[發明專利]一種用于農田機器人的全局路徑規劃方法

有效

• 申請號: 201810957261.0
• 申請日: 2018-08-22
• 公開（公告）號: CN108955695B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 張玉成;萬忠政;胡曉星;李瑩玉;張宏威;田濤
• 申請（專利權）人: 洛陽中科龍網創新科技有限公司
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 洛陽啟越專利代理事務所(普通合伙) 41154
• 代理人: 吳楠

本發明公開了一種用于農田機器人的全局路徑規劃方法，先獲取農田的高精度地圖，然后將地圖中的農田全局信息進行規則化處理，處理后采用漢密爾頓路徑規劃方法得出農田機器人在無障礙物信息的初級路徑規劃線，然后提取障礙物信息圖層，采用克勞算法柵格化障礙物信息圖層，進而通過A*算法算出繞開障礙物的避障路徑，將繞開障礙物的避障路徑替換其所處柵格的初級路徑規劃線，從而形成次級路徑規劃線，最終在路徑轉彎處，采用最小轉彎算法得出轉彎半徑，然后對路徑進行平滑處理，最終得出農田全局的路徑規劃。本發明能有效保證農田機器人在作業時的農田高覆蓋率，同時預先設定避障路徑，無需在作業過程中再進行實時避障信息處理。

技術領域

本發明涉及一種全局路徑規劃方法，具體是一種用于農田機器人的全局路徑規劃方法。

背景技術

農業是人類的衣食之源，生存之本，農業的發展和勞動生產率的提高，為發展國民經濟其他部門提供原料和資源。我國是一個農業大國，雖然農業人口眾多，但隨著工業化進程的不斷加速，可以預計農業勞動力將逐步向社會其它產業轉移，另一方面進入21世紀后，隨著人口老齡化問題不斷嚴重，農業勞動力不足的問題將日益凸現。農業機器人的發展應用不僅可以解決勞動力不足的問題，也把人從單調、重復的勞動中解脫出來。伴隨著計算機技術水平和信息采集與處理技術水平的不斷提高，大力發展農業機器人的技術條件已經成熟。路徑規劃是農業機器人學研究的重要領域之一，也是農業機器人智能化程度的重要標志。農業機器人要完成收割、耕種、噴霧等任務首先要根據給予的環境信息自主地規劃出全區域覆蓋的路徑，同時避開障礙物，在不同區域之間進行作業，然后還需要對規劃出的路徑進行準確的跟蹤。路徑規劃所得的路徑決定了農業機器人的覆蓋效率，目前還沒有一種全局路徑規劃方法能同時解決了農田覆蓋率和避障兩方面的問題。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種用于農田機器人的全局路徑規劃方法，能有效保證農田機器人在作業時的農田高覆蓋率，同時預先設定避障路徑，無需在作業過程中再進行實時避障信息處理。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種用于農田機器人的全局路徑規劃方法，具體步驟為：

步驟A：在農田區域采用無人機遙感拍攝或人工測量獲取高精度農田地圖，所述高精度農田地圖中由農田全局信息和障礙物信息組成；

步驟B：提取農田全局信息的邊界，生成其邊界模型；然后將該邊界模型中的邊界弧線段采用直線段代替處理，最終使高精度農田地圖的農田全局信息由不規則曲多邊形變換成規則多邊形；

步驟C：對得出的規則多邊形農田全局信息檢測規則多邊形的內角，若內角為大于180度的角則進行切割處理，最終使規則多邊形切分割成多個凸多邊形，所述凸多邊形為三角形或四邊形；從而使地圖中消除多邊形的鈍角，以期減少機器的工作難度；

步驟D：獲取每個凸多邊形內每個角與對邊的垂線長度，然后對比每個凸多邊形內每個垂線的長度，將最長垂線作為該凸多邊形的主軸；

步驟E：以主軸為該凸多邊形的中心，采用漢密爾頓路徑規劃以農田機器人的寬度遍歷每一個凸多邊形，并且將相鄰凸多邊形的出點及入點相連接，得到無障礙物信息的初級路徑規劃線；從而以減少空載的時間，增加工作效率；

步驟F：采用灰度二值化處理步驟A的高精度地圖，獲取障礙物信息圖層，并將該障礙物信息圖層嵌入步驟E得出的無障礙物信息的初級路徑規劃中；

步驟G：采用克勞算法柵格化障礙物信息圖層，并形成的每個圖層柵格進行編號；克勞算法是一種掃描線算法，該算法認為1)內點和外點的辨別只需要在圖形的邊界判定；2)邊界的改變只發生在頂點處。因此，只需要建立一個存儲頂點的數組，利用頂點來建立邊的約束，再逐行在兩條邊界之間掃描即可完成，其能實現較好的效果和效率；