CN108919792B - 一种自动导航系统路径规划控制方法 - Google Patents

一种自动导航系统路径规划控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108919792B
CN108919792B CN201810540086.5A CN201810540086A CN108919792B CN 108919792 B CN108919792 B CN 108919792B CN 201810540086 A CN201810540086 A CN 201810540086A CN 108919792 B CN108919792 B CN 108919792B
Authority
CN
China
Prior art keywords
coordinate system
path
point
coordinate
navigation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810540086.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108919792A (zh
Inventor
赵祚喜
马昆鹏
靳俊栋
黎源鸿
蒙劭洋
杨贻勇
谈婷
赖琪
宋俊文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China Agricultural University
Original Assignee
South China Agricultural University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China Agricultural University filed Critical South China Agricultural University
Priority to CN201810540086.5A priority Critical patent/CN108919792B/zh
Publication of CN108919792A publication Critical patent/CN108919792A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108919792B publication Critical patent/CN108919792B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/02Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0212Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles with means for defining a desired trajectory
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/02Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0276Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using signals provided by a source external to the vehicle
    • G05D1/0278Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using signals provided by a source external to the vehicle using satellite positioning signals, e.g. GPS

Abstract

本发明涉及一种自动导航系统路径规划控制方法,建立控制终端与电控转向盘和GPS卫星信号接收器之间的信号通讯,然后基于GPS卫星信号接收器的定位信息,用户根据实际作业需求在控制终端上设置规划路径的A点、B点、行距信息后,控制终端自动生成作业路径,最后控制终端基于所设定的作业路径,基于GPS卫星信号接收器的定位数据,实时计算农机与作业路径的位置偏差,计算所得的偏差数据作为电控转向盘的控制信号,电控转向盘根据该控制信号实现农机精确地跟踪作业路径。本发明在简化自动导航路径规划的控制程序以及优化路径路径的规划程序的同时能够实现农机自动换行作业,精确跟踪所设作业路径进行作业,使得农机作业更加自动化。

Description

一种自动导航系统路径规划控制方法
技术领域
本发明涉及农机自动导航控制的技术领域,尤其涉及到一种自动导航系统路径规划控制方法。
背景技术
我国农业自动导航技术在精准农业技术的支持下得到快速发展,并且广泛应用于农业生产各个过程中,自动导航系统的路径规划功能能够使得拖拉机作业区域覆盖整块农田,减少重叠路径、提高作业效率和作业质量。农机作业路径规划控制技术作为农机自动导航系统中的核心控制技术之一,基于农田地块的实际情况设计一条作业效率高的导航路线,农机基于这一作业路径完成农业生产工作。
但农业自动导航技术在农业生产中获得实际应用的主要是农机直线导航技术即AB直线导航。用户在实际作业地块中指定A点和B点的坐标位置,系统将基于AB两点坐标生成一系列平行的导航基准路径,农机将跟踪这一系列作业路径进行农田作业,但是在每条直线路径的尽头需要行驶员手动操纵农机掉头换行即农机地头转向。市面上的农机导航产品已广泛应用于各大农场,但这些导航系统不带有自动转向功能。虽然现阶段农机地头转向以及路径规划控制技术的研究有所突破,但是相关研究仍然进展比较缓慢。现阶段农业导航领域的路径规划仍然停留在在作物行跟踪以及地头转向无约束最优路径规划阶段。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种自动导航系统路径规划控制方法,其可简化自动作业路径规划的控制程序,优化路径的规划程序,实现用户基于实际需求精确规划多种作业路径。
本发明的技术方案是这样实现的:
一种自动导航系统路径规划控制方法,包括以下步骤:
S1:搭建自动导航系统路径规划控制平台,控制平台分为控制终端、电控转向盘与GPS卫星信号接收器三部分;
S2:建立控制终端与电控转向盘和GPS卫星信号接收器之间的信号通讯,之间采用CAN总线通讯;
S3:基于GPS卫星信号接收器的定位信息,用户根据实际作业需求在控制终端上设置规划路径的A点、B点、行距信息后,控制终端自动生成一条作业路径;
S4:控制终端基于所设定的作业路径,基于GPS卫星信号接收器的定位数据,实时计算农机与作业路径的位置偏差,计算所得的偏差数据作为电控转向盘的控制信号,电控转向盘根据该控制信号实现农机精确地跟踪作业路径。
上述中,电控转向盘与GPS卫星信号接收器皆为现有的农机自动导航系统,但该自动导航系统不具有路径规划功能;另外,农机路径规划控制平台中,控制终端、电控转向盘与GPS卫星信号接收器皆安装在拖拉机上,因此GPS卫星信号接收器所提供的位置信息皆为农机的实时经纬度坐标。
进一步地,所述步骤S3中,在控制终端上设置作业路径的具体步骤如下:
S3-1:将农机行驶至用户所需的位置a,GPS卫星信号接收器将位置a的经纬度数据发送给控制终端,将其设置为位置A点;
S3-2:将农机行驶至用户所需的位置b,GPS卫星信号接收器将位置b的经纬度数据发送给控制终端,将其设置为位置B点;
S3-3:将所需的行距量输入到控制终端;
S3-4:系统基于步骤S3-1至步骤S3-3的数据完成路径的规划,并且将整个路径进行分段,分为直线路径与转弯路径两种,按照行走的顺序进行编号。
进一步地,所述步骤S4中,控制终端实时计算农机与作业路径的位置偏差的具体步骤如下:
S4-1:控制终端基于WGS-84坐标转换,实时将GPS卫星信号接收器提供的经纬度信息转成导航坐标系下的坐标点信息;
S4-2:控制终端基于转换成导航坐标系下的A点、B点坐标,将导航坐标系旋转成y轴与AB直线平行的坐标系,整个规划的路径与实时的农机的位置信息均转换成该坐标系下的坐标点;
S4-3:控制终端基于旋转后的坐标系,实时计算农机与作业路径的位置偏差。
进一步地,所述步骤S4-1中基于WGS-84的GPS经纬度信息的坐标转换方法,目的是将农机经纬度坐标信息转成基于导航坐标系下的坐标点信息,自动导航系统的控制过程均依据导航坐标系下的坐标点进行计算;这一坐标转换的过程包括经纬度坐标到大地坐标系之间的转换、大地坐标系与导航坐标系的转换两部分;其中,大地坐标系是以地球中心为原点,坐标轴与地球固连,Z轴向沿着地球极轴方向,X轴沿格林尼治子午面和地球赤道平面的交线;导航坐标系即当地地理坐标系,该坐标系原点位于导航系统所处的位置点P,坐标轴指向北、东和当地垂线方向(向下),根据右手定则,即导航坐标系中z轴指向当地垂线方向(向下),x轴指向北,y轴指向东;
基于WGS-84的GPS经纬度信息的坐标转换步骤如下:
S4-1-1:经纬度坐标转换成大地坐标系下的坐标点,其转换公式如下:
x1=(RN(φ)+h)cos(φ)cos(λ);
y1=(RN(φ)+h)cos(φ)sin(λ);
z1=(RN(φ)(1-e2)+h)sin(φ);
式中,φ为转换成弧度制后的经度坐标;
λ为转换成弧度制后的纬度坐标;
h为海拔高度;
RN(φ)为WGS-84模型下地球的横向曲率半径,其计算公式如下:
Figure BDA0001678599610000041
式中,a为WGS-84模型中地球的长半径,e为WGS-84模型中地球的椭圆偏心率;
S4-1-2:大地坐标转换成导航坐标系下的坐标点,其转换公式如下:
Figure BDA0001678599610000042
将大地坐标系中的坐标点转换成以点(x0,y0,z0)为原点的导航坐标系,(x0,y0,z0)为大地坐标系中的一个参考点,
Figure BDA0001678599610000045
为大地坐标系坐标转换成导航坐标系坐标的转换矩阵,其计算公式为:
Figure BDA0001678599610000043
进一步地,所述步骤S4-2中将导航坐标系旋转成y轴与AB直线平行的坐标系,具体转换过程分为两部分:
S4-2-1、导航坐标系绕y轴旋转180°;
S4-2-2、坐标系绕z轴逆时针旋转90°-θ;
其中,转换步骤S4-2-1相当于导航坐标系绕y轴旋转180°变成坐标系1,其旋转矩阵R1为:
Figure BDA0001678599610000044
转换步骤S4-2-2相当于坐标系1绕z轴旋转90°-θ变成局部坐标系,其旋转矩阵R2为:
Figure BDA0001678599610000051
即导航坐标系转换成局部坐标系的转换矩阵R的计算公式如下:
Figure BDA0001678599610000052
最后得出将导航坐标系旋转成y轴与AB直线平行的坐标系的具体转换公式为:
Figure BDA0001678599610000053
式中,x0,y0,z0为导航坐标系下的坐标点;x1,y1,z1为转换坐标系后的坐标点;
θ为导航坐标系转换至新的坐标系需要旋转的角度值,其计算公式如下:
Figure BDA0001678599610000054
式中,xA,yA为导航坐标系下A坐标点;xB,yB为导航坐标系下B坐标点。
进一步地,所述步骤S4-3中实时计算的农机与作业路径的位置偏差,分为直线路径的横向偏差与转弯轨迹的横向偏差;
农机在旋转坐标系下的坐标点为(xp,yp),则农机在直线路径的横向偏差计算公式为:
l=xp-(x1A+nL)
式中,x1A为第一条直线轨迹A点横坐标值,n为农机所跟踪的第n条直线轨迹,L为设置轨迹时输入的行距值;
农机在转弯路径的横向偏差值为农机位置点与圆弧轨迹的圆心的距离减去圆弧半径R;而农机每次转弯时期圆心点位置都不一样;农机跟踪作业路径时,当点农机坐标点的yp>y1B且xp>(x1B+(n-1)L)时,则农机车辆进入以
Figure BDA0001678599610000061
为圆心的拐弯半圆弧;当点P坐标的yp<y1A且xp>(x1A+(n-1)L)时,则农机车辆进入以
Figure BDA0001678599610000062
为圆心的拐弯半圆弧;其中x1A,y1A为第一条直线轨迹A点坐标值的横坐标与纵坐标,x1B,y1B为第一条直线轨迹B点坐标值的横坐标与纵坐标。
与现有技术相比,本方案在简化自动导航路径规划的控制程序以及优化路径路径的规划程序的同时能够实现农机自动换行作业,精确跟踪所设作业路径进行作业,使得农机作业更加自动化。
附图说明
图1为本发明一种自动导航系统路径规划控制方法中涉及到的农机路径规划控制平台的示意图;
图2为本发明一种自动导航系统路径规划控制方法实施例所设置的作业路径图;
图3为本发明一种自动导航系统路径规划控制方法中导航坐标系旋转至局部坐标系的旋转步骤拆解示意图;
图4为本发明一种自动导航系统路径规划控制方法中旋转坐标系后新坐标系中的作业路径图;
图5为对本发明进行田间试验时农机路径规划导航时的行走轨迹图;
图6为农机路径规划试验中直线行走轨迹的横向偏差图。
具体实施方式
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、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅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。
本实施例所述的一种自动导航系统路径规划控制方法,包括以下步骤:
S1:搭建自动导航系统路径规划控制平台,控制平台分为控制终端、电控转向盘与GPS卫星信号接收器三部分;
S2:建立控制终端与电控转向盘和GPS卫星信号接收器之间的信号通讯,之间采用CAN总线通讯;
如图1所示,步骤S1和S2中的电控方向盘以及卫星接收器为市面上现有的自动导航产品,而控制终端自主开发;控制终端包括PCAN-Router CAN路由器和STM32单片机;
S3:农机实时位置信息的获取主要依靠卫星信号接收器来实现,卫星信号接收器实时提供农机位置的经纬度数据;基于GPS卫星信号接收器的定位信息,用户根据实际作业需求在控制终端上设置规划路径的A点、B点、行距信息后,控制终端自动生成一条作业路径,具体步骤如下:
S3-1:将农机行驶至用户所需的位置a,GPS卫星信号接收器将位置a的经纬度数据发送给控制终端,将其设置为位置A点;
S3-2:将农机行驶至用户所需的位置b,GPS卫星信号接收器将位置b的经纬度数据发送给控制终端,将其设置为位置B点;
S3-3:将所需的行距量L输入到控制终端;
S3-4:系统基于步骤S3-1至步骤S3-3的数据完成路径的规划,并且将整个路径进行分段,分为直线路径与转弯路径两种,按照行走的顺序进行编号,如图2所示;
具体地,在导航坐标系上,系统根据点A、B以及行距量L生成整条导航轨迹,其中包括半径为R的转弯路径。点P为农机车辆的位置,农机车辆按照设置的作业路径将依次沿着AB直线、BB1半圆弧、B1A1直线、A1A2半圆弧行走以此类推直至终点;
S4:控制终端基于所设定的作业路径,基于GPS卫星信号接收器的定位数据,实时计算农机与作业路径的位置偏差,计算所得的偏差数据作为电控转向盘的控制信号,电控转向盘根据该控制信号实现农机精确地跟踪作业路径。
其中,控制终端实时计算农机与作业路径的位置偏差的具体步骤如下:
S4-1:控制终端基于WGS-84坐标转换,实时将GPS卫星信号接收器提供的经纬度信息转成导航坐标系下的坐标点信息,过程为:
S4-1-1:经纬度坐标转换成大地坐标系下的坐标点,其转换公式如下:
x1=(RN(φ)+h)cos(φ)cos(λ);
y1=(RN(φ)+h)cos(φ)sin(λ);
z1=(RN(φ)(1-e2)+h)sin(φ);
式中,φ为转换成弧度制后的经度坐标;
λ为转换成弧度制后的纬度坐标;
h为海拔高度;
RN(φ)为WGS-84模型下地球的横向曲率半径,其计算公式如下:
Figure BDA0001678599610000081
式中,a为WGS-84模型中地球的长半径,e为WGS-84模型中地球的椭圆偏心率;
S4-1-2:大地坐标转换成导航坐标系下的坐标点,其转换公式如下:
Figure BDA0001678599610000082
将大地坐标系中的坐标点转换成以点(x0,y0,z0)为原点的导航坐标系,(x0,y0,z0)为大地坐标系中的一个参考点,
Figure BDA0001678599610000084
为大地坐标系坐标转换成导航坐标系坐标的转换矩阵,其计算公式为:
Figure BDA0001678599610000083
S4-2:控制终端基于转换成导航坐标系下的A点、B点坐标,将导航坐标系旋转成y轴与AB直线平行的坐标系,整个规划的路径与实时的农机的位置信息均转换成该坐标系下的坐标点,具体的转换公式为:
Figure BDA0001678599610000091
式中,(x1,y1,z1)为导航坐标系下的坐标点;(x1,y1,z1)为转换坐标系后的坐标点;
θ为导航坐标系转换至新的坐标系需要旋转的角度值,其计算公式如下:
Figure BDA0001678599610000092
式中,xA,yA为导航坐标系下A坐标点;xB,yB为导航坐标系下B坐标点;
S4-3:控制终端基于旋转后的坐标系,实时计算农机与作业路径的位置偏差;
图2中,点P到AB直线的距离即为导航的横向偏差,之所以要将导航坐标系进行旋转后,基于旋转后的坐标系计算农机与导航路径的横向偏差,是因为基于导航坐标系计算农机与导航路径的横向偏差计算繁琐,编程复杂,而且容易出错;
以下是基于导航路径计算农机与导航路径的横向偏差的过程:
农机车辆与导航路径的横向偏差是基于点到直线的距离公式来计算的;在设置导航路径之前,需要设定A、B两点以及行间距L,因此A点与B点的坐标是已知的,设定点A坐标为(xA,yA),B点坐标为(xB,yB),P点坐标为(x0,y0),则AB直线段的轨迹方程为:
Figure BDA0001678599610000093
则点P到直线AB段的横向偏差l的计算公式如下:
Figure BDA0001678599610000101
求得的横向偏差l有正值以及负值,正负之分代表着转弯方向的不同。B1点坐标为(xB1,yB1)。P点的坐标点x0>xB时,则农机车辆跟踪的轨迹将从直线AB转至BB1半圆弧。将点农机车辆位置P点于圆弧圆心的距离与半径R作差即为农机与圆弧轨迹的偏差,偏差的正负之分代表着农机转向的不同。当P点的坐标点x0<xB1时,则农机车辆的跟踪轨迹将从BB1半圆弧转至B1A1直线。以此类推,根据P点坐标x0与直线轨迹终点的x值比较来切换导航路径。
这种导航路径设置方法中,需频繁地求解每条直线的轨迹方程以及每段圆弧坐标的圆心点坐标才能计算农机车辆与导航路径的偏差值,不利于编程控制;
而本实施例将上述导航路径设置的导航坐标系转换成y坐标轴与AB直线相平行的坐标系,如图3所示;将xoy直角坐标系旋转至y轴与AB直线相平行的位置,即图中x1oy1直角坐标系;设两个直角坐标系之间的夹角为θ;
在xoy直角坐标系下,A点坐标点为(xA,yA),B点坐标点为(xB,yB),在x1oy1直角坐标系下,A点坐标点为(x1A,y1A),B点坐标点为(x1B,y1B),则θ的角度求解方法如下式:
Figure BDA0001678599610000102
则将xoy直角坐标系下的坐标点转换至x1oy1局部坐标系下的坐标点,需要经过两步坐标系旋转。如图4所示,为导航坐标系到局部坐标系的转换过程,坐标系中z轴未表示,该轴与x轴与y轴垂直相交。
图3中转换步骤1相当于导航坐标系绕y轴旋转180°变成坐标系1,其旋转矩阵R1为:
Figure BDA0001678599610000111
图3中转换步骤2相当于坐标系1绕z轴旋转90°-θ变成局部坐标系,其旋转矩阵R2为:
Figure BDA0001678599610000112
因此,导航坐标系转换成局部坐标系的转换矩阵R的计算公式如下:
Figure BDA0001678599610000113
所以导航坐标系xoy上农机车辆P点的位置坐标(x0,y0,z0)转换局部系上的坐标点(x1,y1,z1)的计算公式为:
Figure BDA0001678599610000114
如图4所示,基于旋转坐标系x1oy1直角坐标系下A、B两点的坐标规划导航路径以及行间距L可推算出后续导航轨迹的坐标点;A点坐标点为(x1A,y1A),B点坐标点为(x1B,y1B),则A1点坐标点为(x1A+L,y1A),B1点坐标点为(x1B+L,y1B),A2点坐标点为(x1A+2L,y1A),B2点坐标点为(x1B+2L,y1B),以此类推可计算出后续导航路径的点An坐标为(x1A+nL,y1A),点Bn坐标为(x1B+nL,y1B),An拐弯半圆弧的圆心坐标为
Figure BDA0001678599610000115
Bn拐弯半圆弧的圆心坐标为
Figure BDA0001678599610000116
农机车辆点P在旋转坐标系x1oy1直角坐标系下的坐标为(x1,y1),P与AnBn直线的横向偏差为:
l=x1-(x1A+nL);
当点P坐标的y1>y1B且x1>(x1B+(n-1)L)时,则农机车辆进入以
Figure BDA0001678599610000117
为圆心的拐弯半圆弧,当点P坐标的y1<y1A且x1>(x1A+(n-1)L)时,则农机车辆进入以
Figure BDA0001678599610000121
为圆心的拐弯半圆弧;P点与圆弧轨迹的圆心的距离减去圆弧半径R即为农机车辆在(转弯)圆弧轨迹的偏差值;这种基于旋转坐标系下建立导航路径的方法在编程控制上简单、出错率低;
将自动导航系统路径规划控制平台搭载在插秧机上,设计路径导航试验,测试自动导航系统路径规划控制平台的工作性能;由于场地面积有限,因此将插秧机的导航路径轨迹设置成椭圆路径进行自动导航路径规划试验,导航控制终端记录插秧机路径轨迹的经纬度变化,用于分析自动导航系统路径规划控制平台的工作性能;将导航路径规划试验中插秧机的行走轨迹的经纬度坐标转换成基于旋转坐标系下的坐标点,只保留了插秧机在导航状态下的行走轨迹,如图5所示;图中A、B两点位置在图中标注位置所示,两条直线行距L=7m,AB直线距离约67m;图中所展示的轨迹图为插秧机沿着该椭圆轨迹行走12圈所叠加在一起的轨迹图形。
自动导航系统路径规划控制平台的主要功能在于控制拖拉机在直线路径时的作业效果,保证农机在直线导航时的精度达到标准。因此在路径规划导航试验中,主要分析插秧机在直线路径的导航精度。计算插秧机路径轨迹相对于AB直线的横向偏差,根据横向偏差结果来分析插秧机直线路径导航的导航精度。如图6,为插秧机沿直线段路径导航时所有行驶轨迹的横向偏差变化曲线。经计算,直线路径段插秧机行走轨迹的平均绝对偏差为2.52cm,标准差为3.88cm,最大横向偏差为13.74cm,符合导航系统的导航精度要求,而且在换行作业时,插秧机能够基于所设定的导航路径自主换行,说明这种导航路径规划控制的方法是可行有效的。
本实施例在简化自动导航路径规划的控制程序以及优化路径路径的规划程序的同时能够实现农机自动换行作业,精确跟踪所设作业路径进行作业,使得农机作业更加自动化。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例,并非以此限制本发明的实施范围,故凡依本发明之形状、原理所作的变化,均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种自动导航系统路径规划控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:搭建自动导航系统路径规划控制平台,控制平台分为控制终端、电控转向盘与GPS卫星信号接收器三部分;
S2:建立控制终端与电控转向盘和GPS卫星信号接收器之间的信号通讯,之间采用CAN总线通讯;
S3:基于GPS卫星信号接收器的定位信息,用户根据实际作业需求在控制终端上设置规划路径的A点、B点、行距信息后,控制终端自动生成一条作业路径;
S4:控制终端基于所设定的作业路径,基于GPS卫星信号接收器的定位数据,实时计算农机与作业路径的位置偏差,计算所得的偏差数据作为电控转向盘的控制信号,电控转向盘根据该控制信号实现农机精确地跟踪作业路径;
所述步骤S4中,控制终端实时计算农机与作业路径的位置偏差的具体步骤如下:
S4-1:控制终端基于WGS-84坐标转换,实时将GPS卫星信号接收器提供的经纬度信息转成导航坐标系下的坐标点信息;
S4-2:控制终端基于转换成导航坐标系下的A点、B点坐标,将导航坐标系旋转成y轴与AB直线平行的坐标系,整个规划的路径与实时的农机的位置信息均转换成该坐标系下的坐标点;
S4-3:控制终端基于旋转后的坐标系,实时计算农机与作业路径的位置偏差;
所述步骤S4-1中基于WGS-84的GPS经纬度信息的坐标转换过程如下:
S4-1-1:经纬度坐标转换成大地坐标系下的坐标点,其转换公式如下:
x1=(RN(φ)+h)cos(φ)cos(λ);
y1=(RN(φ)+h)cos(φ)sin(λ);
z1=(RN(φ)(1-e2)+h)sin(φ);
式中,φ为转换成弧度制后的经度坐标;
λ为转换成弧度制后的纬度坐标;
h为海拔高度;
RN(φ)为WGS-84模型下地球的横向曲率半径,其计算公式如下:
Figure FDA0003053937210000021
式中,a为WGS-84模型中地球的长半径,e为WGS-84模型中地球的椭圆偏心率;
S4-1-2:大地坐标转换成导航坐标系下的坐标点,其转换公式如下:
Figure FDA0003053937210000022
将大地坐标系中的坐标点转换成以点(x0,y0,z0)为原点的导航坐标系,(x0,y0,z0)为大地坐标系中的一个参考点,Re t为大地坐标系坐标转换成导航坐标系坐标的转换矩阵,其计算公式为:
Figure FDA0003053937210000023
2.根据权利要求1所述的一种自动导航系统路径规划控制方法,其特征在于,所述步骤S3中,在控制终端上设置作业路径的具体步骤如下:
S3-1:将农机行驶至用户所需的位置a,GPS卫星信号接收器将位置a的经纬度数据发送给控制终端,将其设置为位置A点;
S3-2:将农机行驶至用户所需的位置b,GPS卫星信号接收器将位置b的经纬度数据发送给控制终端,将其设置为位置B点;
S3-3:将所需的行距量输入到控制终端;
S3-4:系统基于步骤S3-1至步骤S3-3的数据完成路径的规划,并且将整个路径进行分段,分为直线路径与转弯路径两种,按照行走的顺序进行编号。
3.根据权利要求1所述的一种自动导航系统路径规划控制方法,其特征在于,所述步骤S4-2中将导航坐标系旋转成y轴与AB直线平行的坐标系,具体转换过程分为两部分:
S4-2-1、导航坐标系绕y轴旋转180°;
S4-2-2、坐标系绕z轴逆时针旋转90°-θ;
其中,转换步骤S4-2-1相当于导航坐标系绕y轴旋转180°变成坐标系1,其旋转矩阵R1为:
Figure FDA0003053937210000031
转换步骤S4-2-2相当于坐标系1绕z轴旋转90°-θ变成局部坐标系,其旋转矩阵R2为:
Figure FDA0003053937210000032
即导航坐标系转换成局部坐标系的转换矩阵R的计算公式如下:
Figure FDA0003053937210000033
最后得出将导航坐标系旋转成y轴与AB直线平行的坐标系的具体转换公式为:
Figure FDA0003053937210000034
式中,(X0,Y0,Z0)为导航坐标系下的坐标点;(X1,Y1,Z1)为转换坐标系后的坐标点;
θ为导航坐标系转换至新的坐标系需要旋转的角度值,其计算公式如下:
Figure FDA0003053937210000041
式中,xA,yA为导航坐标系下A坐标点;xB,yB为导航坐标系下B坐标点。
4.根据权利要求1所述的一种自动导航系统路径规划控制方法,其特征在于,所述步骤S4-3中实时计算的农机与作业路径的位置偏差,分为直线路径的横向偏差与转弯轨迹的横向偏差;
农机在旋转坐标系下的坐标点为(xp,yp),则农机在直线路径的横向偏差计算公式为:
l=xp-(x1A+nL)
式中,x1A为第一条直线轨迹A点横坐标值,n为农机所跟踪的第n条直线轨迹,L为设置轨迹时输入的行距值;
农机在转弯路径的横向偏差值为农机位置点与圆弧轨迹的圆心的距离减去圆弧半径R;而农机每次转弯时期圆心点位置都不一样;农机跟踪作业路径时,当点农机坐标点的yp>y1B且xp>(x1B+(n-1)L)时,则农机车辆进入以
Figure FDA0003053937210000042
为圆心的拐弯半圆弧;当点P坐标的yp<y1A且xp>(x1A+(n-1)L)时,则农机车辆进入以
Figure FDA0003053937210000043
为圆心的拐弯半圆弧;其中x1A,y1A为第一条直线轨迹A点坐标值的横坐标与纵坐标,x1B,y1B为第一条直线轨迹B点坐标值的横坐标与纵坐标。
CN201810540086.5A 2018-05-30 2018-05-30 一种自动导航系统路径规划控制方法 Active CN108919792B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810540086.5A CN108919792B (zh) 2018-05-30 2018-05-30 一种自动导航系统路径规划控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810540086.5A CN108919792B (zh) 2018-05-30 2018-05-30 一种自动导航系统路径规划控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108919792A CN108919792A (zh) 2018-11-30
CN108919792B true CN108919792B (zh) 2021-08-24

Family

ID=64417908

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810540086.5A Active CN108919792B (zh) 2018-05-30 2018-05-30 一种自动导航系统路径规划控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108919792B (zh)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109828575A (zh) * 2019-02-22 2019-05-31 山东省计算中心(国家超级计算济南中心) 一种有效提高农机作业效率的路径规划方法
JP7203654B2 (ja) * 2019-03-25 2023-01-13 ヤンマーパワーテクノロジー株式会社 自動走行システム
CN109901586A (zh) * 2019-03-27 2019-06-18 厦门金龙旅行车有限公司 一种无人车循迹控制方法、装置、设备及存储介质
CN109901593A (zh) * 2019-04-08 2019-06-18 广州思谋信息科技有限公司 一种基于三点定位技术智能农机路径规划系统
CN111596652A (zh) * 2019-12-30 2020-08-28 山东省科学院自动化研究所 一种农药喷洒智能农机寻路导航控制方法及系统
CN111578942B (zh) * 2020-04-29 2022-04-05 中国农业大学 一种平地机导航方法和系统
CN112050801B (zh) * 2020-09-08 2022-07-19 山东理工大学 一种农业机械自动导航路径规划方法及系统
CN113120076A (zh) * 2020-09-25 2021-07-16 丰疆智能(深圳)有限公司 农机自动调头方法、农机自动调头系统和应用
CN113401217B (zh) * 2021-01-06 2022-09-13 丰疆智能(深圳)有限公司 自动驾驶的转向控制方法和方向盘转向单元
CN113093743B (zh) * 2021-03-30 2022-08-30 西北农林科技大学 基于虚拟雷达模型和深度神经网络的导航控制方法
CN113819922A (zh) * 2021-10-29 2021-12-21 成都清渟科技有限公司 一种智能路线规划方法
CN114721375B (zh) * 2022-03-14 2024-03-26 常州江苏大学工程技术研究院 一种农机单天线导航路径跟踪方法
CN116972854B (zh) * 2023-09-20 2023-12-26 无锡新松机器人自动化有限公司 基于gps定位的农机导航路径规划方法及系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203012509U (zh) * 2012-12-24 2013-06-19 郑州中电新能源汽车有限公司 一种无人驾驶拖拉机电控系统
CN105005196A (zh) * 2015-05-14 2015-10-28 南京农业大学 农用车辆自主导航转向控制方法
CN105867377A (zh) * 2016-04-13 2016-08-17 浙江理工大学 一种农业机械自动导航控制方法
CN206696705U (zh) * 2017-05-16 2017-12-01 南宁职业技术学院 基于模糊控制的农机车载导航控制器
CN107562060A (zh) * 2017-10-17 2018-01-09 南京农业大学 一种履带式行走联合收割机导航系统
CN107817794A (zh) * 2017-10-13 2018-03-20 上海司南卫星导航技术股份有限公司 自动导航方法、控制装置及导航系统
CN107972732A (zh) * 2017-12-04 2018-05-01 安徽农业大学 一种无人驾驶插秧机自动转向控制系统及其控制方法
CN107992049A (zh) * 2017-12-20 2018-05-04 上海交通大学 水稻直播机模块化自动驾驶控制装置及其控制方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203012509U (zh) * 2012-12-24 2013-06-19 郑州中电新能源汽车有限公司 一种无人驾驶拖拉机电控系统
CN105005196A (zh) * 2015-05-14 2015-10-28 南京农业大学 农用车辆自主导航转向控制方法
CN105867377A (zh) * 2016-04-13 2016-08-17 浙江理工大学 一种农业机械自动导航控制方法
CN206696705U (zh) * 2017-05-16 2017-12-01 南宁职业技术学院 基于模糊控制的农机车载导航控制器
CN107817794A (zh) * 2017-10-13 2018-03-20 上海司南卫星导航技术股份有限公司 自动导航方法、控制装置及导航系统
CN107562060A (zh) * 2017-10-17 2018-01-09 南京农业大学 一种履带式行走联合收割机导航系统
CN107972732A (zh) * 2017-12-04 2018-05-01 安徽农业大学 一种无人驾驶插秧机自动转向控制系统及其控制方法
CN107992049A (zh) * 2017-12-20 2018-05-04 上海交通大学 水稻直播机模块化自动驾驶控制装置及其控制方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
东方红拖拉机自动转向控制系统设计;吴晓鹏等;《农业机械学报》;20090930;第40卷;第1-5页 *
基于CAN总线的分布式插秧机导航控制系统设计;胡炼等;《农业工程学报》;20091231;第25卷(第12期);第88-92页 *
基于GNSS 的农机自动导航路径搜索及转向控制;魏爽等;《农业工程学报》;20170228;第33卷;第70-77页 *
改进纯追踪模型的农业机械地头转向控制方法;黄沛琛等;《计算机工程与应用》;20100721;第46卷(第21期);第216-219页 *
自动导航拖拉机田间作业路径规划与应用试验;王建波等;《农机化研究》;20170228(第2期);第242-245页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108919792A (zh) 2018-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108919792B (zh) 一种自动导航系统路径规划控制方法
EP3529557B1 (en) Land mapping and guidance system
CN111596652A (zh) 一种农药喷洒智能农机寻路导航控制方法及系统
CN109240284A (zh) 一种无人驾驶农机的自主路径规划方法及装置
CN106643719A (zh) 一种智能割草车的路径规划算法
CN107450561A (zh) 移动机器人的自主路径规划与避障系统及其使用方法
CN106681320A (zh) 一种基于激光数据的移动机器人导航控制方法
CN104064869A (zh) 基于mems惯导的双四元数动中通天线控制方法及系统
CN111338354B (zh) 履带式车辆轨迹跟踪控制方法、装置及系统
CN106292698A (zh) 植保无人机的精准作业方法和系统
CN102692210B (zh) 定点扫描式快速隧道断面净空测量及收敛测量方法
CN106359012B (zh) 一种圆形与平移功能一体式喷灌机的喷灌方法
CN112985401A (zh) 一种headline全路径规划和跟踪方法
CN108536168A (zh) 一种无人机的定位方法、装置、无人机和存储介质
CN104019815A (zh) 基于铲车载荷监测的gnss平地作业路径动态规划与导航方法
CN109189079A (zh) 基于gps定位的移动机器人导航控制方法
CN107741232A (zh) 一种测量船的航路规划方法及装置
CN108873906A (zh) 碾压工程车无人驾驶控制方法和装置及可读存储介质
CN114721418A (zh) 一种异形地块的农用无人机作业航线规划方法
JP4127419B2 (ja) 移動ロボットのグローバル地図構築方法
CN109656257A (zh) 封闭园区无人驾驶车辆控制系统及方法
CN113568442A (zh) 一种对星控制系统及方法
JP3236487B2 (ja) 作業車の誘導制御装置
CN108489490B (zh) 海测船上测线导航路径规划
CN113406960B (zh) 一种农用无人车辆地头转向的实时路径规划与控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant