[发明专利]一种主－从机协同作业农业机械智能导航系统

权利要求书

1.一种主－从机协同作业农业机械智能导航系统，包括1个主机、1个或多个从机，主-从机中都包括定位单元、控制单元和通信单元，工作时，由定位单元采集位置，主机和从机上都以工控机作为智能终端，用于数据的采集、分析及控制指令的发送，其特征在于：

主机采用半自动导航方式，从机采用全自动导航方式，

主机和从机采用无线方式进行通讯，传输的信息包括命令、状态和请求三种信号格式。

2.根据权利要求1所述的主－从机协同作业农业机械智能导航系统，其特征在于：主－从机协同作业的控制模式包括命令型和跟随型两种：

命令型主－从机协同作业，从机具有路径规划和动态避障能力；

跟随型主－从机协同作业，从机具有动态避障能力;

主－从机协同作业共同完成复合作业任务。

3.根据权利要求1所述的主－从机协同作业农业机械智能导航系统，其特征在于，主机采用的半自动导航方式包括主机在直线作业时，处于自动导航模式；在地头拐弯或遇到障碍物时，可切换至人工操作模式。

4.根据权利要求1所述的主－从机协同作业农业机械智能导航系统，其特征在于，从机采用全自动导航方式是指从机在整个作业过程中，一直处于自动导航模式，即跟随主机作业，或者按照主机的指令到达某一位置；主机可控制从机紧急制动。

5.根据权利要求4所述的主－从机协同作业农业机械智能导航系统，其特征在于：工作于全自动导航方式的从机，其采用的导航定位传感器包括高精度GNSS系统和激光系统，其中GNSS系统用于提供从机的绝对位置信息，激光系统在作业时用于障碍物的检测。

6.根据权利要求2所述的主－从机协同作业农业机械智能导航系统，其特征在于:

对于命令型模式，即主机发送命令信息，通知从机到达某一指定位置，从机根据此目标位置信息和当前位置及航向进行路径规划及动态避障；

对于跟随型模式，即从机跟随主机进行作业，主机与从机间保持一定的横向距离和纵向距离，从机建立跟踪路径，与主机协同工作。

7.根据权利要求1所述的主－从机协同作业农业机械智能导航系统，其特征在于：

从机通过激光装置进行障碍物检测，当检测到障碍物时，可进行动态环境建模及避障。

8.根据权利要求7所述的主－从机协同作业农业机械智能导航系统，其特征在于：障碍物包括静态障碍物和动态障碍物两种，其中，静态障碍物可为农田中的电线杆和树，动态障碍物可为主机或其它在农田中作业的机器或人。

9.根据权利要求7所述的主－从机协同作业农业机械智能导航系统，其特征在于，从机动态环境建模的步骤包括：

第一步：从机的环境感知传感器检测到障碍物；

第二步：采用基于空间聚类的障碍分类算法，分析确定聚类障碍物的属性参数并进行时间关联；

第三步：若为动态障碍物，首先判断是否为主机或其他从机，若是主机，从机向主机发出状态型信息，提醒主机驾驶员采取相应措施避让；若为其他从机，也向主机发出信息，请求主机向从机发出警报；若为其他障碍物，继续第四步；

第四步：建立包含障碍物类型及动态障碍物速度与方向的障碍物链表；

第五步：采用扩展卡尔曼滤波，对从机在运动过程中的自身位置估计信息、建立的障碍物链表信息以及与主机的位置交互信息进行分析处理，构建增量式局部地图，同时利用该地图更新从机的定位。

10.根据权利要求7所述的主－从机协同作业农业机械智能导航系统，其特征在于，动态避障的方法包括：

第一步：根据所建立的障碍物链表及动态环境模型，获取动态障碍物的位置、运动及状态信息;

第二步：计算从机与障碍物的相对速度;

第三步：建立冲突区域，综合考虑障碍物速度的动态变化、碰撞时间、碰撞距离因素；

第四步：建立从机可避免碰撞的速度空间，结合农机实际作业的需求，对速度空间进行优化，获取最优速度矢量，最终达到动态避障的目的。