CN111264498A - 一种农用自主导航的智能无人打药车及导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种农用自主导航的智能无人打药车及导航方法，包括车体骨架、车体骨架前端设置的喷洒装置、以及车体骨架下方设置的行走装置，所述喷洒装置包括车体骨架上转动设置的喷管架、以及喷管架上设置的喷头组件；所述行走装置包括车体骨架四周设置的支腿。本发明创造结构简单，适应好，可以实现折叠收纳，使用和转运起来十分方便；通过采用于视觉偏航识别和惯性导航相结合的方案，确保打药车能够按预定路线自主、精确的行驶，整个作业过程无需人员参与，提高了作业效率，降低了人员对设备的操作难度；通过采用驱动电机驱动支腿转动，实现了车辆在原地进行转弯。

Description

一种农用自主导航的智能无人打药车及导航方法

技术领域

本发明创造属于智慧农业设备领域，尤其是涉及一种农用自主导航的智能无人打药车及导航方法。

背景技术

打药车是面向农业领域，用于对农作物进行打药的一种农机装备。无人打药车较传统常用拖拉机打药和人工打药有明显不同，在整个打药过程中人为参与较少，控制方式多为远程控制或依靠自身传感器的自主控制，无人打药车在提高作业效率的同时减少了药物对人身的危害，成为农机装备发展的一个新方向。

目前农用打药车多为有人驾驶类，应用较为广泛，而无人农用打药车处于探索阶段，尚未有成熟产品面向市场，但一些公司和个人在打药车设备研制方面进行了探索，并完成了样机的研制，该类样机系统组成包括车架、发动机、传动总成、喷洒装置和遥控装置,该类打药车较传统拖拉机打药设备的区别主要体现在利用遥控器实现了对打药车方向和速度的控制，从而取代人的直接驾驶，但该类打药车依然需要人的间接操控，智能化程度较低，而其他方面与拖拉机打药形式并无明显区别。

现有技术方案在打药时需要全程手动控制。现有打药车的控制采用无线遥控的方式控制，需要人员在打药的全过程进行手动控制，特别是行驶距离较远时，目标不清晰，手动控制容易出现行进控制偏差。现有技术方案对农作物的伤害较大。现有打药车在进行换向或调头时，需要较大的转弯半径，对农作物的碾压伤害较大。现有技术方案整车体积较大，不方便运输。现有技术方案药液的喷速为固定数值或支持作业前手动设置，无法与小车行进速度和作业情况匹配，导致药液喷洒不均匀，出现多喷、漏喷的情况。现有技术方案打药车的轮间距为固定值，只能面向指定间距的农作物作业，应用范围有较大的局限性。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在克服上述现有技术中存在的缺陷，提出一种农用自主导航的智能无人打药车及导航方法。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种农用自主导航的智能无人打药车，包括车体骨架、车体骨架前端设置的喷洒装置、以及车体骨架下方设置的行走装置，所述喷洒装置包括车体骨架上转动设置的喷管架、以及喷管架上设置的喷头组件；所述行走装置包括车体骨架四周设置的支腿，所述支腿至少设置三个，每一所述支腿均一端转动安装在车体骨架上，另一端设有行走轮、以及用于驱动行走轮转动的动力组件，所述车体骨架上设有用于驱动支腿转动的驱动组件。

进一步的，所述支腿在车体骨架四周均匀设置四个，车体骨架左右两侧的支腿对应设置。

进一步的，所述支腿包括上支腿件和下支腿件，所述上支腿件一端转动安装在车体骨架上，另一端通过转轴与下支腿件转动连接，所述下支腿件上设有用于容纳上支腿件的凹槽，下支腿件上对应凹槽的位置设有第一定位销，上支腿件上设有与第一定位销配合的定位孔。

进一步的，所述支腿之间通过传动带连接，所述驱动组件包括车体骨架上用于驱动传动带工作的驱动电机。

进一步的，所述动力组件包括支腿上用于驱动行走轮转动的动力电机。

进一步的，所述车体骨架上对应设有用于安装支腿的滑动架，所述滑动架滑动安装在车体骨架上，滑动架上设有用于固定滑动架的第二定位销；所述车载骨架上沿滑动架滑动方向设有多个与第二定位销配合的销孔。

进一步的，所述喷管架包括支撑杆、以及支撑杆的两端对应设置的延长杆，所述延长杆转动安装在支撑杆上；所述支撑杆通过连接臂转动安装在车体骨架上，车体骨架上设有用于驱动连接部转动的转动电机；所述支撑杆和延长杆上均设有喷头安装杆，所述喷头组件包括喷头安装杆上设置的喷头，车体骨架上设有为喷头供液的供液设备。

一种应用农用自主导航的智能无人打药车的导航方法，包括：

S1、无人打药车采用视觉偏航识别和惯性导航相结合的导航方式；

S2、通过控制行走轮的转动速度，实现对无人打药车行进速度以及行进方向的调节；

S3、将无人打药车的行进速度和喷头组件的喷药量相结合；行走轮转速快时，喷洒速度快，喷药量大，行走轮转速慢时，喷洒速度慢，喷药量小；

S4、通过控制支腿转动，实现无人打药车的大幅度快速转向。

进一步的，所述步骤S2中无人打药车行进速度以及行进方向的控制方法如下：

S21、通过控制所有行走轮的转动速度，实现对打药车行进速度的控制；

S22、通过控制车体骨架左右两侧行走轮的速度差，实现对打药车行进航向的微调。

进一步的，所述步骤S4中打药车的转向方法如下；

S41、通过控制支腿转动90°实现无人打药车的快速转向；

S42、通过控制支腿转动180°实现无人打药车的快速调头。

相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：

本发明创造结构简单，适应好，可以实现折叠收纳，使用和转运起来十分方便；通过采用于视觉偏航识别和惯性导航相结合的方案，确保打药车能够按预定路线自主、精确的行驶，整个作业过程无需人员参与，提高了作业效率，降低了人员对设备的操作难度；通过采用驱动电机驱动支腿转动，实现了车辆在原地进行转弯，在不需要转弯半径的情况下完成了打药车的横向移动，大大降低了对农作物的碾压伤害。

本发明创造提供了一种全新的导航策略，主要涉及的无人驾驶导航策略采用的是视觉偏航识别和惯性导航相结合的导航技术方式，该种方式充分发挥和综合了视觉闭环修正的准确性和惯性导航开环控制的快速性优势，在满足无人车姿态高频调整的同时，抑制了因惯性器件漂移带来的累计误差，确保了无人车长时间作业的准确性。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例中无人打药车的结构示意图；

图2为本发明创造实施例中支腿处的结构示意图；

图3为本发明创造实施例中支腿折叠后的结构示意图；

图4为本发明创造实施例中无人打药车控制环路示意图；

图5为本发明创造实施例中无人打药车方向控制流程图。

附图标记说明：

1-车体骨架；2-支腿；3-行走轮；4-支撑杆；5-连接臂；6-延长杆；7-喷头安装杆；8-喷头；9-动力组件；10-下支腿件；11-上支腿件；12-传动带；13-供液设备；14-驱动组件；15-转动电机；16-滑动架；17-第一定位销；18-第二定位销。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

一种农用自主导航的智能无人打药车，如图1至图5所示，包括车体骨架1、车体骨架1前端设置的喷洒装置、以及车体骨架1下方设置的行走装置，所述喷洒装置包括车体骨架1上转动设置的喷管架、以及喷管架上设置的喷头组件；所述行走装置包括车体骨架1四周设置的支腿2，所述支腿2至少设置三个，每一所述支腿2均一端转动安装在车体骨架1上，另一端设有行走轮3、以及用于驱动行走轮3转动的动力组件9，所述车体骨架1上设有用于驱动支腿2转动的驱动组件14。

所述支腿2在车体骨架1四周均匀设置四个，车体骨架1左右两侧的支腿2对应设置；具体的，通过四个支腿2支撑的车体骨架1在行走过程中更加稳定。

所述支腿2包括上支腿件11和下支腿件10，所述上支腿件11一端转动安装在车体骨架1上，另一端通过转轴与下支腿件10转动连接，所述下支腿件10上设有用于容纳上支腿件11的凹槽，下支腿件10上对应凹槽的位置设有第一定位销17，上支腿件11上设有与第一定位销17配合的定位孔；具体的，通过采用这种形式的支腿2，可以实现对这种无人打药车的折叠收纳，当需要转运这种无人打药车时，操作人员可以将第一定位销17拔出后，转动下支腿件10进行折叠，大大降低了这种打药车的体积，方便这种打药车进行转运。

所述喷管架包括支撑杆4、以及支撑杆4的两端对应设置的延长杆6，所述延长杆6转动安装在支撑杆4上；所述支撑杆4通过连接臂5转动安装在车体骨架1上，车体骨架1上设有用于驱动连接部转动的转动电机15；具体的，延长杆6可以采用自锁铰链与支撑杆4连接，也可以采用转轴与支撑杆4连接，当采用转轴连接时，需要在支撑杆4上设置用于固定延长杆6的卡扣件或插销，只要可以使延长杆6与支撑杆4稳定连接，防止打药车在工作过程中延长杆6发生转动即可；通过设置延长杆6不仅增加了这种打药车的打药面积，而且转动设置的延长杆6还有利于打药车的收纳转运，进一步降低了打药车的体积。

具体的，所述连接臂5可以通过转轴转动安装在车体骨架1上，转轴的一端可以通过齿轮转动机构与转动电机15连接，只要可以实现驱动连接臂5转动即可，通过设置转动电机15，在打药车行进过程中，通过转动电机15往复转动即可带动支撑杆4和延长杆6做俯仰转动，可以适应不同方位的药物喷洒、以及打药车横移过程喷头8的升起等动作，不仅有利于提高喷头8的喷药效果，而且有利于提高这种打药车的通过性能，大大提高了这种无人打药车的打药效果和工作效率。

所述支撑杆4和延长杆6上均设有喷头安装杆7，所述喷头组件包括喷头安装杆7上设置的喷头8，车体骨架1上设有为喷头8供液的供液设备13，具体的，供液设备13可以采用现有的储液罐和供液泵，储液罐、供液泵以及喷头8之间可以采用供液软管连接，只要可以实现对喷头8的供液即可。

所述支腿2之间通过传动带12连接，所述驱动组件14包括车体骨架1上用于驱动传动带12工作的驱动电机；所述支腿2可以通过轴承转动安装在车体骨架1上，支腿2上设有与传动带12配合的传动轮，驱动电机上设有与传动带12配合的驱动轮，只要可以实现驱动支腿2转动即可；

所述动力组件9包括支腿2上用于驱动行走轮3转动的动力电机；具体的，驱动电机、动力电机以及转动电机15均可以采用伺服控制电动机，只要可以实现对电动机转速的精确控制即可；其中行走轮3可以通过蜗轮蜗杆减速机与动力电机驱动的同步带连接，只要可以实现驱动行走轮3转动即可。

所述车体骨架1上对应设有用于安装支腿2的滑动架16，所述滑动架16滑动安装在车体骨架1上，滑动架16上设有用于固定滑动架16的第二定位销18；所述车载骨架上沿滑动架16滑动方向设有多个与第二定位销18配合的销孔；操作人员可以通过调节滑动架16的位置，实现对这种无人打药车行走轮3间距的调节，便于这种无人打药车适应各种不同间距的农作物，大大提高了这种无人打药车的适应性。

一种应用农用自主导航的智能无人打药车的导航方法，包括：

S1、无人打药车采用视觉偏航识别和惯性导航相结合的导航方式；视觉偏航识别和惯性导航均为现有导航技术，通过将二者结合使用，有利于提高导航精度；

S2、通过控制行走轮的转动速度，实现对无人打药车行进速度以及行进方向的调节；

S3、将无人打药车的行进速度和喷头组件的喷药量相结合；行走轮转速快时，喷洒速度快，喷药量大，行走轮转速慢时，喷洒速度慢，喷药量小，行走轮停止时药液不喷洒，确保了单位面积作物的药液覆盖量相同，避免多喷、漏喷现象；

S4、通过控制支腿转动，实现无人打药车的大幅度快速转向。

所述步骤S2中无人打药车行进速度以及行进方向的控制方法如下：

S21、通过控制所有行走轮的转动速度，实现对打药车行进速度的控制；

S22、通过控制车体骨架左右两侧行走轮的速度差，实现对打药车行进航向的微调；优选的，为提高支腿在打药车行走过程中的稳定性，可以在车体骨架上设置用于固定支腿的电控抱闸，只要可以实现对支腿的固定即可，打药车行进过程中仅使用行走轮的速度差，实现对打药车行进航向的微调即可。

所述步骤S4中打药车的转向方法如下；

S41、通过控制支腿转动90°实现无人打药车的快速转向；

S42、通过控制支腿转动180°实现无人打药车的快速调头。

具体的，无人打药车控制策略详细实施例如下：无人打药车控制环路包括速度控制环路和方向控制环路。无人打药车控制环路如图3所示。

速度控制环路主要实现对打药车行进速度的精确控制，通过向打药车左右两侧支腿上的伺服电机发送精确的同步脉冲信号，确保了打药车行进速度的准确性；速度控制环路同时引入了电机闭环反馈控制方式，每套动力电机可以安装独立的测速机用来实时反馈电机的准确转速，通过减速比实时计算打药车的线速度。

方向控制环路为打药车控制策略的核心部分，决定了打药车行驶方向的准确性，同时使打药车具备智能化水平，能够通过视频偏航监测功能实现行驶方向的闭环调整，从而适应非直线耕种的田地应用。以GPS、电子罗盘、加速度计和陀螺仪组成的惯性导航模块能够以较高的频率检测出因地面不平整、电机控制误差等多因素造成的实际与目标的偏差，并将准确偏差输出给控制系统完成修正，打药车方向控制流程如图4所示。

本发明创造结构简单，适应好，可以实现折叠收纳，使用和转运起来十分方便；通过采用于视觉偏航识别和惯性导航相结合的方案，确保打药车能够按预定路线自主、精确的行驶，整个作业过程无需人员参与，提高了作业效率，降低了人员对设备的操作难度；通过采用驱动电机驱动支腿转动，实现了车辆在原地进行转弯，在不需要转弯半径的情况下完成了打药车的横向移动，大大降低了对农作物的碾压伤害。

本发明创造提供了一种全新的导航策略，主要涉及的无人驾驶导航策略采用的是视觉偏航识别和惯性导航相结合的导航技术方式，该种方式充分发挥和综合了视觉闭环修正的准确性和惯性导航开环控制的快速性优势，在满足无人车姿态高频调整的同时，抑制了因惯性器件漂移带来的累计误差，确保了无人车长时间作业的准确性。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种农用自主导航的智能无人打药车，其特征在于：包括车体骨架、车体骨架前端设置的喷洒装置、以及车体骨架下方设置的行走装置，所述喷洒装置包括车体骨架上转动设置的喷管架、以及喷管架上设置的喷头组件；所述行走装置包括车体骨架四周设置的支腿，所述支腿至少设置三个，每一所述支腿均一端转动安装在车体骨架上，另一端设有行走轮、以及用于驱动行走轮转动的动力组件，所述车体骨架上设有用于驱动支腿转动的驱动组件。

2.根据权利要求1所述的一种农用自主导航的智能无人打药车，其特征在于：所述支腿在车体骨架四周均匀设置四个，车体骨架左右两侧的支腿对应设置。

3.根据权利要求2所述的一种农用自主导航的智能无人打药车，其特征在于：所述支腿包括上支腿件和下支腿件，所述上支腿件一端转动安装在车体骨架上，另一端通过转轴与下支腿件转动连接，所述下支腿件上设有用于容纳上支腿件的凹槽，下支腿件上对应凹槽的位置设有第一定位销，上支腿件上设有与第一定位销配合的定位孔。

4.根据权利要求1所述的一种农用自主导航的智能无人打药车，其特征在于：所述支腿之间通过传动带连接，所述驱动组件包括车体骨架上用于驱动传动带工作的驱动电机。

5.根据权利要求1所述的一种农用自主导航的智能无人打药车，其特征在于：所述动力组件包括支腿上用于驱动行走轮转动的动力电机。

6.根据权利要求1所述的一种农用自主导航的智能无人打药车，其特征在于：所述车体骨架上对应设有用于安装支腿的滑动架，所述滑动架滑动安装在车体骨架上，滑动架上设有用于固定滑动架的第二定位销；所述车载骨架上沿滑动架滑动方向设有多个与第二定位销配合的销孔。

7.根据权利要求1所述的一种农用自主导航的智能无人打药车，其特征在于：所述喷管架包括支撑杆、以及支撑杆的两端对应设置的延长杆，所述延长杆转动安装在支撑杆上；所述支撑杆通过连接臂转动安装在车体骨架上，车体骨架上设有用于驱动连接部转动的转动电机；所述支撑杆和延长杆上均设有喷头安装杆，所述喷头组件包括喷头安装杆上设置的喷头，车体骨架上设有为喷头供液的供液设备。

8.一种应用权利要求1所述农用自主导航的智能无人打药车的导航方法，其特征在于，包括：

S1、无人打药车采用视觉偏航识别和惯性导航相结合的导航方式；

S2、通过控制行走轮的转动速度，实现对无人打药车行进速度以及行进方向的调节；

S3、将无人打药车的行进速度和喷头组件的喷药量相结合；行走轮转速快时，喷洒速度快，喷药量大，行走轮转速慢时，喷洒速度慢，喷药量小；

S4、通过控制支腿转动，实现无人打药车的大幅度快速转向。

9.根据权利要求8所述的一种农用自主导航的智能无人打药车导航方法，其特征在于，所述步骤S2中无人打药车行进速度以及行进方向的控制方法如下：

S21、通过控制所有行走轮的转动速度，实现对打药车行进速度的控制；

S22、通过控制车体骨架左右两侧行走轮的速度差，实现对打药车行进航向的微调。

10.根据权利要求8所述的一种农用自主导航的智能无人打药车导航方法，其特征在于，所述步骤S4中打药车的转向方法如下；

S41、通过控制支腿转动90°实现无人打药车的快速转向；

S42、通过控制支腿转动180°实现无人打药车的快速调头。

Images