CN114527727A - 一种自走式喷杆喷雾机及其无人驾驶控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种自走式喷杆喷雾机及其无人驾驶控制系统及方法，该自走式喷杆喷雾机包括无人驾驶控制系统，该系统用于基于作物行自动对行的无人航迹跟踪和变量喷药控制，包括车载平台，可离线运行或在线运行，进行自走式喷杆喷雾机的控制或状态监控；远端平台，安装有基于GIS组件的远程作业管理系统，通过通信网络与车载平台通信，用于生成GIS作业地图、变量喷雾作业管理、农机作业参数设置、农机实时监控与作业轨迹显示、远程启停及作业控制、历史作业数据管理及无线通信处理；以及客户端，用于自走式喷杆喷雾机的遥控手动作业控制，并实时接收车载平台的网络视频监控信息。本发明还提供了该自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制方法。

Description

一种自走式喷杆喷雾机及其无人驾驶控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种喷杆喷雾机及其控制系统，特别是一种全液压自走式喷杆 喷雾机及其无人驾驶控制系统及方法。

背景技术

无人驾驶技术首先与拖拉机结合实现了耕种的无人化作业，但对于田间管 理，尤其是自走式喷杆喷雾机的植保作业，由于作业场景较为复杂、要求作业 速度较高，还处在辅助自动驾驶阶段，尚未实现完全的无人驾驶、无人作业。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述缺陷，提供一种自走式 喷杆喷雾机及其无人驾驶控制系统及方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制 系统，其中，用于自走式喷杆喷雾机基于作物行自动对行的无人航迹跟踪和变 量喷药控制，所述无人驾驶控制系统包括：

车载平台，安装在自走式喷杆喷雾机上，所述车载平台可离线运行或在线 运行，进行所述自走式喷杆喷雾机的控制或状态监控，所述车载平台包括无线 路由器、车载终端、ADCU自动驾驶控制单元、INS组合惯导系统、发动机 ECU单元、VCU整车控制单元、VSCU变量喷雾控制单元和RVMU网络视频 监控单元，所述车载终端分别与所述ADCU自动驾驶控制单元、INS组合惯 导系统、发动机ECU、VCU整车控制单元、VSCU喷雾控制单元和RVMU网 络视频监控单元连接；

远端平台，安装有基于GIS组件的远程作业管理系统，通过通信网络与所 述车载平台通信，用于生成GIS作业地图、变量喷雾作业管理、农机作业参数 设置、农机实时监控与作业轨迹显示、远程启停及作业控制、历史作业数据管 理及无线通信处理；以及

客户端，用于所述自走式喷杆喷雾机的遥控手动作业控制，并实时接收所 述车载平台的网络视频监控信息；

其中，所述无线路由器为集成4G/5G网络模块和多个以太网接口的工业 级无线路由器，与所述车载终端、所述ADCU自动驾驶控制单元和所述RVMU 网络视频监控单元连接，实现本地高速网络通信；同时通过所述4G/5G网络 模块对本地数据进行转发，实现与所述远端平台和所述客户端的无线网络交 互。

上述的自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其中，所述远端平台通信 交互的作业参数、轨迹点数据和视频监控数据可选择性切换使用，以节约数据 流量资源。

上述的自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其中，所述车载终端为嵌 入式PC终端，包含CAN总线、以太网和RS232通信接口，用以支持连接不 同的控制单元；在线工作时，所述车载终端通过以太网接收并解析来自所述远 端平台或所述APP客户端的命令数据，并通过所述CAN总线分发给所述 VSCU喷雾控制单元、所述VCU整车控制单元和所述ADCU自动驾驶控制单 元；离线工作时，通过所述车载终端的触摸屏监控车辆状态和设置车辆参数， 以U盘导入作业计划并对所述作业计划进行分解，发送相应命令给相关控制 单元实现变量喷雾控制、喷杆控制、车速控制、灯光控制、导航定位与轨迹跟 踪、作物行对行控制和地头转弯掉头。

上述的自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其中，所述RVMU远程 视频监控单元包括多个车载网络摄像头，所述车载网络摄像头支持H.264和 H.265压缩格式，所述远端平台可通过网络访问所述车载网络摄像头的视频数 据，对所述自走式喷杆喷雾机的作业环境和作业状态进行监控。

上述的自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其中，所述VSCU喷雾 控制单元包括喷雾主控制器、五路喷杆分段开关阀、喷雾压力传感器、喷雾流 量传感器和电动调节阀，所述喷雾主控制器为车载控制器，集成有IO端口和 CAN通讯端口，所述喷雾控制器通过所述IO端口控制所述五路喷杆分段开关 阀控制喷杆作业喷幅；并采集所述喷雾压力传感器和所述喷雾流量传感器的信 号，根据车辆行驶速度信号生成控制输出信号驱动所述电动调节阀动作，实时 对喷雾流量进行调节，实现基于作业速度的变量喷雾作业。

上述的自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其中，所述VCU整车控 制单元包括整车主控制器、喷杆控制阀组、行走控制阀组、轮距控制阀组、启 动及ON档继电器、灯光继电器、行走液压系统压力传感器和行走速度传感器， 所述整车主控制器集成IO端口和至少2路CAN通讯端口，用于采集所述行 走液压系统压力传感器信号和行走速度传感器信号实时监测车辆行走系统状 态，所述整车主控制器所采集的信号均采用标准SAE J1939协议发送到CAN 总线上，同时从所述CAN总线上获取并解析控制输出命令；所述喷杆控制阀 组用于控制喷杆的折叠、展开和升降；所述行走控制阀组用于控制行走柱塞泵 的电比例，实现所述自走式喷杆喷雾机的无极调速控制；所述轮距控制阀组用 于作业轮距的调节；所述启动及ON档继电器用于控制发动机启动机的运转和 发动机ECU的运行，实现发动机点火和熄火；所述灯光继电器用于控制远近 光灯和工作灯。

上述的自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其中，所述ADCU自动 驾驶控制单元包括自动驾驶主控制器、激光雷达、转向角度传感器和转向电机， 所述自动驾驶主控制器用于接收所述转向角度传感器和激光雷达的信息，对视 域范围内的空间环境进行点云信息识别提取和三维重构建模，获得实时作业环 境地图，识别作物行走行信息，融合高精度导航定位信息和机器姿态信息，并 与预置的高精度作业地图数据进行比对，计算整机相对规划路径的偏离值，演 算目标转向角度和转向速度，控制所述转向电机动作，实现无人对行行走。

上述的自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其中，所述INS组合惯导 系统内置高精度定位模块、惯性测量单元和INS运算控制单元，所述高精度定 位模块用于获取导航定位信息；所述惯性测量单元用于获取机器姿态信息；所 述INS运算控制单元融合所述导航定位信息和机器姿态信息，并实时输出机器 的姿态、方位、位置和速度数据。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种自走式喷杆喷雾机的无人 驾驶控制方法，其中，包括：离线运行模式和在线运行模式；

所述离线运行模式时，包括如下步骤：

S101、车载终端从U盘获取GIS作业地图，解析出作业轨迹和作业边界， 发送控制命令给VCU整车控制单元和ADCU自动驾驶控制单元，驱动自走式 喷杆喷雾机寻找作业起始点；

S102、当到达作业起始点时自动展开喷杆，VSCU喷雾控制单元开启变 量喷雾作业，ADCU自动驾驶控制单元控制所述自走式喷杆喷雾机沿规划的作 业轨迹行走；

S103、当所述自走式喷杆喷雾机行走方向实时位置接近作业边界时，VCU 整车控制单元控制所述自走式喷杆喷雾机自动减速，进入预掉头状态；

S104、到达所述作业边界时，控制所述自走式喷杆喷雾机掉头，所述ADCU 自动驾驶控制单元获取下一作业行的位置坐标，并驱动所述自走式喷杆喷雾机 寻找给定的作业行位置坐标，开始连续作业；以及

S105、作业过程中出现药液不足时，自动记忆当前作业位置坐标及返航轨 迹并返回地头加药，加药完成后沿所述返航轨迹自动返回；

所述在线运行模式时，包括如下步骤：

S201、车载终端从网络获取GIS作业地图，同时从所述远端平台和APP 客户端获取控制命令，并根据所述控制命令控制所述自走式喷杆喷雾机完成基 于作物行自动对行的无人航迹跟踪和变量喷药控制；

S202、所述车载终端实时发送喷杆喷雾机作业状态信息，所述远端平台和 客户端根据所述喷杆喷雾机作业状态信息实时监控机器状态；以及

S203、所述远端平台根据需要开启或关闭RVMU网络视频监控单元，以 减少网络资源消耗。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种自走式喷杆喷雾机，其中， 包括上述的无人驾驶控制系统。

本发明的技术效果在于：

本发明设置有两种工作模式：离线模式和在线模式，可在网络信号弱或无 网络信号时轻松切换，不影响正常作业；通过总线式模块结构加载各功能单元， 实现了基于作物行自动对行的无人航迹跟踪和变量喷药控制。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的 限定。

附图说明

图1为本发明一实施例的无人驾驶控制系统结构框图；

图2为本发明一实施例的VCU整车控制单元结构框图；

图3为本发明一实施例的VSCU喷雾控制单元结构框图；

图4为本发明一实施例的ADCU自动驾驶控制单元结构框图。

其中，附图标记

1客户端

2远端平台

3车载平台

31无线路由器

32车载终端

33VCU整车控制单元

331行走液压系统压力传感器

332喷杆控制阀组

333行走控制阀组

334启动及ON档继电器

335轮距控制阀组

336灯光继电器

337整车主控制器

338行走速度传感器

34VSCU喷雾控制单元

341喷雾主控制器

342五路喷杆分段开关阀

343喷雾压力传感器

344喷雾流量传感器

345电动调节阀组

35发动机ECU

36INS组合惯导系统

37ADCU自动驾驶控制单元

371自动驾驶主控制器

372激光雷达

373转向角度传感器

374转向电机

38RVMU网络视频监控单元

4通信网络

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

参见图1，图1为本发明一实施例的无人驾驶控制系统结构框图。本发明 的自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统包括客户端1、远端平台2和车载平 台3，其中，所述客户端1可为安装于手机或平板电脑的客户端APP软件，作 为远端平台软件的简化操作版本，用于自走式喷杆喷雾机的遥控手动作业控制 (如车辆启停、喷药作业控制、转向及行走控制等)，可根据需要实时接收所 述车载平台的网络视频监控信息。所述远端平台2可为接入互联网的商业PC， 安装有基于GIS组件开发的远程作业管理系统，通过通信网络4如4G/5G网络与所述车载平台3通信，实现GIS建图、编辑、导入、导出等功能、变量喷 雾作业管理(包括喷雾参数设置、喷雾作业控制、喷雾状态监控等)、农机作 业参数设置、农机实时监控与作业轨迹显示、远程启停及作业控制、历史作业 数据管理、无线通信处理等。通信交互的作业参数、轨迹点数据、视频监控数 据等可根据用户实际需要选择性切换使用，以节约数据流量资源。

其中，车载平台3在无网络信号或网络信号弱的情况下可以独立离线工 作，在网络信号正常时所述远端平台2和APP客户端1可正常连接所述车载 平台接管车辆控制或监控车辆状态。所述车载平台3可包括无线路由器31、 车载终端32、VCU整车控制单元33、VSCU喷雾控制单元34、发动机ECU35、 INS组合惯导系统36、ADCU自动驾驶控制单元37、和RVMU网络视频监控 单元38。

本实施例的所述无线路由器31优选为集成4G/5G网络模块和3-4个以太 网口的工业级无线路由器，与所述车载终端32、所述ADCU自动驾驶控制单 元37和所述RVMU网络视频监控单元38通过以太网接口连接，实现本地高 速网络通信；同时通过无线路由器的4G/5G网络模块对本地数据进行转发， 实现与所述APP客户端1和所述远端平台2的无线网络数据交互。

本实施例的所述车载终端32优选为嵌入式PC终端，包含CAN、以太网、 RS232等丰富的外围通信接口，用以支持连接不同的控制单元。所述车载终端 32通过高速CAN总线与各控制子单元连接，采用标准SAE J1939协议实现各 控制子单元与车载终端32之间的信息共享；通过以太网口与所述无线路由器 31相连，采用标准TCP IP协议实现与所述远端平台2、APP客户端1、RVMU 网络视频监控单元38、ADCU自动驾驶控制单元37之间的信息交互。所述车 载终端32作为所述车载平台2的控制中枢，在离线工作时，负责以U盘形式 导入作业计划并对作业计划进行分解，发送相应命令给相关控制单元实现变量 喷雾控制、喷杆控制、车速控制、灯光控制、导航定位与轨迹跟踪、作物行对 行控制、地头转弯掉头等功能；在在线工作时，负责从网络接收命令数据和下 载作业计划，经过解析后生成不同的控制命令分发给相应的控制单元。

所述发动机ECU单元35可为国三或国四发动机自带的用于控制发动机运 转的专用控制器，优选为玉柴T300系列国三发动机自带的车载控制器，内置 CAN接口，采用标准SAE J1939协议实时输出发动机工作状态参数信息，如 机油压力、水温、发动机转速等。

所述INS组合惯导系统36基于MEMS技术开发，内置高精度定位模块、 惯性测量单元以及INS运算控制单元，支持RTK通信和CAN通信。所述高 精度定位模块优选为四频双模双天线卫星定位板卡，外置多星多频GNSS测量 天线，同时可通过RTK通信实现高精度定位，定位精度可达cm级；所述惯 性测量单元通过板载IMU获取机器翻滚角、俯仰角、方位角、三轴加速度和 三轴角速度等机器姿态信息；INS运算控制单元融合导航定位信息和机器姿态信息，通过CAN总线实时输出机器的姿态、方位、位置、速度等传感器数据。

参见图2，图2为本发明一实施例的VCU整车控制单元33结构框图。本 实施例中，所述VCU整车控制单元33为车辆控制中枢，用于实现自走式喷杆 喷雾机的车速控制、轮距控制、车辆状态监测、灯光控制、启停控制以及喷杆 的折叠、展开、升降等控制；同时采用标准SAE J1939协议实时将车辆状态信 息、电液阀组控制状态信息、故障诊断信息发送到CAN总线上。该VCU整 车控制单元33包括行走液压系统压力传感器331、喷杆控制阀组332、行走控制阀组333、启动及ON档继电器334、轮距控制阀组335、灯光继电器336、 整车主控制器337、行走速度传感器338组成。所述整车主控制器为专用车载 控制器，集成丰富的IO端口和至少2路CAN通讯端口，支持二次开发，优 选为RC28-14/30型车载控制器；所述行走液压系统压力传感器331的量程为 0-400bar，4-20mA输出；所述行走速度传感器338为NPN输出型接近开关。

所述整车主控制器337通过输入端口实时采集行走液压系统压力传感器 331和行走速度传感器338的信号，实时监测车辆行走液压系统状态；通过输 出端口驱动喷杆控制阀组332，实现喷杆的折叠、展开、升降等控制；通过驱 动行走控制阀组333，实现行走柱塞泵的电比例控制，进而实现自走式喷杆喷 雾机的无极调速控制；通过驱动轮距控制阀组335，实现作业轮距的调节，增 强对不同种植模式的适应性；通过驱动启动及ON档继电器334，进而控制发 动机启动机的运转和发动机ECU的运行，实现发动机点火和熄火控制；通过 驱动灯光继电器336，实现对大功率远近光灯、工作灯等的控制。所述整车主 控制器337的IO端口状态所采集的信号采用标准SAE J1939协议发送到CAN 总线上，同时从总线上获取并解析控制输出命令以实现上述不同的功能。

参见图3，图3为本发明一实施例的VSCU喷雾控制单元34结构框图。 本实施例中，所述VSCU喷雾控制单元34为植保作业的控制核心，从CAN 总线上获取车辆作业行驶速度，并根据设定的每公顷目标施药量大小实时调节 电动阀开度，进而对喷雾流量进行实时调节，实现基于作业速度的变量喷雾作 业。该VSCU喷雾控制单元34包括喷雾主控制器341、五路喷杆分段开关阀 342、喷雾压力传感器343、喷雾流量传感器344和电动调节阀组345。所述喷 雾主控制器341为专用车载控制器，集成丰富的IO端口和CAN通讯端口， 支持二次开发，优选为STW1412CMS型车载控制器，支持codesys2.3软件开 发，支持H桥PWM驱动；喷雾压力传感器343量程为0-10bar，4-20mA输出； 喷雾流量传感器344为方波脉冲输出；所述五路喷杆分段开关阀342将宽幅喷 杆分段成5部分，通过开关不同的电动阀实现对不同喷杆区域的作业控制，主 要用于作业地块边缘的喷杆喷幅控制；所述电动调节阀345内置直流电机驱 动，其开度与管路流量的大小有关，通过所述喷雾主控制器的H桥PWM驱动 模块控制开度大小可实时调节管路流量。所述喷雾控制器341读取所述喷雾压 力传感器343和喷雾流量传感器344的信号，以每公顷施药量为控制目标，基 于作业速度的变化经过运算处理后计算出控制输出信号，驱动所述电动调节阀 345，对喷雾流量进行实时变量调节。

参见图4，图4为本发明一实施例的ADCU自动驾驶控制单元37结构框 图。本实施例的所述ADCU自动驾驶控制单元37通过CAN总线获取所述INS 组合惯导系统36输出的机器姿态、方位等传感器数据，经过运算处理后输出 控制命令，控制车辆转向机构动作，实现机器对导航轨迹的跟踪和对行作业。 该ADCU自动驾驶控制单元37包括自动驾驶主控制器371、激光雷达372、 转向角度传感器373和转向电机374。所述自动驾驶主控制器371将自动驾驶的自动感知、决策和控制集成到一个控制单元中，具备以下系统接入能力：千 兆以太网接入所述激光雷达372；多路CAN/CAN-FD，接入系统总线中，以读 取高精度导航定位信息和机器姿态信息；H桥PWM驱动模块，驱动所述转向 电机374正反调速运转；1路模拟量输入端口，实时采集所述转向角度传感器 373的信号。所述激光雷达372为混合激光雷达，优选为Livox Mid-70型激光 雷达，点云输出速率达200000点/秒，以太网接口输出；所述转向角度传感器 373安装在前转向桥上，测量转向机构转向角度，测量精度为0.1度，输出为 4-20mA；所述转向电机为低速大扭矩直流电机，由所述自动驾驶主控制器371 的H桥PWM输出模块驱动。所述自动驾驶主控制器371通过千兆以太网接收 所述激光雷达372的信息，对视域范围内的空间环境进行点云信息识别提取和 三维重构建模，获得实时作业环境地图，识别作物行走行信息，融合高精度导 航定位信息和机器姿态信息，并与预置的高精度作业地图数据进行比对，计算 机器相对规划路径的偏离值，演算目标转向角度和转向速度，控制转向电机动 作，实现无人对行行走。

所述RVMU网络视频监控单元38可包括2-3个车载网络摄像头，优选 FHD-639N型车载网络监控摄像头，所述车载网络摄像头支持H.264和H.265 压缩格式，支持网络功能，防水等级为IP69K，接入到所述无线路由器31中。 所述APP客户端1、所述远端平台2以及所述车载终端32可根据用户需要从 网络访问所述车载网络摄像头的视频数据，对自走式喷杆喷雾机的作业环境和 作业状态进行监控。

本发明还提供了上述自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统的无人驾驶 控制方法，包括：离线运行模式和在线运行模式；

在离线运行模式时，包括如下步骤：

步骤S101、车载终端从U盘获取GIS作业地图，解析出作业轨迹和作业 边界，发送控制命令给VCU整车控制单元和ADCU自动驾驶控制单元，驱动 自走式喷杆喷雾机寻找作业起始点；

步骤S102、当到达作业起始点时自动展开喷杆，VSCU喷雾控制单元开 启变量喷雾作业，ADCU自动驾驶控制单元控制所述自走式喷杆喷雾机沿规划 的作业轨迹行走；

步骤S103、当所述自走式喷杆喷雾机行走方向实时位置接近作业边界时， VCU整车控制单元控制所述自走式喷杆喷雾机自动减速，进入预掉头状态；

步骤S104、到达所述作业边界时，控制所述自走式喷杆喷雾机掉头，所 述ADCU自动驾驶控制单元获取下一作业行的位置坐标，并驱动所述自走式 喷杆喷雾机寻找给定的作业行位置坐标，开始连续作业；以及

步骤S105、作业过程中出现药液不足时，自动记忆当前作业位置坐标及 返航轨迹并返回地头加药，加药完成后沿所述返航轨迹自动返回；

在线运行模式时，包括如下步骤：

步骤S201、车载终端从网络获取GIS作业地图，同时从所述远端平台和 APP客户端获取控制命令，并根据所述控制命令控制所述自走式喷杆喷雾机完 成基于作物行自动对行的无人航迹跟踪和变量喷药控制；

步骤S202、所述车载终端实时发送喷杆喷雾机作业状态信息，所述远端 平台和客户端根据所述喷杆喷雾机作业状态信息实时监控机器状态；以及

步骤S203、所述远端平台根据需要开启或关闭RVMU网络视频监控单元， 以减少网络资源消耗。

也即本发明的该车载平台3有离线运行和在线运行两种工作方式。离线运 行时，所述车载终端32从U盘获取GIS作业地图，解析出作业轨迹和作业边 界，发送控制命令给所述VCU整车控制单元33和所述ADCU自动驾驶控制 单元37，驱动喷杆喷雾机寻找作业起始点；当到达作业起始点时自动展开喷 杆，然后发送命令控制所述VSCU喷雾控制单元34开启变量喷雾作业，并控 制喷杆喷雾机沿规划的作业轨迹行走；当喷杆喷雾机行走方向实时位置快要到 达作业边界时，喷杆喷雾机自动减速，进入预掉头状态；到达作业边界时，进 入掉头状态，此时发送下一作业行的位置坐标给ADCU自动驾驶控制单元37， 驱动喷杆喷雾机寻找给定的作业行的位置坐标，然后开始连续作业；作业过程 中出现药液不够需要返回地头加药时，自动记忆当前作业位置坐标及返航轨 迹，加药完成自动沿返航轨迹返回。

在线运行时，所述车载终端32从网络获取GIS作业地图，同时从所述远 端平台2和APP客户端1获取手动控制命令(如发动机启停、喷杆升降、喷 药系统启停等)；所述车载终端32实时发动喷杆喷雾机作业状态信息以便所 述远端平台2和APP客户端1实时监控机器状态；所述远端平台2可根据需 要开启和关闭RVMU网络视频监控单元38，以减少网络资源消耗。

本发明还提供包括上述自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统的自走式 喷杆喷雾机，该自走式喷杆喷雾机采用上述的无人驾驶控制方法进行工作。该 自走式喷杆喷雾机其他部分的组成、结构、相互位置关系、连接关系及其工作 原理等，均为较成熟的现有技术，故在此不再赘述。其中，该自走式喷杆喷雾 机的车载平台离线运行时，所述车载终端从U盘获取GIS作业地图，解析出 作业轨迹和作业边界，发送控制命令给VCU整车控制单元和ADCU自动驾驶 控制单元，驱动喷杆喷雾机寻找作业起始点；到达作业点时自动展开喷杆，然 后发送命令给VSCU喷雾控制单元开始喷雾作业，并控制喷杆喷雾机沿规划 的作业轨迹行走；当快要到达作业边界时，喷杆喷雾机自动减速，进入预掉头 状态；到达作业边界时，进入掉头状态，驱动喷杆喷雾机寻找给定的下一作业 行的位置坐标；作业过程中出现药液不够需要返回地头加药时，自动记忆当前 作业位置坐标及返航轨迹，加药完成自动沿返航轨迹返回；车载平台在线运行 时，所述车载终端从网络获取GIS作业地图和控制命令；所述远端平台可根据 需要开启和关闭RVMU网络视频监控单元，以减少网络资源消耗。

本发明通过总线式模块结构加载各功能单元，实现了自走式喷杆喷雾机基 于作物行自动对行的无人航迹跟踪和变量喷药控制。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情 况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但 这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其特征在于，用于自走式喷杆喷雾机基于作物行自动对行的无人航迹跟踪和变量喷药控制，所述无人驾驶控制系统包括：

车载平台，安装在自走式喷杆喷雾机上，所述车载平台可离线运行或在线运行，进行所述自走式喷杆喷雾机的控制或状态监控，所述车载平台包括无线路由器、车载终端、ADCU自动驾驶控制单元、INS组合惯导系统、发动机ECU单元、VCU整车控制单元、VSCU变量喷雾控制单元和RVMU网络视频监控单元，所述车载终端分别与所述ADCU自动驾驶控制单元、INS组合惯导系统、发动机ECU、VCU整车控制单元、VSCU喷雾控制单元和RVMU网络视频监控单元连接；

远端平台，安装有基于GIS组件的远程作业管理系统，通过通信网络与所述车载平台通信，用于生成GIS作业地图、变量喷雾作业管理、农机作业参数设置、农机实时监控与作业轨迹显示、远程启停及作业控制、历史作业数据管理及无线通信处理；以及

客户端，用于所述自走式喷杆喷雾机的遥控手动作业控制，并实时接收所述车载平台的网络视频监控信息；

其中，所述无线路由器为集成4G/5G网络模块和多个以太网接口的工业级无线路由器，与所述车载终端、所述ADCU自动驾驶控制单元和所述RVMU网络视频监控单元连接，实现本地高速网络通信；同时通过所述4G/5G网络模块对本地数据进行转发，实现与所述远端平台和所述客户端的无线网络交互。

2.如权利要求1所述的自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其特征在于，所述远端平台通信交互的作业参数、轨迹点数据和视频监控数据可选择性切换使用，以节约数据流量资源。

3.如权利要求1或2所述的自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其特征在于，所述车载终端为嵌入式PC终端，包含CAN总线、以太网和RS232通信接口，用以支持连接不同的控制单元；在线工作时，所述车载终端通过以太网接收并解析来自所述远端平台或所述客户端的命令数据，并通过所述CAN总线分发给所述VSCU喷雾控制单元、所述VCU整车控制单元和所述ADCU自动驾驶控制单元；离线工作时，通过所述车载终端的触摸屏监控车辆状态和设置车辆参数，以U盘导入作业计划并对所述作业计划进行分解，发送相应命令给相关控制单元实现变量喷雾控制、喷杆控制、车速控制、灯光控制、导航定位与轨迹跟踪、作物行对行控制和地头转弯掉头。

4.如权利要求3所述的自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其特征在于，所述RVMU远程视频监控单元包括多个车载网络摄像头，所述车载网络摄像头支持H.264和H.265压缩格式，所述远端平台可通过网络访问所述车载网络摄像头的视频数据，对所述自走式喷杆喷雾机的作业环境和作业状态进行监控。

5.如权利要求3所述的自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其特征在于，所述VSCU喷雾控制单元包括喷雾主控制器、五路喷杆分段开关阀、喷雾压力传感器、喷雾流量传感器和电动调节阀，所述喷雾主控制器为车载控制器，集成有IO端口和CAN通讯端口，所述喷雾控制器通过所述IO端口控制所述五路喷杆分段开关阀控制喷杆作业喷幅；并采集所述喷雾压力传感器和所述喷雾流量传感器的信号，根据车辆行驶速度信号生成控制输出信号驱动所述电动调节阀动作，实时对喷雾流量进行调节，实现基于作业速度的变量喷雾作业。

6.如权利要求3所述的自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其特征在于，所述VCU整车控制单元包括整车主控制器、喷杆控制阀组、行走控制阀组、轮距控制阀组、启动及ON档继电器、灯光继电器、行走液压系统压力传感器和行走速度传感器，所述整车主控制器集成IO端口和至少2路CAN通讯端口，用于采集所述行走液压系统压力传感器信号和行走速度传感器信号实时监测车辆行走系统状态，所述整车主控制器所采集的信号均采用标准协议发送到CAN总线上，同时从所述CAN总线上获取并解析控制输出命令；所述喷杆控制阀组用于控制喷杆的折叠、展开和升降；所述行走控制阀组用于控制行走柱塞泵的电比例，实现所述自走式喷杆喷雾机的无极调速控制；所述轮距控制阀组用于作业轮距的调节；所述启动及ON档继电器用于控制发动机启动机的运转和发动机ECU的运行，实现发动机点火和熄火；所述灯光继电器用于控制远近光灯和工作灯。

7.如权利要求3所述的自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其特征在于，所述ADCU自动驾驶控制单元包括自动驾驶主控制器、激光雷达、转向角度传感器和转向电机，所述自动驾驶主控制器用于接收所述转向角度传感器和激光雷达的信息，对视域范围内的空间环境进行点云信息识别提取和三维重构建模，获得实时作业环境地图，识别作物行走行信息，融合高精度导航定位信息和机器姿态信息，并与预置的高精度作业地图数据进行比对，计算整机相对规划路径的偏离值，演算目标转向角度和转向速度，控制所述转向电机动作，实现无人对行行走。

8.如权利要求3所述的自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其特征在于，所述INS组合惯导系统内置高精度定位模块、惯性测量单元和INS运算控制单元，所述高精度定位模块用于获取导航定位信息；所述惯性测量单元用于获取机器姿态信息；所述INS运算控制单元融合所述导航定位信息和机器姿态信息，并实时输出机器的姿态、方位、位置和速度数据。

9.一种自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制方法，其特征在于，包括：离线运行模式和在线运行模式；

所述离线运行模式时，包括如下步骤：

S101、车载终端从U盘获取GIS作业地图，解析出作业轨迹和作业边界，发送控制命令给VCU整车控制单元和ADCU自动驾驶控制单元，驱动自走式喷杆喷雾机寻找作业起始点；

S102、当到达作业起始点时自动展开喷杆，VSCU喷雾控制单元开启变量喷雾作业，ADCU自动驾驶控制单元控制所述自走式喷杆喷雾机沿规划的作业轨迹行走；

S103、当所述自走式喷杆喷雾机行走方向实时位置接近作业边界时，VCU整车控制单元控制所述自走式喷杆喷雾机自动减速，进入预掉头状态；

S104、到达所述作业边界时，控制所述自走式喷杆喷雾机掉头，所述ADCU自动驾驶控制单元获取下一作业行的位置坐标，并驱动所述自走式喷杆喷雾机寻找给定的作业行位置坐标，开始连续作业；以及

S105、作业过程中出现药液不足时，自动记忆当前作业位置坐标及返航轨迹并返回地头加药，加药完成后沿所述返航轨迹自动返回；

所述在线运行模式时，包括如下步骤：

S201、车载终端从网络获取GIS作业地图，同时从所述远端平台和APP客户端获取控制命令，并根据所述控制命令控制所述自走式喷杆喷雾机完成基于作物行自动对行的无人航迹跟踪和变量喷药控制；

S202、所述车载终端实时发送喷杆喷雾机作业状态信息，所述远端平台和客户端根据所述喷杆喷雾机作业状态信息实时监控机器状态；以及

S203、所述远端平台根据需要开启或关闭RVMU网络视频监控单元，以减少网络资源消耗。

10.一种自走式喷杆喷雾机，其特征在于，包括上述权利要求1-9中任意一项所述的无人驾驶控制系统。

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