CN108958260A - 一种基于农具位置的农机自动驾驶系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于农具位置的农机自动驾驶系统，包括一RTK定位系统、一控制系统和一交互终端。所述RTK定位系统用于获取一农机和一农具的精确定位，并将所述农机的定位数据与所述农具的定位数据输出给所述控制系统；所述交互终端用于与一远程平台进行信息交互，并与所述控制系统连接以向所述控制系统输入一目标行驶轨迹；所述控制系统用于基于所述农机的定位数据、所述农具的定位数据及所述目标行驶轨迹，计算一修正的目标行驶轨迹线，并控制所述农机在所述修正的目标行驶轨迹线上移动。
Description
技术领域
本发明涉及一种农机自动驾驶系统，具体是一种基于农具位置的农机自动驾驶系统。
背景技术
农机自动驾驶系统一般由导航系统、机械控制系统、人机交互系统三部分构成，导航系统GPS定位导航；机械控制系统根据导航系统的信息，控制机械部分做相应的转向控制；人机交互系统则为农机操作员提供一个交互界面，使系统按照操作员的要求进行工作。
在农机自动驾驶时，通常都会预先定义一条行驶的轨迹(又称目标轨迹)，机械控制系统控制所述农机行驶在该标轨迹上，使得农机与目标线的横向误差XTEt与航向角偏差Ψt均为0。目前，现有的农机自动驾驶系统以控制农机走直线为主要目的。针对以三点悬挂这种硬连接方式连接的农具，可以估算出的农具中心点，以该中心点作为自动导航的定位参考点来进行农机的移动控制，这样可以获得较好且较为精准的自动驾驶效果。
然而，对于拖拽式连接的农具，如图1所示的，当农机1在地面不平或斜坡地形上行驶时，常常发生农具10与农机1之间存在较大位置偏差的情况(中心不重合)，使得虽然农机1一直处于沿着目标轨迹移动，但是农具10却已偏离目标轨迹移动，使得实际的作业效果比较差。
因此，我们需要一种新的农机自动驾驶系统，以克服农机与农具存在位置偏差时无法准确沿着目标轨迹进行操作的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于农具位置的农机自动驾驶系统，以解决农机与农具存在位置偏差时无法准确沿着目标轨迹进行操作的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种基于农具位置的农机自动驾驶系统，包括一RTK定位系统、一控制系统和一交互终端；其中，所述RTK定位系统用于获取一农机和一农具的精确定位，并将所述农机的定位数据与所述农具的定位数据输出给所述控制系统；所述交互终端用于与一远程平台进行信息交互，并与所述控制系统连接以向所述控制系统输入一目标行驶轨迹；所述控制系统用于基于所述农机的定位数据、所述农具的定位数据及所述目标行驶轨迹，计算一修正目标行驶轨迹线，并控制所述农机在所述修正目标行驶轨迹线上移动。
在本发明一实施例中，所述RTK定位系统包括：一GPS接收机，所述GPS接收机包括：一第一天线单元，所述第一天线单元设置于所述农机上，用于输出一农机定位数据；一第二天线单元，所述第二天线单元设置于所述农具的几何中心处，用于输出一农具定位数据；以及，一主机单元，所述主机单元设置于所述农机上，并与所述第一天线单元及所述第二电线单元通信连接；以及，一差分基准站，所述差分基准站与所述GPS接收机的所述主机单元通信连接，用于向所述GPS接收机的所述主机单元输出一修正参数；其中，所述GPS接收机的所述主机单元根据接收到的所述修正参数修正接收到的所述农机定位数据和所述农具定位数据，并向所述控制系统输出一修正的农机定位数据与一修正的农具定位数据。
在本发明一实施例中，所述差分基准站与所述GPS接收机的所述主机单元通过电台通信连接。
在本发明一实施例中，所述控制系统包括：至少一角度传感器，所述角度传感器设置于所述农机的一前轮上，用于检测所述前轮的转向角，并输出一前轮转向角信息；一转向控制装置，所述转向控制装置与所述角度传感器形成一控制反馈回路，用于控制所述农机的转向；以及，一控制模块，所述控制模块分别与所述GPS接收机的主机单元、所述角度传感器、所述转向控制装置和所述连接交互终端连接；其中，所述控制模块具有一内置陀螺仪，所述控制模块基于接收到的所述修正后的农机定位数据、修正后的农具定位数据以及所述内置陀螺仪的输出信号，获得一精确的农具定位数据；所述控制模块基于所述修正的农机定位数据、精确的农具位置数据与输入的目标行驶轨迹获得一修正目标行驶轨迹线；并且，所述内置陀螺仪与所述交互终端形成组合导航，向所述转向控制装置输出一控制信号，控制所述农机沿着所述修正目标行驶轨迹线移动。
在本发明一实施例中，所述交互终端具有一4G模块，所述交互终端通过所述4G模块与远程平台进行信息交互。
在本发明一实施例中，所述交互终端具有一人机交互界面，用于向用户显示系统状态，并将用户的输入转化为控制指令输送至所述控制系统的通知模块。
在本发明一实施例中，所述交互终端为一导航终端装置。
本领域技术人员可以理解的是，所述交互终端与远程平台之间的信息交互可以是由所述远程平台向所述交互终端传输或提供一导航信息，或由所述交互终端向所述远程平台发送一操作指令。
在本发明一实施例中，所述转向控制装置为一电磁阀。
在本发明一实施例中，所述控制模块可以对所述修正后的农机定位数据、修正后的农具定位数据以及所述内置陀螺仪的输出信号进行卡尔曼滤波算法，以获得一精确的农具定位数据。
本领域技术人员可以理解的是，所述RTK定位系统是一种已知的定位系统，是一种RTK(Real-time kinematic，实时动态)载波相位差分技术的GPS定位系统。在RTK定位系统中通常包含两台GPS接收机，一台GPS接收机设置于差分基准站内(称为基准GPS)，另一台GPS接收机则设置于测量物体上(称为用户端GPS)，通过基准GPS的定位数据和已知坐标点的数据解算出差分数据(RTCM)，再通过数据链将误差修正参数实时播发出去，用户端通过数据链接收修正参数并传给用户端GPS，用户端GPS接收修正参数后用于对定位数据进行修正解算。
在本发明中，利用两个天线单元及RTK定位系统，测量获得农机与农具的修正定位数据，同时，通过对农机与农具的修正定位数据及内置陀螺仪的输出信号进行卡尔曼滤波算法，以获得一精确的农具定位数据，进而修正目标行驶轨迹线，用以控制农机沿着该修正目标行驶轨迹线移动，使得农具可以实际沿着用户期望的行驶轨迹进行操作。
本发明所述的农机自动驾驶系统设计合理，且结构简单紧凑，可以实现精准定位及导航，符合实际农业操作的要求。
附图说明
图1为在坡地上行驶时，装有现有自动驾驶系统的农机与农具的装配结构示意图；
图2为装有本发明一实施例的所述自动驾驶系统的农机与农具的装配结构主视图；
图3为基于农具位置的农机自动驾驶系统的结构示意图。
图4为基于农具位置的农机自动驾驶系统的原理图。
其中：1—农机；10—农具；
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。以下实施例旨在解释而非限定本发明的技术方案。
本实施例中提供一种基于农具位置的农机自动驾驶系统，包括一RTK定位系统100、一控制系统200和一交互终端300；其中，所述RTK定位系统100用于获取一农机1和一农具10的精确定位，并将所述农机1的定位数据与所述农具10的定位数据输出给所述控制系统200；所述交互终端300用于与一远程平台(图中未示)进行信息交互，并与所述控制系统200连接以向所述控制系统200输入一目标行驶轨迹；所述控制系统200用于基于所述农机1的定位数据、所述农具10的定位数据及所述目标行驶轨迹，计算一修正目标行驶轨迹线，并控制所述农机1在所述修正目标行驶轨迹线上移动。
所述交互终端300具有一4G模块(图中未示)，所述交互终端通过所述4G模块与远程平台进行信息交互。所述交互终端300具有一人机交互界面，用于向用户显示系统状态，并将用户的输入转化为控制指令输送至所述控制系统的通知模块。并且，作为优选实施例，所述交互终端300为一导航终端装置。
如图2和图3所示的，所述RTK定位系统100包括一GPS接收机110和一差分基准站120；所述GPS接收机100包括一第一天线单元111、一第二天线单元112和一主机单元113。如图2所示的，所述第一天线单元111设置于所述农机1上，用于输出一农机1 的定位数据；所述第二天线单元112设置于所述农具10的几何中心处，用于输出一农具 10的定位数据。所述主机单元113设置于所述农机1上，并与所述第一天线单元111及所述第二电线单元112通信连接。所述差分基准站120与所述GPS接收机110的所述主机单元113通过电台通信连接，用于向所述GPS接收机120的所述主机单元113输出一修正参数。
所述GPS接收机120的所述主机单元113根据接收到的所述修正参数修正接收到的所述农机1的定位数据和所述农具10的定位数据，并向所述控制系统200输出一修正的农机定位数据与一修正的农具定位数据。
如图3所示的，所述控制系统200包括至少一角度传感器210、一转向控制装置220和一控制模块230。所述角度传感器210设置于所述农机的一前轮3上，用于检测所述前轮3的转向角，并输出一前轮转向角信息；所述转向控制装置220与所述角度传感器210 形成一控制反馈回路，用于控制所述农机1的转向；所述控制模块230分别与所述GPS接收机110的主机单元113、所述角度传感器210、所述转向控制装置220和所述连接交互终端300连接。作为一优选实施例，所述转向控制装置220为一电磁阀。
所述控制模块230具有一内置陀螺仪(图中未示)，所述控制模块230基于接收到的所述修正后的农机定位数据、修正后的农具定位数据以及所述内置陀螺仪的输出信号，获得一精确的农具定位数据；所述控制模块230基于所述修正的农机定位数据、精确的农具位置数据与输入的目标行驶轨迹获得一修正目标行驶轨迹线；并且，所述内置陀螺仪与所述交互终端300形成组合导航，向所述转向控制装置220输出一控制信号，控制所述农机沿着所述修正目标行驶轨迹线移动。
以下结合图4说明所述农机自动驾驶系统的运行。
S10)用户通过所述交互终端输入一目标行驶轨迹线12，并从远程平台获得一目标行驶轨迹线12，随后，用户操作农机开始沿着所述目标行驶轨迹线12移动；
S20)所述GPS接收机的所述第一天线单元向所述GPS接收机的所述主机单元输出一农机定位数据(即，农机上第一天线单元的位置数据)，所述GPS接收机的所述第二天线单元向所述GPS接收机的所述主机单元输出一农具定位数据(即，农具几何中心上的第二天线单元的定位数据)；所述差分基准站则通过基准GPS(为免造成混淆，图中未示)与已知坐标点的数据解算出一差分数据(RTCM)，再通过数据链经由所述电台向所述GPS接收机的所述主机单元实时广播将该差分数据，使得所述GPS接收机的所述主机单元基于该差分数据对接收到的农机定位数据和农具定位数据进行修正，获得一修正的农机定位数据和一修正的农具定位数据；
S301)所述控制系统的所述控制模块接收修正的农机定位数据和修正的农具定位数据后，对修正的农机定位数据、修正的农具定位数据和内置陀螺仪的输出信进行卡尔曼滤波算法，以获得一精确的农具定位数据；
S302)所述控制模块计算：
①所述精确的农具定位数据与所述目标行驶轨迹线12之间的横向误差XTEi；
②所述修正的农机定位数据与所述目标行驶轨迹线12之间的横向误差XTEt；以及
③所述农机与所述农具之间的实际横向误差的差值ΔXTE，ΔXTE＝XTEi-XTEt；
S303)所述控制模块将所述目标行驶轨迹线向着与农具偏移方向相反的方向横向移动ΔXTE，以获得修正目标行驶轨迹线13；
S40)所述内置陀螺仪与所述交互终端形成组合导航，向所述转向控制装置输出一控制信号，所述转向控制装置与所述角度传感器形成一控制反馈回路，用于控制所述农机转向至所述修正目标行驶轨迹线，并沿着所述修正目标行驶轨迹线13移动。
在本发明中，利用两个天线单元及RTK定位系统，测量获得农机与农具的修正定位数据，同时，通过对农机与农具的修正定位数据及内置陀螺仪的输出信号进行卡尔曼滤波算法，以获得一精确的农具定位数据，进而修正目标行驶轨迹线，用以控制农机沿着该修正目标行驶轨迹线移动，使得农具可以实际沿着用户期望的行驶轨迹进行操作。
本发明所述的农机自动驾驶系统设计合理，且结构简单紧凑，可以实现精准定位及导航，符合实际农业操作的要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改变、改进和润饰，这些改变、改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于农具位置的农机自动驾驶系统，其特征在于，所述农机自动驾驶系统包括一RTK定位系统、一控制系统和一交互终端；其中，
所述RTK定位系统用于获取一农机和一农具的精确定位，并将所述农机的定位数据与所述农具的定位数据输出给所述控制系统；
所述交互终端用于与一远程平台进行信息交互，并与所述控制系统连接以向所述控制系统输入一目标行驶轨迹；
所述控制系统用于基于所述农机的定位数据、所述农具的定位数据及所述目标行驶轨迹，计算一修正的目标行驶轨迹线，并控制所述农机在所述修正的目标行驶轨迹线上移动。
2.如权利要求1所述的农机自动驾驶系统，其特征在于，所述RTK定位系统包括：
一GPS接收机，所述GPS接收机包括：
一第一天线单元，所述第一天线单元设置于所述农机上，用于输出一农机定位数据；
一第二天线单元，所述第二天线单元设置于所述农具的几何中心处，用于输出一农具定位数据；以及，
一主机单元，所述主机单元设置于所述农机上，并与所述第一天线单元及所述第二电线单元通信连接；以及，
一差分基准站，所述差分基准站与所述GPS接收机的所述主机单元通信连接，用于向所述GPS接收机的所述主机单元输出一修正参数；其中，
所述GPS接收机的所述主机单元根据接收到的所述修正参数修正接收到的所述农机定位数据和所述农具定位数据，并向所述控制系统输出一修正的农机定位数据与一修正的农具定位数据。
3.如权利要求2所述的农机自动驾驶系统，其特征在于，所述差分基准站与所述GPS接收机的所述主机单元通过电台通信连接。
4.如权利要求2所述的农机自动驾驶系统，其特征在于，所述控制系统包括：
至少一角度传感器，所述角度传感器设置于所述农机的一前轮上，用于检测所述前轮的转向角，并输出一前轮转向角信息；
一转向控制装置，所述转向控制装置与所述角度传感器形成一控制反馈回路，用于控制所述农机的转向；以及，
一控制模块，所述控制模块分别与所述GPS接收机的主机单元、所述角度传感器、所述转向控制装置和所述连接交互终端连接；其中，
所述控制模块具有一内置陀螺仪，所述控制模块基于接收到的所述修正后的农机定位数据、修正后的农具定位数据以及所述内置陀螺仪的输出信号，获得一精确的农具定位数据；
所述控制模块基于所述修正的农机定位数据、精确的农具位置数据与输入的目标行驶轨迹获得一修正的目标行驶轨迹线；并且，
所述内置陀螺仪与所述交互终端形成组合导航，向所述转向控制装置输出一控制信号，控制所述农机沿着所述修正的目标行驶轨迹线移动。
5.如权利要求4所述的农机自动驾驶系统，其特征在于，所述交互终端具有一4G模块，所述交互终端通过所述4G模块与远程平台进行信息交互。
6.如权利要求4所述的农机自动驾驶系统，其特征在于，所述交互终端具有一人机交互界面，用于向用户显示系统状态，并将用户的输入转化为控制指令输送至所述控制系统的通知模块。
7.如权利要求1至6中任一项所述的农机自动驾驶系统，其特征在于，所述交互终端为一导航终端装置。
8.如权利要求1至6中任一项所述的农机自动驾驶系统，其特征在于，所述转向控制装置为一电磁阀。
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