[發明專利]一種無人駕駛拖拉機田間作業路徑規劃方法和裝置

有效

• 申請號: 202010816014.6
• 申請日: 2020-08-14
• 公開（公告）號: CN112015176B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 張炳力;程嘯宇;程進;李傲伽;張成標
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 高寧馨

本發明公開一種無人駕駛拖拉機田間作業路徑規劃方法，包括：步驟A，農田地塊預處理；步驟B，獲取地塊各頂點位置信息，進行地塊幾何建模；步驟C，采用離線全局路徑規劃算法規劃出全局路徑，生成期望路徑；步驟D，行駛前預設拖拉機與障礙物之間安全距離，無人駕駛拖拉機按所述期望路徑行駛并實時分析當前作業環境，聯合感知傳感器獲得障礙物信息判斷是否進行局部路徑規劃；步驟E，調用在線局部路徑算法進行路徑規劃，無人駕駛拖拉機按所述局部路徑行駛直至避過障礙物；步驟F，無人駕駛拖拉機保持期望路徑行駛。本發明還公開用于實現上述方法的裝置。該無人駕駛拖拉機田間作業路徑規劃方法和裝置可實現地塊全區域覆蓋，具備很強的通用性和良好的避障效果，可有效減少重耕、漏耕率。

技術領域

本發明涉及無人駕駛拖拉機技術領域，尤其涉及一種無人駕駛拖拉機田間作業路徑規劃方法和裝置。

背景技術

近些年來，為推動精準農業實施，提高資源利用率和勞動生產率，減少不必要的人力資源，無人駕駛拖拉機已經成為近些年來研究的熱點。在無人駕駛拖拉機的研究中，如何確定田間作業路徑規劃是亟需解決的難題。合理的田間作業路徑規劃將有利于提高農機作業時的作業精度、減少對人力資源的投入和對土壤不必要的碾壓、降低漏耕及重耕率，有助于獲得良好的避障效果從而達到最優工作效率。

無人駕駛拖拉機的路徑規劃可以分為全局路徑規劃和局部路徑規劃，其中全局路徑規劃旨在實現對地塊全覆蓋、降低漏耕及重耕率，屬于靜態規劃，是無人駕駛拖拉機在已知農田的環境信息提前規劃出全局路徑。局部路徑規劃屬于動態規劃，是無人拖拉機在沿全局路徑行駛過程中根據感知傳感器實時獲取路徑上的障礙物信息并進行路徑規劃。目前，大多數路徑規劃研究主要針對規則地塊在不同評價指標和不同轉彎方式下的作業路徑規劃，對于不規則地塊作業規劃研究較少，缺乏一定的通用性，且對于含有障礙物地塊的路徑規劃還沒有相關完整、系統的研究分析。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中的缺陷，提供一種無人駕駛拖拉機田間作業路徑規劃方法和裝置。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案如下：

提供了一種無人駕駛拖拉機田間作業路徑規劃方法，包括以下步驟：

步驟A，農田地塊預處理；

步驟B，獲取地塊各頂點位置信息，進行地塊幾何建模；

步驟C，采用離線全局路徑規劃算法規劃出全局路徑，生成期望路徑；

步驟D，行駛前預設拖拉機與障礙物之間安全距離，無人駕駛拖拉機按所述期望路徑行駛并實時分析當前作業環境，聯合感知傳感器獲得障礙物信息判斷是否進行局部路徑規劃，若需要，轉到步驟E；反之，轉到步驟F；

步驟E，調用在線局部路徑算法進行路徑規劃，無人駕駛拖拉機按所述局部路徑行駛直至避過障礙物；

步驟F，無人駕駛拖拉機保持期望路徑行駛。

進一步的，所述步驟A具體包括：針對農田地塊中是否出現大型障礙物(優選地，特指障礙物寬度大于兩個作業寬度)，進行地塊分割并對分割后的子地塊逐個進行路徑規劃。

進一步的，所述步驟B包括以下步驟：

步驟B1，通過高精度差分BDS導航系統實地測量獲取農田地塊各頂點位置信息，并以E120°為中央子午線進行高斯投影正算獲得農田各頂點平面坐標；

步驟B2，不考慮地形復雜工況通過各頂點坐標表示地塊信息，將農田地塊放入平面直角坐標系第一象限進行幾何建模，將路徑規劃抽象為2D模型。

進一步的，所述步驟C包括以下步驟：

步驟C1，選取作業最小消耗作為優化目標，計算求得無人駕駛拖拉機最佳作業方向角；