CN114721375B - 一种农机单天线导航路径跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于农机自动驾驶和控制系统技术领域，具体涉及一种农机单天线导航路径跟踪方法，其包括：根据农机实时位置和导航规划路径上该时刻位置获取横向偏差；根据横向偏差获取纠偏所需的转向半径；以及根据转向半径对农机进行控制使农机回到导航规划路径，实现了由控制器根据导航数据直接控制转向执行装置实现转向动作，纠正行驶偏差，效率高，流程简捷，并且安装方便、快捷，对于安装位置要求简单，以及只需要在农机上安装一个导航天线，成本较低。

Description

一种农机单天线导航路径跟踪方法

技术领域

本发明属于农机自动驾驶和控制系统技术领域，具体涉及一种农机单天线导航路径跟踪方法。

背景技术

随着我国农机智能化水平的不断提高，以及卫星导航技术大规模推广应用，具有自动驾驶功能的农机越来越受市场欢迎。现有的一些导航控制方法，面向的对象多为公路车辆，故不十分适用于农机作业。农机属于低速车辆，在田间作业过程中，受系统误差、机械传动间隙、地面条件和行驶速度等因素影响，存在农机的侧滑、颠簸现象，总会偏离导航规划路径。因此，在自动驾驶过程中，车载的控制和导航系统需要不断判断农机自身位置，以及与导航规划路径之间的偏差，通过某种控制方法进行纠偏，使偏离误差在田间作业要求的范围内。

因此，基于上述技术问题需要设计一种新的农机单天线导航路径跟踪方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种农机单天线导航路径跟踪方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种农机单天线导航路径跟踪方法，包括：

根据农机实时位置和导航规划路径上该时刻位置获取横向偏差；

根据横向偏差获取纠偏所需的转向半径；以及

根据转向半径对农机进行控制使农机回到导航规划路径。

进一步，所述根据农机实时位置和导航规划路径上该时刻位置获取横向偏差的方法包括：

在农机车体安装一个导航天线，根据卫星信号接收、定位和导航控制方法，将农机实时位置与导航规划路径上该时刻的位置进行比较作差、融合解算，得到横向偏差；

计算农机实时位置相对于导航规划路径的垂直距离和方向，根据垂直距离和方向确定实时位置相对于导航规划路径的距离偏差，即横向偏差。

进一步，所述根据横向偏差获取纠偏所需的转向半径的方法包括：

构建横向偏差与转向半径之间的关系模型：

；

其中，Δx为横向偏差；v为农机行驶速度；t为纠偏所需时间；R为转向半径。

进一步，所述根据转向半径对农机进行控制使农机回到导航规划路径的方法包括：

根据转向半径获取相应的转向信号值，将转向信号值发送给转向控制器，控制转向执行机构动作，使农机回到导航规划路径。

第二方面，本发明还提供一种农机，包括：

控制器，以及与该控制器电性连接的导航天线和转向执行机构；

所述导航天线适于获取农机实时位置和导航规划路径上该时刻农机位置；

所述控制器适于根据农机实时位置和导航规划路径上该时刻农机位置获取横向偏差，以获取转向半径；并且

所述控制器适于根据转向半径对转向执行机构进行控制使农机回到导航规划路径。

进一步，所述控制器适于采用上述农机单天线导航路径跟踪方法对转向执行机构进行控制。

第三方面，本发明还提供一种农机单天线导航路径跟踪系统，包括：

横向偏差获取模块，根据农机实时位置和导航规划路径上该时刻位置获取横向偏差；

转向半径获取模块，根据横向偏差获取纠偏所需的转向半径；以及

调控模块，根据转向半径对农机进行控制使农机回到导航规划路径。

本发明的有益效果是，本发明通过根据农机实时位置和导航规划路径上该时刻位置获取横向偏差；根据横向偏差获取纠偏所需的转向半径；以及根据转向半径对农机进行控制使农机回到导航规划路径，实现了由控制器根据导航数据直接控制转向执行装置实现转向动作，纠正行驶偏差，效率高，流程简捷，并且安装方便、快捷，对于安装位置要求简单，以及只需要在农机上安装一个导航天线，成本较低。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的一种农机单天线导航路径跟踪方法的流程图；

图2是本发明的拖拉机导航天线安装示意图；

图3是本发明的拖拉机路径跟踪偏差示意图；

图4是本发明的收割机导航天线安装示意图；

图5是本发明的收割机路径跟踪偏差示意图。

图中：

1为导航天线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

如图1所示，本实施例提供了一种农机单天线导航路径跟踪方法，包括根据农机实时位置和导航规划路径上该时刻位置获取横向偏差；根据横向偏差获取纠偏所需的转向半径；以及根据转向半径对农机进行控制使农机回到导航规划路径，实现了由控制器根据导航数据直接控制转向执行装置实现转向动作，纠正行驶偏差，效率高，流程简捷，并且安装方便、快捷，对于安装位置要求简单，以及只需要在农机上安装一个导航天线1（卫星接收天线），成本较低。

在本实施例中，所述根据农机实时位置和导航规划路径上该时刻位置获取横向偏差的方法包括：在农机车体安装一个导航天线1，根据通用的卫星信号接收、定位和导航控制方法，将农机实时位置与导航规划路径上该时刻的位置进行比较作差、融合解算，得到横向偏差；计算农机实时位置相对于导航规划路径的垂直距离和方向，根据垂直距离和方向确定实时位置相对于导航规划路径的距离偏差，即横向偏差。在农机车体安装一个导航天线1，因地面不平整等因素引起的车身姿态变化，会对测量精度产生影响，可以通过降低天线安装高度，在农机上安装姿态传感器进行位置修正等方法消除或减少误差。

在本实施例中，所述根据横向偏差获取纠偏所需的转向半径的方法包括：根据本发明提供的纠偏控制方法，由横向偏差计算得到纠偏所需的转向半径，转向半径和转向执行机构存在一定的关系，且可以建立关系公式，

构建横向偏差与转向半径之间的关系模型：

；

其中，Δx为横向偏差；v为农机行驶速度；t为纠偏所需时间；R为转向半径。

在本实施例中，所述根据转向半径对农机进行控制使农机回到导航规划路径的方法包括：根据转向半径获取相应的转向信号值，将转向信号值发送给转向控制器，控制转向执行机构动作，使农机回到导航规划路径。

具体的以拖拉机为例，根据通用的卫星信号接收、定位和导航控制方法，将拖拉机实时位置与导航规划路径上该时刻的位置进行比较作差、融合解算，得到横向偏差；根据纠偏控制方法，由横向偏差计算得到纠偏所需的转向半径，转向半径和电动方向盘转角存在一定的关系，且可以建立关系公式，因此可以将转向半径转换为相应的转向信号值发送给电动方向盘控制器，控制方向盘转动，使拖拉机回到规划路径上来。

如图3所示，实线示意的拖拉机位置和方向为规划路径上某时刻的位置和行驶方向，虚线示意拖拉机自动驾驶行进过程中产生了侧滑位移后的位置，即产生了横向偏差Δx。

横向偏差Δx与转向半径R存在如下关系式：

式中，Δx为横向偏差，（单位为m）；v为拖拉机行驶速度，（单位为m/s）；t为纠偏所需时间，（单位为s）；R为转向半径，（单位为m）；在拖拉机车体安装一个导航天线1。

如图4所示，具体的以收割机为例，转向执行装置为电磁阀。收割机直行时，电磁阀开启，液压泵同时往两侧履带轮的驱动泵供油，两侧履带轮同步转动；当需要转向时，一侧电磁阀关闭，该侧履带轮停止转动，两侧履带轮形成速度差，实现转向，转向半径和电磁阀关闭的时间之间存在一定的关系，且可以建立关系公式。如图5所示，实线示意的收割机位置和方向为规划路径上某时刻的位置和行驶方向，虚线示意收割机自动驾驶行进过程中机身走偏产生了横向偏差Δx后的位置。收割机需要纠正横向偏差时，将所需的转向半径转换为相应的转向信号值发送给电磁阀控制器，控制电磁阀的通断时间，使收割机回到规划路径上来。

本实施例还提供一种农机，包括：控制器，以及与该控制器电性连接的导航天线1和转向执行机构；所述导航天线1适于获取农机实时位置和导航规划路径上该时刻农机位置；所述控制器适于根据农机实时位置和导航规划路径上该时刻农机位置获取横向偏差，以获取转向半径；并且所述控制器适于根据转向半径对转向执行机构进行控制使农机回到导航规划路径。

在本实施例中，所述控制器适于采用上述农机单天线导航路径跟踪方法对转向执行机构进行控制。

本实施例还提供一种农机单天线导航路径跟踪系统，包括：

横向偏差获取模块，根据农机实时位置和导航规划路径上该时刻位置获取横向偏差；转向半径获取模块，根据横向偏差获取纠偏所需的转向半径；以及调控模块，根据转向半径对农机进行控制使农机回到导航规划路径。

本发明的有益效果是，本发明通过根据农机实时位置和导航规划路径上该时刻位置获取横向偏差；根据横向偏差获取纠偏所需的转向半径；以及根据转向半径对农机进行控制使农机回到导航规划路径，实现了由控制器根据导航数据直接控制转向执行装置实现转向动作，纠正行驶偏差，效率高，流程简捷，并且安装方便、快捷，对于安装位置要求简单，以及只需要在农机上安装一个导航天线1，成本较低。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (3)

1.一种农机单天线导航路径跟踪方法，其特征在于，包括：

根据农机实时位置和导航规划路径上实时位置对应时刻的位置获取横向偏差；

根据横向偏差获取纠偏所需的转向半径；以及

根据转向半径对农机进行控制使农机回到导航规划路径；

所述根据横向偏差获取纠偏所需的转向半径的方法包括：

构建横向偏差与转向半径之间的关系模型：

；

其中，Δx为横向偏差；v为农机行驶速度；t为纠偏所需时间；R为转向半径；

所述根据转向半径对农机进行控制使农机回到导航规划路径的方法包括：

根据转向半径获取相应的转向信号值，将转向信号值发送给转向控制器，控制转向执行机构动作，使农机回到导航规划路径；

所述根据农机实时位置和导航规划路径上该时刻位置获取横向偏差的方法包括：

在农机车体安装一个导航天线，根据卫星信号接收、定位和导航控制方法，将农机实时位置与导航规划路径上该时刻的位置进行比较作差、融合解算，得到横向偏差；

计算农机实时位置相对于导航规划路径的垂直距离和方向，根据垂直距离和方向确定实时位置相对于导航规划路径的距离偏差，即横向偏差。

2.一种农机，其特征在于，包括：

控制器，以及与该控制器电性连接的导航天线和转向执行机构；

所述导航天线适于获取农机实时位置和导航规划路径上该时刻农机位置；

所述控制器适于根据农机实时位置和导航规划路径上该时刻农机位置获取横向偏差，以获取转向半径；并且

所述控制器适于根据转向半径对转向执行机构进行控制使农机回到导航规划路径；

所述控制器适于采用如权利要求1所述农机单天线导航路径跟踪方法对转向执行机构进行控制。

3.一种采用如权利要求1所述农机单天线导航路径跟踪方法的农机单天线导航路径跟踪系统，其特征在于，包括：

横向偏差获取模块，根据农机实时位置和导航规划路径上该时刻位置获取横向偏差；

转向半径获取模块，根据横向偏差获取纠偏所需的转向半径；以及

调控模块，根据转向半径对农机进行控制使农机回到导航规划路径。