CN114394112B - 一种自动绿植修剪作业车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动绿植修剪作业车。所述自动绿植修剪作业车，包括：车体和设置在所述车体上的控制模块、组合导航模块和修剪机械臂；控制模块分别与组合导航模块和修剪机械臂连接；组合导航模块用于获取车体在当前时刻的定位信息，并根据当前时刻的定位信息预测下一时刻的定位信息；控制模块用于根据预设路径和下一时刻的定位信息控制车体运动，并在车体运动过程中根据获取的作业任务信息控制修剪机械臂修剪目标绿化带。本发明能自动完成对路边绿植的修剪操作，提升绿植的修剪效率。

Description

一种自动绿植修剪作业车
技术领域
本发明涉及绿植修剪技术领域，特别是涉及一种自动绿植修剪作业车。
背景技术
对于道路两侧的绿植，传统的修剪方式是人工修剪，由于道路两侧的绿植修剪工作量大，因此，需要消耗大量人力来完成。
为了解决上述问题，目前采用绿植修剪车完成绿植修剪，虽然可以在一定程度上提高修剪效率，但是现有的绿植修剪车仍然需要人工操控，修剪时车辆的行驶需要司机负责，进行绿植修剪的机械臂也需要人工操控，一次修剪工作需要2～3人配合才能完成，且绿植修剪的规整程度、作业安全都完全依赖于操作人员的熟练程度。因此，现有的绿植修剪车的修剪效率仍有待提升。
发明内容
基于此，本发明实施例提供一种自动绿植修剪作业车，以自动完成对路边绿植的修剪操作，提升绿植修剪效率，降低对人工的依赖，同时提高作业安全度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种自动绿植修剪作业车，包括：车体和设置在所述车体上的控制模块、组合导航模块和修剪机械臂；所述控制模块分别与所述组合导航模块和所述修剪机械臂连接；
所述组合导航模块用于获取所述车体在当前时刻的定位信息，并根据所述当前时刻的定位信息预测下一时刻的定位信息；
所述控制模块用于根据预设路径和所述下一时刻的定位信息控制所述车体运动，并在所述车体运动过程中根据获取的作业任务信息控制所述修剪机械臂修剪目标绿化带。
可选的，所述自动绿植修剪作业车，还包括：激光雷达；
所述激光雷达设置在所述车体上，且与所述控制模块连接；所述激光雷达用于获取所述车体周围的障碍物信息；所述控制模块还用于根据所述障碍物信息控制所述车体停止运动或继续运动。
可选的，所述组合导航模块，具体包括：GPS定位单元和惯性定位单元；
所述GPS定位单元和所述惯性定位单元均与所述控制模块连接；
所述GPS定位单元用于以第一时间间隔作为采样间隔获取定位信息；所述惯性定位单元用于以第二时间间隔作为采样间隔获取定位信息；所述当前时刻与所述下一时刻的时间间隔为所述第二时间间隔；所述第一时间间隔大于所述第二时间间隔；
若当前时刻所述GPS定位单元工作，则所述GPS定位单元采集到的定位信息为当前时刻的定位信息；若当前时刻所述GPS定位单元不工作，则所述惯性定位单元预测到的定位信息为当前时刻的定位信息；所述惯性定位单元还用于基于运动惯性，根据所述当前时刻的定位信息预测下一时刻的定位信息。
可选的，所述控制模块，具体包括：
轨迹点判断单元，用于根据所述下一时刻的定位信息确定下一时刻的路径轨迹点，并判断所述路径轨迹点是否位于所述预设路径上，得到判断结果；
自动行驶控制单元，若所述判断结果为是，则控制所述车体运动到所述路径轨迹点；若所述判断结果为否，则根据所述下一时刻的定位信息和所述预设路径确定偏差角度，并根据所述偏差角度控制所述车体运动；
修剪控制单元，用于根据作业任务信息控制所述修剪机械臂按照设定修剪形状尺寸修剪目标绿化带。
可选的，所述控制模块，还包括：
避障单元，用于若所述障碍物信息为所述车体的设定范围内存在设定尺寸的障碍物，则控制所述车体停止运动，否则继续运动。
可选的，所述修剪控制单元，具体包括：
横向修剪控制子单元，用于当作业任务信息为修剪目标绿化带的顶部时，控制所述修剪机械臂保持水平、控制所述修剪机械臂的外延距离行车中心线的距离为第一距离以及控制所述修剪机械臂距离地面的高度为预设修剪后的绿化带高度；其中，第一距离＝车体宽度/2+当前边沿间距+目标绿化带宽度；所述当前边沿间距为当前时刻所述车体的边沿与所述目标绿化带边沿之间的距离；
纵向修剪控制子单元，用于当作业任务信息为修剪目标绿化带的侧边时，控制所述修剪机械臂保持垂直、控制所述修剪机械臂的外延距离行车中心线的距离为第二距离以及控制所述修剪机械臂距离地面的高度大于或等于隔离栏距离地面的高度；其中，第二距离＝车体宽度/2+当前边沿间距。
可选的，所述第一时间间隔为100ms；所述第二时间间隔为10ms。
可选的，所述设定范围为距离所述车体小于或等于10m，且障碍物感知角小于或等于20°的范围；所述设定尺寸为30cm*30cm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明实施例提出了一种自动绿植修剪作业车，通过在车体上设置控制模块、组合导航模块和修剪机械臂，自动完成对路边绿植的修剪操作，无需人工参与，能提升绿植的修剪效率，同时也能提高作业的安全度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的自动绿植修剪作业车的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的车体的底盘行驶路径示意图；
图3为本发明实施例提供的预设路径与预测的路径轨迹点的示意图；
图4为本发明实施例提供的障碍物感知示意图；
图5为本发明实施例提供的目标绿化带尺寸示意图；
图6为本发明实施例提供的修剪目标绿化带的顶部时的示意图；
图7为本发明实施例提供的修剪目标绿化带的侧边时的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例提供的自动绿植修剪作业车的结构示意图。参见图1，本实施例的自动绿植修剪作业车，包括：车体1和设置在所述车体1上的控制模块2、组合导航模块3和修剪机械臂4；所述控制模块2分别与所述组合导航模块3和所述修剪机械臂4连接。
所述组合导航模块3用于获取所述车体1在当前时刻的定位信息，并根据所述当前时刻的定位信息预测下一时刻的定位信息。
所述控制模块2用于根据预设路径和所述下一时刻的定位信息控制所述车体运动，并在所述车体1运动过程中根据获取的作业任务信息控制所述修剪机械臂4修剪目标绿化带。
在实际应用中，所述组合导航模块3可以设置在所述车体1的底盘上，基于底盘实现自动行驶，车体的底盘行驶路径如图2所示。
作为一种可选的实施方式，所述自动绿植修剪作业车，还包括：激光雷达；所述激光雷达设置在所述车体1上，且与所述控制模块2连接；所述激光雷达用于获取所述车体1周围的障碍物(车辆、行人等可能与车体发生碰撞的物体)信息；所述控制模块2还用于根据所述障碍物信息控制所述车体1停止运动或继续运动。
作为一种可选的实施方式，所述组合导航模块3，具体包括：GPS定位单元和惯性定位单元(Inertial Measurement Unit，IMU)。所述GPS定位单元和所述惯性定位单元均与所述控制模块2连接；所述GPS定位单元用于以第一时间间隔作为采样间隔获取定位信息；所述惯性定位单元用于以第二时间间隔作为采样间隔获取定位信息；所述当前时刻与所述下一时刻的时间间隔为所述第二时间间隔；所述第一时间间隔大于所述第二时间间隔。定位信息包括位置数据和速度数据；所述位置数据包括经纬度数据；所述速度数据包括速度大小和速度方向。所述第一时间间隔可以为100ms；所述第二时间间隔可以为10ms。
若当前时刻所述GPS定位单元工作，则所述GPS定位单元采集到的定位信息为当前时刻的定位信息；若当前时刻所述GPS定位单元不工作，则所述惯性定位单元预测到的定位信息为当前时刻的定位信息；所述惯性定位单元还用于基于运动惯性，根据所述当前时刻的定位信息预测下一时刻的定位信息。
在实际应用中，GPS定位单元接收经过差分校准的定位信息，来获得车体当前的经纬度数据及车体的速度数据。惯性测量单元基于运动惯性及上一个基准定位点，对当前车体的位置及速度进行预测，其定位频率高，但是会产生积累误差，需要每隔一段时间来使用GPS定位单元测得的定位信息作为基准点信息。GPS定位单元每两次定位之间间隔100ms，为了提高定位频率，组合导航模块3在每两次GPS定位之间，使用惯性测量单元来进行辅助定位。惯性测量单元每10ms定位一次，这样每两次GPS定位单元定位之间采用惯性测量单元来进行9次辅助定位，使得组合导航模块3最终可以每10ms输出一次定位结果，供车体的底盘进行方向校对。
作为一种可选的实施方式，所述控制模块2，具体包括：
轨迹点判断单元，用于根据所述下一时刻的定位信息确定下一时刻的路径轨迹点，并判断所述路径轨迹点是否位于所述预设路径上，得到判断结果。
自动行驶控制单元，若所述判断结果为是，则控制所述车体运动到所述路径轨迹点；若所述判断结果为否，则根据所述下一时刻的定位信息和所述预设路径确定偏差角度，并根据所述偏差角度控制所述车体运动(如，控制车体的底盘进行转向)。
修剪控制单元，用于根据作业任务信息控制所述修剪机械臂4按照设定修剪形状尺寸修剪目标绿化带。
在实际应用中，惯性定位单元根据当前时刻的定位信息预测下一时刻的定位信息，如图3所示，a表示预设路径，b表示预测的路径轨迹点的方向，c表示预设路径中轨迹点。当所述路径轨迹点不在所述预设路径上，即产生行驶方向上的偏差，例如偏差角度大于3°时，控制车体的底盘的导向轮，来完成车体行驶方向调整，使其对准预设路径上的下一个轨迹点。
绿植修剪作业车的典型作业时速是5KM/h，折合每秒钟1.39米，组合导航模块3每10ms输出一次定位信息，那么在每两次定位之间，车辆行驶了0.0139米，在最坏情况下，车体偏离下一轨迹点3°行驶，则最终偏离了0.0139米*Tan(3°)＝0.000727886米，折合成0.072788582厘米。本实施例采用的组合导航模块3的定位的误差范围为±5厘米，所以本实施例的综合行驶误差范围不高于±6厘米，该误差在道旁绿植修剪场景下属于合理误差。
在车辆底盘能够稳定按照设定路径行驶的前提下，修剪机械与道旁的绿植的相对位置也是稳定的，此时，修剪机械可以对绿植进行修剪。
作为一种可选的实施方式，车体的底盘在按照预置路径行驶时，在车体行驶的前方路径上，可能会存在障碍物，绿植修剪作业车需要探测到障碍物的存在，并作出停车避让动作(由于绿植修剪作业车的作业特性，其需要贴着道旁行驶，所以不存在绕行的动作)。
因此，所述控制模块2，还包括：避障单元，用于若所述障碍物信息为所述车体的设定范围内存在设定尺寸的障碍物，则控制所述车体停止运动，直到障碍物主动离开或被清除出该区域，车辆会继续前进。如图4所示，所述设定范围可以为距离所述车体小于或等于10m，且障碍物感知角小于或等于20°的范围；所述设定尺寸可以为30cm*30cm。
作为一种可选的实施方式，在控制模块2中，预先设置好预期的绿植截面形状，该形状需要是一个矩形，可以设置其宽度为x cm，高度为y cm，其中高度为目标绿化带的上部到地面之间的差值，同时需要设置路边金属隔离栏或水泥隔离栏的高度，作为修剪机械臂4避让红区。
如图5所示，x表示需要修剪的目标绿化带的宽度，y表示需要修剪的目标绿化带到路面之间的高度差。y2表示路边金属隔离栏或水泥隔离栏到路面的高度，在进行修剪时，修剪机械臂4需要抬高相应高度已避开该隔离栏。
对于路旁的绿植，将采用两次行驶来完成横向、纵向的修剪。
因此，所述修剪控制单元，具体包括：
横向修剪控制子单元，用于当作业任务信息为修剪目标绿化带的顶部时，控制所述修剪机械臂4保持水平、控制所述修剪机械臂4的外延距离行车中心线的距离为第一距离以及控制所述修剪机械臂4距离地面的高度为预设修剪后的绿化带高度，如图6所示。其中，第一距离＝车体宽度/2+当前边沿间距+目标绿化带宽度；所述当前边沿间距为当前时刻所述车体的边沿与所述目标绿化带边沿之间的距离。
纵向修剪控制子单元，用于当作业任务信息为修剪目标绿化带的侧边时(修剪机械臂4垂直于地面方向，贴着目标绿化带侧边往车辆前进方向推进)，控制所述修剪机械臂4保持垂直、控制所述修剪机械臂4的外延距离行车中心线的距离为第二距离以及控制所述修剪机械臂4距离地面的高度大于或等于隔离栏距离地面的高度，如图7所示。其中，第二距离＝车体宽度/2+当前边沿间距。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种自动绿植修剪作业车，其特征在于，包括：车体和设置在所述车体上的控制模块、组合导航模块和修剪机械臂；所述控制模块分别与所述组合导航模块和所述修剪机械臂连接；
所述组合导航模块用于获取所述车体在当前时刻的定位信息，并根据所述当前时刻的定位信息预测下一时刻的定位信息；
所述控制模块用于根据预设路径和所述下一时刻的定位信息控制所述车体运动，并在所述车体运动过程中根据获取的作业任务信息控制所述修剪机械臂修剪目标绿化带；
所述组合导航模块，具体包括：GPS定位单元和惯性定位单元；
所述GPS定位单元和所述惯性定位单元均与所述控制模块连接；
所述GPS定位单元用于以第一时间间隔作为采样间隔获取定位信息；所述惯性定位单元用于以第二时间间隔作为采样间隔获取定位信息；所述当前时刻与所述下一时刻的时间间隔为所述第二时间间隔；所述第一时间间隔大于所述第二时间间隔；
若当前时刻所述GPS定位单元工作，则所述GPS定位单元采集到的定位信息为当前时刻的定位信息；若当前时刻所述GPS定位单元不工作，则所述惯性定位单元预测到的定位信息为当前时刻的定位信息；所述惯性定位单元还用于基于运动惯性，根据所述当前时刻的定位信息预测下一时刻的定位信息；
所述控制模块，具体包括：
轨迹点判断单元，用于根据所述下一时刻的定位信息确定下一时刻的路径轨迹点，并判断所述路径轨迹点是否位于所述预设路径上，得到判断结果；
自动行驶控制单元，若所述判断结果为是，则控制所述车体运动到所述路径轨迹点；若所述判断结果为否，则根据所述下一时刻的定位信息和所述预设路径确定偏差角度，并根据所述偏差角度控制所述车体运动；
修剪控制单元，用于根据作业任务信息控制所述修剪机械臂按照设定修剪形状尺寸修剪目标绿化带；
所述修剪控制单元，具体包括：
横向修剪控制子单元，用于当作业任务信息为修剪目标绿化带的顶部时，控制所述修剪机械臂保持水平、控制所述修剪机械臂的外延距离行车中心线的距离为第一距离以及控制所述修剪机械臂距离地面的高度为预设修剪后的绿化带高度；其中，第一距离=车体宽度/2+当前边沿间距+目标绿化带宽度；所述当前边沿间距为当前时刻所述车体的边沿与所述目标绿化带边沿之间的距离；
纵向修剪控制子单元，用于当作业任务信息为修剪目标绿化带的侧边时，控制所述修剪机械臂保持垂直、控制所述修剪机械臂的外延距离行车中心线的距离为第二距离以及控制所述修剪机械臂距离地面的高度大于或等于隔离栏距离地面的高度；其中，第二距离=车体宽度/2+当前边沿间距。
2.根据权利要求1所述的一种自动绿植修剪作业车，其特征在于，还包括：激光雷达；
所述激光雷达设置在所述车体上，且与所述控制模块连接；所述激光雷达用于获取所述车体周围的障碍物信息；所述控制模块还用于根据所述障碍物信息控制所述车体停止运动或继续运动。
3.根据权利要求2所述的一种自动绿植修剪作业车，其特征在于，所述控制模块，还包括：
避障单元，用于若所述障碍物信息为所述车体的设定范围内存在设定尺寸的障碍物，则控制所述车体停止运动，否则继续运动。
4.根据权利要求1所述的一种自动绿植修剪作业车，其特征在于，所述第一时间间隔为100ms；所述第二时间间隔为10ms。
5.根据权利要求3所述的一种自动绿植修剪作业车，其特征在于，所述设定范围为距离所述车体小于或等于10m，且障碍物感知角小于或等于20°的范围；所述设定尺寸为30cm*30cm。
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