[发明专利]一种智能农机转场与作业的融合路径规划方法及系统

说明书

本发明提出一种智能农机转场与作业的融合路径规划方法及系统，包括：根据农机位姿信息，全局搜索栅格地图，以规划一条从起点位置到作业区域的转场路径；以作业区域最短的一条边作为目标边，以目标边的边长和方向，生多条平行的线段路径，线段间隔为作业耕宽，并根据最小转弯半径，在每条线段路径的末端添加转弯路径，得到作业路径；以目标边中距离转场路径末端最近的点为作业起点，添加一段连接转场路径终点和作业起点的平滑路径，并在作业路径的末端添加一段与线段路径平行等长的退出路径，全局搜索栅格地图，以规划从退出路径末端到起点位置的离场路径；连接转场路径、作业路径、离场路径和退出路径，作为农机最终的行驶与作业路径。

技术领域

本发明涉及智能农机、无人驾驶、人工智能和路径规划技术领域，并特别涉及一种应用于智能农机转场与作业的融合路径规划方法及系统。

背景技术

智能农机无人驾驶系统能够显著地提升农业生产的效率和质量，解放农业生产劳动力，加快我国农业的信息化与智能化进程。路径规划技术是智能农机无人驾驶技术中的一项关键技术，合理有效的行驶与作业路径规划是保证智能农机稳定高效作业的基础。目前的智能路径规划方法主要有以下几种：(1)最短路径搜索，基于已有地图生成栅格地图，使用深度优度或广度优先的方法在栅格地图中搜索最短的可行路径，这种方法适用于农机转场的路径规划，且最终生成路径的精度依赖于栅格大小的选择；(2)路径全覆盖规划，基于多边形，依据一定的评价指标生成全覆盖的农机作业路线，这种方法适用于农机作业路线的规划，生成的路径需根据具体应用场景作出优化，难以设置统一的优化指标；(3)调头路径规划，基于全覆盖规划算法规划出的作业路线，根据农机的运动模型添加适合的调头路线，这种方法适用于农机作业过程中切换耕道时的路径规划。

现有智能农机路径规划算法，大多针对智能农机行驶作业过程中的单一环节，无法覆盖农机行驶作业的整个流程，这是由于目前农机的智能化程度不高，用于作业的智能农机大多只能实现作业的无人化，而不能实现从较为遥远的机库自动行驶至作业地头；此外，现有路径规划算法可配置性与适应性较差，无法适用于多种农机作业场景与作业模式，但往往农机作业场景境以及作业模式都是多变的。

农机作业场景错综复杂，在如此场景下进行农机的路径规划，农机行驶作业的自主性与环境适应性是需要着重考虑优化的指标，为了提升规划方法在这些指标下的性能，需要解决以下问题：

(1)智能农机的作业流程较为复杂，现有技术需要在不同的行驶作业阶段进行多种不同形式的路径规划。应用上述方法进行路径规划，需要人为地加入一些判断因素，无法满足智能农机行驶作业的完全自主性，也不能保证行驶作业的效率，让智能农机显得不够“智能”。其中的技术难点在于如何精准判断农机行驶作业阶段拼接不同阶段的路径，从而提升智能农机的行驶作业自主性；

(2)智能农机的路径规划方法需要符合农机的运动学以及动力学模型，同时要结合农机作业的场景，保证最终规划出的路径合理有效，能够精确引导农机完成各项任务。应用上述方法进行路径规划时，仅仅考虑的是规划路径的效率以及代价成本，不能够根据农机与作业场景的实际情况对路径做出进一步优化，造成规划出的路径不能够很好地匹配之后的路径跟踪算法。其中的难点在于如何优化路径适配多场景多运动模型从而提升智能农机的环境适应性。

发明内容

本发明的目的是解决现有智能农机路径规划算法在农机无人驾驶过程中存在的一些功能性和适应性上的局限，提出一种将转场路线与作业路线相融合的统一路径规划方法。

针对现有技术的不足，本发明提出一种智能农机转场与作业的融合路径规划方法，其中包括：

步骤1、获取农机的位姿信息、作业耕宽、最小转弯半径，以及包含多边形作业区域的栅格地图；