[发明专利]农用机械的导航方法、导航装置和农用机械

说明书

技术领域

本发明涉及机械导航技术领域，特别涉及一种农用机械的导航方法、导航装置和农用机械。

背景技术

农用机械的导航可定义为根据农用机械的实际位置与期望路径的误差确定车辆转向角的大小，使其按照预定的路径行使。农用机械的导航系统可以包括定位、路径规划、导航控制、机械模型和通信等模块。

其中的定位主要是根据相应的传感器检测农用机械的位置、姿态、速度、加速度等信息，具体可以使用机械视觉、激光定位、全球定位系统(GlobalPositioning System，以下简称：GPS)、惯性导航定位或电子罗盘定位的方法。同时也可以采用多种定位方法的融合，充分利用多个传感器资源实现检测信息的合理支配和应用。路径规划是指确定农用机械的路径信息，包括路线的弯曲半径、长度等几何信息以及农用机械的航向角、前轮转向角、地面的倾斜度等信息。导航控制模块用于控制农用机械按照规划的路线行驶。机械模型是为研究对象建立的数学模型，能够进行系统仿真。通信模块用于完成上述各个模块之间的数据交换。

发明人在实现本发明的过程中发现，现有的农用机械对导航系统存在跟踪精度低的缺点，容易引起较大的跟踪误差，无法实现精确导航。

发明内容

本发明的目的是提供一种农用机械的导航方法、导航装置和农用机械，以实现对农用机械的精确导航。

为实现上述目的，本发明提供了一种农用机械的导航方法，包括：

通过一个以上的传感器获取包括农用机械的位置坐标、速度和航向信息的定位信息；

根据农用机械的两轮运动学模型以及最优控制理论中的最小时间问题进行计算以获取农用机械的预期路径信息；

根据农用机械的两轮运动学模型以及跟踪问题终端时间无限调节器设计准则生成路径跟踪最优控制器；

根据所述农用机械的定位信息和所述预期路径信息获取路径误差；

根据所述路径误差信息及路径跟踪最优控制器获取路径调整信息并发送给自动转向系统。

本发明还提供了一种农用机械的导航装置，包括：

定位信息获取模块，用于通过一个以上的传感器获取包括农用机械的位置坐标、速度和航向信息的定位信息；

预期路径计算模块，用于根据农用机械的两轮运动学模型以及最优控制理论中的最小时间问题进行计算以获取农用机械的预期路径信息；

最优控制器生成模块，用于根据农用机械的两轮运动学模型以及跟踪问题终端时间无限调节器设计准则生成路径跟踪最优控制器；

路径误差获取模块，用于根据所述农用机械的定位信息和所述预期路径信息获取路径误差；

发送模块，用于根据所述路径误差信息及路径跟踪最优控制器获取调整信息并发送给自动转向系统。

本发明还提供了一种农用机械，包括农用机械本体和人工转向系统，还包括：

导航装置，用于通过一个以上的传感器获取包括农用机械的位置坐标、速度和航向信息的定位信息；根据农用机械的两轮运动学模型以及最优控制理论中的最小时间问题进行计算以获取农用机械的预期路径信息；根据农用机械的两轮运动学模型以及跟踪问题终端时间无限调节器设计准则生成路径跟踪最优控制器；根据所述农用机械的定位信息和所述预期路径信息获取路径误差；根据所述路径误差信息及路径跟踪最优控制器获取路径调整信息并发送给自动转向系统；

自动转向系统，与导航装置连接，用于根据导航装置的调整信息对农用机械进行控制。

本发明上述实施例提供的农用机械的导航方法、导航装置和农用机械，通过一个以上的传感器获取农用机械的定位信息，并根据农用机械的两轮运动学模型以及最优控制理论中的最小时间问题计算获取了农用机械的预期路径信息；根据上述信息可获取农用机械的路径误差，最后根据上述的路径误差通过路径跟踪最优控制器计算获取路径调整信息，并将其发送给农用机械上设置的自动转向系统，可实现对农用机械的精确导航。

附图说明

图1为本发明农用机械的导航方法实施例的流程示意图；

图2为本发明农用机械的运动示意图；

图3为本发明农用机械的导航装置实施例的结构示意图；

图4为本发明农用机械的导航装置具体实施例的结构示意图；

图5为本发明农用机械实施例的结构示意图；

图6为本发明实施例中转向系统具体实施例示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。