【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及农业机器人导航，特别是涉及一种连栋温室路轨两用机器人自主导航作业方法及系统。
技术介绍
1、连栋温室作为现代农业的重要设施，广泛应用于农作物种植和管理中。其结构通过多个温室单元相连形成一体化空间，具备优良的保温、通风和环境控制性能，适用于果蔬、花卉等多种经济作物的规模化种植。在连栋温室内，通常铺设有硬化路面和轨道，用于支撑农业机械的运行和作业，形成了轨道与路面相结合的典型种植作业场景。这种布局能够有效提高空间利用率和作业效率，同时为机器人等自动化设备的运行提供支持。
2、现有技术cn111722631a中公开了一种自主移动底盘与连栋温室底盘换轨方法，主要通过导航线和转弯标签进行引导。然而，这种导航方式存在显著局限性。首先，导航线和转弯标签需要事先布置，环境稍有变化便可能导致导航失效，且依赖外部设施，维护成本高，灵活性差。此外，导航线对机器人路径的限制较多，使其难以应对动态任务需求，导致系统适应性低、故障率高，整体效率受限。
3、另一方面，传统机器人在摘果、打叶等作业中，需要对作业位置、机械臂及手爪的位姿进行精确解算。这类解算通常需要较高的计算资源，导致机器人对硬件算力的需求大幅增加，系统成本随之升高。同时，作业点的频繁停靠和路径优化不足进一步限制了作业效率，无法满足现代智慧农业对高效、低成本自动化的需求。
技术实现思路
1、专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种导航方式限制少、故障率低、作业效率高且算力要求低的低连栋温室
2、技术方案：为实现上述目的，本专利技术的连栋温室路轨两用机器人自主导航作业方法，所述方法包括：
3、获取连栋温室内的环境地图；
4、基于机器人的初始位姿与任务信息，对机器人的总体路径进行规划；
5、基于规划的所述总体路径控制所述机器人运行并实施任务；
6、所述环境地图包括标注了关键位置标签的坐标的二维格栅地图；所述关键位置标签包括轨道入口标签包括轨道尽头标签；
7、所述基于规划的所述作业路径控制所述机器人运行并实施任务，具体包括：
8、基于导航规划模块，使所述机器人在路面上自主导航运动至所述轨道入口标签处，触发有限状态机状态转移条件，关闭导航规划模块，并使机器人沿轨道运动；当机器人到达轨道尽头标签处，触发有限状态机状态转移条件，使机器人沿轨道后退运动；
9、机器人在所述轨道上运行时，控制底盘在轨道上按预设步距间歇启停运动，同时通过的第二视觉单元采集作物的图像，并基于图像对满足作业条件的对象执行对应的操作；
10、当机器人再次到达当前轨道对应的轨道入口标签，触发有限状态机状态转移条件，打开导航规划模块，并设定下一个目标位置为另一个轨道的轨道入口标签所在的坐标。
11、进一步地，所述基于图像对满足作业条件的对象执行对应的操作，包括：
12、获取待操作的对象及其周边设施和/或枝叶藤蔓的深度数据；
13、基于所述深度数据，解算手爪的目标位姿；
14、获取离底盘当前位置最近的多个停靠点的坐标数据；
15、基于每个坐标数据与机械臂的工作空间，解算能够对待操作的对象进行操作的解，所述解包含了停靠点的坐标数据与机械臂的姿态；
16、当所述解的数量为多个，选取其中之一作为最终解；
17、当得到的解的数量为0，则不限于停靠点进行全局寻找解，得到中间停靠点及对应的机械手姿态。
18、进一步地，所述基于导航规划模块，使所述机器人在路面上自主导航运动至所述轨道入口标签处，触发有限状态机状态转移条件，关闭导航规划模块，并使机器人沿轨道运动，包括：
19、开启导航规划模块，以一个未经过的所述轨道入口标签作为下一个目的地，基于所述二维格栅地图规划路径；
20、控制底盘按照规划的路径运动，同时获取激光雷达采集获取的点云数据，同时将得到的激光雷达点云信息传给amcl定位算法，结合imu和激光里程计融合而来的里程计数据，以及格栅地图信息，估计当前时刻底盘的实时位姿，利用当前底盘实时位姿修正底盘的行驶路径；
21、当机器人的第一视觉单元捕捉到所述轨道入口标签，基于所述轨道入口标签对所述机器人的位姿进行校正，同时解算出所述轨道入口标签的id号触发有限状态机状态转移条件，关闭导航规划模块，控制所述机器人沿着轨道直线前进。
22、进一步地，所述第一视觉单元每捕捉到一个关键位置标签的图像，根据所述关键位置标签在所述图像中的位置解算出底盘在所述二维栅格地图中的位姿，反馈给amcl进行全局重定位。
23、进一步地，所述环境地图的具体构建方法包括:
24、利用激光雷达的点云数据以及imu数据，使用lio-sam算法和八叉树地图算法建立温室内环境二维格栅地图；
25、接收用户录入的对应于每个所述关键位置标签的精确位置坐标。
26、连栋温室路轨两用机器人自主导航作业系统，其包括：
27、机器人，其具有底盘、机器臂、手爪以及实施上述的连栋温室路轨两用机器人自主导航作业方法；底盘上安装有包含激光雷达、imu的传感器；还包括第一视觉单元与第二视觉单元；
28、路轨系统，其包括路面以及多个平行布局的轨道；每个所述轨道的两侧均具有作物行，且每个轨道的入口处、中间位置以及尾部均张贴有关键位置标签。
29、有益效果：本专利技术的连栋温室路轨两用机器人自主导航作业方法及系统，具有如下有益效果：
30、(1)一方面，机器人基于标注有关键位置标签的二维栅格地图在路面上自主导航行驶，并基于有限状态机开启以及关闭导航规划模块，相比于现有技术中基于导航线与转弯标签导航的方式而言，本申请中的导航方式限制少，故障率低，更加灵活高效，能够保证路轨转换的高效性，并降低后续维护的麻烦。另一方面，机器人在轨道上按预设步距间歇启停运动，可以减少进行采摘、打叶等作业中作业的规划作业位置与作业姿态的难度，提升作业效率。
31、(2)基于预设步距间歇启停运动而设计的停靠点选择与位姿解算方法，基于有限停靠点进行解算，可以实现停靠点的优化选择以及作业姿态的快速计算，降低计算与选择难度，能够降低算力要求，且减少机器人停靠次数，提升作业效率。
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1.连栋温室路轨两用机器人自主导航作业方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的连栋温室路轨两用机器人自主导航作业方法，其特征在于，所述基于图像对满足作业条件的对象执行对应的操作，包括：
3.根据权利要求1所述的连栋温室路轨两用机器人自主导航作业方法，其特征在于，所述基于导航规划模块，使所述机器人在路面上自主导航运动至所述轨道入口标签处，触发有限状态机状态转移条件，关闭导航规划模块，并使机器人沿轨道运动，包括：
4.根据权利要求3所述的连栋温室路轨两用机器人自主导航作业方法，其特征在于，所述第一视觉单元每捕捉到一个关键位置标签的图像，根据所述关键位置标签在所述图像中的位置解算出底盘在所述二维栅格地图中的位姿，反馈给AMCL进行全局重定位。
5.根据权利要求1所述的连栋温室路轨两用机器人自主导航作业方法，其特征在于，所述环境地图的具体构建方法包括:
6.连栋温室路轨两用机器人自主导航作业系统，其特征在于，其包括：
【技术特征摘要】
1.连栋温室路轨两用机器人自主导航作业方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的连栋温室路轨两用机器人自主导航作业方法，其特征在于，所述基于图像对满足作业条件的对象执行对应的操作，包括：
3.根据权利要求1所述的连栋温室路轨两用机器人自主导航作业方法，其特征在于，所述基于导航规划模块，使所述机器人在路面上自主导航运动至所述轨道入口标签处，触发有限状态机状态转移条件，关闭导航规划模块，并使机器人沿轨道运动，包括：<...
【专利技术属性】
技术研发人员：张美娜，张文翔，任妮，卢鑫羽，张兵园，贡宇，张皙雅，
申请(专利权)人：江苏省农业科学院，
类型：发明
国别省市：
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