自主作业林业机器人平台制造技术

本发明专利技术公开了一种自主作业林业机器人平台，包括机器人本体和控制系统，机器人本体采用了四轮的驱动结构，包括车底盘、车顶平台、车架等部分。机器人的控制系统可完成复杂控制和数据处理算法，同时加装了导航定位、激光测量、双目视觉等多种传感器，进行自主林业机器人作业环境信息检测和智能导航。该自主作业林业机器人结构简单，四轮的驱动能力强，可在林区复杂地形条下灵活可靠地运动，具备智能决策和环境建模的能力，可完成林区作业环境信息检测任务；同时可在机器人上加装多种作业机械手，进一步自主完成林木整枝、间伐、采伐和集运等林业生产作业任务。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种自主作业林业机器人平台，尤其涉及一种自主作业林业机器人平台。
技术介绍
自主作业林业机器人属于特种机器人的一种。由于林区这个特定的环境，比如林 区野外作业要受到光照、植被、特殊立地条件等影响，而且工作环境往往比较恶劣、危险，以 及林区复杂的地形，要求林业机器人需具有很强的环境适应能力、越障涉水能力，同时要求 具有较高的智能决策和环境感知能力，才能在适应复杂的环境中不同的任务需要。目前还没有能够在上述环境中自主完成多种任务的机器人。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有较高运动能力和智能化程度的自主作业林业机器 人平台。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的本专利技术的自主作业林业机器人平台，包括机器人本体和控制系统，所述机器人本 体包括车底盘、车顶平台、车架，所述车底盘采用四轮驱动结构；所述车底盘包括车底板，所述车底板设有四个越野轮，每个越野轮连接有单独的 传动轴和直流有刷减速伺服电机，每个直流有刷减速伺服电机的输出轴分别通过小链轮、 链条、大链轮与对应越野轮的传动轴连接；所述直流有刷减速伺服电机通过电机座安装在车底板上，所述传动轴通过两个球 面带座轴承固定在车底板上。所述车顶平台设有导航定位装置、激光扫描装置、双目视觉装置、作业机械手。所述车架用铝型材搭建，用于车体各部分之间的承重和连接。所述控制系统包括硬件和软件部分；所述硬件部分包括中央控制计算机、运动控制模块、导航定位模块、激光测量模 块、双目视觉模块、电机驱动模块、无线通讯模块、电源模块、CAN通信模块，所述中央控制计 算机与所述运动控制模块、导航定位模块、激光测量模块、双目视觉模块、无线通讯模块分 别连接，所述运动控制模块与电机驱动模块连接，所述电源模板为各个电路和电机供电，所 述CAN通信模块与所述中央控制计算机、运动控制模块、电机驱动模块之间通信连接；所述软件系统包括中央控制计算机软件和在所述运动控制模块中运行的运动控 制软件。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术所述的自主作业林业机器人平 台，由于车底盘采用四轮驱动结构，四个越野轮分别连接有单独的传动轴和直流有刷减速 伺服电机，每个直流有刷减速伺服电机的输出轴分别通过小链轮、链条、大链轮与对应越野 轮的传动轴连接；直流有刷减速伺服电机通过电机座安装在车底板上，传动轴通过两个球面带座轴承固定在车底板上。车顶平台设有激光扫描装置、双目视觉装置、机械手。控制系 统包括中央控制计算机、运动控制模块、导航定位模块、激光测量模块、双目视觉模块、电机 驱动模块、无线通讯模块、电源模块、CAN通信模块等，及其相应的软件系统。具有较高运动 能力和智能化程度，可使机器人能够在林区的复杂地形下灵活可靠地自主运动，并具有一 定的林区作业环境信息检测和一定的林业生产作业能力。附图说明图1为本专利技术自主作业林业机器人平台的整体结构示意图；图2为本专利技术中机器人本体的车底盘整体结构示意图；图3为本专利技术中机器人本体的车底盘的背面结构示意图；图4为本专利技术中机器人控制系统的硬件结构框图。具体实施例方式本专利技术的自主作业林业机器人平台，其较佳的具体实施方式如图1、图2、图3、图 4所示，包括机器人本体和控制系统构成，机器人本体采用四轮驱动结构，包括车底盘、车顶 平台、车架等。机器人本体的车底盘包括车底板、四台直流有刷减速伺服电机、四个电机座、四个 小链轮、四个大链轮、四个链条、四个传动轴、八个球面带座轴承、四个法兰盘、四个越野轮 等构成。其中四台直流有刷减速伺服电机分别安装在四个电机座上，电机的输出轴分别接 小链轮Si、S2、S3、S4，四个小链轮分别经四个链条与四个大链轮Bi、B2、B3、B4连接，四个 大链轮分别安装在传动轴Z1、Z2、Z3、Z4上，每个传动轴由两个球面带座轴承固定在车底板 上，传动轴可绕球面带座轴承转动，四个传动轴的输出经法兰盘与各个越野轮连接。机器人本体的车顶平台部分用于放置导航定位装置、激光扫描装置、双目视觉装 置等多种传感器以及作业机械手等设备；机器人本体的车架用铝型材搭建，用于车体各部分承重和连接。自主作业林业机器人平台的控制系统包括硬件和软件两部分。硬件部分包括中央控制计算机、运动控制模块、导航定位模块、激光测量模块、双 目视觉模块、电机驱动模块、无线通讯模块、电源模块、CAN通信模块等九部分，中央控制计 算机连接运动控制模块、导航定位模块、激光测量模块、双目视觉模块、无线通讯模块等，运 动控制模块连接电机驱动模块，电源模板完成各个电路和电机供电，CAN通信模块完成中央 控制计算机、运动控制模块、电机驱动模块之间通信。软件部分包括中央控制计算机软件和运动控制软件。其中中央控制计算机软件主 要完成自主作业林业机器人的复杂任务调度和整体控制决策、人机交互通讯、视觉信息处 理和林区作业环境建模功能，同时可将由双目视觉系统和激光测量模块融合得到的林区作 业环境三维模型信息和机器人运动状态显示在机器人的液晶显示器上，以方便调试和人机 交互。运动控制软件在运动控制模块中的ARM处理器上运行，主要完成接收中央控制计算 机的运动指令，控制完成机器人的四个驱动轮上直流有刷电机的协调运动，简单控制算法 计算，CAN总线通讯等主要功能。本专利技术具有以下优点4机器人本体采取四电机的驱动模式，并采用了粗花纹耐磨的越野轮作为行走机 构，使机器人承载能力、爬坡能力和越障能力较高；机器人本体的驱动部分采用了链条的传动方式，结构简单可靠、传动效率高、控制 方便；机器人本体的车架采用了铝型材材料，强度较高，同时拆解方便。车顶平台可安装 多种操作机构，完成林区作业任务；机器人控制系统安装了多种智能导航、激光扫描、双目视觉等传感器，采用了信息 融合的方式提高了机器人整体的信息感知能力和智能化程度；在机器人上加装多种作业机械手，进一步自主完成林木整枝、间伐、采伐和集运等 林业生产作业任务。机器人控制系统采用了分布式的设计方法，将复杂的软件算法和任务由中央控制 计算机中实现，而较简单和实时性要求高的控制任务在运动控制模块中实现，提高了机器 人控制系统的整体处理能力和实时性。以下结合附图对被专利技术的技术方案作进一步的描述自主作业林业机器人平台的整体结构在图1中，机器人整体呈长方形，主要由机 器人本体和控制系统构成，机器人本体采用四轮驱动结构，包括车底盘、车顶平台、车架。机 器人的四个驱动轮均采用粗花纹耐磨的越野车轮实现。同时，机器人的控制系统的硬件部 分放置在机器人外壳上，包括中央控制计算机的液晶显示器、导航定位模块、激光测量模 块、双目视觉模块、无线通讯模块等。在图1中，中央控制计算机的液晶显示器嵌入安装在车顶平台上，导航定位模块 放置在车顶平台中部，同时与机器人中含铁的零件隔离，防止磁场干扰；GPS天线架设在机 器人顶部；激光测量模块放置在车顶平台前部的两自由度云台上；双目视觉安装在车顶平 台前部的两自由度云台上；无线传输模块安装在车顶平台后部，经屏蔽线缆连接到中央控 制计算机上，无线传输模块天线也架设在机器人车顶平台上。车顶平台其他空余部分可以 安装其它传感器和操作机构。在图1中，机器人本体的车架采用了铝型材材料，由铸铝角件、T型螺母和内六角 螺丝链接，强度较高，质量较轻，同时拆解方便。将机器人外壳打开后，自主本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种自主作业林业机器人平台，包括机器人本体和控制系统，其特征在于，所述机器人本体包括车底盘、车顶平台、车架，所述车底盘采用四轮驱动结构；所述车底盘包括车底板，所述车底板设有四个越野轮，每个越野轮连接有单独的传动轴和直流有刷减速伺服电机，每个直流有刷减速伺服电机的输出轴分别通过小链轮、链条、大链轮与对应越野轮的传动轴连接；所述直流有刷减速伺服电机通过电机座安装在车底板上，所述传动轴通过两个球面带座轴承固定在车底板上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：阚江明，郑一力，李文彬，燕飞，高道祥，罗琴娟，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：11