CN109254545A - 一种多个无人农机车辆远程集中控制系统与方法 - Google Patents
一种多个无人农机车辆远程集中控制系统与方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种多个无人农机车辆远程集中控制系统与方法。该系统包括远程呈现单元、远程控制单元、人工远程指挥系统、无线图传和数传模块、多个无人农机车辆单元。方法为：在远程呈现单元显示包含待作业的农田地图；人工远程指挥系统选择无人农机车辆作业区域作为上层任务；远程控制单元规划子任务，分配给无人农机车辆单元；无人农机车辆单元接收子任务并自动执行任务；远程呈现单元显示所有无人农机车辆单元在全局地图上的位置状态和局部地图场景；人工远程指挥系统监控现场执行情况，完成指定作业农田后，重复进行下一次作业；若遇到异常情况，则通过远程操作使其回到正常的作业状态。本发明改善了工作环境，提高了工作效率，优化了人力资源。
Description
技术领域
本发明涉及智能车辆远程控制技术领域，特别是一种多个无人农机车辆远程集中控制系统与方法。
背景技术
随着科技的发展，农机车辆成为农业生产的重要装备，被广泛应用于农业生产的各个环节中，如播种、喷药、灌溉、收割等。但是目前国内外现有农机车辆主要采用人工操作的方式，人工操作的农机车辆对操作者的操作水平要求较高，而且恶劣的工作环境有时会影响操作者的健康，造成人力资源的浪费，增加了农业生产的成本；此外，人工操作增加了车的负载。
国内外近年来展开了无人农机车辆的研究，在农业环境导航定位、障碍检测、杂草识别、路径规划、跟踪控制等方面取得了一定的研究成果。但是现有的农业环境自主作业存在局限性：仍然需要人来操作，比如人需要开车到田地；一个人同一时间只能负责一辆农机车辆，造成人力资源的浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多个无人农机车辆远程集中控制系统与方法，以实现资源更加合理的配置，以及使无人农机车辆更加自主的进行农业环境作业。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种多个无人农机车辆远程集中控制系统，包括远程呈现单元、远程控制单元、人工远程指挥系统、无线图传和数传模块、多个无人农机车辆单元；
所述远程呈现单元，用于远程呈现无人农机车辆作业的全局地图，呈现每个车辆的局部地图场景，以及呈现各个无人农机车辆单元的实时位置和状态；
所述远程控制单元，用于接收人工远程指挥系统发布的上层任务，然后规划并分配子任务给无人农机车辆单元执行，以及基于人的操作命令控制现场的一个或多个无人农机车辆单元；
所述人工远程指挥系统，用于发布上层任务、突发事件的应急干预和远程操作；
所述无线图传和数传模块，用于通过无线传输图像和数据；
所述无人农机车辆单元，用于路径跟踪、智能规划、作物行检测、障碍检测和导航定位。
进一步地，所述无线图传和数传模块用于通过无线传输图像和数据，具体包括：视频信息，雷达数据，车辆位置、方向、速度信息，以及任务和命令信息。
进一步地，所述无人农机车辆单元的本体采用模块化体系结构，包括驱动轮模块、从动轮模块、电池模块、车体框架模块。
进一步地，所述无人农机车辆单元的控制系统为车载控制器，通过CAN总线下发对电机的控制指令。
进一步地，所述无人农机车辆单元设置以下传感器：激光雷达、相机、惯性测量单元、GPS，用于采集视频信息、雷达数据，以及车辆位置、方向、速度信息。
一种多个无人农机车辆远程集中控制方法，包括以下步骤：
步骤1、在远程呈现单元显示包含待作业的农田地图；
步骤2、人工远程指挥系统根据远程呈现单元地图，选择无人农机车辆作业区域作为上层任务；
步骤3、远程控制单元根据上层任务规划子任务，分配给无人农机车辆单元；
步骤4、无人农机车辆单元通过无线图传和数传模块接收远程控制单元规划的子任务并自动执行任务；
步骤5、远程呈现单元显示现场实时作业的全局和局部地图；
步骤6、人工远程指挥系统根据远程呈现单元监控现场执行情况，完成指定作业农田后，返回步骤2进行下一次作业；步骤2～6中如果出现异常情况，则执行步骤7；
步骤7、若遇到异常情况，则进行人工远程指挥系统应急干预，将无人农机车辆单元从自动驾驶模式切换到人工操作模式。
进一步地，步骤5所述远程呈现单元显示现场实时作业的全局和局部地图，具体如下：
一方面结合地图和无人农机车辆单元通过无线图传和数传模块发送的实时位置、速度以及状态数据，构建所有无人农机车辆单元在全局地图上的实时位置和状态；另一方面，根据无人农机车辆单元通过无线图传和数传模块发送的图像、激光雷达信息，显示每个车辆的局部地图场景。
进一步地，步骤6所述异常情况，包括根据GPS和惯性测量单元获取的数据显示车轮存在打滑或者被卡住的情况；通过视频图像和激光雷达判断出现障碍的情况。。
进一步地，步骤7所述人工操作模式，具体为：选择出现异常的无人农机车辆单元，根据远程呈现单元的局部地图的视频和状态数据信息，通过远程操作使异常的无人农机车辆单元回到正常的作业。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)基于远程集中式控制，既能发挥每个无人农机车辆单元的自主能力，又能实现一个人管理多台农机车辆；(2)改善了操作人的工作环境，同时提高了工作效率，极大程度地优化了人力资源；(3)无人农机车辆可在人的监视下自主行驶作业，在其遇到困难或需要完成较为复杂的任务时，操作人员可以对其进行远程控制干预，完全不需要在车上增加人的负载，一人可管理多台车辆，节省了人工成本。
附图说明
图1是本发明多个无人农机车辆远程集中控制系统的结构示意图。
图2是本发明多个无人农机车辆远程集中控制系统的各模块功能图。
图3是本发明多个无人农机车辆远程集中控制方法的流程图。
图4是本发明中的无人农机车辆单元组成结构示意图。
具体实施方式
结合图1～2，本发明多个无人农机车辆远程集中控制系统，包括远程呈现单元、远程控制单元、人工远程指挥系统、无线图传和数传模块、多个无人农机车辆单元；
所述远程呈现单元，用于远程呈现无人农机车辆作业的全局地图，呈现每个车辆的局部地图场景，以及呈现各个无人农机车辆单元的实时位置和状态；
所述远程控制单元，用于接收人工远程指挥系统发布的上层任务，然后规划并分配子任务给无人农机车辆单元执行，以及基于人的操作命令控制现场的一个或多个无人农机车辆单元；
所述人工远程指挥系统，用于发布上层任务、突发事件的应急干预和远程操作；
所述无线图传和数传模块，用于通过无线传输图像和数据；
所述无人农机车辆单元，用于路径跟踪、智能规划、作物行检测、障碍检测和导航定位。
作为一种具体示例，所述无线图传和数传模块用于通过无线传输图像和数据，具体包括：视频信息，雷达数据，车辆位置、方向、速度信息，以及任务和命令信息。
作为一种具体示例，所述无人农机车辆单元的本体采用模块化体系结构，包括驱动轮模块6、从动轮模块7、电池模块8、车体框架模块9。
作为一种具体示例，所述无人农机车辆单元的控制系统为车载控制器5，通过CAN总线下发对电机的控制指令。
作为一种具体示例，所述无人农机车辆单元设置以下传感器：激光雷达1、相机2、惯性测量单元3、GPS4，用于采集视频信息、雷达数据，以及车辆位置、方向、速度信息。
结合图3，本发明多个无人农机车辆远程集中控制方法，包括以下步骤：
步骤1、在远程呈现单元显示包含待作业的农田地图；
步骤2、人工远程指挥系统根据远程呈现单元地图，选择无人农机车辆作业区域作为上层任务；
步骤3、远程控制单元根据上层任务规划子任务，分配给无人农机车辆单元；
步骤4、无人农机车辆单元通过无线图传和数传模块接收远程控制单元规划的子任务并自动执行任务；
步骤5、远程呈现单元显示现场实时作业的全局和局部地图；
步骤6、人工远程指挥系统根据远程呈现单元监控现场执行情况，完成指定作业农田后，返回步骤2进行下一次作业；步骤2～6中如果出现异常情况，则执行步骤7；
步骤7、若遇到异常情况，则进行人工远程指挥系统应急干预，将无人农机车辆单元从自动驾驶模式切换到人工操作模式。
作为一种具体示例，步骤5所述远程呈现单元显示现场实时作业的全局和局部地图，具体如下：
一方面结合地图和无人农机车辆单元通过无线图传和数传模块发送的实时位置、速度以及状态数据，构建所有无人农机车辆单元在全局地图上的实时位置和状态；另一方面，根据无人农机车辆单元通过无线图传和数传模块发送的图像、激光雷达信息，显示每个车辆的局部地图场景。
作为一种具体示例，步骤6所述异常情况，包括根据GPS和惯性测量单元获取的数据显示车轮可能存在打滑或者被卡住的情况；通过视频图像和激光雷达判断突然出现障碍(比如另一辆正在执行任务的无人农机车辆单元)的情况等。
作为一种具体示例，步骤7所述人工操作模式，具体为：选择出现异常的无人农机车辆单元，根据远程呈现单元的局部地图的视频和状态数据信息，通过远程操作使异常的无人农机车辆单元回到正常的作业。
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
实施例1
本发明多无人农机车辆远程集中控制系统，结合图1和图2，所述系统包括：
远程呈现单元、远程控制单元、人工远程指挥系统、无线图传和数传模块、多个无人农机车辆单元；
所述远程呈现单元，用于远程呈现无人农机车辆作业的全局地图，呈现每个车辆的局部地图场景，以及呈现各个无人农机车辆单元的实时位置和状态；
所述远程控制单元，用于接收人工远程指挥系统发布的上层任务，然后规划并分配子任务给无人农机车辆单元执行，以及基于人的操作命令控制现场的一个或多个无人农机车辆单元；
所述人工远程指挥系统，用于发布上层任务、突发事件的应急干预和远程操作；
所述无线图传和数传模块，用于通过无线传输图像和数据，包括视频信息，雷达数据，车辆位置、方向、速度信息，以及任务和命令信息；
所述无人农机车辆单元，用于路径跟踪、智能规划、作物行检测、障碍检测和导航定位。
结合图3，本发明多无人农机车辆基于远程呈现的远程集中控制方法为：
步骤1、在远程呈现单元显示包含待作业的农田地图；
步骤2、人工远程指挥系统根据远程呈现单元地图，选择无人农机车辆作业区域作为上层任务；
步骤3、远程控制单元根据上层任务规划子任务，分配给无人农机车辆单元；
步骤4、无人农机车辆单元通过无线图传和数传模块接收远程控制单元规划的子任务并自动执行任务；
步骤5、远程呈现单元显示现场实时作业的全局和局部地图，一方面结合地图和无人农机车辆单元通过无线图传和数传模块发送的实时位置、速度以及状态数据，构建所有无人农机车辆单元在全局地图上的实时位置和状态；另一方面，根据无人农机车辆单元通过无线图传和数传模块发送的图像、激光雷达信息，显示每个车辆的局部地图场景；
步骤6、人工远程指挥系统根据远程呈现单元监控现场执行情况，完成指定作业农田后，重复执行步骤2～步骤6；异常情况下，比如惯性测量单元和GPS数据融合得到车轮发生打滑或被卡住的情况或是通过视频图像和激光雷达判断突然出现障碍车辆单元来不及自主处理的情况，则执行步骤7；
步骤7、若遇到异常情况，则进行人工远程指挥系统应急干预，将无人农机车辆单元从自动驾驶模式切换到人工操作模式；人工操作模式为：选择出现异常的无人农机车辆单元，根据其远程呈现单元的局部地图的视频和状态数据信息，给出解决措施，通过远程操作使异常的无人农机车辆单元回到正常的作业。
本发明实施例的无人农机车辆单元包括车辆本体、控制系统和传感器，结构见图4。
本发明实施例的无人农机车辆单元的传感器主要有：激光雷达1，相机2，惯性测量单元(IMU)3，全球定位系统(GPS)4。
本发明实施例的无人农机车辆单元的控制系统为车载控制器5，对电机的控制指令通过CAN总线下达。
本发明实施例的无人农机车辆单元本体采用模块化体系结构，由驱动轮模块6，从动轮模块7，电池模块8，车体框架模块9组成。由于车辆本体模块化，车辆容易进行扩展改装，如四轮驱动四轮转向平台，车体框架采用铝型材，易于调节改变车辆宽度、高度以适应不同农业作业环境，可搭载不同的执行单元执行不同的任务，如喷药，施肥，采摘。
本发明实施例的方法和系统基于远程集中式控制，即发挥每个无人农机车辆单元的自主能力，又能实现一个人远程管理多台农机车辆，提升了人的工作环境，同时提高了工作效率，极大程度地优化了农业人力资源。
Claims (9)
1.一种多个无人农机车辆远程集中控制系统，其特征在于，包括远程呈现单元、远程控制单元、人工远程指挥系统、无线图传和数传模块、多个无人农机车辆单元；
所述远程呈现单元，用于远程呈现无人农机车辆作业的全局地图，呈现每个车辆的局部地图场景，以及呈现各个无人农机车辆单元的实时位置和状态；
所述远程控制单元，用于接收人工远程指挥系统发布的上层任务，然后规划并分配子任务给无人农机车辆单元执行，以及基于人的操作命令控制现场的一个或多个无人农机车辆单元；
所述人工远程指挥系统，用于发布上层任务、突发事件的应急干预和远程操作；
所述无线图传和数传模块，用于通过无线传输图像和数据；
所述无人农机车辆单元，用于路径跟踪、智能规划、作物行检测、障碍检测和导航定位。
2.根据权利要求1所述的多个无人农机车辆远程集中控制系统，其特征在于，所述无线图传和数传模块用于通过无线传输图像和数据，具体包括：视频信息，雷达数据，车辆位置、方向、速度信息，以及任务和命令信息。
3.根据权利要求1所述的多个无人农机车辆远程集中控制系统，其特征在于，所述无人农机车辆单元的本体采用模块化体系结构，包括驱动轮模块(6)、从动轮模块(7)、电池模块(8)、车体框架模块(9)。
4.根据权利要求1所述的多个无人农机车辆远程集中控制系统，其特征在于，所述无人农机车辆单元的控制系统为车载控制器(5)，通过CAN总线下发对电机的控制指令。
5.根据权利要求1所述的多个无人农机车辆远程集中控制系统，其特征在于，所述无人农机车辆单元设置以下传感器：激光雷达(1)、相机(2)、惯性测量单元(3)、GPS(4)，用于采集视频信息、雷达数据，以及车辆位置、方向、速度信息。
6.一种多个无人农机车辆远程集中控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在远程呈现单元显示包含待作业的农田地图；
步骤2、人工远程指挥系统根据远程呈现单元地图，选择无人农机车辆作业区域作为上层任务；
步骤3、远程控制单元根据上层任务规划子任务，分配给无人农机车辆单元；
步骤4、无人农机车辆单元通过无线图传和数传模块接收远程控制单元规划的子任务并自动执行任务；
步骤5、远程呈现单元显示现场实时作业的全局和局部地图；
步骤6、人工远程指挥系统根据远程呈现单元监控现场执行情况，完成指定作业农田后，返回步骤2进行下一次作业；步骤2～6中如果出现异常情况，则执行步骤7；
步骤7、若遇到异常情况，则进行人工远程指挥系统应急干预，将无人农机车辆单元从自动驾驶模式切换到人工操作模式。
7.根据权利要求6所述的多个无人农机车辆远程集中控制方法，其特征在于，步骤5所述远程呈现单元显示现场实时作业的全局和局部地图，具体如下：
一方面结合地图和无人农机车辆单元通过无线图传和数传模块发送的实时位置、速度以及状态数据，构建所有无人农机车辆单元在全局地图上的实时位置和状态；另一方面，根据无人农机车辆单元通过无线图传和数传模块发送的图像、激光雷达信息，显示每个车辆的局部地图场景。
8.根据权利要求6所述的多个无人农机车辆远程集中控制方法，其特征在于，步骤6所述异常情况，包括根据GPS和惯性测量单元获取的数据显示车轮存在打滑或者被卡住的情况；通过视频图像和激光雷达判断出现障碍的情况。
9.根据权利要求6所述的多个无人农机车辆远程集中控制方法，其特征在于，步骤7所述人工操作模式，具体为：选择出现异常的无人农机车辆单元，根据远程呈现单元的局部地图的视频和状态数据信息，通过远程操作使异常的无人农机车辆单元回到正常的作业。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190122 |