[发明专利]用于农机无人驾驶的避障、掉头路径规划及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种路径规划及其控制方法，特别涉及一种用于农机无人驾驶的避障、掉头路径规划及其控制方法。

背景技术

农机在自动导航作业时多在环境部分未知的情况下运行，实现对人进行安全保护和对农作物的伤害程度减到最低，同时又能最大的发挥自主导航农业车辆的生产效率，将是一个重要的研究问题，同时农机可能会遇到电线杆、小石块等相对比较小的障碍物或接近地头时，农机需要自动做出避障或掉头决策。

当进行避障时，现有技术中，针对比较小的障碍物，采用最短切线法设置避障路径，最短切线法形成的避障路径由两段直线段和一段圆弧段组成，直线段分别与圆弧段相切，这种避障路径虽然简单快捷，对于具有最小转弯半径的拖拉机很难按照折角进行转弯且很难控制，若控制农机按照这种避障路径行走，农机的控制精度很低；当进行自动掉头时需对准下一作业行的跟踪，控制农机准确的掉头技术是实现精准农业的关键；该技术可提高农机的作业精度和作业效率，使驾驶员摆脱长时间劳累的重复驾驶工作，降低劳动力。

在现有的农机路径跟踪方法上，另外，控制农机按照设定好的避障路径行走的控制方法有多种，如BUG算法、人工势场法、VFH算法、模糊逻辑算法、模糊神经网络算法等，这些算法的应用场景均是复杂的作业环境，算法的逻辑复杂， 应用于农机作业不复杂的作业环境下，反应速度较慢，反而降低其控制精度；总而言之，无论是路径规划还是路径的控制方法，控制农机按照设定好的路径行走的精度很低，偏离设定的路径曲线，导致农机绕过障碍物或掉头时行走的路程远，从开始进入设定曲线的起点至回到农机原始直线行走路径的时间长。

另外，现有技术中，无法根据农机的实际作业模式进行路径控制，适用范围小。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足之处，解决现有技术中路径不容易控制且控制精度低的技术问题，提供一种用于农机无人驾驶的避障、掉头路径规划及其控制方法，本发明的控制方法实现简单且控制精度高，规划好的路径易控制，适用范围广。

本发明的目的是这样实现的：一种用于农机无人驾驶的避障、掉头路径规划及其控制方法，具体包括以下步骤，

步骤1：通过传感器获取农机环境信息做出掉头或避障决策；若为避障决策，规划避障路径轨迹，具体包括以下步骤，

步骤101：使用改进的最短切线法离线计算出一条理论避障路径；

步骤102：利用基于Bezier曲线的路径优化方法优化步骤2中的理论避障路径得到实际避障路径；

若为掉头决策，规划掉头路径轨迹，具体包括以下步骤，

步骤101’：输入农机的作业模式；

步骤102’：根据农机实际的作业模式选择对应的掉头路径；

步骤2：农机在前进过程中，农机通过传感器获得农机位置信息，使用育瞄控制器和PI控制器的结合计算当前的前轮转向角，控制农机的转向角使农机沿着设定的曲线行走实现农机的自动掉头或避障。

本发明工作时，通过传感器获取农机周围的环境信息，当农机的前方有障碍物时，做出避障决策，使用改进的最短切线法计算出一条理论避障路径，对理论避障路径进行优化得到一条更加容易控制的实际避障路径；当农机前方为地头时，做出掉头决策，输入农机的作业模式，农机感应周围的环境信息，农机根据实际的作业模式选择设定好的掉头路径；通过预瞄控制器和PI控制器的结合控制农机的前轮转向角使农机沿着设定好的避障曲线行走，控制容易且控制精度高，从而实现农机在导航作业时的自动避障或自动掉头；本发明通过预瞄控制和PI控制器的结合计算出农机前轮的转向角，控制容易，控制农机的前轮转向角使农机沿着设定好的曲线行走，控制精度高；同时，通过农机的实际作业模式选择相对应的掉头路径，适应范围更加广泛；另外，本发明通过改进后的最短切线法计算出一条理论避障路径，使用基于Bezier曲线的路径优化方法对理论避障路径进行优化，使避障路径更加容易控制；可应用于农机无人驾驶在田间导航作业时的自动掉头和自动避障的控制工作中。