CN109828589A - 模块化农用机械平台及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模块化农用机械平台及控制方法；基础平台包括车体骨架、行走机构和能源管理系统；行走驱动总成包括连接车体骨架上的车桥、伺服轮毂电机和轮胎；伺服轮毂电机控制行走驱动总成实现行进动作以及转向动作；自动控制系统按照预设GPS路径对基础平台上的行走驱动总成进行控制，并实时获取当前GPS位置信息以及障碍物信息；判定如果检测到遇到障碍物，则通过控制行走驱动总成实现转向动作，待检测到规避障碍物后按预设GPS路径继续控制行走驱动总成执行行进动作。上述平台其主体结构全部采用模块化设计，可适用多种作业模块进行设备搭建，同时其自动控制程度更高，在经常有障碍物农田环境下仍然能够保证正常的自主农业作业。

Description

模块化农用机械平台及控制方法

技术领域

本发明涉及农用自动化技术领域，尤其是涉及一种模块化农用机械平台及控制方法。

背景技术

随着科技的进步，自动化程度日益提高，涉及农业领域的机器人智能化程度也在不断提高。农业机器人属于机器人范畴，是融合检测传感技术、自动控制技术、信息处理技术、伺服驱动技术、计算机技术和精密机械技术等多种技术于一体的交叉学科。

农业机器人利于改善农业生产模式，缓解劳动力压力，对发展农业，提高农业生产效率，推进农业科技创新具有重要意义。根据作业工种不同，农业机器人又可分为锄草机器人、施药施肥机器人、釆摘机器人等，每一种机器人都有各自的特点和任务要求。

现在研究人员发现，上述各类机器人都是单独的作业平台，产品兼容性以及结构可替换性较差，归根结底各类机器人都无法被兼容在一个共享机械平台上使用，这样就极大地限制了农业机器人的推广和功能；另外，上述传统农业机器人在执行农业作业操作时，面对极端恶劣的农田环境往往无法实现规避等动作，从而无法实现自主的安全生产作业。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种模块化农用机械平台及控制方法，其结构模块化，控制智能化，是一种满足多种功能的模块化农业机器人平台，同时其能够在一些极端恶劣的农田环境实现自主作业，显著提高了农业生产效率。

第一方面，本发明实施例提供了一种模块化农用机械平台，包括可搭载作业模块(即前置作业装置)的基础平台和自动控制系统；

其中，所述基础平台包括车体骨架、行走机构和能源管理系统；所述能源管理系统用于给所述行走机构提供动力；所述行走机构包括分别安装在所述车体骨架的前、后端的行走驱动总成；每个所述行走驱动总成包括连接在所述车体骨架上的车桥，以及分别设置在所述车桥的两端的伺服轮毂电机和轮胎；所述伺服轮毂电机与所述轮胎转动配合；所述伺服轮毂电机用于控制所述行走驱动总成实现行进动作以及转向动作；

所述自动控制系统用于按照预设GPS路径对所述基础平台上的行走驱动总成进行行进动作控制，并实时获取当前GPS位置信息以及实时获取周围障碍物信息；所述自动控制系统还用于根据当前GPS位置信息以及周围障碍物信息进行综合分析判断，判定如果检测到遇到障碍物，则通过控制行走驱动总成实现转向动作，待检测到规避障碍物后按预设GPS路径继续控制行走驱动总成执行行进动作。

优选的，作为一种可实施方案；每个所述行走驱动总成还包括分别位于所述车桥的两端设置的两组扭力避震机构；所述伺服轮毂电机对应设置在所述扭力避震机构上。

优选的，作为一种可实施方案；所述车体骨架包括围成矩形形状的车体骨架和连接在车体骨架的前、后两端的连接架；且所述行走驱动总成分别固定连接在所述车体骨架的前、后两端的连接架上。

优选的，作为一种可实施方案；所述车体骨架包括两个对侧设置的拱形形状的侧边架和两个对侧设置的端边架；两个所述侧边架和两个所述端边架均沿竖向设置并合围成矩形形状。

优选的，作为一种可实施方案；所述连接架沿着水平方向连接在所述端边架上；且所述连接架与所述端边架之间设置有加强筋。

优选的，作为一种可实施方案；所述侧边架上还设置有用于散热的通孔。

优选的，作为一种可实施方案；还包括所述模块化组件；所述模块化组件包括增程动力模块、作业模块；所述作业模块可拆卸连接在所述基础平台的前部，且所述增程动力模块可拆卸连接在所述基础平台的尾部；所述作业模块包括作业驱动电机；所述作业驱动电机用于驱动作业模块实现相应农业作业；所述增程动力模块包括发电机；所述发电机用于发电并向所述能源管理系统发电供电。

优选的，作为一种可实施方案；所述能源管理系统包括能量电池和电源管理模块；所述电源管理模块与所述能量电池电连接，且所述能量电池还分别与所述伺服轮毂电机以及所述作业驱动电机电连接。

优选的，作为一种可实施方案；所述自动控制系统包括工控机和激光雷达；且所述工控机包括控制板以及与控制板连接的伺服电机驱动器、GPS接收机和雷达信息采集卡；

其中，所述激光雷达用于对障碍物进行检测，并将障碍物信息通过雷达采集卡发送给控制板；所述GPS接收机用于将当前所述基础平台的GPS位置信息通过CAN总线上传给所述控制板；所述伺服电机驱动器与所述行走驱动总成上的伺服轮毂电机以及作业模块上的作业驱动电机电连接；

所述控制板用于将得到的障碍物信息与GPS位置信息综合分析后，通过所述伺服电机驱动器向行走驱动总成的伺服轮毂电机发送相应的PWM脉冲信号，进而通过伺服轮毂电机实现行进转向动作控制。

所述控制板还用于将通过所述伺服电机驱动器向作业模块的作业驱动电机发送相应的PWM脉冲信号，进而通过作业驱动电机实现农业作业动作控制。

第二方面，本发明实施例还一种模块化农用机械平台控制方法，应用上述模块化农用机械平台实现自主作业操作，包括如下控制步骤：

自动控制系统按照预设GPS路径对所述基础平台上的行走驱动总成进行行进动作控制，并实时获取当前GPS位置信息以及实时获取周围障碍物信息；

自动控制系统根据当前GPS位置信息以及周围障碍物信息进行综合分析判断，判定如果检测到遇到障碍物，则通过控制行走驱动总成实现转向动作，待检测到规避障碍物后按预设GPS路径继续控制行走驱动总成执行行进动作。

优选的，作为一种可实施方案；所述实时获取当前GPS位置信息以及实时获取周围障碍物信息，具体包括如下操作步骤：

激光雷达对障碍物进行检测，并将障碍物信息通过雷达采集卡发送给控制板；

GPS接收机将当前所述基础平台的GPS位置信息通过CAN总线上传给所述控制板。

优选的，作为一种可实施方案；所述自动控制系统通过控制行走驱动总成实现转向动作，具体包括如下操作步骤：

控制板将得到的障碍物信息与GPS位置信息综合分析后，通过所述伺服电机驱动器向行走驱动总成的伺服轮毂电机发送相应的PWM脉冲信号，进而通过伺服轮毂电机实现行进转向动作控制。

优选的，作为一种可实施方案；在执行所述自动控制系统根据当前GPS位置信息以及周围障碍物信息进行综合分析判断，判定如果检测到遇到障碍物，则通过控制行走驱动总成实现转向动作，待检测到规避障碍物后按预设GPS路径继续控制行走驱动总成执行行进动作步骤，同时还包括如下操作步骤：

控制板将通过所述伺服电机驱动器向作业模块的作业驱动电机发送相应的PWM脉冲信号，进而通过作业驱动电机实现农业作业动作控制。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的一种模块化农用机械平台及控制方法；

一方面，本发明实施例提供了一种模块化农用机械平台，包括可搭载作业模块的基础平台和自动控制系统；其中，基础平台则主要由车体骨架、行走机构和能源管理系统等构成；能源管理系统用于给行走机构提供动力；每个行走驱动总成包括连接车体骨架上的车桥和分别位于车桥两端设置的伺服轮毂电机，与伺服轮毂电机相连的轮胎；伺服轮毂电机与轮胎转动配合；伺服轮毂电机用于控制行走驱动总成实现行进动作以及转向动作。

上述模块化农用机械平台，其采用了模块化的结构设计，利用该基础平台可以实现转向行进，同时该基础平台可以搭载和可拆卸连接不同的作业模块，从而模块化农用机械平台得到更为广泛的应用。不仅如此，其基础平台内部的车体骨架，行走机构以及能源管理系统等均采用模块化设计，共同架构形成了上述基础平台的主体，其兼具行走，控制以及能源供给等多种功能，实现功能更全面，因此其集成化程度更好，保证了模块化的平台运转更可靠，且各个模块之间容易替换；基于该模块化农用机械平台可以打造和搭载不同的农业设备，可以实现不同的农业作业。

同时，上述基础平台配合自动控制系统，可以实现基础平台的预设路径自动控制行进，实现障碍物自动检测和规避，最终自主完成农业作业操作。因此说，即便是面对极端环境(特指极端地形)也可以实现障碍物的自主规避，并最终自主完成农业作业的操作。

另一方面，本发明实施例还提供了模块化农用机械平台控制方法，其主要包括如下操作步骤：自动控制系统按照预设GPS路径对基础平台上的行走驱动总成进行行进动作控制，并实时获取当前GPS位置信息以及实时获取周围障碍物信息；自动控制系统根据当前GPS位置信息以及周围障碍物信息进行综合分析判断，判定如果检测到遇到障碍物，则通过控制行走驱动总成实现转向动作，待检测到规避障碍物后按预设GPS路径继续控制行走驱动总成执行行进动作。基于同样的理由分析可知，上述模块化农用机械平台控制方法，即便是面对极端地形，其也可以实现障碍物自动检测和规避，最终自主完成农业作业操作。因此说，上述模块化农用机械平台控制方法，控制智能化，在经常有障碍物农田环境下仍然能够保证正常自主农业作业，保障了农业生产效率。

为使本发明实施例公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的模块化农用机器人平台的整体配置示意图；

图2为图1的本发明实施例一提供的模块化农用机器人平台的爆炸结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的模块化农用机器人平台的主要结构示意图；

图4为图3本发明实施例一提供的模块化农用机器人平台的局部结构示意图；

图5为本发明实施例一提供的一种模块化农用机械平台中的行走驱动总成示意图；

图6为本发明实施例一提供的一种模块化农用机械平台中增程动力模块示意图；

图7为本发明实施例一提供的一种模块化农用机械平台中增程动力模块示意图；

图8为本发明实施例一提供的一种模块化农用机械平台中增程动力模块示意图；

图9为本发明实施例一提供的一种模块化农用机械平台中增程动力模块示意图；

图10为本发明实施例一提供的一种模块化农用机械平台中自动控制系统示意图；

图11为本发明实施例二提供的模块化农用机械平台控制方法的控制流程图。

图标：基础平台1；模块化组件2；激光雷达3；车体骨架4；能源管理系统5；能量电池51；电源管理模块52；电气架6；自动控制系统7；连接架8；行走机构9；扭力避震机构10；摆臂11；伺服轮毂电机12；轮胎13；发电机14；承载架15；行走驱动总成16；作业驱动电机17；增程动力模块21；作业模块22；工控机71；GPS接收机72；雷达信息采集卡73；串口74；外管101；芯管102；橡胶棒103。

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，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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。

实施例一：

如图1、图2、图3以及图4所示，为本发明实施例提供的一种模块化农用机械平台的结构示意图，由图可见，该平台包括可搭载作业模块(即前置作业装置)的基础平台1和自动控制系统7；

其中，基础平台1包括车体骨架4、行走机构9和能源管理系统5；能源管理系统5用于给行走机构提供动力；行走机构9包括分别安装在车体骨架4的前、后端的行走驱动总成16；每个所述行走驱动总成16包括连接在所述车体骨架4上的车桥，以及分别设置在所述车桥的两端的伺服轮毂电机12和轮胎；伺服轮毂电机12与轮胎转动配合；伺服轮毂电机12用于控制行走驱动总成16实现行进动作以及转向动作；

自动控制系统7用于按照预设GPS路径对基础平台1上的行走驱动总成16进行行进动作控制，并实时获取当前GPS位置信息以及实时获取周围障碍物信息；自动控制系统7还用于根据当前GPS位置信息以及周围障碍物信息进行综合分析判断，判定如果检测到遇到障碍物，则通过控制行走驱动总成16实现转向动作，待检测到规避障碍物后按预设GPS路径继续控制行走驱动总成16执行行进动作。

需要说明的是，上述自动控制系统7需要根据当前GPS位置信息以及周围障碍物信息进行综合分析判断，其主要场景有以下几种；其中一种是：判定如果在预设GPS路径中的当前GPS位置处，没有检测到障碍物，则按照预设的GPS路径继续控制行走驱动总成16行进；另外一种是：判定如果检测到遇到障碍物，则通过控制行走驱动总成16实现转向动作，待检测到规避障碍物后按预设GPS路径继续控制行走驱动总成16执行行进动作。第三种场景是：自动控制系统7判定如果发现障碍物距离小于转向规避最小距离阈值，则判定模块化农用机械平台无法通过转向避让，停止行动并倒退至可转向规避距离，再执行避让功能，即按照预设的GPS路径进行行走驱动总成控制。

分析本发明实施例提供的一种模块化农用机械平台的主要技术方案可知：上述模块化农用机械平台，其采用了模块化的结构设计，利用该基础平台可以实现转向行进，同时该基础平台可以搭载和可拆卸连接不同的作业模块，从而模块化农用机械平台得到更为广泛的应用。不仅如此，其基础平台内部的车体骨架，行走机构以及能源管理系统等均采用模块化设计，共同架构形成了上述基础平台的主体，其兼具行走，控制以及能源供给等多种功能，实现功能更全面，因此其集成化程度更好，保证了模块化的平台运转更可靠，且各个模块之间容易替换；基于该模块化农用机械平台可以打造和搭载不同的农业设备，可以实现不同的农业作业。

同时，上述基础平台配合自动控制系统，可以实现基础平台的预设路径自动控制行进，实现障碍物自动检测和规避，最终自主完成农业作业操作。因此说，即便是面对极端环境(特指极端地形)也可以实现障碍物的自主规避，并最终自主完成农业作业的操作。

在其中一种实施方式中，每个行走驱动总成16还包括分别位于车桥的两端设置的两组扭力避震机构10；伺服轮毂电机12对应设置在所述扭力避震机构10上。在上述实施例方案中，上述行走驱动总成16主要是两个，分别被安装基础平台的前、后两端处；同时每个行走驱动总成16都设计有车桥，位于车桥的两端处又安装有两组扭力避震机构10；每一组扭力避震机构10都与一个伺服轮毂电机对应，上述扭力避震机构10都可以针对车桥的一端扭力避震机构安装处实施减震作用；上述扭力避震机构，具有结构简单布局合理，减震作用显著，可有效适用于各种地形减震的技术特点。

需要进一步说明的是，平台在路面行驶过程中，由于路面的不平，导致没有良好的行驶平顺性。瞬间冲击力会影响平台的使用寿命。为了减轻和缓和路面的冲击，车架和车桥间的连接装置，如悬架，必须装有弹性元件，使车桥和车架之间作弹性联接；弹性元件能将路面通过车轮传来的冲击迅速衰减。传统的弹性元件，大多为钢板弹簧，是由若干等宽但不等长的合金弹簧片组合而成。但是传统这种结构形式复杂，成本高；同时，减振器和压缩弹簧的减振效果也有些不足处，存在有泄漏，自阻尼衰减慢，使用寿命短等问题；因此说上述传统弹性元件不适合安装在本发明实施例中的模块化农用机械平台上。

经过研究分析，本发明实施例优选使用扭力避震机构10作为弹性元件，能很好地衰减路面对车辆的冲击，保证车辆的行驶平顺性。

如图7，图8以及图9所示，扭力避震机构10是这样实现的，它包括外管101、芯管102、橡胶棒103和摆臂11；其中，外管101是一方形截面管，芯管102是一截面为异形的空心管；芯管内置于外管中；起始状态时，芯管的表面与外管的内表面成一定角度；外管101与芯管102的轴向中心重合，外管的内壁和芯管的表面之间形成三个缓冲空间，所述三个缓冲空间内分别压入一根橡胶棒103(因此共计使用三个橡胶棒103)。芯管102的一端在外管的管口之外，该端与摆臂11一端连接。通过摆臂11绕芯管102的轴线的上下转动，带动芯管102绕自身轴线转动，芯管挤压橡胶棒103，迫使橡胶棒103在三个缓冲空间内运动，橡胶棒的截面形状也随空间形状变化而变化。路面的冲击经车轮传至橡胶棒时，冲击能量将转化为橡胶棒的弹性变形所形成的弹性势能而储存在橡胶棒内，路面冲击消失后，橡胶棒的弹性势能释放将使车辆恢复到一种平衡状态。不同的路面状况，形成不同的冲击对应摆臂的不同转角，和橡胶棒的不同变形。车辆在各种路面上，通过控制摆臂的行程，在与地面垂直的方向，外管的高度基本不变，保证行驶平顺。另外为了更好的节省制造成本以及更好地实现模块化生产，可以将两组扭力避震机构共用一个外管，其还可以利用该外管充当车桥来使用(如图5所示)。

在其中一种实施方式中，车体骨架4包括围成矩形形状的车体骨架和连接在车体骨架的前、后两端的连接架；且行走驱动总成16分别固定连接在车体骨架4的前、后两端的连接架上。在上述实施例方案中，上述车体骨架4主要由车体骨架以及连接架构成；该车体骨架为矩形形状，且连接架则安装在车体骨架4的前后两端；该行走驱动总成16承担着行进以及行进作用，是独立运行的结构装置，为了保证其与车体骨架4的独立模块设计，该行走驱动总成16不能直接焊接或是固定连接在车体骨架4上，其可以通过连接架间接安装在车体骨架4上，从而保证车体骨架4以及行走驱动总成16之间的模块化以及装置之间的独立性。

在其中一种实施方式中，车体骨架包括两个对侧设置的拱形形状的侧边架和两个对侧设置的端边架；两个侧边架和两个端边架均沿竖向设置并合围成矩形形状。

需要说明的是，在上述实施例方案中，该车体骨架4主要由两个对侧设置的拱形形状的侧边架和两个对侧设置的端边架构成；其车体骨架4可竖向合围成矩形形状，该形状具有结构简单，结构稳定性好；同时上述车体骨架中的侧边架其长度较长，需要承担主要的载荷作用，因此在该具体实施方式中，该侧边架可特定设计成拱形形状，进而可进一步增强车体骨架的抗载荷性能，保证基础平台的结构可靠性。上述车体骨架采用高强度，质量轻的一体车架，使整个平台具有质量较小，强度高的特点。

在其中一种实施方式中，连接架沿着水平方向连接在端边架上；且连接架与端边架之间设置有加强筋。在上述实施例方案中，上述连接架是连接行走驱动总成16与车体骨架4之间的主要结构，上述连接架可沿着水平方向连接在端边架上；然而，上述连接架也需要承载较大的载荷作用，因此为了保证连接架的抗变形性能，保证其结构强度更可靠，优选在其连接架的表面上设计加强筋，且该加强筋可沿着连接架的长度方向延伸设置。

在其中一种实施方式中，侧边架上还设置有用于散热的通孔。在上述实施例方案中，上述车体骨架4的内部搭载了能源管理系统5，该能源管理系统5是以电池等能源输出为主要结构的电气设备，因此其在工作过程中可能会导致发热，因此搭载能源管理系统5的车体骨架4需要设计相应的用于散热的通孔(即散热孔)，在优选的方案中，该散热孔可设置在拱形形状的侧边架表面上。

优选的，作为一种可实施方案；能源管理系统5包括能量电池51和电源管理模块52；电源管理模块52与能量电池51电连接，且能量电池51还分别与伺服轮毂电机12以及作业驱动电机17电连接。在上述实施例方案中，能源管理系统5主要由能量电池51和电源管理模块52等机构构成；上述增程动力模块不限于通过发电机发电、电池为能量管理系统补充能源形式；该电源管理模块52是一种电源输出控制部分可以对能量电池的输出进行管控；同时该能量电池51还分别与伺服轮毂电机12以及作业驱动电机17电连接，该能量电池51可以对伺服轮毂电机以及作业驱动电机等驱动电机实现电力供给。同时上述能量电池并不限于动力锂电池、铅酸电池等。

在其中一种实施方式中，上述模块化农用机械平台还包括模块化组件2；模块化组件2包括增程动力模块21、作业模块22(即前置作业装置)；作业模块可拆卸连接在基础平台1的前部，且增程动力模块可拆卸连接在基础平台1的尾部；作业模块22包括用于实现作业模块实现相应农业作业的作业驱动电机17；增程动力模块包括发电机14；增程动力模块用于供给能源管理系统5提供电能。

在上述实施例方案中，上述模块化组件2主要由增程动力模块、作业模块(即前置作业装置)等结构构成；上述模块化农用机器人平台最大的特点在于平台本身完全模块化设计，模块化组件可拆卸更换，为多种农业作业提供可能性，更适应各类农田作业环境要求。该作业模块可拆卸连接在基础平台1的前部，且增程动力模块可拆卸连接在基础平台1的尾部；该作业模块可以是前置的割草作业设备，或是打捆作业设备或是其他农业作业设备(上述作业模块并不限于割草、喷淋、采摘、收割等农业作业装置)；不同的农业作业设备实现的具体功能不同，相同的是其均有作业驱动电机实现驱动控制；另外，增程动力模块则可以由发电机构成的电力续程设备，也可以由备用蓄电池发电的电力续程设备，该增程动力模块主要是供给能源管理系统5提供更多的电能，进一步增强农用机械平台的电力总能量，提供平台的作业能力以及作业量，保证长时间持续运行。增程动力模块本身采用模块化结构设计，同时其安装端采用了承载架15的结构设计，通过承载架15可以将其与基础平台1实现可拆卸连接(另参见图6)。

在其中一种实施方式中，位于车体骨架4上还设置有电气架6；电气架6用于安装自动控制系统7。

如图10所示的控制原理可知，上述自动控制系统7包括工控机71和激光雷达3；且工控机包括控制板(图中未示出)以及与控制板连接的伺服电机驱动器、GPS接收机72和雷达信息采集卡73；

其中，激光雷达3用于对障碍物进行检测，并将障碍物信息通过雷达采集卡发送给控制板；GPS接收机72用于将当前基础平台1的GPS位置信息通过CAN总线上传给控制板；伺服电机驱动器与行走驱动总成16上的伺服轮毂电机12以及作业模块上的作业驱动电机电连接；

控制板用于将得到的障碍物信息与GPS位置信息综合分析后，通过伺服电机驱动器向行走驱动总成16的伺服轮毂电机12发送相应的PWM脉冲信号，进而通过伺服轮毂电机12实现行进转向动作控制。

控制板还用于将通过伺服电机驱动器向作业模块的作业驱动电机发送相应的PWM脉冲信号，进而通过作业驱动电机实现农业作业动作控制。

需要说明的是，在上述实施例方案中，该自动控制系统7包括工控机和激光雷达；同时该工控机则主要由控制板(即以stm32F103zet6为核心的控制板)以及与控制板连接的伺服电机驱动器、GPS接收机和雷达信息采集卡等构成；控制板其充分满足信息处理容量大，速度快，可满足多任务并行的要求，可为农业机器人移动平台的智能化提供了更多可能性。激光雷达是利用雷达技术实现障碍物检测和识别的设备；同时利用雷达采集卡与控制板(即含有控制器或芯片的主板)实现通信；另外，GPS接收机是实现平台GPS位置检测的设备，利用GPS接收机可以实时获取平台的GPS位置信息；且该GPS接收机通过串口74方式与控制板实现通信。上述控制板是核心控制部分，其最终可实现平台的行进转向以及作业的驱动控制；

在具体技术方案中，控制板通过伺服电机驱动器向行走驱动总成16的伺服轮毂电机12发送相应的PWM脉冲信号，进而通过伺服轮毂电机12实现行进转向动作控制。另外该控制板还可将通过伺服电机驱动器向作业模块的作业驱动电机发送相应的PWM脉冲信号，进而通过作业驱动电机实现农业作业动作控制。

该模块化农用机械平台，其采用了模块化设计，根据实际作业情况可安装增程动力模块；前置的作业模块丰富，可根据实际作业要求更换，适应多种作业任务；上述模块化农用机械平台，其大量采用了伺服轮毂电机和作业驱动电机驱动，闭环控制，精度高；拥有GPS装置和激光雷达等多种传感器，保证设备路径最有与安全性；全程在自动控制系统下自主作业，降低劳动力，提升生效率。

如图11所示，本发明实施例二还一种模块化农用机械平台控制方法，该方法应用于上述实施例一及其可能的实施方式之一提供的模块化农用机械平台，包括如下控制步骤：

步骤S100：自动控制系统7按照预设GPS路径对基础平台1上的行走驱动总成16进行行进动作控制，并实时获取当前GPS位置信息以及实时获取周围障碍物信息；

步骤S200：自动控制系统7根据当前GPS位置信息以及周围障碍物信息进行综合分析判断，判定如果检测到遇到障碍物，则通过控制行走驱动总成16实现转向动作，待检测到规避障碍物后按预设GPS路径继续控制行走驱动总成16执行行进动作。

优选的，作为一种可实施方案；自动控制系统7实时获取当前GPS位置信息以及实时获取周围障碍物信息，具体包括如下步骤：

步骤S110：激光雷达对障碍物进行检测，并将障碍物信息通过雷达采集卡发送给控制板；

步骤S120：GPS接收机将当前基础平台1的GPS位置信息通过CAN总线上传给控制板；

优选的，作为一种可实施方案；自动控制系统7通过控制行走驱动总成16实现转向动作，具体包括如下操作步骤：

步骤S210：控制板将得到的障碍物信息与GPS位置信息综合分析后，通过伺服电机驱动器向行走驱动总成16的伺服轮毂电机12发送相应的PWM脉冲信号，进而通过伺服轮毂电机12实现行进转向动作控制。

优选的，作为一种可实施方案；在步骤S200之后，同时还包括如下操作步骤：

步骤S220：控制板将通过伺服电机驱动器向作业模块的作业驱动电机发送相应的PWM脉冲信号，进而通过作业驱动电机实现农业作业动作控制。

需要说明的是，通过GPS接收机对当前位置进行检测，并将障碍物信息传送给工控机；工控机实时获取当前位置信息(即GPS位置信息)；通过激光雷达对障碍物进行检测，上述激光雷达检测可针对农田里面的行人、车辆及其他具有明显高度特征的障碍物等，激光雷达是主要的障碍物检测手段，并将障碍物信息传送给工控机；工控机实时获取当前障碍物信息(即雷达坐标信息)；另外，通过雷达坐标系与车体定位坐标系的标定，形成基于雷达检测的车体局部坐标系二维感知栅格地图；并利用高度测量及邻近激光点云的梯度分析，实现障碍物检测。同时利用多帧数据融合与上下文关联分析，提高障碍物检测的准确率。

最终，上述工控机根据综合分析的结果，通过各伺服电机对应的伺服驱动器分别向行走驱动总成和作业模块上搭载的各个伺服电机发送不同的PWM脉冲信号，最终实现控制行进、转向动作以及控制农业作业动作。

本发明实施例提供的模块化农用机械平台控制方法，与上述实施例提供的模块化农用机械平台具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种模块化农用机械平台，其特征在于，包括可搭载作业模块的基础平台和自动控制系统；

其中，所述基础平台包括车体骨架、行走机构和能源管理系统；所述能源管理系统用于给所述行走机构提供动力；所述行走机构包括分别安装在所述车体骨架的前、后端的行走驱动总成；每个所述行走驱动总成包括连接在所述车体骨架上的车桥，以及分别设置在所述车桥的两端的伺服轮毂电机和轮胎；所述伺服轮毂电机与所述轮胎转动配合；所述伺服轮毂电机用于控制所述行走驱动总成实现行进动作以及转向动作；

所述自动控制系统用于按照预设GPS路径对所述基础平台上的行走驱动总成进行行进动作控制，并实时获取当前GPS位置信息以及实时获取周围障碍物信息；所述自动控制系统还用于根据当前GPS位置信息以及周围障碍物信息进行综合分析判断，判定如果检测到遇到障碍物，则通过控制行走驱动总成实现转向动作，待检测到规避障碍物后按预设GPS路径继续控制行走驱动总成执行行进动作。

2.根据权利要求1所述的模块化农用机械平台，其特征在于，每个所述行走驱动总成还包括分别位于所述车桥的两端的两组扭力避震机构；所述伺服轮毂电机对应设置在所述扭力避震机构上。

3.根据权利要求1所述的模块化农用机械平台，其特征在于，所述车体骨架包括围成矩形形状的车体骨架和连接在车体骨架的前、后两端的连接架；且所述行走驱动总成分别固定连接在所述车体骨架的前、后两端的连接架上。

4.根据权利要求3所述的模块化农用机械平台，其特征在于，所述车体骨架包括两个对侧设置的拱形形状的侧边架和两个对侧设置的端边架；两个所述侧边架和两个所述端边架均沿竖向设置并合围成矩形形状。

5.根据权利要求4所述的模块化农用机械平台，其特征在于，所述连接架沿着水平方向连接在所述端边架上；且所述连接架与所述端边架之间设置有加强筋。

6.根据权利要求4所述的模块化农用机械平台，其特征在于，所述侧边架上还设置有用于散热的通孔。

7.根据权利要求1所述的模块化农用机械平台，其特征在于，还包括模块化组件；所述模块化组件包括增程动力模块、作业模块；所述作业模块可拆卸连接在所述基础平台的前部，且所述增程动力模块可拆卸连接在所述基础平台的尾部；所述作业模块包括作业驱动电机；所述作业驱动电机用于驱动作业模块实现相应农业作业；所述增程动力模块包括发电机；所述发电机用于发电并向所述能源管理系统发电供电。

8.根据权利要求7所述的模块化农用机械平台，其特征在于，所述能源管理系统包括能量电池和电源管理模块；所述电源管理模块与所述能量电池电连接，且所述能量电池还分别与所述伺服轮毂电机以及所述作业驱动电机电连接。

9.根据权利要求1所述的模块化农用机械平台，其特征在于，所述自动控制系统包括工控机和激光雷达；且所述工控机包括控制板以及与控制板连接的伺服电机驱动器、GPS接收机和雷达信息采集卡；

其中，所述激光雷达用于对障碍物进行检测，并将障碍物信息通过雷达采集卡发送给控制板；所述GPS接收机用于将当前所述基础平台的GPS位置信息通过CAN总线上传给所述控制板；所述伺服电机驱动器与所述行走驱动总成上的伺服轮毂电机以及作业模块上的作业驱动电机电连接；

所述控制板用于将得到的障碍物信息与GPS位置信息综合分析后，通过所述伺服电机驱动器向行走驱动总成的伺服轮毂电机发送相应的PWM脉冲信号，进而通过伺服轮毂电机实现行进转向动作控制；

所述控制板还用于将通过所述伺服电机驱动器向作业模块的作业驱动电机发送相应的PWM脉冲信号，进而通过作业驱动电机实现农业作业动作控制。

10.一种模块化农用机械平台控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-9任一项所述的模块化农用机械平台实现自主作业操作，包括如下控制步骤：

自动控制系统按照预设GPS路径对所述基础平台上的行走驱动总成进行行进动作控制，并实时获取当前GPS位置信息以及实时获取周围障碍物信息；

自动控制系统根据当前GPS位置信息以及周围障碍物信息进行综合分析判断，判定如果检测到遇到障碍物，则通过控制行走驱动总成实现转向动作，待检测到规避障碍物后按预设GPS路径继续控制行走驱动总成执行行进动作。

11.根据权利要求10所述的模块化农用机械平台控制方法，其特征在于，所述实时获取当前GPS位置信息以及实时获取周围障碍物信息，具体包括如下操作步骤：

激光雷达对障碍物进行检测，并将障碍物信息通过雷达采集卡发送给控制板；

GPS接收机将当前所述基础平台的GPS位置信息通过CAN总线上传给所述控制板。

12.根据权利要求10所述的模块化农用机械平台控制方法，其特征在于，所述自动控制系统通过控制行走驱动总成实现转向动作，具体包括如下操作步骤：

控制板将得到的障碍物信息与GPS位置信息综合分析后，通过所述伺服电机驱动器向行走驱动总成的伺服轮毂电机发送相应的PWM脉冲信号，进而通过伺服轮毂电机实现行进转向动作控制。

13.根据权利要求10所述的模块化农用机械平台控制方法，其特征在于，在执行所述自动控制系统根据当前GPS位置信息以及周围障碍物信息进行综合分析判断，判定如果检测到遇到障碍物，则通过控制行走驱动总成实现转向动作，待检测到规避障碍物后按预设GPS路径继续控制行走驱动总成执行行进动作步骤，同时还包括如下操作步骤：

控制板将通过所述伺服电机驱动器向作业模块的作业驱动电机发送相应的PWM脉冲信号，进而通过作业驱动电机实现农业作业动作控制。