[發(fā)明專利]一種無人駕駛模式下的播種機組協(xié)同作業(yè)控制系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110847608.8
• 申請日: 2021-07-27
• 公開（公告）號: CN113467328B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉立超;畢全鵬;陳黎卿;鄭泉;王韋韋;劉士坤
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué);合肥綜合性國家科學(xué)中心人工智能研究院（安徽省人工智能實驗室）
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;A01C7/00;A01C7/06
• 代理公司: 北京保識知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11874
• 代理人: 張晶

1.一種無人駕駛模式下的播種機組協(xié)同作業(yè)控制方法，所述控制方法基于一種無人駕駛模式下的播種機組協(xié)同作業(yè)控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括有拖拉機本體和播種機本體，其特征在于：所述拖拉機本體上安裝有播種機組總控制臺、拖拉機感知與信息采集模塊、決策模塊、拖拉機控制執(zhí)行模塊；

所述播種機本體連接在拖拉機本體后方，所述播種機本體上安裝有播種機監(jiān)測模塊、播種機控制執(zhí)行模塊；

所述播種機組總控制臺、拖拉機感知與信息采集模塊、拖拉機控制執(zhí)行模塊、播種機監(jiān)測模塊、播種機控制執(zhí)行模塊通過can總線連接于決策模塊上；

所述控制方法，具體包括以下步驟：

S1、啟動播種機組，設(shè)備初始化；

S2、使用者將所需播種的地塊邊界信息錄入播種機組總控制臺，同時在播種機組總控制臺設(shè)置播種機組的工作參數(shù)，并將數(shù)據(jù)通過can總線傳遞給決策模塊；

S3、決策模塊接收來自播種機組總控制臺的信號，對其進(jìn)行判斷處理，并將處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成指令，下發(fā)給拖拉機控制執(zhí)行模塊以及播種機控制執(zhí)行模塊；

所述S3中的決策模塊判斷處理并下發(fā)指令具體包括以下操作：

A1、決策模塊接收到播種機組總控制臺的信號，通過S2得到的地塊邊界信息，對地塊進(jìn)行全局路徑規(guī)劃；

A2、全局路徑為倒“S”型，由播種機組的工作幅寬來確定路徑間的距離；

A3、北斗定位系統(tǒng)獲得此時拖拉機的地理位置，姿態(tài)傳感器獲得拖拉機此時的方向，優(yōu)先選擇靠近田間的播種入口；

A4、決策模塊將以上的路徑規(guī)劃信息轉(zhuǎn)變成指令，下發(fā)給拖拉機控制執(zhí)行模塊以及播種機控制執(zhí)行模塊；

S4、拖拉機控制執(zhí)行模塊以及播種機控制執(zhí)行模塊執(zhí)行相應(yīng)操作指令，播種機組進(jìn)行播種工作；

S5、拖拉機感知與信息采集模塊和播種機監(jiān)測模塊實時采集信息，并將此信息傳遞給決策模塊；

S6、決策模塊對其進(jìn)行判斷處理，并將處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成指令，下發(fā)給拖拉機控制執(zhí)行模塊；

所述S6中提到的決策模塊判斷處理并下發(fā)指令，具體包括以下操作：

D1、接收來自壓力傳感器的壓力值，并判斷此值是否低于預(yù)設(shè)的壓力值F，壓力值F滿足以下關(guān)系式：

式中：F為預(yù)設(shè)的壓力值；L為地塊的長度；V為拖拉機的行駛速度；K為播種機每秒的出料質(zhì)量，以肥料和種子出料中最大質(zhì)量為準(zhǔn)；g為重力加速度；

D2、若壓力值大于或等于預(yù)設(shè)的壓力值F，則不往拖拉機執(zhí)行操作模塊發(fā)送操作指令；若壓力值小于預(yù)設(shè)的壓力值F，則給拖拉機控制執(zhí)行模塊下發(fā)停機指令；

所述D2中提到的停機指令，具體包括以下操作：

E1、播種機組發(fā)出警報聲，但此時播種機組并不立即停機，繼續(xù)保持播種工作；

E2、當(dāng)播種機組進(jìn)入接下來的掉頭階段時，拖拉機控制執(zhí)行模塊控制拖拉機切斷與播種機的動力連接，拖拉機進(jìn)入怠速階段；

E3、當(dāng)補充完肥料和種子后，操作者在播種機組總控制臺按下開關(guān)，拖拉機與播種機動力連接，播種機組繼續(xù)執(zhí)行之前的播種工作；

D3、接收來自激光雷達(dá)傳感器以及超聲波傳感器的信號，將二者的信息進(jìn)行融合，判斷播種機前進(jìn)方向工作幅寬內(nèi)是否有障礙物；

D4、若無障礙物，則不往拖拉機執(zhí)行操作模塊發(fā)送操作指令；若有障礙物，判斷障礙物距離遠(yuǎn)近，給拖拉機控制執(zhí)行模塊下發(fā)避障指令；

所述D4中提到的避障指令，具體包括以下操作：

F1、拖拉機操作執(zhí)行模塊控制拖拉機減速至拖拉機的最低行駛速度；

F2、根據(jù)激光雷達(dá)傳感器和超聲波傳感器測量的信息，當(dāng)播種機組距離障礙物的距離為S時，S為最小避障距離，拖拉機控制執(zhí)行模塊控制拖拉機切斷與播種機的動力連接，并抬升播種機高度，使其脫離土壤；

F3、根據(jù)北斗定位系統(tǒng)提供的位置信息，若不在播種即將結(jié)束的最后一行時，拖拉機控制執(zhí)行模塊控制拖拉機向未播種的地塊轉(zhuǎn)向以避障；若在播種即將結(jié)束的最后一行時，拖拉機控制執(zhí)行模塊控制拖拉機向已播種的地塊轉(zhuǎn)向以避障；

F4、當(dāng)駛離障礙物后，拖拉機控制執(zhí)行模塊控制拖拉機以相反方向轉(zhuǎn)向駛?cè)肼窂街校?/p>

F5、拖拉機控制執(zhí)行模塊控制拖拉機與播種機動力連接，降低播種機高度至所需播種深度，播種機組繼續(xù)播種作業(yè)；

D5、接收北斗定位系統(tǒng)和姿態(tài)傳感器的信號，綜合判斷播種機機組是否進(jìn)入田間地頭調(diào)頭位置；

D6、若未進(jìn)入田間地頭調(diào)頭位置，則不往拖拉機執(zhí)行操作模塊發(fā)送操作指令；若進(jìn)入田間地頭調(diào)頭位置，給拖拉機控制執(zhí)行模塊下發(fā)調(diào)頭指令；

所述D1～D6中提到的停機指令、避障指令以及調(diào)頭指令可同時由決策模塊下發(fā)給拖拉機控制執(zhí)行模塊；

所述D6中提到的調(diào)頭指令，具體包括以下操作：

G1、拖拉機控制執(zhí)行模塊控制拖拉機切斷與播種機的動力連接，并抬升播種機高度，使其脫離土壤；

G2、拖拉機控制執(zhí)行模塊控制拖拉機按照規(guī)劃好的路徑行駛；

G3、拖拉機駛離調(diào)頭路段，進(jìn)入直線播種階段；

G4、拖拉機控制執(zhí)行模塊控制拖拉機與播種機動力連接，降低播種機高度至所需播種深度，播種機組繼續(xù)播種作業(yè)；

D7、接收來自光電傳感器的數(shù)據(jù)信息，判斷播種機有無種子漏播、重播情況；

D8、若無漏播、重播情況，則不往播種機組總控制臺發(fā)送數(shù)據(jù)；若監(jiān)測到重播、漏播情況，決策模塊根據(jù)北斗定位獲取的定位消息，在A2中提到的“S”型路徑上標(biāo)記此位置信息，給播種機組總控制臺發(fā)送信息；

S7、播種機操作執(zhí)行模塊執(zhí)行決策模塊下發(fā)的操作指令；

S8、判斷是否播種結(jié)束，若為否，則依次重復(fù)S5-S8的操作步驟；若是，則播種結(jié)束。