[發(fā)明專利]一種基于GPS-RTK技術(shù)的無人割草車室外導(dǎo)航與控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610091517.5
• 申請日: 2016-02-18
• 公開（公告）號: CN105716619A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周繼強;王麗峰;張孝勇;馮禹;鄭有勝;徐望婷
• 申請（專利權(quán)）人: 江西洪都航空工業(yè)集團有限責(zé)任公司
• 主分類號: G01C21/34
• 分類號: G01C21/34
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于GPS-RTK技術(shù)的無人割草車室外導(dǎo)航與控制方法，屬于移動車輛導(dǎo)航與控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

無人割草車是一種大型草場使用的除草車。無人割草車是一種新型的智能化車輛，也可以稱之為輪式移動機器人。在移動機器人相關(guān)技術(shù)中，導(dǎo)航技術(shù)及控制技術(shù)是其核心內(nèi)容，導(dǎo)航是指無人車通過傳感器感知周邊環(huán)境和自身狀態(tài)，實現(xiàn)面向目標的自主運動。導(dǎo)航主要解決三個方面的問題：1)通過一定的檢測手段獲取無人車在空間中的位置、方向以及所處環(huán)境的信息；2)用一定的算法對所獲取信息進行處理并建立環(huán)境模型；3)尋找一條最優(yōu)或者近似的無碰路徑，實現(xiàn)移動機器人安全移動的路徑規(guī)劃。目前主要的無人車導(dǎo)航技術(shù)有：視覺導(dǎo)航技術(shù)、磁導(dǎo)航技術(shù)、慣性導(dǎo)航技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)和聲光導(dǎo)航技術(shù)。視覺導(dǎo)航技術(shù)主要指通過視頻圖像采集周邊環(huán)境信息包括交通信號燈、道路標示線和障礙物等，其具有信號探測范圍寬、獲取信息完整等優(yōu)點，但視頻圖像處理算法復(fù)雜、計算量大，實時性較差。同時圖像采集設(shè)備收外界光照、天氣影響大，環(huán)境適應(yīng)性差。磁導(dǎo)航主要是指埋線導(dǎo)航，通過在道路中間鋪設(shè)通電導(dǎo)線，參數(shù)穩(wěn)定的磁場，同時在無人車底部安裝磁感應(yīng)裝置，從而獲取路徑信息。磁導(dǎo)航技術(shù)實現(xiàn)簡單、抗干擾性好，不受光照、氣候等外界條件影響，導(dǎo)航精度高；但道路鋪設(shè)導(dǎo)線成本高、維護麻煩，目前主要適用于小范圍的室內(nèi)機器人導(dǎo)航。

慣性導(dǎo)航技術(shù)利用慣性傳感器不間斷采集載體的瞬時加速度和旋轉(zhuǎn)角速度，通過計算獲得無人車位置信息。具有獨立導(dǎo)航性、短期精度高、全天候工作和較強抗干擾性等優(yōu)點，但慣性導(dǎo)航誤差隨時間積累，長時間使用導(dǎo)航精度降低。衛(wèi)星導(dǎo)航指通過現(xiàn)有的全球定位系統(tǒng)(包括美國GPS、俄羅斯GLONASS和中國北斗等)直接獲取無人車實時位置信息的方式。具有全天候、全球性、三維定位精度高、快速等優(yōu)點，但高達建筑物、樹木和隧道燈會遮蔽導(dǎo)航信號，引起導(dǎo)航信息中斷。聲光導(dǎo)航主要指采用激光掃描儀、超聲波雷達和紅外傳感器等獲取目標距離、方位、高度、速度和形狀等參數(shù)，并與地圖進行匹配求得當(dāng)前車輛位置和姿態(tài)。適合在室內(nèi)、短距離內(nèi)使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為克服上述常用的導(dǎo)航定位精度低、實時性差的缺點，建立一種適合在空曠的室外場所采用的精確的定位方式，為無人割草車實現(xiàn)高精度、實時導(dǎo)航服務(wù)。通過建立無人割草車運動模型，來降低四驅(qū)車控制難度。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

RTK(Realtimekinematic)實時動態(tài)差分法是一種新的GPS測量方法，基于載波相位觀測值得實時動態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r地提供測站點在指定坐標系中的位置坐標，并達到厘米級的定位精度。對于專用于室外的無人割草車而言GPS-RTK導(dǎo)航技術(shù)是無論是在定位精度和實時性上來講都是較佳的選擇。

一種基于GPS-RTK技術(shù)的無人割草車室外導(dǎo)航與控制方法：

建立GPS-RTK工作站，包括基準站和移動站；

基準站和移動站同時接受同一時間、統(tǒng)一GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號，基準站所獲得的觀測值與已知位置信息進行比較，得到GPS差分改正值；

然后將這個改正值通過無線電數(shù)據(jù)鏈電臺及時傳遞給移動站精化其GPS觀測值，從而得到經(jīng)差分改正后移動站準確的實時經(jīng)緯度信息，通過米制換算以及坐標系轉(zhuǎn)換得到無人車精確的二維位置坐標D(x,y)；

移動站采用雙天線GPS接收機，便可以獲得移動站的姿態(tài)信息，包括航向、俯仰角；

無人車為四驅(qū)前輪轉(zhuǎn)向輪式移動平臺，無人車的四輪由四個獨立的減速直流伺服電機及相應(yīng)驅(qū)動控制器組成，采用電子差速方式控制無人車倆前輪轉(zhuǎn)向角度；

根據(jù)無人割草車相關(guān)機械參數(shù)：軸距L、輪距C和車輪直徑R；建立車輛運動模型，得到四驅(qū)電機輸出轉(zhuǎn)速函數(shù)N_n＝f(v，r)，以及兩前輪轉(zhuǎn)角函數(shù)θ_n＝f(r)；

根據(jù)已知的規(guī)劃路徑離散化為n個點D_n＝(x_n，y_n，δ_n)與GPS-RTK獲得的無人車當(dāng)前位置D＝Cx，y，δ)進行實施匹配計算；

采用逐點逼近式方法，輸出無人車運行參數(shù)，即各驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速和前輪轉(zhuǎn)角。

本發(fā)明的有益效果：