一种无人农机转弯路径规划与作业方法与流程

1.本发明涉及农机控制技术领域，特别涉及一种无人农机转弯路径规划与作业方法。


背景技术：

2.近年来，随着卫星定位技术的成熟，精准化农业发展迅速，越来越多的农业机械装备上了自动驾驶导航系统。农机的自动驾驶导航技术，提高了作业效率和作业精度，增加粮食产量。对于轮式耕机，如轮式旋耕机或轮式翻耕机，在进行作业时，现有作业路径为“回字形”或“弓字形”，对于“回字形”路径会在靠近作业边缘处转弯，相邻两直线作业路径相交于拐点，为避免耕刀总成承受侧向力提高耕刀总成的使用寿命，在旋耕机转弯时需要将耕刀总成抬起，行驶在直线路径时再将耕刀总成放下，由于行驶路径为弧线，因此会留下作业死角，对于多边形地块作业死角会随着边数的增加而增多，未处理作业死角现有方式采用人工后续补耕将死角覆盖，降低了耕地效率。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种无人农机转弯路径规划与作业方法，具有提高作业效率和作业精度的效果。
4.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种无人农机转弯路径作业方法，包括以下步骤：
5.s1：获取无人农机的参数信息，包括最小转弯半径r和所挂载农具的作业宽度l1；
6.s2：农田设置定位原点，以定位原点为参照根据农田实际轮廓建立虚拟农田轮廓图；
7.s3：根据虚拟农田轮廓向内侧等距建立多圈农机多边形路径图，相邻两圈农机多边形路径的间距为l2所述农机多边形路径图包括多个相交的直线路径，相邻两直线路径相交处为转弯点，l2≤l1；
8.s4：无人农机沿农机多边形路径图的直线线路径边作业边前进，超过转弯点后，继续沿第一直线路径向前直行一段距离，路径为l3；
9.s5：无人农机以最小转弯半径在与下一直线路径相对一侧边后退边转弯，转弯路径为p1；
10.s6：无人农机再次以最小转弯半径边前进边转弯从转弯点进入到下一直线路径，转弯路径为p2；
11.s7：重复步骤s4-s6致所在圈的农机多边形路径图作业完成，并进入下一圈农机多边形路径图；
12.s8：重复步骤s4-s7致整个农田被作业完毕。
13.通过采用上述技术方案，根据农田轮廓向内侧等距建立多圈农机多边形路径图，操控系统根据规划的农机多边形路径图由外向内逐步层对农田进行作业，农机行驶到转弯
处，采用先超转弯点直行，而后转弯倒退，再转弯前行进入到下一直线路径，使得整个转弯和作业过程将转弯点两侧直线路径完全覆盖，不会出现作业死角。
14.本发明的进一步设置为：所述p1与前一段直线路径相切，p2与下一线路径相切，p1与p2相外切。
15.本发明的进一步设置为：无人农机包括车体和作业机头，所述作业机头设置为可升降结构，无人农机行驶在p1与p2段时作业机头抬起，在第一直线路径和第二直线路径下落与底面相接触。
16.通过采用上述技术方案，对于耕机一类的作业机头，为延长作业机头的使用寿命，需要尽量避免作业机头收到侧向压力，在的农机行驶直线时放下作业机头，在农机行驶，曲线时作业机头升起，从而提高了作业机头的使用寿命。
17.本发明还提供一种无人农机转弯路径的规划方法，包括以下步骤：
18.s1：以转弯点为切点，最小转弯半径r为半径，做与下一直线相切下圆o1；
19.s2：作与圆o1同心，半径为2倍最小转弯半径的圆o3；
20.s3：作正在行驶的直线路径的平行线line，平行线line与圆o3产生两个交点，以投影在正行驶的直线路径的延长线上的交点为圆心，最小转弯半径r为半径，作与正行驶的直线路径相切的圆o2，圆o2与正行驶的直线路径的切点为k，圆o1与圆o2的切点为b，转弯点为a，无人农机转弯路径依次为直线ak、劣弧kb和劣弧ba。
21.本发明还提供一种无人农机转弯路径的规划方法，包括以下步骤：
22.s1：提取每个农机多边形路径图转弯处的角度α和作业机头宽度h；
23.s2：以各转弯点为坐标原点，行驶向坐标原点的直线路径为x轴，行驶向坐标原点的方向为x轴正向建立相对坐标系；
24.s3：根据转弯处的角度α和作业机头宽度h计算出路径l3处端点的坐标、路径p1和路径p2的曲线函数、以及路径p1与路径p2外切点b的坐标。
25.通过采用上述技术方案，可为在控制系统上自动生成农机的轨迹函数和转弯的位置坐标，可为控制系统根据规划的路径和导航定位系统对农机的行驶路径进行纠正提供依据。
26.本发明的有益效果是：
27.1.根据农田轮廓向内侧等距建立多圈农机多边形路径图，操控系统根据规划的农机多边形路径图由外向内逐步层对农田进行作业，农机行驶到转弯处，采用先超转弯点直行，而后转弯倒退，再转弯前行进入到下一直线路径，使得整个转弯和作业过程将转弯点两侧直线路径完全覆盖，不会出现作业死角，提高了作业效率。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1是本实施例无人农机作业示意图。
30.图2是本实施例无人农机转弯路径示意图。
31.图3是本实施例无人农机转弯点为锐角时无人农机转弯路径规划示意图。
32.图4是本实施例无人农机转弯点为钝角角时无人农机转弯路径规划示意图。
33.图5是本实施例转弯径弥补误差时路径规划示意图。
具体实施方式
34.下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.实施例1，一种无人农机转弯路径作业方法，包括以下步骤：
36.s1：获取无人农机的参数信息，包括最小转弯半径r和所挂载农具的作业宽度l1；
37.s2：农田设置定位原点，以定位原点为参照根据农田实际轮廓建立虚拟农田轮廓图；
38.s3：根据虚拟农田轮廓向内侧等距建立多圈农机多边形路径图，相邻两圈农机多边形路径的间距为l2所述农机多边形路径图包括多个相交的直线路径，相邻两直线路径相交处为转弯点，l2≤l1；
39.s4：无人农机沿农机多边形路径图的直线线路径边作业边前进，超过转弯点后，继续沿第一直线路径向前直行一段距离，路径为l3；
40.s5：无人农机以最小转弯半径在与下一直线路径相对一侧边后退边转弯，转弯路径为p1；
41.s6：无人农机再次以最小转弯半径边前进边转弯从转弯点进入到下一直线路径，转弯路径为p2；
42.s7：重复步骤s4-s6致所在圈的农机多边形路径图作业完成，并进入下一圈农机多边形路径图；
43.s8：重复步骤s4-s7致整个农田被作业完毕。
44.所述p1与前一段直线路径相切，p2与下一线路径相切，p1与p2相外切。
45.无人农机包括车体和作业机头，所述作业机头设置为可升降结构，无人农机行驶在p1与p2段时作业机头抬起，在第一直线路径和第二直线路径下落与底面相接触。
46.一种无人农机转弯路径的规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
47.s1：以转弯点为切点，最小转弯半径r为半径，做与下一直线相切下圆o1；
48.s2：作与圆o1同心，半径为2倍最小转弯半径的圆o3；
49.s3：作正在行驶的直线路径的平行线line，平行线line与圆o3产生两个交点，以投影在正行驶的直线路径的延长线上的交点为圆心，最小转弯半径r为半径，作与正行驶的直线路径相切的圆o2，圆o2与正行驶的直线路径的切点为k，圆o1与圆o2的切点为b，转弯点为a，无人农机转弯路径依次为直线ak、劣弧kb和劣弧ba。
50.当转弯路线的夹角为锐角时，如图3所示，做直线line1与af1平行，两直线之间的距离为r；做直线line2与af2平行，两直线之间的距离为r；以a点为垂足做一条垂直于直线af2的直线line3；直线line2与line3相交于o1点,；以o1点为圆心，r为半径做圆o1；以o1点为圆心，2r为半径做圆o3；圆o3与直线line1相交于点o2；以o2为圆心，r为半径做圆o2；过o2
做直线f1a的垂线，与直线f1a的延长线相交于k点；过o1点做一条垂直于直线f1a的直线，垂足为d点，该直线同样垂直于line1，垂足为e点。
51.在直角三角形ado1中，ao1＝r，ad＝ao1
×
cosβ＝r
×
cos(90-α)，同理o1d＝r
×
sin(90-α)；
52.在直角三角形o1eo2中，o1e＝de-o1d＝r-r
×
sin(90-α)，o1o2＝2r，
[0053][0054]
根据几何关系eo2＝kd；
[0055][0056]
当转弯路线的夹角为钝角时，如图4所示，做直线line1与af1平行，两直线之间的距离为r；做直线line2与af2平行，两直线之间的距离为r；以a点为垂足做一条垂直于直线af2的直线line3；直线line2与line3相交于o1点,；以o1点为圆心，r为半径做圆o1；以o1点为圆心，2r为半径做圆o3；圆o3与直线line1相交于点o2；以o2为圆心，r为半径做圆o2；过o2做直线f1a的垂线，与直线f1a的延长线相交于k点；过o1点做一条垂直于直线f1a的直线，垂足为d点，该直线同样垂直line1，垂足为e点。
[0057]
在直角三角形ado1中，ao1＝r，ad＝ao1
×
cosβ＝r
×
cos(α-90)，同理o1d＝r
×
sin(α-90)；
[0058]
在直角三角形o1eo2中，o1e＝de+o1d＝r+r
×
sin(α-90)，o1o2＝2r，
[0059][0060]
根据几何关系eo2＝kd；
[0061][0062]
按照图3图4进行精确的路径规格，无人农机可以完整的完成转弯路径作业，由于现实中的导航定位的不精确，农机机械部分运动不精确等因素，往往会造成无人农机运动的误差。
[0063]
作为前面转弯作业路径规划的改进。
[0064]
如图5所示，为了弥补这个误差，可以让农机提前s距离开始作业，s＝农机具的宽度
×
系数，这个系数可以根据不同的作业情况自行设定。
[0065]
无人农机从f2a的延长线a’开始作业，aa’＝s。
[0066]
做直线line1与af1平行，两直线之间的距离为r；做直线line2与af2平行，两直线之间的距离为r；以a’点为垂足做垂直于直线af2的直线line3；直线line2与line3相交于o1点,；以o1点为圆心，r为半径做圆o1；以o1点为圆心，2r为半径做圆o3；圆o3与直线line1相交于点o2；以o2为圆心，r为半径做圆o2；过o2做直线f1a的垂线，与直线f1a的延长线相交于k点；过o1点做一条垂直于直线f1a的直线，垂足为d点，该直线同样垂直line1，垂足为e点。
[0067]
过a点做一条直线与o1a’平行，与o1d相交于n点，过n点做nm垂直于o1a，垂足为m。
[0068]
在直角三角形o1nm中，nm＝s，根据几何关系，∠no1m＝α，no1＝s/sinα，mo1＝s/tanα；an＝a’m＝a’o1-mo1＝r-s/tanα；
[0069]
在直角三角形adn中，ad＝an
×
cosβ＝(r-s/tanα)
×
cos(90-α)，同理nd＝(r-s/tanα)
×
sin(90-α)，do1＝dn+no1＝(r-s/tanα)
×
sin(90-α)+s/sinα。
[0070]
在直角三角形o1eo2中，o1e＝de-o1d＝r-((r-s/tanα)
×
sin(90-α)+s/sinα)，o1o2＝2r，
[0071][0072]
根据几何关系eo2＝kd
[0073]
ak＝kd-ad＝eo2-ad
[0074][0075]
实施例2，一种无人农机转弯路径的规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0076]
s1：提取每个农机多边形路径图转弯处的角度α和作业机头宽度h；
[0077]
s2：以各转弯点为坐标原点，行驶向坐标原点的直线路径为x轴，行驶向坐标原点的方向为x轴正向建立相对坐标系；
[0078]
s3：根据转弯处的角度α和作业机头宽度h计算出路径l3处端点k的坐标、路径p1和路径p2的曲线函数、以及路径p1与路径p2外切点b的坐标。

技术特征：
1.一种无人农机转弯路径作业方法，其特征在于：包括以下步骤：s1：获取无人农机的参数信息，包括最小转弯半径r和所挂载农具的作业宽度l1；s2：农田设置定位原点，以定位原点为参照根据农田实际轮廓建立虚拟农田轮廓图；s3：根据虚拟农田轮廓向内侧等距建立多圈农机多边形路径图，相邻两圈农机多边形路径的间距为l2所述农机多边形路径图包括多个相交的直线路径，相邻两直线路径相交处为转弯点，l2≤l1；s4：无人农机沿农机多边形路径图的直线线路径边作业边前进，超过转弯点后，继续沿第一直线路径向前直行一段距离，路径为l3；s5：无人农机以最小转弯半径在与下一直线路径相对一侧边后退边转弯，转弯路径为p1；s6：无人农机再次以最小转弯半径边前进边转弯从转弯点进入到下一直线路径，转弯路径为p2；s7：重复步骤s4-s6致所在圈的农机多边形路径图作业完成，并进入下一圈农机多边形路径图；s8：重复步骤s4-s7致整个农田被作业完毕。2.根据权利要求1所述的一种无人农机转弯路径作业方法，其特征在于：所述p1与前一段直线路径相切，p2与下一线路径相切，p1与p2相外切。3.根据权利要求1所述的一种无人农机转弯路径作业方法，其特征在于：无人农机包括车体和作业机头，所述作业机头设置为可升降结构，无人农机行驶在p1与p2段时作业机头抬起，在第一直线路径和第二直线路径下落与底面相接触。4.一种对权利要求2所述的一种无人农机转弯路径的规划方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：以转弯点为切点，最小转弯半径r为半径，做与下一直线相切下圆o1；s2：作与圆o1同心，半径为2倍最小转弯半径的圆o3；s3：作正在行驶的直线路径的平行线line，平行线line与圆o3产生两个交点，以投影在正行驶的直线路径的延长线上的交点为圆心，最小转弯半径r为半径，作与正行驶的直线路径相切的圆o2，圆o2与正行驶的直线路径的切点为k，圆o1与圆o2的切点为b，转弯点为a，无人农机转弯路径依次为直线ak为路径l1、劣弧kb为路径p1、劣弧ba为路径p2。5.一种对权利要求2所述的一种无人农机转弯路径的规划方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：提取每个农机多边形路径图转弯处的角度α和作业机头宽度h；s2：以各转弯点为坐标原点，行驶向坐标原点的直线路径为x轴，行驶向坐标原点的方向为x轴正向建立相对坐标系；s3：根据转弯处的角度α和作业机头宽度h计算出路径l3处端点的坐标、路径p1和路径p2的曲线函数、以及路径p1与路径p2外切点b的坐标。

技术总结
本发明涉及农业机械控制技术领域，公开了一种无人农机转弯路径作业方法，包括以下步骤：S1：获取无人农机的参数信息，包括最小转弯半径R和所挂载农具的作业宽度L1；S2：农田设置定位原点，以定位原点为参照根据农田实际轮廓建立虚拟农田轮廓图；S3：根据虚拟农田轮廓向内侧等距建立多圈农机多边形路径图，相邻两圈农机多边形路径的间距为L2所述农机多边形路径图包括多个相交的直线路径，相邻两直线路径相交处为转弯点。本发明具有以下优点和效果：农机行驶到转弯处，采用先超转弯点直行，而后转弯倒退，再转弯前行进入到下一直线路径，提高了作业效率。高了作业效率。高了作业效率。


技术研发人员：谢勇 王剑 杨帆 瞿浩
受保护的技术使用者：东风资产管理有限公司
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/10/6