[发明专利]用于农机无人驾驶的自动掉头路径规划及其控制方法

权利要求书

1.一种用于农机无人驾驶的自动掉头路径规划及其控制方法，其特征在于，

步骤1：输入农机的作业模式；

步骤2：获取农机所处环境的地理信息，根据农机实际的作业模式选择对应的掉头路径；

步骤3：农机在前进过程中，农机通过传感器获得农机位置信息，使用曲线跟踪方法获得实时曲线曲率和实时的农机航向偏差、横向偏差，用状态反馈控制器和自适应控制器的结合计算当前的前轮转向角，控制农机的转向角实现农机的自动掉头。

2.根据权利要求1所述的用于农机无人驾驶的自动掉头路径规划及其控制方法，其特征在于，步骤1中，农机的作业模式包括播种和耕地；步骤2中，播种情况下对应的掉头路径为多线型路径一，耕地情况下对应的掉头路径包括交叉型路径、圆弧路径和多线型路径二，且根据不同的犁具宽度选择不同的掉头路径，犁具宽度包括小宽幅、中宽幅和大宽幅，小宽幅、中宽幅和大宽幅作业模式下对应的掉头路径分别为交叉型路径、圆弧路径和多线型路径二，小宽幅对应的犁具宽度的数值范围为Rmin<W<1.5Rmin,中宽幅对应的犁具宽度的数值范围为1.5Rmin<W≤2Rmin,大宽幅对应的犁具宽度的数值范围为W>2Rmin，Rmin为农机的最小转弯半径，W为犁具宽度。

3.根据权利要求2所述的用于农机无人驾驶的自动掉头路径规划及其控制方法，其特征在于：所述多线型路径一由直线段一、圆弧段一和圆弧段二组成，圆弧段一和圆弧段二相切且对应的半径相同，农机依次经过直线段一、圆弧段一和圆弧段二实现掉头；所述交叉型路径由圆弧段三、直线段二和圆弧段四组成，圆弧段三和圆弧段四相交且对应的半径大小相同，农机依次经过圆弧段三、直线段二和圆弧段四实现掉头；所述圆弧路径由圆弧段五、圆弧段六和圆弧段七组成，所述圆弧段六分别和圆弧段五、圆弧段七相切，所述圆弧段五和圆弧段七关于圆弧段六的中心线对称设置，农机依次经过圆弧段五、圆弧段六和圆弧段七实现掉头；所述多线型路径二由圆弧段八、直线段三和圆弧段九组成，圆弧段八和圆弧段九关于直线段三的中心线对称设置。

4.根据权利要求3所述的用于农机无人驾驶的自动掉头路径规划及其控制方法，其特征在于，所述多线型路径一的各个线段的数学关系式为：

R₁＝R₂＝R_min,AC＝W,R₁+R₁cosα＝M+R₁-R₁cosα,AE＝2R₁sinα (1)

其中，R1为圆弧段一对应的半径，R2为圆弧段二对应的半径，AE为直线段一的长度，AC为农机开始转弯的后轴中心与农机转弯结束的后轴中心间连接线段的长度；

所述交叉型路径一的各个线段的数学关系式为：

R₃＝R₄＝R_min,A₁B₁＝W,C₁D₁＝2R_min-W (2)

其中，R3为圆弧段三对应的半径，R4为圆弧段四对应的半径，C₁D₁为直线段二的长度，A₁B₁农机开始转弯的后轴中心与农机转弯结束的后轴中心间连接线段的长度；

所述圆弧路径的各个线段的数学关系式为：

其中，Rt为圆弧段五、圆弧段六和圆弧段七对应的半径，圆弧段五、圆弧段六和圆弧段七的圆心的连线构成三角形，β为圆弧段六的圆心分别与圆弧段五和圆弧段七的圆心连线之间的夹角，α为圆弧段五的圆心分别与圆弧段六和圆弧段七的圆心连线之间的夹角，γ为圆弧段七的圆心分别与圆弧段五和圆弧段六的圆心连线之间的夹角；

所述多线型路径二的各个线段的数学关系式为：

R₅＝R₆＝R_min.A₂D₂＝W,B₂C₂＝W-2R_min (4)

其中，R5为圆弧段八对应的半径，R6为圆弧段九对应的半径，B₂C₂为直线段三的长度，A₂D₂为圆弧段八的圆心和圆弧段九的圆心的连线。