器探测到激光雷达传感器已扫描到的障碍物，则机器人保持原有速度继续作业，若超声波传感器探测到激光雷达传感器未扫描到的障碍物，则机器人减速不避开障碍物作业。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210820 |