果园自主跟随碎枝机器人

开发背景

农业扶贫项目—— 开发一款适用于猕猴桃果园的跟随碎枝机器人。

在猕猴桃的种植培育过程中，一项非常重要的环节便是剪枝，通常有冬剪和夏剪。以往果农剪完枝条后要将散落于地的枝条归拢后统一粉碎还田。这需要专门收集地面上的枝条并将其归拢到固定点（粉碎机旁边），待所有枝条粉碎后再将碎末撒在果园里用以还田。

我们要做的便是针对果园剪枝阶段，设计一款可以自主跟随作业的碎枝机器人，通过识别与定位技术主动跟随人物前进，并在距人适当位置停车并启动碎枝作业电机。此时果农将剪下的枝条顺手放进粉碎机入口完成碎枝还田。果农前进时当检测到距离超过死区范围，停止碎枝电机，并主动前进跟随果农。

由于本人对机械和电路了解不多，这篇文章只对软件设计实现部分做介绍，电路部分和机械部分不做介绍哈~ 

开发环境

ROS2 Humble、Ubuntu22.04 

履带式自走碎枝机器人

技术实现

1. 通过UWB 定位跟随模块实现定位定向

主要利用AOA模块基站利用uwb定位定向技术确定标签距离方向。

基站输出的结果波动较大，且易受干扰，当人遮挡主标签时，干扰非常明显，会有十几到几十度的误差，如果不做处理，单纯依赖基站的输出值进行方向控制，会出现明显的车辆来回摆动现象，也很难停车在理想位置。需要滤波处理，本人采用简单的移动均值滤波，该方式能有效剧烈波动带来的震荡，使数据趋于平缓，但其结果也有明显的滞后性。好在我们跟随应用在实际作业中行驶速度较慢（与人步行速度相当），在20HZ以上的控制指令计算频率下也可以快速摆到期望方向。

2. 运动控制

方向控制采用PID控制，适当调节Kp参数，可以较灵敏的响应方向变化，调节响应参数使朝向尽快收敛到目标朝向上。

速度采用线性控制，未避免出现急停、急走带来的晃动，采用线性关系调节速度变化

3. 避障功能

采用激光雷达、毫米波、超声波测距 检测周围障碍物信息

通过分析周边障碍物，调整车辆朝向

4. 行为控制

使用状态机切换来满足跟随与碎枝功能的切换与控制

也可使用行为树控制，但本身此功能逻辑相对简单，使用有限状态机可以快速直观的实现功能逻辑

5. 人体与手势识别功能

此功能在完善中，通过对前置RGB摄像头采集的图像进行分析处理，通过骨骼节点识别可以分辨前方是否有人，这可以作为跟随前进的辅助判断

同时通过手势识别算法，根据手势动作实现功能控制。比如对着碎纸机招手，便可以控制车辆往人方向靠近；伸开手掌便可停车等

硬件选型：

地平线旭日X3派

UWB跟随定位基站与标签（NLoop AOA模块）

思岚单线激光雷达（S2）

RGB摄像头

毫米波避障雷达（纳雷科技）

4路超声波测距雷达

最后放几张图片吧