CN112241172A - 一种多模式智能果园运输车控制系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多模式智能果园运输车控制系统，包括传感器、控制器、执行器和遥控器。所述传感器包括电池电量传感器、超声波雷达、里程计传感器、车身IMU、RTK_GNSS组合导航、车身重物传感器、视觉传感器；所述控制器包括底盘控制器和上层控制器；所述执行器包括电机和报警器。所述电池电量传感器、里程计传感器、车身IMU、超声波雷达与底盘控制器相连；所述RTK_GNSS组合导航、车身重物传感器、视觉传感器与上层控制器相连；所述电机分别与里程计传感器及底盘控制器相连；所述遥控器与上层控制器相连。本发明同时公开了一种多模式智能果园运输车控制方法。本发明能提高现代果园果品及物资的运输效率，节省时间，多模式控制方式可供操作者根据作业工况自行选择。

Description

一种多模式智能果园运输车控制系统及控制方法
技术领域
本发明属于果园机械领域，具体涉及一种多模式智能果园运输车控制系统及控制方法。
背景技术
现代矮砧密植果园，多采用集约化栽培模式，园内遵循机械通行无障碍原则，便于果园机械化管理和作业。但果园管理过程中，物资运输和果品运输多采用人驾驶车辆完成，自动化程度低，作业效率不高，易产生较大的安全隐患。少数人机分离的电动运输车，控制模式单一，发生故障时无可替代的冗余控制系统，缺少预警设施，不利于机械维护。因此，亟需一种多模式控制的果园运输车。
发明内容
本发明针对上述问题，提出一种多模式智能果园运输车控制系统及控制方法，能提高现代果园物资及果品的运输效率，节省时间，多模式控制方式可供操作者根据作业工况自行选择。
一种多模式智能果园运输车控制系统及控制方法，其特征在于，包括传感器（1）、控制器（2）、执行器（3）和遥控器（4）。所述传感器（1）包括电池电量传感器（11）、超声波雷达（12）、里程计传感器（13）、车身IMU（14）、RTK_GNSS组合导航（15）、车身重物传感器（16）、视觉传感器（17）；所述控制器（2）包括底盘控制器（21）和上层控制器（22）；所述执行器（3）包括电机（31）和报警器（32）。
进一步地，所述电池电量传感器（11）、里程计传感器（13）、车身IMU（14）、超声波雷达（12）与底盘控制器（21）相连。
进一步地，所述RTK_GNSS组合导航（15）、车身重物传感器（16）、视觉传感器（17）与上层控制器（22）相连。
进一步地，所述电机（31）分别与里程计传感器（13）及底盘控制器（21）相连。
进一步地，所述报警器（32）分别与上层控制器（22）、底盘控制器（21）相连。
进一步地，所述遥控器（4）与上层控制器（22）相连。
进一步地，所述RTK_GNSS组合导航（15）搭载在果园运输车上，用于测取果园转弯点及停车点的位置信息。
进一步地，所述遥控器（4）手柄晃动角度，转换为控制车辆运动的线速度和角速度，并将该速度信息发送至底盘控制器（21）。
进一步地，所述遥控器（4）总共三个按钮，分别控制果园运输车的遥控器模式、跟随行人模式及自主行走模式。
本发明的优点在于：该多模式智能果园运输车控制系统及控制方法，能提高现代果园物资及果品的运输效率，节省时间，多模式控制方式可供操作者根据作业工况自行选择，且当一种功能出现故障时，也能保证车辆顺利回到车库，或开至最近的维修站点，利于维修。
附图说明
图1为本发明多模式智能果园运输车控制系统图；
图2为本发明多模式智能果园运输车自主行走路线规划图；
图3为本发明多模式智能果园运输车多模式切换流程图；
图4为本发明多模式智能果园运输车路径跟踪流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
图1为多模式智能果园运输车控制系统图，整个控制系统包括传感器（1）、控制器（2）、执行器（3）和遥控器（4）。所述传感器（1）包括电池电量传感器（11）、超声波雷达（12）、里程计传感器（13）、车身IMU（14）、RTK_GNSS组合导航（15）、车身重物传感器（16）、视觉传感器（17）；所述控制器（2）包括底盘控制器（21）和上层控制器（22）；所述执行器（3）包括电机（31）和报警器（32）。所述电池电量传感器（11）、里程计传感器（13）、车身IMU（14）、超声波雷达（12）与底盘控制器（21）相连；所述RTK_GNSS组合导航（15）、车身重物传感器（16）、视觉传感器（17）与上层控制器（22）相连；所述电机（31）分别与里程计传感器（13）和底盘控制器（21）相连；所述报警器（32）分别与上层控制器（22）、底盘控制器（21）相连；所述遥控器（4）与上层控制器（22）相连。
图2为果园车辆自主行走时，果园转弯点及停车点的布置，各点为采用精度较高的车载RTK_GNSS组合导航（15）提前测取，靠近停车点最近的地头转弯点为转弯点1、2、3…7（ID编号为单数），而另一侧地头转弯点为转弯点11、12、13、… 17（ID编号为双数），转弯点ID编号为单数先调用，ID编号为双数后调用，通过上层控制器（22）调用转弯和停车点，比较调用点与当前车载导航始点之间的距离，判断点之间的距离远近，生成车辆行走路径（路径1：车辆车载导航始点至最近的地头转弯点；路径2：最近的地头转弯点至停车点）。
如图3所示为多模式智能果园运输车多模式切换流程图，包括遥控器模式、跟随行人模式及自主行走模式。
（1）遥控器模式：
遥控器（4）与上层控制器（22）相连，按动遥控器（4）连接控制器按钮1，上层控制器（22）判断按钮1是否按下，若否则停车，若是则激活遥控器（4）；上层控制器（22）通过获取遥控器（4）手柄晃动角度，转换为控制车辆运动的线速度和角速度，并将该速度信息发送至底盘控制器（21）；底盘控制器（21）判断此刻是否接收到上层控制器（22）速度信号，若否则发向报警器发信号，点亮黄色警示灯；若是，则继续判断电池电量是否小于20%，当电池电量小于20%时则以红灯示警并鸣笛，当大于20%时则检测超声波雷达（12）前方是否有障碍物，有障碍物时则以红灯示警并停车，反之则将上层控制器（22）发来的速度信息转化成电机转动的圈数，驱动电机运动。
（2）跟随行人模式：
遥控器（4）与上层控制器（22）相连，按动遥控器（4）连接控制器按钮2，上层控制器（22）判断按钮2是否按下，若否则回到(1)遥控器模式，若是则激活跟随行人模式；视觉传感器（17）通过图像传输，得到距离最近的第一个人的影像，并提取出人的骨骼点，通过胸腹部的四个骨骼点组合成一个平面，确定出人胸腹部的中心点坐标；再利用相机深度信息得到相机距离人体的距离；上层控制器（22）根据距离是否增加来确定车辆运动速度，无增加时车辆静止不动，增加则根据上一时刻和当前时刻距离增加的差值，转换为车辆速度信息发送至底盘控制器（21）；底盘控制器（21）判断此刻是否接收到上层控制器（22）发出的速度信号，若否则发向报警器发信号，点亮黄色警示灯；若是则继续判断电池电量是否小于20%，当电池电量小于20%时则以红灯示警并鸣笛，当大于20%时则检测超声波雷达（12）前方是否有障碍物，有障碍物则以红灯示警并停车，反之则将上层控制器（22）发来的速度信息转化成电机转动的圈数，驱动电机运动，并同时判断是否关闭遥控器（4），是则终止跟随行人模式，反之继续该模式。
（3）自主行走模式：
当车身重物传感器（16）所感知的承重量传入上层控制器（22），若载重在95%-99%时则鸣笛并绿灯示警，若否则判断承重是否在90%-95%，小于90%承重时亮绿灯，若在90%-95%且遥控器（4）与上层控制器（22）相连，按动遥控器（4）按钮3，上层控制器（22）判断按钮3否按下，否则回到跟随行人模式，是则激活自主行走模式；
上层控制器（22）判断RTK-GNSS是否为组合导航状态，否则黄灯示警，反之则初始化1min并记录当前此刻的车载导航始点；比较车载导航始点与地头转弯点间的距离，分别得出距离车载导航始点最近的两侧地头转弯点，再计算两侧地头转弯点和停车点间的距离；将距离相加，根据点之间的最短距离，确定出离车载导航点最近的地头转弯点，若最短路径有两个时则采用转弯点ID编号在前的，生成车载导航始点至停车点的最短路径；并将车辆行进速度发送至底盘控制器（21），开始路径跟踪；
底盘控制器（21）判断此刻是否接收到上层控制器（22）发出的速度信号，若否则发向报警器发信号，点亮黄色警示灯；是则继续判断电池电量是否小于20%，当电池电量小于20%时则以红灯示警并鸣笛，反之大于20%时则检测超声波雷达（12）前方是否有障碍物，有障碍物则以红灯示警并停车，无障碍物则将上层控制器（22）发来的速度信息转化成电机转动的圈数，驱动电机运动，并将底盘控制器（21）获取的信息返回至上层控制器（22），同时判断是否接收到里程计和车身IMU（14）传感器信号，若否则返回至上层控制器（22），并黄灯示警；若能收到传感器信号，则判断是否遍历【车辆导航始点、最近转弯点、停车点、最近转弯点、车辆导航始点】。若是，结束自主行走模式，否则继续路径跟踪。
图4为多模式智能果园运输车路径跟踪流程图。
开始路径跟踪后进行车辆控制，并发送速度命令至底盘控制器（21），开始由车载导航始点至停车点的路径跟踪。
首先开始由车载导航始点至最近转弯点，判断车载导航始点在最近转弯点的后方，若是车辆向后转，若否则判断车载导航始点在最近转弯点的左侧，是则向左转，若否则向右转；再判断当前点与转弯点方向是否一致，若是则向前走，反之则重新判断，直至当前点与转弯点方向一致；车辆向前行走后，判断当前点与预设路径间，点到直线的垂直距离是否在0.5m范围内，否则继续判断当前点是否在预设路径的左侧，在左侧时车辆向右转，反之则继续判断当前点是否在预设路径的右侧，在右侧时车辆左转；若当前点至直线的垂直距离在0.5m范围内，车辆直线行走，直至到达最近转弯点；
车辆到达最近转弯点后，开始进行下一段路径跟踪，由最近转弯点至停车点；判断最近转弯点是否在停车点的左方，在左侧时车辆向右转；若否则判断当前点方向与停车点方向是否一致，是则向前行进，反之则继续判断，直至车辆前进方向与停车点方向一致；再判断当前点与预设路径间，点到直线的垂直距离是否在0.5m范围内，否则判断当前点是否在预设路径的左侧，在左侧时车辆向右转，反之则继续判断当前点是否在预设路径的右侧，在右侧时车辆左转；若当前点至直线的垂直距离在0.5m范围内，车辆直线行走，直至到达停车点；
当到达最近停车点后，则继续判断车载重物是否小于1%，若否则车辆停车，若是则开始由停车点至最近转弯点的路径跟踪；
判断最近转弯点是否在停车点的后方，若是则后转，同时判断是否在转弯点的左侧，是则向左转，反之右转；继续判断当前点方向与停车点方向是否一致，是则向前行进，反之则重新判断，直至车辆前进方向与停车点方向一致，车辆向前行进；车辆开始向前行进时，判断当前点与预设路径间，点到直线的垂直距离是否在0.5m范围内，若否则判断当前点是否在预设路径的左侧，在左侧时车辆向右转，反之则继续判断当前点是否在预设路径的右侧，在右侧时车辆左转；若当前点至直线的垂直距离在0.5m范围内，车辆直线行走，直至到达最近转弯点；
车辆到达最近转弯点后，开始进行转弯点至停车点的路径跟踪。判断车辆导航始点在车辆当前点的左方，是则向右转，反之则继续判断转弯点与车辆当前点方向是否一致，是则向前走，反之重新判断，直至车辆前进方向与车辆导航始点方向一致，车辆向前行进；车辆开始向前行进时，判断当前点与预设路径间，点到直线的垂直距离是否在0.5m范围内，若否则判断当前点是否在预设路径的左侧，在左侧时车辆向右转，反之则继续判断当前点是否在预设路径的右侧，在右侧时车辆左转；若当前点至直线的距离在0.5m范围内，车辆直线行走，直至到达车辆导航始点；车辆到达自主行走始点后，结束自主行走模式。
以上结合具体实施方式对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种多模式智能果园运输车控制系统及控制方法，其特征在于，包括传感器（1）、控制器（2）、执行器（3）和遥控器（4）,所述传感器（1）包括电池电量传感器（11）、超声波雷达（12）、里程计传感器（13）、车身IMU（14）、RTK_GNSS组合导航（15）、车身重物传感器（16）、视觉传感器（17）；所述控制器（2）包括底盘控制器（21）和上层控制器（22）；所述执行器（3）包括电机（31）和报警器（32）;所述电池电量传感器（11）、里程计传感器（13）、车身IMU（14）、超声波雷达（12）与底盘控制器（21）相连；所述RTK_GNSS组合导航（15）、车身重物传感器（16）、视觉传感器（17）与上层控制器（22）相连；所述电机（31）分别与里程计传感器（13）及底盘控制器（21）相连；所述报警器（32）分别与上层控制器（22）、底盘控制器（21）相连；所述遥控器（4）与上层控制器（22）相连。
2.一种多模式智能果园运输车控制系统及控制方法，其特征在于，所述RTK_GNSS组合导航（15）搭载在果园运输车上，用于测取果园转弯点及停车点的位置信息。
3.一种多模式智能果园运输车控制系统及控制方法，其特征在于，所述遥控器（4）手柄晃动角度，转换为控制车辆运动的线速度和角速度，并将该速度信息发送至底盘控制器（21）。
4.一种多模式智能果园运输车控制系统及控制方法，其特征在于，所述遥控器（4）总共三个按钮，分别控制果园运输车的遥控器模式、跟随行人模式及自主行走模式。
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