[發明專利]低成本自動割草機自主作業系統及其自主作業方法在審

申請號：	201911231924.1	申請日：	2019-12-05
公開（公告）號：	CN110879596A	公開（公告）日：	2020-03-13
發明（設計）人：	李寧;高建鋒;蘇波;馬睿璘;李敏;何亞麗;羅濤;盧彩霞;劉忠澤	申請（專利權）人：	中國北方車輛研究所
主分類號：	G05D1/02	分類號：	G05D1/02
代理公司：	中國兵器工業集團公司專利中心 11011	代理人：	王曉娜
地址：	100072***	國省代碼：	北京;11
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摘要：
搜索關鍵詞：	低成本自動割草機自主作業系統及其方法
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【權利要求書】：

1.一種自動割草機自主作業系統，包括決策系統、路徑規劃系統、感知系統、定位導航系統、緊急制動系統和底層控制系統；所述的緊急制動系統，利用觸碰式傳感器，用于觸碰障礙物時的緊急停車指令觸發；所述的底盤控制系統，響應路徑規劃和緊急制動指令，實現車輛運動；其特征在于：所述的路徑規劃系統包括全局路徑規劃系統與局部路徑規劃系統；

所述的決策系統采用兩種自主功能模式：1)自主行進模式；2)自主作業模式；其中，自主行進模式通過預先設定好路線，可以實現割草機按照既定路線的自主行進，該模式主要應用割草機的自動回庫或者達到指定作業場地，該模式同樣也可以用于按照用戶設定好的作業路線進行自主割草作業；自主作業模式中，通過劃定指定區域，實現在區域內的自主作業功能；

所述的全局路徑規劃系統，用于進行路徑規劃；對于自主行進模式，直接按照指定的路線行進；對于自主作業模式，采用組合覆蓋規劃算法進行路徑規劃；

所述的局部路徑規劃系統，根據全局路徑規劃結果，結合定位，按照指定路線行進，生成控制指令，下發給底盤控制系統執行，當環境感知系統感知到周圍障礙物時，進行局部繞障通行或者下發停車指令；

所述的環境感知系統采用傳感器，所述的傳感器包括單線激光雷達和彩色相機；其中，所述的單線激光雷達主要用于40米范圍內的靜態障礙物檢測；所述的彩色相機，借助于圖像處理和深度學習模型，對行人和車輛進行檢測，同時借助于單線激光雷達定位，當行人和車輛距離割草機平臺較近時，系統停車；

所述的定位導航系統，用于自動割草機導航定位，包括衛星接收機與慣性測量單元，所述的兩套衛星接收機設置在自動割草機前后，利用前后衛星接收機的定位差輔助慣性測量單元中陀螺儀的角度測量，提高航向穩定性。

2.如權利要求1所述的一種自動割草機自主作業系統，其特征在于，所述的定位導航系統采用兩種定位方式進行定位，在衛星收星信號良好的情況下，以衛星定位為準；當衛星受遮擋時，利用短時間的航跡推算計算出定位結果。

3.如權利要求2所述的一種自動割草機自主作業系統，其特征在于，所述的決策系統采用工業控制器。

4.一種基于如權利要求1至3中任一項所述的自動割草機自主作業系統的自主作業方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：輸入作業區域；

步驟2：自動割草機進入自主行進模式，到達指定作業起點；

步驟3：自動割草機進入自主作業模式；

3.1：全局路徑規劃系統根據作業區域和當前位置，完成全局路徑規劃；

3.2：自動割草機按照全局規劃路線自主作業，局部路徑規劃系統實時進行局部路徑規劃，根據環境感知的危險程度，優先判斷觸碰式傳感器是否監測到障礙物，如果檢測到障礙物，轉入步驟3.3；當單線激光雷達感知到靜態障礙物時，轉步驟3.4；當彩色相機檢測到行人或者其他車輛時，轉步驟3.5；否則路徑安全，巡線通行，轉步驟4；

3.3：底盤控制系統緊急停車等待；

3.4：自動割草機進行局部繞障通行，結束后，轉步驟3.2；

3.5：系統停車，等待行人或者車輛離開，確認離開，轉步驟3.2；反之，停車等待；

步驟4：判斷是否完成作業，未完成，轉步驟3.2，完成，轉步驟5；

步驟5：進入自主行進模式，自動割草機返回車庫。

5.如權利要求4所述的自動割草機自主作業系統自主作業方法，其特征在于，所述步驟3.3中，全局路徑規劃系統根據作業區域和當前位置，采用組合覆蓋規劃算法進行路徑規劃，具體如下：

步驟1：作業區域幾何特征分析；

步驟2：螺旋式收縮遍歷；

步驟2.1：最外層作業區域遍歷，生成初始規劃路徑，循環點個數為路徑中規劃點的個數；

步驟2.2：以規劃路徑中的已知點為參考點，生成新規劃點；

步驟2.3：新規劃點有效性判斷：有效，轉步驟2.4；無效，轉步驟2.5；

步驟2.4：將新生成的規劃點添加到規劃路徑中，轉步驟2.2；