[发明专利]用于自动驾驶农机作业路径规划的收边规划方法

权利要求书

1.用于自动驾驶农机作业路径规划的收边规划方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤1、初始化农田模型，获取农田边界数据、农田入口位置、农田出口位置；

步骤2、根据农田模型中的农田边界数据，对农田模型进行分类；

步骤3、根据农田模型中的农田边界数据以及农田类型，确定农机在田间作业的主轴方向，对农田边界进行分割，将农田分割为作业区和待转区；所述的主轴方向即为农机在作业区行驶的主要方向，根据步骤1输入的农田模型，可用启发式搜索的方法获取作业区行驶的最优主轴方向，方向的所在的范围为[0,π]，通过启发式搜索方法，计算全范围内的代价，最终计算结果的分辨率应小于等于5°，代价函数的计算方法为：

若作业区路径规划的起点为SP，直线lv垂直于待选主轴方向且过SP,lv于农田边界至少存在两个交点，最左的交点为ZP，最右的交点为YP,两点距离为FW，cost_t为地头转弯消耗，cost_t0,从YP出发，每隔一个行距,此行距由用户指定，在lv上插入一个点，每过一个点都生成一条与待选主轴平行的作业行，作业行的长度为LL_i,cost_w即作业价值，为正值；

启发式搜索方法搜索过程如下：

（一）、分别计算0°，30°，60°，120°，150°，180°，6个方向的成本；

（二）、选择3个最优的方向放入待选队列，其他的删除；

（三）、搜索方向角度步长减半；

（四）、在三个最佳方向的两侧分别添加两个新的搜索方向，并计算新增方向的成本；

（五）、重复步第2步和第3步，直到分辨率≤5°；

（六）、从三个最佳方向中选择一个最佳的方向作为主轴方向；

步骤4、在作业区内进行全覆盖作业路径规划，返回作业区内全覆盖作业路径的开始位置和结束位置；

步骤5、根据步骤3中的分割结果匹配收边模式，在待转区内进行收边路径规划设计。

2.根据权利要求1所述的用于自动驾驶农机作业路径规划的收边规划方法，其特征在于：步骤1中所述的农田模型包括农田边界数据、入口位置、出口位置；农田边界能够用多边形来描述，实际农田中的拐点位置对应于多边形上的点。

3.根据权利要求1所述的用于自动驾驶农机作业路径规划的收边规划方法，其特征在于：步骤2中所述农田分类，即根据农田边界的形状，对农田进行评估，采用的评估标准包含农田矩形度，按照此标准，将农田分为标准农田和非标准农田。

4.根据权利要求1所述的用于自动驾驶农机作业路径规划的收边规划方法，其特征在于：步骤2中农田模型中的农田边界轮廓为凸多边形。

5.根据权利要求1所述的用于自动驾驶农机作业路径规划的收边规划方法，其特征在于：步骤3中所述的对农田边界进行分割，即根据步骤2的分割结果，将农田边界分割为作业区和待转区，包括A、B两种分割方案，在方案A中，将农田分割为、两个待转区，一个作业区；在方案B中，将农田分割为一个待转区，一个作业区。

6.根据权利要求1所述的用于自动驾驶农机作业路径规划的收边规划方法，其特征在于：步骤4中所述全覆盖作业路径规划采用全局路径规划算法，即采用线扫描的方式在作业区内进行全覆盖路径规划；先收边后执行作业区作业时，收边路径规划的起点为农田入口位置，收边路径规划的终点为作业区规划的开始位置；先进行作业区规划再收边时，收边路径的起点为作业区规划的结束位置，收边路径的终点为农田出口位置。

7.根据权利要求1所述的用于自动驾驶农机作业路径规划的收边规划方法，其特征在于：步骤5中的收边模式包括具有两个待转区的农田配置折返式收边模式，和具有一个连续的待转区的配置环绕式收边模式。

8.根据权利要求1所述的用于自动驾驶农机作业路径规划的收边规划方法，其特征在于：在步骤5中，完成收边路径规划设计后，需要对路径中的拐点进行平滑，采用拐点平滑策略，对上述步骤中生成的路径节点进行处理。

9.根据权利要求8所述的用于自动驾驶农机作业路径规划的收边规划方法，其特征在于：所述拐点平滑策略的具体步骤如下：

一、将路径点集合中的第1个节点设置为Start，第1+1个节点设置为Node，第1+2个节点设置为End；

二、计算Start与Node的航向差；

三①、若Start与Node的航向差小于90°，设置Test节点，使其等于Node，删除Node，行驶一段直线路径后用图4所示的方法进行转向并对转向中的弧线进行离散，每隔5°取一个弧线上的点，插入Start后，将转向后最后一个节点设置为Node，其中初始路径与转向后的路径方向角a小于90°；

三②、若Start与Node的航向差大于90°，设置Test节点，使其等于Node，删除Node，行驶一段直线路径后用组合转向方法进行转向对弧线进行离散，每隔5°去一个弧线上的点，插入Start后，将转向后最后一个节点设置为Node；

三③、若Start与Node的航向差等于0°，不执行任何操作,跳转到5；

四、判断Node是否在Test与End的位置关系，若Node在Test与End之间，跳转到5；若Node在Test与End反向延长线上，返回错误；若Node在Test与End的延长线，沿着向量（Node,End)建立一条长度等于Node和End距离加一米的倒车路线，将倒车路线的起始点与终点插入Node节点后，将倒车路线的终点设置为Node节点，跳转到5；

五、将Node设置为Start,End设置为Node，End前进一位；

六、重复上述步骤二、三、四、五,直到遍历完所有的节点；

上述步骤三②中所述的组合转向方法具体步骤为：

、从Start出发，先转到中继End节点，会生成两条圆弧路径,分别为以O为圆心的弧线l1和以O’为圆心的弧线l2,农机沿着这两条路径分别到达End和End1的时候，方向都跟目标路径AB的方向一致，按照最小消耗原则，只保留转角较小的那条路径，每隔5°取弧线上一个点，插入Start后，弧线上最后一个点称为中继End，中继End与Node、End所在的直线的垂足为FOOT；

、判断FOOT与Node和End的位置关系，若FOOT位于Node、End之间，跳转到3;若FOOT位于Node与End的反向延长线上返回错误;若FOOT为与Node与End的延长线上，将中继End设置为Node；

、使中继End逼近Node、End所在的直线，分别对以o1为圆心和以o2为圆心的两端弧线进行离散，每隔5°取一个点，依次插入到Start点之后将两段弧线上的最后一个点设置为Node；

经过上述步骤，即可完成路点序列中的拐点平滑。