CN106950954A - 一种多农业机器人的控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种多农业机器人的控制方法，所述方法包括：接收多个农业机器人各自对应的数据信息，所述数据信息至少包括所述多个农业机器人各自对应的位置、速度和方向；根据所述多个农业机器人各自对应的数据信息，运用速度控制算法，基于每两个农业机器人的速度和位置距离进行协调，控制所述多个农业机器人保持队形协调作业。本发明实施例还提供一种多农业机器人的控制系统，所述系统包括多个农业机器人、云端机和多个客户机。本发明实施例提供的多农业机器人的控制方法及系统，提出了多机器人的速度控制算法，控制所述多个农业机器人保持队形协调作业，提高了劳动作业效率，提升了劳动力的利用效率，便于管理和监视。

Description

一种多农业机器人的控制方法及系统

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，更具体地，涉及一种多农业机器人的控制方法及系统。

背景技术

智能机器人逐渐走进我们的日常，在农业领域的应用也十分广泛，由机器人技术带动了农业升级。农业机器人促进了现代农业的发展，正改善着人们的生活。

农业机器人出现后，发展很快，许多国家在农业机器人的研制和发展，出现了多种类型农业机器人。德国农业专家采用计算机、全球定位系统和灵巧的多用途拖拉机综合技术，研制出可准确施用除草剂除草的大田除草机器人。西班牙科技人员研制出由一台装有计算机的拖拉机、一套光学视觉系统和一个机械手组成的采摘柑桔机器人。

目前，世界范围内没有针对农业机器人的相关法律条文。业内的规则是必须有人监视农业机器人的作业，确保农田里的人、动物和农业机器人的安全。目前，还没有针对多个农业机器人协同作业的研究，每台农业机器人必须有一个人配合，这样仅仅减轻了人的作业强度，并未大幅提高作业效率，难以解决劳力不足的问题。

因此，如何提出一种方法，能够实现多个农业机器人协同作业，成为亟待解决的问题。

发明内容

为解决现有技术的上述缺陷，本发明实施例提供一种多农业机器人的控制方法及系统。

一方面，本发明实施例提供一种多农业机器人的控制方法，包括：

步骤1，接收多个农业机器人各自对应的数据信息，所述数据信息至少包括所述多个农业机器人各自对应的位置、速度和方向；

步骤2，根据所述多个农业机器人各自对应的数据信息，运用速度控制算法，控制所述多个农业机器人保持队形协调作业。

其中，所述方法还包括：

步骤3，监视所述多个农业机器人的运动作业，调整所述多个农业机器人的作业参数。

其中，所述运用速度控制算法包括：基于每两个农业机器人的速度和位置距离进行协调。

其中，所述基于每两个农业机器人的速度和位置距离进行协调进一步包括：

对于任意两个农业机器人RTi和RTj，运用速度控制算法，根据RTi和RTj的位置距离误差和RTj的行驶速度，调节RTi的速度使RTi和RTj保持恒定的距离，并且控制RTi和RTj保持相同的方向，所述速度控制算法为：

上式中，RT_i.V_set为农业机器人RT_i的控制速度；

RT_j.V_set为农业机器人RT_j的行驶速度；

RT_i.l_lon为农业机器人RT_i与RT_j沿作业方向的实际距离；

为农业机器人RT_i与RT_j沿作业方向的预设距离；

为农业机器人RT_i与RT_j沿作业方向实际距离的差分；

k_a，k_b为控制参数。

其中，所述多农业机器人的队形包括：I队形、V队形和W队形。

另一方面，本发明实施例提供一种多农业机器人控制系统，包括：多个农业机器人、云端机和多个客户机。

云端机，用于接收多个农业机器人各自对应的数据信息，所述数据信息至少包括所述多个农业机器人各自对应的位置、速度和方向；

客户机，用于根据所述多个农业机器人各自对应的数据信息，运用速度控制算法，控制所述多个农业机器人保持队形协调作业。

其中，所述系统还包括:

监视机，用于监视所述多个农业机器人的运动作业，调整所述多个农业机器人的作业参数。

其中，所述客户机具体用于，基于每两个农业机器人的速度和位置距离进行协调。

其中，所述客户机进一步用于，对于任意两个农业机器人RTi和RTj，运用速度控制算法，根据RTi和RTj的位置距离误差和RTj的行驶速度，调节RTi的速度使RTi和RTj保持恒定的距离，并且控制RTi和RTj保持相同的方向，所述速度控制算法为：

上式中，RT_i.V_set为农业机器人RT_i的控制速度；

RT_j.V_set为农业机器人RT_j的行驶速度；

RT_i.l_lon为农业机器人RT_i与RT_j沿作业方向的实际距离；

为农业机器人RT_i与RT_j沿作业方向的预设距离；

为农业机器人RT_i与RT_j沿作业方向实际距离的差分；

k_a，k_b为控制参数。

其中，所述多农业机器人的队形包括：I队形、V队形和W队形。

本发明实施例提供的多农业机器人的控制方法及系统，综合各个农业机器人的位置，速度，方向等多种数据信息，运用速度控制算法，基于每两个农业机器人的速度和位置距离进行协调，控制所述多个农业机器人保持队形协调作业，提高了劳动作业效率，提升了劳动力的利用效率，便于管理和监视。

附图说明

图1为根据本发明实施例提供的多农业机器人的控制方法流程示意图；

图2为根据本发明实施例提供的农业机器人的设备结构示意图；

图3为根据本发明实施例提供的另一种多农业机器人的控制方法流程示意图；

图4为根据本发明实施例提供的农业机器人速度控制算法示意图；

图5为根据本发明实施例提供的多农业机器人的控制示意图；

图6a为根据本发明实施例提供的多农业机器人I-队形位置示意图；

图6b为根据本发明实施例提供的多农业机器人V-队形位置示意图；

图6c为根据本发明实施例提供的多农业机器人W-队形位置示意图；

图7为根据本发明实施例提供的多农业机器人控制系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

图1为根据本发明实施例提供的多农业机器人的控制方法流程示意图，如图1所示，该方法包括：

步骤S1，接收多个农业机器人各自对应的数据信息，所述数据信息至少包括所述多个农业机器人各自对应的位置、速度和方向。

图2为根据本发明实施例提供的农业机器人的设备结构示意图，如图2所示，每台农业机器人搭载卫星定位器、方向传感器、控制器和通信器。卫星定位器用于获取该农业机器人的位置坐标。方向传感器用于获取该农业机器人的方向角度。控制器用于发送和接收该农业机器人的数据信息，以及控制单个农业机器人的运动。通信器用于各个农业机器人之间的通信。每个农业机器人可以独立作业，也可以一起协调作业。各个农业机器人之间通过网络进行通信协调。

在云端机建立一个TCP/IP地址，接收多个农业机器人各自对应的数据信息，所述数据信息至少包括所述多个农业机器人各自对应的位置、速度和方向。进一步地，云端机将多个农业机器人各自对应的数据信息发送到客户机和监视机。

步骤S2，根据所述多个农业机器人各自对应的数据信息，运用速度控制算法，控制所述多个农业机器人保持队形协调作业。

客户机根据所述多个农业机器人各自对应的数据信息，运用速度控制算法，基于每两个农业机器人的速度和位置距离进行协调，通过控制两个农业机器人的速度进而控制每两个农业机器人的保持恒定距离，并且控制各个农业机器人保持相同的方向，从而控制所述多个农业机器人保持队形协调作业。其中，多个农业机器人的队形预先设置在客户机中。

具体地，每一个农业机器人通过网络连接一个对应的客户机，每个客户机接收对应农业机器人的数据信息，将所述数据信息发送到云端机，并从云端机接收其它多个客户机各自对应农业机器人的数据信息。

进一步地，在接收到所有多个农业机器人各自对应的数据信息后，客户机针对任意两个农业机器人RTi和RTj，运用速度控制算法，根据RTi和RTj的位置距离误差和RTj的行驶速度，调节RTi的速度使RTi和RTj保持恒定的距离，并且控制RTi和RTj保持相同的方向，所述速度控制算法为：

上式中，RT_i.V_set为农业机器人RT_i的控制速度；

RT_j.V_set为农业机器人RT_j的行驶速度；

RT_i.l_lon为农业机器人RT_i与RT_j沿作业方向的实际距离；

为农业机器人RT_i与RT_j沿作业方向的预设距离；

为农业机器人RT_i与RT_j沿作业方向实际距离的差分；

k_a，k_b为控制参数。

客户机根据RT_j的行驶速度以及RT_i与RT_j之间的距离误差，控制调节RT_i的速度。通过上述速度控制算法使每两台农业机器人保持恒定的距离沿相同方向进行农田作业，使多个农业机器人保持队形协调作业。

本发明实施例提供的多农业机器人的控制方法，综合各个农业机器人的位置，速度，方向等多种数据信息，运用速度控制算法，基于每两个农业机器人的速度和位置距离进行协调，控制所述多个农业机器人保持队形协调作业，提高了劳动作业效率，提升了劳动力的利用效率，便于管理和监视。

图3为根据本发明实施例提供的另一种多农业机器人的控制方法流程示意图，如图3所示，该方法包括：

步骤S10，接收多个农业机器人各自对应的数据信息，所述数据信息至少包括所述多个农业机器人各自对应的位置、速度和方向。

步骤S20，根据所述多个农业机器人各自对应的数据信息，运用速度控制算法，控制所述多个农业机器人保持队形协调作业。

本实施例中S10，S20的步骤流程与上述实施例中S1，S2的步骤流程相同，在此不再赘述。

步骤S30，监视所述多个农业机器人的运动作业，调整所述多个农业机器人的作业参数。

用户可以监视农业机器人的运动作业，通过监视机调整所述多个农业机器人的作业参数。

例如，用户监视机器人拖拉机的运动作业，用户可以通过监视机调整机器人拖拉机的引擎转速(engine)，行驶速度(velocity)，动力输出转速(PTO)，悬挂升降机高度(Hitch)和工作模式(作业和停止模式)。

用户可以通过监视机监视当前机器人拖拉机的作业时间，坐标位置，机器人数量，安全状态(安全，比较安全和危险三种状态)，与其它机器人间的距离，引擎转速，行驶速度，行驶方向，动力输出转速，悬挂升降机高度，工作模式(作业和停止模式)等。

本发明实施例提供的多农业机器人的控制方法，用户通过监视农业机器人的运动作业，调整所述多个农业机器人的作业参数，可以实时控制多机器人的运动作业。

图4为根据本发明实施例提供的农业机器人的速度控制算法示意图，如图4所示，以农业机器人RT_i和RT_j为例，如果每两台农业机器人之间保持恒定的距离，那么多个农业机器人便可保持恒定的队形。

图中(x₀,y₀)是当前各个农业机器人作业路径的起始点坐标，(x₀’,y₀’)是当前作业路径的终点坐标。图中还标注有RT_i和RT_j的位置坐标。图中d_length是农业机器人农田作业总长度，d_i为农业机器人RT_i剩余农田作业距离，d_j为农业机器人RT_j剩余农田作业距离，L_i和L_j分别为农业机器人RT_i和RT_j与作业路径的垂直距离。图中RT_i.l_lon为农业机器人RT_i与RT_j沿作业方向的实际距离，RT_i.l_lat为农业机器人RT_i与RT_j的垂直距离。

农业机器人RT_i的速度与农业机器人RT_j的速度和每两台机器人间的距离误差相关。农业机器人RT_i的速度计算公式如下：

上式中，RT_i.V_set为农业机器人RT_i的控制速度；

RT_j.V_set为农业机器人RT_j的行驶速度；

RT_i.l_lon为农业机器人RT_i与RT_j沿作业方向的实际距离；

为农业机器人RT_i与RT_j沿作业方向的预设距离；

为农业机器人RT_i与RT_j沿作业方向实际距离的差分；

k_a，k_b为控制参数。

图5为根据本发明实施例提供的多农业机器人的控制示意图，如图5所示，控制三台农业机器人保持I队形协调作业，RT1、RT2和RT3。RT1与RT2沿作业方向的距离为RT2.l_lon，RT2与RT3沿作业方向的距离为RT3.l_lon。客户机根据通过RT1、RT2和RT3之间的位置距离和速度，运用上述速度控制算法公式进行速度调节，可以保证RT2.l_lon和RT3.l_lon恒定，进而确保三台农业机器人维持队形。

本发明实施例提供的多农业机器人的控制方法，综合各个农业机器人的位置，速度，方向等多种数据信息，运用速度控制算法，基于每两个农业机器人的速度和位置距离进行协调，控制所述多个农业机器人保持队形协调作业，提高了劳动作业效率，提升了劳动力的利用效率，便于管理和监视。

在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的农业机器人的控制方法，可以控制多个农业机器人保持三种协作队形：I-队形、V-队形和W-队形。

图6a为根据本发明实施例提供的多农业机器人I-队形位置示意图，如图6a所示，I-队形中，多个农业机器人保持直线或斜线队形；图6b为根据本发明实施例提供的多农业机器人V-队形位置示意图；如图6b所示，V-队形中，多个农业机器人保持一种V字队形；图6c为根据本发明实施例提供的多农业机器人I-队形位置示意图，如图6c所示，W-队形中，多个农业机器人保持“波浪形”队形。多个农业机器人在协调作业时保持恒定的队形，提高了劳动作业效率，便于用户进行管理和监视。

图7为根据本发明实施例提供的多农业机器人的控制系统结构示意图，如图7所示，该系统包括多个农业机器人、云端机和多个客户机。每个农业机器人通过网络连接对应的客户机。其中：

云端机用于接收多个农业机器人各自对应的数据信息，所述数据信息至少包括所述多个农业机器人各自对应的位置、速度和方向；

客户机用于根据所述多个农业机器人各自对应的数据信息，运用速度控制算法，控制所述多个农业机器人保持队形协调作业。

图2为根据本发明实施例提供的农业机器人的设备结构示意图，如图2所示，每台农业机器人搭载卫星定位器、方向传感器、控制器和通信器。卫星定位器用于获取该农业机器人的位置坐标。方向传感器用于获取该农业机器人的方向角度。控制器用于发送和接收该农业机器人的数据信息，以及控制单个农业机器人的运动。通信器用于各个农业机器人之间的通信。每个农业机器人可以独立作业，也可以一起协调作业。各个农业机器人之间通过网络进行通信协调。

在云端机建立一个TCP/IP地址，接收多个农业机器人各自对应的数据信息，所述数据信息至少包括所述多个农业机器人各自对应的位置、速度和方向。进一步地，云端机将多个农业机器人各自对应的数据信息发送到客户机和监视机。

客户机根据所述多个农业机器人各自对应的数据信息，运用速度控制算法，基于每两个农业机器人的速度和位置距离进行协调，通过控制两个农业机器人的速度进而控制每两个农业机器人的保持恒定距离，并且控制各个农业机器人保持相同的方向，从而控制所述多个农业机器人保持队形协调作业。其中，多个农业机器人的队形预先设置在客户机中。

具体地，每一个农业机器人通过网络连接一个对应的客户机，每个客户机接收对应农业机器人的数据信息，将所述数据信息发送到云端机，并从云端机接收其它多个客户机各自对应农业机器人的数据信息。

进一步地，在接收到所有多个农业机器人各自对应的数据信息后，客户机针对任意两个农业机器人RTi和RTj，运用速度控制算法，根据RTi和RTj的位置距离误差和RTj的行驶速度，调节RTi的速度使RTi和RTj保持恒定的距离，并且控制RTi和RTj保持相同的方向，所述速度控制算法为：

上式中，RT_i.V_set为农业机器人RT_i的控制速度；

RT_j.V_set为农业机器人RT_j的行驶速度；

RT_i.l_lon为农业机器人RT_i与RT_j沿作业方向的实际距离；

为农业机器人RT_i与RT_j沿作业方向的预设距离；

为农业机器人RT_i与RT_j沿作业方向实际距离的差分；

k_a，k_b为控制参数。

客户机根据RT_j的行驶速度以及RT_i与RT_j之间的距离误差，控制调节RT_i的速度。通过上述速度控制算法使每两台农业机器人保持恒定的距离沿相同方向进行农田作业，使多个农业机器人保持队形协调作业。

本发明实施例提供的多农业机器人的控制系统，综合各个农业机器人的位置，速度，方向等多种数据信息，运用速度控制算法，基于每两个农业机器人的速度和位置距离进行协调，控制所述多个农业机器人保持队形协调作业，提高了劳动作业效率，提升了劳动力的利用效率，便于管理和监视。

在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的多农业机器人控制系统还包括：

监视机，用于监视所述农业机器人的运动，调整所述农业机器人的运动参数信息，并将所述运动参数信息发送至服务器。

用户可以通过监视机监视农业机器人的运动作业，并调整所述多个农业机器人的作业参数。例如用户可以通过监视机调整农业机器人的作业时间。

例如，用户监视机器人拖拉机的运动作业过程中，用户可以通过监视机调整机器人拖拉机的引擎转速(engine)，行驶速度(velocity)，动力输出转速(PTO)，悬挂升降机高度(Hitch)和工作模式(作业和停止模式)。

用户可以通过监视机监视当前机器人拖拉机的作业时间，坐标位置，机器人数量，安全状态(安全，比较安全和危险三种状态)，与其它机器人间的距离，引擎转速，行驶速度，行驶方向，动力输出转速，悬挂升降机高度，工作模式(作业和停止模式)等

本发明实施例提供的多农业机器人的控制系统，用户通过监视农业机器人的运动作业，调整所述多个农业机器人的作业参数，可以实时控制多个农业机器人的运动作业。

在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的农业机器人的控制系统，可以控制多个农业机器人保持三种协作队形：I-队形、V-队形和W-队形。

图6a为根据本发明实施例提供的多农业机器人I-队形位置示意图，如图6a所示，I-队形中，多个农业机器人保持直线或斜线队形；图6b为根据本发明实施例提供的多农业机器人V-队形位置示意图；如图6b所示，V-队形中，多个农业机器人保持一种V字队形；图6c为根据本发明实施例提供的多农业机器人I-队形位置示意图，如图6c所示，W-队形中，多个农业机器人保持“波浪形”队形。多个农业机器人在协调作业时保持恒定的队形，提高了劳动作业效率，便于用户进行管理和监视。

本发明实施例提供的多农业机器人的控制方法及系统，综合各个农业机器人的位置，速度，方向等多种数据信息，运用速度控制算法，基于每两个农业机器人的速度和位置距离进行协调，控制所述多个农业机器人保持队形协调作业，提高了劳动作业效率，提升了劳动力的利用效率，便于管理和监视。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多农业机器人的控制方法，其特征在于，包括：

步骤1，接收多个农业机器人各自对应的数据信息，所述数据信息至少包括所述多个农业机器人各自对应的位置、速度和方向；

步骤2，根据所述多个农业机器人各自对应的数据信息，运用速度控制算法，控制所述多个农业机器人保持队形协调作业。

2.根据权利要求1所述多农业机器人的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

步骤3，监视所述多个农业机器人的运动作业，调整所述多个农业机器人的作业参数。

3.根据权利要求1所述多农业机器人的控制方法，其特征在于，步骤2中，所述运用速度控制算法包括：基于每两个农业机器人的速度和位置距离进行协调。

4.根据权利要求3所述多农业机器人的控制方法，其特征在于，所述基于每两个农业机器人的速度和位置距离进行协调进一步包括：

对于任意两个农业机器人RT_i和RT_j，运用速度控制算法，根据RT_i和RT_j的位置距离误差和RT_j的行驶速度，调节RT_i的速度使RT_i和RT_j保持恒定的距离，并且控制RT_i和RT_j保持相同的方向，所述速度控制算法为：

${\mathrm{RT}}_i.V_{set}={\mathrm{RT}}_j.V_{set}+k_a*({\mathrm{RT}}_i.l_{lon}-{\mathrm{RT}}_i.l_{{\mathrm{lon}}_{set}})+k_b*\frac{d_{{\mathrm{RT}}_i.l_{lon}}}{d_t}$

上式中，RT_i.V_set为农业机器人RT_i的控制速度；

RT_j.V_set为农业机器人RT_j的行驶速度；

RT_i.l_lon为农业机器人RT_i与RT_j沿作业方向的实际距离；

为农业机器人RT_i与RT_j沿作业方向的预设距离；

为农业机器人RT_i与RT_j沿作业方向实际距离的差分；

k_a，k_b为控制参数。

5.根据权利要求1所述多农业机器人的控制方法，其特征在于，所述多农业机器人的队形包括：I队形、V队形和W队形。

6.一种多农业机器人的控制系统，其特征在于，包括：多个农业机器人、云端机和多个客户机；

所述云端机，用于接收所述多个农业机器人各自对应的数据信息，所述数据信息至少包括所述多个农业机器人各自对应的位置、速度和方向；

所述客户机，用于根据所述多个农业机器人各自对应的数据信息，运用速度控制算法，控制所述多个农业机器人保持队形协调作业。

7.根据权利要求6所述多农业机器人的控制系统，其特征在于，所述系统还包括：

监视机，用于监视所述多个农业机器人的运动作业，调整所述多个农业机器人的作业参数。

8.根据权利要求6所述多农业机器人的控制系统，其特征在于，所述客户机具体用于：

基于每两个农业机器人的速度和位置距离进行协调。

9.根据权利要求6所述多农业机器人的控制系统，其特征在于，所述客户机进一步用于：

对于任意两个农业机器人RTi和RTj，运用速度控制算法，根据RTi和RTj的位置距离误差和RTj的行驶速度，调节RTi的速度使RTi和RTj保持恒定的距离，并且控制RTi和RTj保持相同的方向，所述速度控制算法为：

${\mathrm{RT}}_i.V_{set}={\mathrm{RT}}_j.V_{set}+k_a*({\mathrm{RT}}_i.l_{lon}-{\mathrm{RT}}_i.l_{{\mathrm{lon}}_{set}})+k_b*\frac{d_{{\mathrm{RT}}_i.l_{lon}}}{d_t}$

上式中，RT_i.V_set为农业机器人RT_i的控制速度；

RT_j.V_set为农业机器人RT_j的行驶速度；

RT_i.l_lon为农业机器人RT_i与RT_j沿作业方向的实际距离；

为农业机器人RT_i与RT_j沿作业方向的预设距离；

为农业机器人RT_i与RT_j沿作业方向实际距离的差分；

k_a，k_b为控制参数。

10.根据权利要求6所述多农业机器人的控制系统，其特征在于，所述多农业机器人的队形包括：I队形、V队形和W队形。