CN114234983A - 一种行走式农田移动平台机器人导航方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的行走式农田移动平台机器人导航方法，利用行走式平台的行走时设备的每次步幅相等的特点，基于等距方向偏差累计的算法，结合农田的数字地图和基准点的设置，来实现行走式农田移动平台机器人在农田中的位置逐步导航，从而结合规划的理想行走路线，实现逐步的导航控制，该系统和方法不依赖卫星定位系统，也不需要其他辅助纠偏的服务，成本较低，定位和导航准确，非常适合农业应用。

Description

一种行走式农田移动平台机器人导航方法
技术领域
本发明属于农业自动化机械行走控制的技术领域，具体涉及行走式农田移动平台机器人导航方法。
背景技术
随着我国经济战略的实施与推进，农业机械自动化及智能化水平不断提高，用户对农业机械的自动化程度提出了更高的要求。如今越来越多的农业机械已经集成或者加装了自动导航驾驶系统，用于在起垄、播种、植保等不同的田间作业过程中实现拖拉机的自动驾驶与方向控制，从而保证理想的作业效果。
现有技术中绝大部分是依据卫星导航系统来实现，最早的靠美国的GPS，近两年也有提出依靠中国的北斗系统，由于卫星导航的定位偏差较大，都是以米为单位计算，基本上不能直接使用到农业耕种，到了天气不好时，误差更大，还需要购买配置地面定位的差分纠正的服务来提升定位精度，造成成本较高，农业经营者用不起。很多方案中都存在这个成本高的问题。如中国发明专利202010760596.0，公开了一种无人驾驶拖拉机自动导航转向系统，包括数据采集模块、GPS导航模块、雷达模块、监测模块、无线通信模块、数据处理模块、转向模块、预警管理模块、整机控制模块以及智能终端；所述数据采集模块用于采集农田地块边界信息，所述GPS导航模块用于采集拖拉机行驶过程中拖拉机的位姿信息；所述数据处理模块用于规划拖拉机的期望行驶路线，所述转向模块用于控制拖拉机的转向；所述监测模块结合拖拉机的期望行驶路线、夹角θ和拖拉机的实时位置对拖拉机的偏离值作出分析；所述预警管理模块接收到预警信号和拖拉机的位置信息并分配至对应的管理人员进行处理。
另外现有的导航系统和方法都是基于轮式设备进行设计的，不是针对行走式设备进行设计。
发明内容
为解决上述问题，本专利提出-一种行走式农田移动平台机器人导航方法。
本发明的技术方案：一种行走式农田移动平台机器人导航方法，其特征是：该方法的实现包括设置在农田某一位置的无线电基准点，位于农田移动平台机器人上的两个方向传感器、与无线电基准点进行通信的无线电通信模块、运算模块、存储模块，该方法包括如下步骤：
①首先对待作业农田进行测绘，绘制出农田的数字地图，存入农田移动平台机器人上面的存储模块；
②运算模块根据农田的数字地图具体规划行走式农田移动平台机器人的在该农田的理想行走路线；
③根据农田的数字地图在农田的边沿或者某一角落位置固定无线电基准点N，并同时现场测量该位置在实际农田中的位置数据，将该位置数据存入行走式农田移动平台机器人的存储模块；同时根据步骤②中的理想行走路线在农田中确定该路线的起点位置；
④根据第②步规划的理想行走路线将行走式农田移动平台机器人转移到实际农田中的起点位置，确定理想行走路线行走方向角为θ0，定义机器人第一步实际行走方向为θ1，第二步行实际走方向为θ2……，第n步实际行走方向为θn，θn为行走方向和基准方向之间的夹角，θ0为理想行走路线与基准方向之间的夹角，基准方向为南方向或者北方向；
⑤利用等距偏差累计法来控制机器人的行走路线，具体包括如下子步骤；
5-1、在作业起始点，第1步，机器人根据方向传感器测出方向值θ1，规划行走路线的方向为θ0，控制计算中心就计算出方向偏差值α1，d1为θ1和θ0之间的偏角，θ0-θ1＝α1，此时累计方向偏差为β＝α1，并驱动机器人调整行走方向使β趋近于零，行走第一步；
5-2、第2步，机器人方向传感器测出方向值为θ2，方向偏角为θ0-θ2＝α2，此时累计方向偏差为β＝α1+α2，并驱动机器人调整行走方向使β趋近于零，行走第二步；
……
5-n、第n步，机器人方向传感器测出方向值为θn，方向偏角为θ0-θn＝αn，此时累计方向偏差为β＝α1+α2+……+αn，并驱动机器人调整行走方向使β趋近于零，行走第n步。
在步骤⑤中，每行走一步，利用机器人上的无线通信模块，监测机器与无线电基准点之间的距离，再与的理论行走路线中的理论距离相比较，如果距离差值δ在合理的范围之内，机器人可以继续正常行走，否则机器人调整在理论方向相垂直的方向移动，使机器人回归理想行走路线。
步骤①中的农田的数字地图，包括农田的各边的长度和方向、内部的障碍物形状和位置。
所述的理想行走路线的行距为Z，所述的距离差值δ在与理论行走方向的相垂直的方向上的分量δ-，δ-≤Z/10时，机器人继续正常行走，否则机器人调整在理论方向相垂直的方向移动δ-，使机器人回归理想行走路线。
本发明的有益技术效果是：
本发明的行走式农田移动平台机器人导航方法，利用行走式平台的行走时设备的每次步幅相等的特点，基于等距方向偏差累计的算法，结合农田的数字地图和基准点的设置，来实现行走式农田移动平台机器人在农田中的位置逐步导航，从而结合规划的理想行走路线，实现逐步的导航控制，该系统和方法不依赖卫星定位系统，也不需要其他辅助纠偏的服务，成本较低，定位和导航准确，非常适合农业应用。
附图说明
图1是该行走式农田移动平台机器人导航方法的组成框图；
图2是该行走式农田移动平台机器人导航方法的整体示意图；
图3为该行走式农田移动平台机器人导航方法具体细节示意图；
图2中：实线代表田地的边界图形，虚线代表该系统根据该块田地自动规划的理想行走路线，小方框代表该机器人，图3中N的圆形代表无线电基准点、实现代表实际行走路线，点环线代表理想行走路线，实心原点代表每步的实际落点。
具体实施方式
实施例一：参见图1-3，图中一种行走式农田移动平台机器人导航方法，其特征是：该方法的实现包括设置在农田某一位置的无线电基准点，位于农田移动平台机器人上的两个方向传感器、与无线电基准点进行通信的无线电通信模块、运算模块、存储模块，该方法包括如下步骤：
①首先对待作业农田进行测绘，绘制出农田的数字地图，存入农田移动平台机器人上面的存储模块；
②运算模块根据农田的数字地图具体规划行走式农田移动平台机器人的在该农田的理想行走路线；
③根据农田的数字地图在农田的边沿或者某一角落位置固定无线电基准点N，并同时现场测量该位置在实际农田中的位置数据，将该位置数据存入行走式农田移动平台机器人的存储模块；同时根据步骤②中的理想行走路线在农田中确定该路线的起点位置；
④根据第②步规划的理想行走路线将行走式农田移动平台机器人转移到实际农田中的起点位置，确定理想行走路线行走方向角为θ0，定义机器人第一步实际行走方向为θ1，第二步行实际走方向为θ2……，第n步实际行走方向为θn，θn为行走方向和基准方向之间的夹角，θ0为理想行走路线与基准方向之间的夹角，基准方向为南方向或者北方向；
⑤利用等距偏差累计法来控制机器人的行走路线，具体包括如下子步骤；
5-1、在作业起始点，第1步，机器人根据方向传感器测出方向值θ1，规划行走路线的方向为θ0，控制计算中心就计算出方向偏差值α1，α1为θ1和θ0之间的偏角，θ0-θ1＝α1，此时累计方向偏差为β＝α1，并驱动机器人调整行走方向使β趋近于零，行走第一步；
5-2、第2步，机器人方向传感器测出方向值为θ2，方向偏角为θ0-θ2＝α2，此时累计方向偏差为β＝α1+α2，并驱动机器人调整行走方向使β趋近于零，行走第二步；
……
5-n、第n步，机器人方向传感器测出方向值为θn，方向偏角为θ0-θn＝αn，此时累计方向偏差为β＝α1+α2+……+αn，并驱动机器人调整行走方向使β趋近于零，行走第n步。
步骤①中的农田的数字地图，包括农田的各边的长度和方向、内部的障碍物形状和位置。
实施例二：实施例二与实施例一基本相同，相同之处不重述，不同之处为实施例二在实施例一的基础上增加了如下步骤，在步骤⑤中，每行走一步，利用机器人上的无线通信模块，监测机器与无线电基准点之间的距离，再与的理论行走路线中的理论距离相比较，如果距离差值δ在合理的范围之内，机器人可以继续正常行走，否则机器人调整在理论方向相垂直的方向移动，使机器人回归理想行走路线。
所述的理想行走路线的行距为Z，所述的距离差值δ在与理论行走方向的相垂直的方向上的分量δ-，δ-≤Z/10时，机器人继续正常行走，否则机器人调整在理论方向相垂直的方向移动δ-，使机器人回归理想行走路线。
本发明的实施例一和实施例二中的方法主要是适用于专利号为202021146185-4，名称行走式农田移动平台机器人在农田中行走的导航，该专利中的机器人采用类似人的迈步式行进，每步的距离相等，从而能够实现上述方法的运算，当然对于其他的步幅相等的设备也能适用，轮式的设备由于不存在步幅的方式，该方法不适用。

Claims (4)

1.一种行走式农田移动平台机器人导航方法，其特征是：该方法的实现包括设置在农田某一位置的无线电基准点，位于农田移动平台机器人上的两个方向传感器、与无线电基准点进行通信的无线电通信模块、运算模块、存储模块，该方法包括如下步骤：
①首先对待作业农田进行测绘，绘制出农田的数字地图，存入农田移动平台机器人上面的存储模块；
②运算模块根据农田的数字地图具体规划行走式农田移动平台机器人的在该农田的理想行走路线；
③根据农田的数字地图在农田的边沿或者某一角落位置固定无线电基准点N，并同时现场测量该位置在实际农田中的位置数据，将该位置数据存入行走式农田移动平台机器人的存储模块；同时根据步骤②中的理想行走路线在农田中确定该路线的起点位置；
④根据第②步规划的理想行走路线将行走式农田移动平台机器人转移到实际农田中的起点位置，确定理想行走路线行走方向角为θ0，定义机器人第一步实际行走方向为θ1，第二步行实际走方向为θ2……，第n步实际行走方向为θn，θn为行走方向和基准方向之间的夹角，θ0为理想行走路线与基准方向之间的夹角，基准方向为南方向或者北方向；
⑤利用等距偏差累计法来控制机器人的行走路线，具体包括如下子步骤；
5-1、在作业起始点，第1步，机器人根据方向传感器测出方向值θ1，规划行走路线的方向为θ0，控制计算中心就计算出方向偏差值α1，α1为θ1和θ0之间的偏角，θ0-θ1＝α1，此时累计方向偏差为β＝α1，并驱动机器人调整行走方向使β趋近于零，行走第一步；
5-2、第2步，机器人方向传感器测出方向值为θ2，方向偏角为θ0-θ2＝α2，此时累计方向偏差为β＝α1+α2，并驱动机器人调整行走方向使β趋近于零，行走第二步；
……
5-n、第n步，机器人方向传感器测出方向值为θn，方向偏角为θ0-θn＝αn，此时累计方向偏差为β＝α1+α2+……+αn，并驱动机器人调整行走方向使β趋近于零，行走第n步。
2.根据权利要求1所述的行走式农田移动平台机器人导航方法，其特征是：在步骤⑤中，每行走一步，利用机器人上的无线通信模块，监测机器与无线电基准点之间的距离，再与的理论行走路线中的理论距离相比较，如果距离差值δ在合理的范围之内，机器人可以继续正常行走，否则机器人调整在理论方向相垂直的方向移动，使机器人回归理想行走路线。
3.根据权利要求1所述的行走式农田移动平台机器人导航方法，其特征是：步骤①中的农田的数字地图，包括农田的各边的长度和方向、内部的障碍物形状和位置。
4.根据权利要求2所述的行走式农田移动平台机器人导航方法，其特征是：所述的理想行走路线往复折返的路线，所述的理想行走路线的行距为Z，所述的距离差值δ在与理论行走方向的相垂直的方向上的分量δ-，δ-≤Z/10时，机器人继续正常行走，否则机器人调整在理论方向相垂直的方向移动δ-，使机器人回归理想行走路线。
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6236916B1 (en) * 1999-03-29 2001-05-22 Caterpillar Inc. Autoguidance system and method for an agricultural machine
US6636807B1 (en) * 2000-04-17 2003-10-21 Base Ten, Systems Electronics Gmbh Method of steering a machine on a predetermined route and device for its execution
CN101093396A (zh) * 2007-07-04 2007-12-26 华南农业大学 一种农业机械的导航控制方法
CN104133192A (zh) * 2014-08-14 2014-11-05 西安电子科技大学 一种应用于中小规模农田的农用机械导航系统及导航方法
WO2019127345A1 (zh) * 2017-12-29 2019-07-04 深圳市大疆创新科技有限公司 农用机控制方法、装置及农用机
CN110007674A (zh) * 2019-04-11 2019-07-12 湖南龙舟农机股份有限公司 一种双天线导航行走路线纠偏系统
CN110927667A (zh) * 2019-11-21 2020-03-27 华南农业大学 一种南方小区域水田作业定位系统和方法
US20200333782A1 (en) * 2018-01-10 2020-10-22 Xihelm Limited Method and system for agriculture
CN111845935A (zh) * 2020-07-31 2020-10-30 安徽泗州拖拉机制造有限公司 一种无人驾驶拖拉机自动导航转向系统
CN112954585A (zh) * 2021-01-29 2021-06-11 华南农业大学 一种基于uwb的农业机械田间定位系统及方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6236916B1 (en) * 1999-03-29 2001-05-22 Caterpillar Inc. Autoguidance system and method for an agricultural machine
US6636807B1 (en) * 2000-04-17 2003-10-21 Base Ten, Systems Electronics Gmbh Method of steering a machine on a predetermined route and device for its execution
CN101093396A (zh) * 2007-07-04 2007-12-26 华南农业大学 一种农业机械的导航控制方法
CN104133192A (zh) * 2014-08-14 2014-11-05 西安电子科技大学 一种应用于中小规模农田的农用机械导航系统及导航方法
WO2019127345A1 (zh) * 2017-12-29 2019-07-04 深圳市大疆创新科技有限公司 农用机控制方法、装置及农用机
US20200333782A1 (en) * 2018-01-10 2020-10-22 Xihelm Limited Method and system for agriculture
CN110007674A (zh) * 2019-04-11 2019-07-12 湖南龙舟农机股份有限公司 一种双天线导航行走路线纠偏系统
CN110927667A (zh) * 2019-11-21 2020-03-27 华南农业大学 一种南方小区域水田作业定位系统和方法
CN111845935A (zh) * 2020-07-31 2020-10-30 安徽泗州拖拉机制造有限公司 一种无人驾驶拖拉机自动导航转向系统
CN112954585A (zh) * 2021-01-29 2021-06-11 华南农业大学 一种基于uwb的农业机械田间定位系统及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周岩;王雪瑞;: "基于WSN的智能农机自动导航控制系统研究", 计算机测量与控制, vol. 23, no. 9, pages 1 - 3 *

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