CN108413977A - 一种智能农机自动作业交互方法和交互系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能农机自动作业交互方法，包括以下步骤：步骤一：引导用户对第一垄进行作业以及对第一垄的起点和终点进行标定；步骤二：根据用户选择或预设的下一垄作业方向，自动规划出转弯路径和下一垄作业路径；步骤三：引导用户对农机进行操控，完成所述转弯路径的行驶；步骤四：引导用户对载具和农机进行操控，并以自动驾驶方式沿所述下一垄作业路径行驶同时完成下一垄的作业。本发明还公开了一种智能农机自动作业交互系统。本发明的优点是：尽可能降低对驾驶员驾驶技术的依赖；减少驾驶员对车辆的控制操作；能够自动识别出农田形状并自动规划作业区域和路径；另外对地图和周围田地的状态依赖性低、路径生成过程简单。

Description

一种智能农机自动作业交互方法和交互系统

技术领域

本发明涉及农机自动驾驶技术领域，特别是涉及一种智能农机自动作业交互方法和交互系统。

背景技术

目前传统农机在进行大的农田作业的时候，驾驶员需要受过专业训练，才能够完成诸如长距离直线作业等对操作技能要求很高的作业。受限于农机作业的工作性质，通常要求驾驶员一直保持注意力高度集中进行长时间的作业，且农机操作非常单调。因此，对传统农机进行智能化升级、实现作业自动化成为农机制造技术领域亟待解决的一个重要课题。

现有技术中公开了一种智能农机自动对行装置，这种装置仅仅解决了对齐一垄的问题，但是实际农机区域作业操作中，每一垄都需要对齐操作，需要重复大量的操作，因此现有技术对驾驶员的驾驶技术的依赖性大，驾驶员对车辆的控制操作次数多，难以专注于作业载具的操作。

现有技术中公开了一种对农机规划作业路径的方法，这种方法里依靠现有的地图比例信息、农机当前的位置信息，来获取农田地理数据，规划出在各农田里的作业路径；这种方法必须携带地图比例信息，才能确定农田的地理数据，对田地的地图信息有很强的依赖，无法在没有地图的情况下规划农机作业时的路径。

现有技术还公开了一种生成农机作业的路径的方法，该方法基于作业地块矢量、作业机组参数和路径优化目标等先验信息，生成农机的作业路径，实现对农田地块的全区域覆盖，但是这种方法需要设置许多参数且计算过程比较复杂。

因此，现有技术的农机自动作业方法存在如下几个问题：

1、农机在驾驶过程中对驾驶员的驾驶技术的依赖性大，且驾驶员对车辆的控制操作次数多，劳动强度大，难以专注于作业载具的操作；

2、生成作业路径时对地图有极大的依赖：前述现有技术需要预先装载相应的地图信息，才能规划农机作业路径；

3、生成农机作业路径计算过程复杂：前述现有技术需要设置许多参数，并且计算也比较复杂，耗时较长，并且对处理器性能要求较高，不利于节省成本。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述现有技术中存在的问题，提出一种降低农机驾驶员劳动强度、减少对驾驶员驾驶技能的依赖并自动提示驾驶员调整档位和刹车的智能农机自动作业交互方法及交互系统。

进一步的，本发明的另一个目的是提出一种在没有地图的情况下自动生成作业路径、计算过程简单的智能农机自动作业交互方法及交互系统，使得农机能够快速、有效地完成农田的作业任务。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种智能农机自动作业交互方法，包括以下步骤：

步骤一：引导用户对第一垄进行作业以及对第一垄的起点和终点进行标定；

步骤二：根据用户选择或预设的下一垄作业方向，自动规划出转弯路径和下一垄作业路径；

步骤三：引导用户对农机进行操控，完成所述转弯路径的行驶；

步骤四：引导用户对载具和农机进行操控，并以自动驾驶方式沿所述下一垄作业路径行驶同时完成下一垄的作业。

进一步的，还包括步骤五：重复所述步骤二到四，直到整片田地作业完成或用户输入停止作业指令。

进一步的，在所述步骤一中：对第一垄的终点进行标定采用自动驾驶方式完成，其中还需要标定至少一个辅助点；以及

在标定所述辅助点之前采用手动驾驶农机，在用户对所述辅助点进行标定后农机进入自动驾驶状态，从所述辅助点自动行驶至第一垄的终点并完成对终点的标定。

进一步的，所述步骤二还包括以下步骤：

根据田地的垄宽以及第i垄的起点坐标和终点坐标确定第i+1垄的起点坐标；

根据农机最小转弯半径和所述垄宽，确定农机掉头模式并生成从第i垄的终点到第 i+1垄的起点的掉头路径；

确定第i+1垄的终点坐标，并根据第i+1垄的起点坐标和终点坐标生成第i+1垄的作业路径；

其中，i为正整数。

进一步的，还包括：在所述步骤一的自动驾驶过程中，根据实际行驶路线的偏差，重新标定所述辅助点，以矫正所标定的辅助点的偏差。

进一步的，所述农机掉头模式包括拱形掉头和交叉式掉头。

进一步的，当所述最小转弯半径小于等于二分之一的垄宽时，选择拱形掉头模式，所述掉头路径包括两个圆弧段和一个直线段，其中所述两个圆弧段分别连接于所述直线段的两端并近似形成一个拱形。

进一步的，当选择所述拱形掉头模式时，完成整个转弯路径的过程是连续行驶的。

进一步的，当所述最小转弯半径大于二分之一的垄宽时，选择交叉式掉头模式，所述掉头路径包括一个直线段和两个圆弧段，其中所述两个圆弧段分别连接于所述直线段的两端并相互交叉。

进一步的，当选择所述交叉式掉头模式时，农机在通过所述两个圆弧段时为前向行驶，通过所述直线段时为倒向行驶。

进一步的，所述步骤三和步骤四之间是自然过渡的，在完成所述步骤三之后，农机不需停车而直接执行步骤四。

一种智能农机自动作业交互系统，包括标定单元、作业路径生成单元、转弯单元和作业单元；

所述标定单元用于引导用户对第一垄进行作业以及对第一垄的起点和终点进行标定；

所述作业路径生成单元用于提示用户选择下一垄作业的方向，并基于用户的选择，自动规划出转弯路径和下一垄作业路径；

所述转弯单元用于引导用户对农机进行操控，完成所述转弯路径的行驶；

所述作业单元用于引导用户对载具和农机进行操控，并以自动驾驶方式沿所述下一垄作业路径行驶同时完成下一垄的作业。

本发明获得了以下有益效果：

1、尽可能降低对驾驶员驾驶技术的依赖，驾驶员只需要根据提示控制油门、刹车即可，不要求驾驶员掌握较高水平的倒车技能。

2、尽可能减少驾驶员对车辆的控制操作，从而可以让驾驶员更加专注于作业载具的操作，能够提高工作效率、减少操作失误。

3、本发明能够自动识别出农田形状，并根据识别出来的农田形状自动规划作业区域和路径，规划出引导线，自动提示驾驶员调整档位和刹车,确保驾驶员在不熟悉农机驾驶时也能完成作业。

4、对地图和周围田地的状态依赖性低且路径生成过程简单：本发明能够在没有地图的情况下，自动识别农田形状和生成农机的作业路径，避免重复设置田地的每一垄直线路径的起点和终点，同时减少了手工设置起点和终点带来的误差，也减少了人工干预并且降低了农机对周围田地状态的依赖。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的一种智能农机自动作业交互方法的一个实施例的流程图；

图2为根据本发明的一种智能农机自动作业交互方法中的一个实施例的作业示意图，其中农机能够直接掉头进行下一垄的作业；

图3为根据本发明的一种智能农机自动作业交互方法中的一个实施例的作业路径和人机交互界面的示意图，其中农机能够直接掉头进行下一垄的作业；

图4A-4D为根据本发明的一种智能农机自动作业交互方法的另一个实施例的作业路径和人机交互界面的示意图，其中农机不能够直接掉头进行下一垄的作业；

图5A-5D为根据本发明的一种智能农机自动作业交互方法的一个实施例的自动生成路径的坐标示意图。

具体实施方式

以下描述用于公开本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

在这里使用的术语仅用于描述各种实施例的目的且不意在限制。如在此使用的，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地指示例外。另外将理解术语“包括”和/或“具有”当在该说明书中使用时指定所述的特征、数目、步骤、操作、组件、元件或其组合的存在，而不排除一个或多个其它特征、数目、步骤、操作、组件、元件或其组的存在或者附加。

下面将结合附图具体说明本发明的智能农机自动作业交互方法的实施方式。

图1为本发明一种智能农机自动作业交互方法的一个实施例的流程图，该交互方法包括以下步骤：

步骤一：引导用户对第一垄进行作业以及对第一垄的起点和终点进行标定；

步骤二：根据用户选择或预设的下一垄作业方向，自动规划出转弯路径和下一垄作业路径；

步骤三：引导用户对农机进行操控，完成所述转弯路径的行驶；

步骤四：引导用户对载具和农机进行操控，并以自动驾驶方式沿所述下一垄作业路径行驶同时完成下一垄的作业。

图2为本发明的一种智能农机自动作业交互方法中的一个实施例的作业示意图，具体交互过程可包括如下五个步骤：

步骤一：引导用户完成第一垄的标定。

参见图2，在步骤一中，系统将引导用户在驾驶农机对第一垄作业的同时，对第一垄的起点A和终点B进行标定，完成作业路径的初始化。

这里，用户首先需要标定起点A，然后开始对第一垄进行作业，并在作业完成时标定终点B，其中对于终点B的标定可以通过两种方式完成，包括自动驾驶方式和手动驾驶方式。如果采用自动驾驶方式，则还需要用户标定至少一个辅助点B₂，辅助点B₂为位于第一垄的起点A和终点B之间的一个中间点，其中在起点A和辅助点B₂之间需要用户手动驾驶，在B₂和终点B之间则可以通过自动驾驶来完成；如果采用手动驾驶方式，则需要用户全程手动驾驶，从而标定第一垄的起点A和终点B。

1、自动驾驶方式

对于自动驾驶方式，需要用户人工标定第一垄的起点A、终点B和辅助点B₂，B₂为位于第一垄的起点A和终点B之间的一个中间点，其中在起点A和B₂之间需要用户手动驾驶，在B₂和终点B之间则可以通过自动驾驶来完成。具体包括如下子步骤S11-S14：

S11：用户标定起点A；

S12：用户手动驾驶农机沿第一垄前进至辅助点B₂，并标定辅助点B₂；

此时，系统会自动测量辅助点B₂到起点A的距离，并与一预设阈值相比较以判断该距离是否合适(如果距离过短，会导致线段AB₂的延长线与实际垄线存在较大偏差，不能准确地自动驾驶至终点)，如果该距离小于预设阈值，则提示用户距离过短，需继续驾驶农机前进一段距离后重新标定B₂点。在本实施例中，该预设阈值为10米，但是本发明并不限于此，该预设阈值也可设置为其他长度。

S13：用户成功标定B₂点后，通过人机交互界面提示用户进行挂挡操作(例如挂前进挡，松开离合器等)，进入自动驾驶状态，系统会自动控制农机方向以沿线段AB₂的延长线向前自动行驶；

S14：当农机到达第一垄的终点(即田地的尽头)时，用户通过人机交互界面选择退出自动驾驶状态，并设置第一垄作业的终点B。

本实施例中，在到达终点前(即用户未设置终点B前)，可以随时选择重新设置B₂点，以矫正所标定的B₂的偏差，以保证农机沿正确的方向自动行驶，从而能够准确标定第一垄的终点。

如上所述，通过子步骤S11-S14，根据用户设置的A点和B₂点，农机可自动完成第一垄剩余路段的作业，能够最大程度地减少用户的工作量，降低了驾驶员的劳动强度。

2、手动驾驶方式

对于手动驾驶方式，则需要用户全程手动驾驶，从而人工标定第一垄的起点A和终点 B。具体包括如下子步骤S11’-S12’：

S11’：用户标定起点A；

S12’：用户手动驾驶农机沿第一垄前进至终点B，并标定终点B。

手动驾驶方式可以田地环境较为复杂的情形，同时也能够满足驾驶技术较高和追求操控体验的用户的需求，充分地增加了驾驶方式的灵活性。

不论采用以上哪一种驾驶方式，在标定上述起点A和终点B后，农机都可以利用卫星定位技术例如GNSS-RTK(全球导航卫星系统-载波相位差分技术)自动获取并存储点A的坐标(X_A,Y_A)和点B的坐标(X_B,Y_B)，该点A和点B的坐标精度可以达到厘米级，确保了自动作业的准确性。

步骤二：自动规划转弯路径和下一垄作业路径。

当农机完成第一垄作业、并且用户标定第一垄的终点B后，系统可通过人机交互界面提示用户选择下一垄作业的方向，并利用前述卫星定位技术自动获取第一垄作业的起点A 和终点B的坐标)，然后根据用户的选择，系统可以自动规划出转弯路径和下一垄作业路径，并在人机交互界面上绘制出农机作业路径，展示给用户。这里，根据农机最小转弯半径与垄宽之间的关系，系统将会自动确定适合该农机的转弯路径模式(包括拱形掉头、交叉式掉头等)，并生成相应的转弯路径以及下一垄作业路径。确定转弯路径模式和生成作业路径的具体方法将会在下文中进行详细说明。

此外，优选地，也可以在系统中预先设定下一垄作业的方向，这样就省去了上述提示用户选择下一垄作业方向的操作，当农机完成第一垄作业、并且用户标定第一垄的终点B后，系统可以直接获取各点坐标，并根据预先设定的下一垄作业方向进行上述路径规划过程，从而进一步减轻了用户的工作负担，更加节省操作时间、提高工作效率。

步骤三：引导用户完成转弯路径。

基于上述生成的转弯路径，系统引导用户对农机具采取相应的操作，完成转弯路径。

参见图3，图3示出了根据本发明的一个实施例的作业路径的人机交互界面示意图，其中显示了拱形掉头模式，即农机能够直接掉头进行下一垄作业的情形(农机最小转弯半径小于等于二分之一的垄宽)。当选择所述拱形掉头模式时，完成整个转弯路径的过程可以是连续行驶的,即不需要停车切换路径，从而能够进一步减少驾驶员的工作量和提高工作效率。在这种情形中，转弯路径包括顺次连接的三段路径，即第一圆弧段BC、直线段 CD和第二圆弧段DE段，其中点C、D、E的坐标均由系统自动计算并存储在系统中，用以规划转弯路径。对于用户来说，只需要按照系统提示挂挡给油即可，由系统自动控制方向和完成转弯过程。

如图3所示,在B点，系统提示用户“收起载具，挂入前进挡，松离合，踩油门”，然后系统会自动控制行驶方向，使农机沿着转弯路径依次行驶到C、D点，并最终到达E点 (即下一垄的起点)，完成转弯过程。

图4A-4C为本发明另一个实施例的转弯路径的人机交互界面示意图，其中显示了交叉式掉头模式，即农机不能直接掉头进行下一垄作业的情形(农机最小转弯半径大于二分之一的垄宽)。在这种情形中，具体转弯路径同样包括顺次连接的三段路径，即第一圆弧段 BG、直线段GH和第二圆弧段HE段，其中点G、H、E的坐标均由系统自动计算并存储在系统中，用以规划转弯路径。与拱形掉头模式不同的是，其中直线段GH的行驶是通过倒车的方式实现，因此，在转弯过程中，需要提示用户对档位进行切换，具体过程如下：

参见图4A,在B点，系统提示用户“收起载具，挂入前进挡，松离合，踩油门”，然后系统会自动控制行驶方向，使农机沿着第一圆弧段BG行驶到G点；

参见图4B,在到达G点时，系统提示“停车，挂倒挡，松离合，踩油门”，然后系统会自动控制行驶方向，使农机沿着直线段GH从G点倒向行驶到H点；

参见图4C,当农机到达H点时，系统提示“停车，挂前进挡，松离合，踩油门”，然后系统会自动控制行驶方向，使农机沿着第二圆弧段HE从H点正向行驶到E点(即下一垄的起点)，完成转弯过程。

在上述实施例中，两种转弯路径均包括第一圆弧段、直线段和第二圆弧段，但本发明并不限于此，也可以采用直线段替换圆弧段，或者用圆弧段替换直线段，或者采用其他适当的曲线段也可实现；此外，也可以采用更少或更多数量的直线或曲线段或其组合来实现上述转弯过程。

步骤四：引导用户完成下一垄作业(即路段EF)。

当农机完成转弯过程，到达下一垄的起点E时，系统继续引导用户对作业载具进行操作，对下一垄进行自动作业。

图4D为根据本发明的一个实施例进行下一垄作业的人机交互界面示意图。

参见图4D，在这一实施例中，农机在步骤三完成转弯过程到达E点时，停车等候用户的进一步指令，此时系统提示用户“释放载具，挂前进挡，松离合，踩油门”，然后系统会自动控制行驶方向，使农机沿着步骤二规划的下一垄作业路径行驶到F点。

优选地，在另一个实施例中，农机在步骤三完成转弯过程到达E点时，也可以不停车而继续向前行驶，直接执行步骤四，即不需要停车切换路径，进一步减少了驾驶员的工作量、提高了工作效率。此时系统只需提示用户“释放载具，继续前进”即可，然后系统会自动控制行驶方向，使农机沿着步骤二规划的下一垄作业路径行驶到F点。

步骤五：引导用户完成剩余所有垄的作业。

重复上述步骤二、三和四，直到完成田地中所有垄的作业或者用户手动停止作业为止。

在本发明的一个实施例中，上述人机交互界面还提供暂停功能，在农机自动驾驶和作业的上述过程中，用户可以选择暂停，以便临时处理其他事情，待处理完毕后再继续该中断的作业过程。

在上述实施例中，示例性地描述了本发明的交互系统与用户进行交互的过程，但是，可以理解的是，上述过程仅仅是示例性的而不是限制性的，上述交互过程中系统所给出的各种提示也都是示例性的，针对不同的农机具也可能采用其他的提示和操作，这些修改和变形都应包含在本发明的保护范围之内。

由上可见，采用本发明的智能农机自动作业交互方法，系统能够自动控制农机的行驶方向以使农机对田地中的所有垄进行作业，并能够提醒用户在何时需要进行何种操作(如提示用户升起/释放载具、挂前进挡/倒档和松离合加油等)，用户只需要按照系统提示进行相应的操作即可完成作业，而不需要在作业的同时还要控制行驶方向，这样简化了驾驶农机的门槛，并释放了用户的精力，从而能够简单有效并持久的进行作业。

下面对上述步骤二自动规划农机转弯路径和下一垄作业路径的具体步骤作进一步的详细说明。

根据田地是否为规则形状，规划和生成转弯路径和作业路径的过程也有所不同，下面分别予以说明。

(一)对于规则田地生成转弯路径和下一垄作业路径

1、计算下一垄作业路段的起点E的坐标

参见图5A，本实施例中，在农机到达第一垄的终点并且用户标定终点B后，根据已知的垄宽L和转弯方向，通过以下公式自动计算获得下一垄作业路段的起点E的坐标(X_E，Y_E)，

X_E＝X_B+sin(θ_E)×L×T

Y_E＝Y_B-cos(θ_E)×L×T

其中(X_A,Y_A)为点A的坐标，(X_B,Y_B)为点B的坐标，L为垄宽，θ_E为第一垄(AB) 与水平轴的夹角，T为换垄转弯方向(其中农机右转时T取为1，农机左转时T取为-1)，本实施例中，农机右转，T取值为1。如上所述，点A和点B的坐标可以利用卫星定位技术获得。

2、生成转弯路径

根据农机最小转弯半径R和垄宽L的关系，系统自动选择适当的掉头模式，具体可包括如下两种掉头模式。

模式一：当最小转弯半径R小于等于二分之一的垄宽L时,即(R+Z)≤0.5*L，其中Z为保护参数，在这种情形中，农机能够直接掉头进行下一垄的作业,选择拱形掉头模式，参见图3，本实施例中拱形掉头模式下的路径包括圆弧路段一BC、圆弧段二DE和直线段一CD，其中所述圆弧路段一BC和圆弧段二DE分别连接于所述直线段一CD的两端并近似形成一个拱形。在拱形掉头模式中，所有路段都是农机通过前向行驶来完成的。

模式二：当最小转弯半径R大于二分之一的垄宽L时,即(R+Z)＞0.5*L，其中 Z为保护参数，在这种情形中，农机不能够直接掉头进行下一垄的作业，选择交叉式掉头模式，参见图4A-4D。

为了保护农机的液压转向装置，这里没有直接使用农机的最小转弯半径来R进行转弯，而是加上一个保护参数Z，以避免使用最小转弯半径的极限值对农机造成损害，影响农机寿命。在本实施例中，Z的取值例如可以为0.1*R，但并不限于此。

下面将描述在模式一即拱形掉头模式下，生成农机作业路径的计算方法。

2.1生成第一圆弧段BC的路径：

2.1.1计算第一圆弧段BC的圆心坐标(X_BC,Y_BC)：

BE之间的距离为：

第一圆弧段BC的圆心坐标(X_BC,Y_BC)为：

X_BC＝X_B+(R+Z)/Distance_BE×(X_B-X_E)

Y_BC＝Y_B+(R+Z)/Distance_BE×(Y_B-Y_E)

其中(X_B,Y_B)为点B的坐标、(X_E,Y_E)为点E的坐标。

2.1.2计算直线段CD的起点C的坐标(X_C，Y_C)：

第一垄AB的长度为：

参见图5B,利用相似三角形的原理，得到直线段CD的起点C的坐标(X_C，Y_C)：

其中，(X_BC,Y_BC)为第一圆弧段BC的圆心坐标，(X_A,Y_A)为第一垄的起点A的坐标，(X_B,Y_B)为第一垄的终点B的坐标。

2.1.3计算第一圆弧段BC的起点B与圆心(X_BC,Y_BC)的连线相对于x轴正方向的夹角θ_B，以及终点C与圆心(X_BC,Y_BC)的连线相对于x轴正方向的夹角θ_C，并进而得到角度差θ_diff，如图5C所示，

θ_diff＝θ_B-θ_C

可选地，可以使用AngleTrailer函数对角度进行换算使θ_diff的值在-π到π之间，AngleTrailer函数例如(C语言)：

2.1.4生成第一圆弧段BC上的路径点并计算坐标：

参见图5D，根据预设的路径点间隔，生成第一圆弧段BC上所有的路径点，计算第k个点对应的角度θ_k，得到第k个点的坐标(X_k,Y_k),当k＝0时，即对应B点；当k＝1时，则为按照预设的路径点间隔在第一圆弧段BC上取得的第一个路径点。本实施例中，预设的路径点间隔例如可以取值为0.1米，但并不限于此，也可以为更短或更长，视实际需要而定。

θ_k＝θ_B+θ_delta

X_k＝X_BC+(R+Z)×cos(θ_k)

Y_k＝Y_BC+(R+Z)×sin(θ_k)

其中为从点B到点k之间的所有路径点的角度差θ_diff(j)的累加值。

2.2生成直线段CD的路径

按照上述计算C点坐标的方法，类似地，计算第二圆弧段DE的圆心坐标(X_DE,Y_DE)，进而根据相似三角形的原理，(类似于计算C点坐标，如图5B所示)，得到第二圆弧段DE 的终点D坐标(X_D,Y_D)，在此不再详细列出计算过程。

根据直线段的起点C的坐标和终点D的坐标，可以直接确定直线段CD的路径。

2.3生成第二圆弧段DE的路径：

第二圆弧段DE的路径的计算与第一圆弧段BC的路径的计算相似，只是将第一圆弧段 BC的起点B改为点D，圆弧终点C改为点E，然后计算第二圆弧段DE的圆心坐标(X_DE,Y_DE)，进而生成第二圆弧段DE上的路径点。

3、生成下一垄路段EF的路径：

下一垄路段EF为直线作业，根据前述计算出的起点E的坐标(X_E,Y_E)以及点A和点B的坐标可得到路段EF的终点F的坐标(X_F,Y_F)，

X_F＝X_E-(X_B-X_A)

Y_F＝Y_E-(Y_B-Y_A)

根据起点E的坐标和终点F的坐标，确定下一垄路段EF的路径。

根据本发明，在生成下一垄作业路径(即路段EF)时会结合载具的宽度，农机可以利用卫星定位技术例如GNSS-RTK(全球导航卫星系统-载波相位差分技术)导航技术，使生成的路径误差控制在厘米级精度范围内，确保了相邻田垄之间的无缝衔接，避免农机重复作业和/或漏作业。

对于模式二即交叉式掉头模式，可参见图4A-4D，当最小转弯半径R大于二分之一的垄宽L时,即R+Z＞0.5*L，农机不能够直接掉头进行下一垄的作业，选择交叉式掉头模式。在交叉式掉头模式下，生成的路径包括直线段GH、第三圆弧段BG和第四圆弧段 HE，其中第三圆弧段BG和第四圆弧段HE分别连接于所述直线段GH的两端并相互交叉。在该路径中，对于直线段GH，农机是借助倒车的方式从G点倒向行驶到H点，对于第三圆弧段BG和第四圆弧段HE，农机均是前向行驶。本实施例中的具体的生成路径的计算方法和拱形掉头模式中的生成路径的计算方法相似，在此不在赘述。

(二)对于不规则田地生成转弯路径和下一垄作业路径

对于不规则的田地，这种田地的至少一条边是不规则的线段。其与上述规则田地情形的区别是，当农机向该不规则的边行驶时，需要用户人工在该不规则的边上标定终点，具体生成路径的方法同前述规则田地情形的实施例中生成路径的方法相似，在此不再赘述。

由于转弯路径受不规则田地作业区域的限制，在有些情况下，农机难以根据生成的转弯路径自动完成转弯，为此，在本发明的一个实施例中还提供了手动转弯的选择，即用户可以在系统自动规划的转弯路径的基础上，选择手动方式(代替上述的步骤三)驾驶农机完成转弯到达下一垄的起点。

此外，在有些不规则田地中，某一垄的长度可能与前一垄不同，因为系统默认是参照前一垄的长度来规划下一垄的长度，这就导致系统自动生成的下一垄作业路径存在误差。为此，在本发明的另一个实施例中，还提供了允许用户对自动生成的作业路径进行修正的功能，例如当某一垄的实际长度小于自动生成的作业路径长度时，用户可以在到达该垄的实际终点时提前停止作业，并指令系统基于该实际终点生成转弯路径和下一垄作业路径；当某一垄的长度大于生成作业路径的长度时，用户可以在到达自动生成的作业路径终点时，选择农机继续向前行驶，以延长农机作业的长度，以及在到达该垄的实际终点时停止作业，并指令系统基于该实际终点生成转弯路径和下一垄作业路径。

综上所述，本发明提出了一种智能农机自动作业交互方法，包括：引导用户对第一垄进行作业以及对第一垄的起点和终点进行标定；提示用户选择下一垄作业的方向，并基于用户的选择，自动规划出转弯路径和下一垄作业路径；引导用户对农机进行操控，完成所述转弯路径的行驶；引导用户对载具和农机进行操控，并以自动驾驶方式沿所述下一垄作业路径行驶同时完成下一垄的作业。

这样，本发明最大限度地降低了对驾驶员的驾驶技术的依赖，减少了驾驶员的操控工作量，降低了同时进行农机驾驶和载具操作的工作难度，驾驶员只需要根据提示控制油门、刹车即可，不要求驾驶员掌握较高水平的掉头和倒车等技能；而且可以让驾驶员更加专注于作业载具的操作，提高了工作效率、减少操作失误。

此外，本发明还提出了一种智能农机自动作业交互系统，包括标定单元、作业路径生成单元、转弯单元和作业单元；

所述标定单元用于引导用户对第一垄进行作业以及对第一垄的起点和终点进行标定；

所述作业路径生成单元用于提示用户选择下一垄作业的方向，并基于用户的选择，自动规划出转弯路径和下一垄作业路径；

所述转弯单元用于引导用户对农机进行操控，完成所述转弯路径的行驶；

所述作业单元用于引导用户对载具和农机进行操控，并以自动驾驶方式沿所述下一垄作业路径行驶同时完成下一垄的作业。

进一步的，本发明的交互系统还包括显示单元，用于显示对用户的引导提示以及所述规划的转弯路径和作业路径等。

在一个实施例中，该显示单元为触控显示装置，可以允许用户直接在显示屏幕上进行上述各个点的标定，并接收用户以触摸方式输入的各种指令。在其他实施例中，本发明也可以包括键盘、麦克风、手写板等其他类型的输入装置，以采用键盘输入、语音输入、手写输入等各种类型的输入方式来实现指令输入。

进一步的，所述作业路径生成单元还可包括坐标获取单元，用于获取用户标定的各个点的坐标。在一个实施例中，所述坐标获取单元是利用卫星定位技术例如GNSS-RTK(全球导航卫星系统-载波相位差分技术)来获取各个点的坐标，其坐标精度可以达到厘米级，确保了自动作业的准确性。

在一个实施例中，本发明的交互系统还包括存储单元，用于存储坐标获取单元所获取的各个点的坐标、作业路径生成单元所生成的路径信息以及用户输入的各种指令等。

本发明的交互系统，其具体工作过程同上述的智能农机自动作业交互方法相类似，在此不再赘述。

本发明的有益效果是：

1、尽可能降低对驾驶员驾驶技术的依赖，驾驶员只需要根据提示控制油门、刹车即可，不要求驾驶员掌握较高水平的倒车技能。

2、尽可能减少驾驶员对车辆的控制操作，从而可以让驾驶员更加专注于作业载具的操作，能够提高工作效率、减少操作失误。

3、本发明能够自动识别出农田形状，并根据识别出来的农田形状自动规划作业区域和路径，规划出引导线，自动提示驾驶员调整档位和刹车,确保驾驶员在不熟悉农机驾驶时也能完成作业。

4、对地图和周围田地的状态依赖性低且路径生成过程简单：本发明能够在没有地图的情况下，自动识别农田形状和生成农机的作业路径，避免重复设置田地的每一垄直线路径的起点和终点，同时减少了手工设置起点和终点带来的误差，也减少了人工干预并且降低了农机对周围田地状态的依赖。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。需要说明的是，本发明附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和获得机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与获得机指令的组合来实现。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个获得机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该获得机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台获得机机器(可以是个人获得机，服务器，或者网络机器等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种智能农机自动作业交互方法，包括以下步骤：

步骤一：引导用户对第一垄进行作业以及对第一垄的起点和终点进行标定；

步骤二：根据用户选择或预设的下一垄作业方向，自动规划出转弯路径和下一垄作业路径；

步骤三：引导用户对农机进行操控，完成所述转弯路径的行驶；

步骤四：引导用户对载具和农机进行操控，并以自动驾驶方式沿所述下一垄作业路径行驶同时完成下一垄的作业。

2.根据权利要求1所述的智能农机自动作业交互方法，其特征在于，还包括步骤五：

重复所述步骤二到四，直到整片田地作业完成或用户输入停止作业指令。

3.根据权利要求1所述的智能农机自动作业交互方法，其特征在于，在所述步骤一中：

对第一垄的终点进行标定采用自动驾驶方式完成，其中还需要标定至少一个辅助点；以及

在标定所述辅助点之前采用手动驾驶农机，在用户对所述辅助点进行标定后农机进入自动驾驶状态，从所述辅助点自动行驶至第一垄的终点并完成对终点的标定。

4.根据权利要求1所述的智能农机自动作业交互方法，其特征在于，所述步骤二还包括以下步骤：

根据田地的垄宽以及第i垄的起点坐标和终点坐标确定第i+1垄的起点坐标；

根据农机最小转弯半径和所述垄宽，确定农机掉头模式并生成从第i垄的终点到第i+1垄的起点的掉头路径；

确定第i+1垄的终点坐标，并根据第i+1垄的起点坐标和终点坐标生成第i+1垄的作业路径；

其中，i为正整数。

5.根据权利要求3所述的智能农机自动作业交互方法，其特征在于，还包括：在所述步骤一的自动驾驶过程中，根据实际行驶路线的偏差，重新标定所述辅助点，以矫正所标定的辅助点的偏差。

6.根据权利要求4所述的智能农机自动作业交互方法，其特征在于，所述农机掉头模式包括拱形掉头和交叉式掉头。

7.根据权利要求6所述的智能农机自动作业交互方法，其特征在于，当所述最小转弯半径小于等于二分之一的垄宽时，选择拱形掉头模式，所述掉头路径包括两个圆弧段和一个直线段，其中所述两个圆弧段分别连接于所述直线段的两端并近似形成一个拱形。

8.根据权利要求6所述的智能农机自动作业交互方法，其特征在于，当所述最小转弯半径大于二分之一的垄宽时，选择交叉式掉头模式，所述掉头路径包括一个直线段和两个圆弧段，其中所述两个圆弧段分别连接于所述直线段的两端并相互交叉。

9.根据权利要求8所述的智能农机自动作业交互方法，其特征在于，当选择所述交叉式掉头模式时，农机在通过所述两个圆弧段时为前向行驶，通过所述直线段时为倒向行驶。

10.一种智能农机自动作业交互系统，包括标定单元、作业路径生成单元、转弯单元和作业单元；

所述标定单元用于引导用户对第一垄进行作业以及对第一垄的起点和终点进行标定；

所述作业路径生成单元用于提示用户选择下一垄作业的方向，并基于用户的选择，自动规划出转弯路径和下一垄作业路径；

所述转弯单元用于引导用户对农机进行操控，完成所述转弯路径的行驶；

所述作业单元用于引导用户对载具和农机进行操控，并以自动驾驶方式沿所述下一垄作业路径行驶同时完成下一垄的作业。