[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种自动掉头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自动掉头路径规划及其控制方法。

背景技术

农机在导航作业时一般需要进行自动掉头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，主要有基于模型的控制方法和与模型无关的控制方法。在模型的控制方法上，主要是基于运动学模型和动力学模型的路径跟踪方法。基于运动学模型的控制方法是对模型进行小角度的线性化逼近，在常速假设条件下进行控制器设计这样不但引入了线性化误差，而且速度变化时控制器的鲁棒性较差；基于动力学模型的控制方法虽然模型的精度高，但是动力学模型的参数很难实时获取。在与模型无关的控制方法上面，纯追踪方法的前视距离的在线自适应确定问题还没有很好的解决，技术不成熟，控制精度低；智能方法虽然有传统的控制方法无法比拟的仿人智能和非线性映射能力，但是设计需要一定的经验知识和复杂的学习训练过程，总之，现有的路径轨迹的控制方法不仅无法同时实现高的控制精度和实时获取农机的运动参数，而且对设计人员的要求很高，适应性差。

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，解决现有技术中控制精度低且无法实时获取农机的运动学模型参数的技术问题，提供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，本发明可实时获取农机的运动学参数，控制精度高，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自动掉头路径规划及其控制方法，具体包括以下步骤，

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、航向偏差和横向偏差，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。

本发明工作时，输入农机的作业模式，农机感应周围的环境信息，农机掉头时，农机根据实际的作业模式选择设定好的掉头路径，农机通过传感器检测获得农机的位置信息，使用曲线跟踪方法实时获得设定好路径的曲线曲率、农机航向偏差和横向偏差，用状态反馈控制器和自适应控制器的结合计算出当前的前轮转向角，通过控制农机的前轮转向角使农机沿着设定的曲线行走，从而实现农机的掉头。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明使用曲线跟踪方法实时获得设定好的路径曲线曲率、航向偏差和横向偏差，使用状态反馈控制方法解算出当前的前轮转向角，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；

(2)本发明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；

本发明可应用于控制农机无人驾驶的自动掉头的工作中。

为了进一步提高农机掉头速度，本发明的步骤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；此设计中，将农机的作业模式分为播种和耕地，不同作业模式，对应的掉头路径不同，优化掉头曲线，缩短农机掉头时间。