一种智能农机轨迹规划生成方法与流程

1.本发明涉及智能农机技术领域，具体为一种智能农机轨迹规划生成方法。

背景技术：

2.随着云定位和协同精密定位等技术的不断发展，农机自动驾驶技术已大规模应用于农业生产，在广阔的大作业农田中，更需要便捷高效的方法，智能地进行轨迹规划生成，以适应农业智能化的发展；现有的智能农机轨迹规划生成方法存在以下缺陷：一是不能解决对作业模式进行和轨迹进行融合管理，导致规划的轨迹和车辆的状态分离，车辆作业时需要额外增加作业状态操作，如喷杆开合、洒肥、喷药等，智能化程度不高；二是没有使用无人机，操作复杂，不易于携带，不适用于广阔的农田进行规划，导致向系统输入精准的农田边界的经纬度过程较为复杂；三是一次轨迹规划生成后得到的轨迹文件仅仅存放在本地农机中，导致数据复用性差，一次轨迹数据无法与其他车辆构成共享的网络，造成时间成本的浪费；四是所生成的轨迹很少考虑边界问题，导致农机转向策略不佳，在转向时的轨迹覆盖率大大降低；五是遇到障碍物时，覆盖率下降较为明显，或者是无法处理存在有障碍的情况下的轨迹生成，智能程度较低。

技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种智能农机轨迹规划生成方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种智能农机轨迹规划生成方法，包括以下步骤：步骤一，搭建系统；步骤二，获取边界点及障碍物点参数；步骤三，生成初始位置；步骤四，以确定步长生成轨迹；步骤五，避障设计；步骤六，生成数据文件；步骤七，数据共享；
5.其中在上述步骤一中，轨迹规划生成系统包括4g模块、rock pi、5744快速原型和rtk模块，rtk模块与卫星和电台建立数据连接，rtk模块数据连接有5744快速原型，5744快速原型数据连接有rock pi，rock pi通过usb连接有4g模块，4g模块通过4g信号连接有服务器，服务器通过4g信号连接有app，按照上述连接关系搭建轨迹规划生成系统，将其搭载在无人机上；
6.其中在上述步骤二中，控制无人机飞越农田，通过轨迹规划生成系统获得农田的四个边界点，以及标志性障碍物点，输入系统的缓存中，并在app上显示所获取的点；
7.其中在上述步骤三中，轨迹规划生成系统对边界点、障碍物点进行经纬度转换，在平面直角坐标中划分四边形农田的转向区域，规定边界上一点为轨迹的初始点，为整个算法的初始值；
8.其中在上述步骤四中，进入算法，模拟农机以确定步长前进，以此确定一系列的轨迹点，到达转向区域后，根据农机臂展和转向半径进行弓形转向，并且保证弓形转向与边界平行；在掉头后继续以确定步长前进，直到转向将超出农田上界，此时可认为已经完成了全
部的规划；
9.其中在上述步骤五中，在步骤四的模拟农机前进过程中，如果发现障碍物点，则综合考虑转弯半径，在障碍物前后一定距离内，生成一条平行于原轨迹的直线，用偏移的方式绕过障碍物；
10.其中在上述步骤六中，轨迹规划生成系统将规划生成轨迹点进行经纬度转换，从直角坐标转换回经纬度信息，车头信息转换为航向角信息，此外还加入作业信息，并将轨迹信息以json文件格式保存到本地文件中；
11.其中在上述步骤七中，把步骤六中所获得的本地文件上传存储到服务器中，当其他车辆接入服务器网络后，可随时下载，实现数据共享。
12.优选的，所述步骤一中，4g模块和rtk模块数据连接有天线，轨迹规划生成系统电性连接有供电电池。
13.优选的，所述步骤一中，各个模块通讯方式如下：4g模块按照usb 2.0协议输出信号，4g模块相当于通过usb连接的rock pi的外设，rock pi在进行简单的驱动配置后即可接入4g网络，rock pi对数据进行打包或者解析，通过spi实现与5744快速原型的通信，快速原型对数据进行打包或者解析，通过can与其他车载设备通讯。
14.优选的，所述4g模块的功能是使系统接入服务器的网络，rock pi的功能是实现智能农机轨迹规划生成的算法，rtk模块的功能是获取高精度的gps定位信息，5744快速原型的功能是将rtk的can消息转换为spi格式。
15.优选的，所述步骤四中，每一个轨迹点都包含有直角坐标信息和车头方向信息。
16.优选的，所述步骤六中，作业信息包括喷杆展开、洒肥和喷药继电器信号。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明相较于现有的轨迹规划生成方法，采用的算法逻辑较为简单清晰，具备较快的运行速度；通过对作业模式进行和轨迹进行融合管理，提高了智能化程度，实现了自动化作业；通过无人机搭载系统进行参数采集，具有操作简单、易于携带的优点；通过将数据存储于服务器中，实现轨迹数据共享；根据农机臂展和转向半径，采用弓形转向及轨迹偏移的方法，保证车辆转向及避障时的覆盖率。
附图说明
18.图1为本发明的步骤图；
19.图2为本发明的方法流程图；
20.图3为本发明的模块框图；
21.图4为本发明的硬件架构实物图；
22.图5为弓形转向代码图；
23.图6为app上农田边界的界面图；
24.图7为转向轨迹图；
25.图8为app上转向转向轨迹的界面图；
26.图9为避障轨迹图。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.请参阅图1-9，本发明提供的一种实施例：一种智能农机轨迹规划生成方法，包括以下步骤：步骤一，搭建系统；步骤二，获取边界点及障碍物点参数；步骤三，生成初始位置；步骤四，以确定步长生成轨迹；步骤五，避障设计；步骤六，生成数据文件；步骤七，数据共享；
29.其中在上述步骤一中，轨迹规划生成系统包括4g模块、rock pi、5744快速原型和rtk模块，rtk模块与卫星和电台建立数据连接，rtk模块数据连接有5744快速原型，5744快速原型数据连接有rock pi，rock pi通过usb连接有4g模块，4g模块通过4g信号连接有服务器，服务器通过4g信号连接有app，4g模块和rtk模块数据连接有天线，轨迹规划生成系统电性连接有供电电池，按照上述连接关系搭建轨迹规划生成系统，将其搭载在无人机上；其中，各个模块通讯方式如下：4g模块按照usb 2.0协议输出信号，4g模块相当于通过usb连接的rock pi的外设，rock pi在进行简单的驱动配置后即可接入4g网络，rock pi对数据进行打包或者解析，通过spi实现与5744快速原型的通信，快速原型对数据进行打包或者解析，通过can与其他车载设备通讯；4g模块的功能是使系统接入服务器的网络，rock pi的功能是实现智能农机轨迹规划生成的算法，rtk模块的功能是获取高精度的gps定位信息，5744快速原型的功能是将rtk的can消息转换为spi格式；
30.其中在上述步骤二中，控制无人机飞越农田，通过轨迹规划生成系统获得农田的四个边界点，以及标志性障碍物点，输入系统的缓存中，并在app上显示所获取的点；
31.其中在上述步骤三中，轨迹规划生成系统对边界点、障碍物点进行经纬度转换，在平面直角坐标中划分四边形农田的转向区域，规定边界上一点为轨迹的初始点，为整个算法的初始值；
32.其中在上述步骤四中，进入算法，模拟农机以确定步长前进，以此确定一系列的轨迹点，到达转向区域后，根据农机臂展和转向半径进行弓形转向，并且保证弓形转向与边界平行；在掉头后继续以确定步长前进，直到转向将超出农田上界，此时可认为已经完成了全部的规划，其中，每一个轨迹点都包含有直角坐标信息和车头方向信息；
33.其中在上述步骤五中，在步骤四的模拟农机前进过程中，如果发现障碍物点，则综合考虑转弯半径，在障碍物前后一定距离内，生成一条平行于原轨迹的直线，用偏移的方式绕过障碍物；
34.其中在上述步骤六中，轨迹规划生成系统将规划生成轨迹点进行经纬度转换，从直角坐标转换回经纬度信息，车头信息转换为航向角信息，此外还加入作业信息，并将轨迹信息以json文件格式保存到本地文件中，其中，作业信息包括喷杆展开、洒肥和喷药继电器信号；
35.其中在上述步骤七中，把步骤六中所获得的本地文件上传存储到服务器中，当其他车辆接入服务器网络后，可随时下载，实现数据共享。
36.基于上述，本发明具有以下的优点：
37.1.算法逻辑较为简单清晰，不涉及复杂的几何计算的同时，保证了轨迹的质量与高覆盖率，具备较快的运行速度；
38.2.轨迹信息除了具备最基础的经纬度、航向角，还具备农用车辆作业时的状态等信息，循迹作业时同时发送轨迹和状态，自动完成作业任务，可以减小人工工作量，大大提高智能化程度；
39.3.将轨迹生成系统与控制系统分离，轻巧便于携带，可以搭载在无人机上，适配性高；
40.4.数据依靠云端传输，在服务器的网络存储，一次生成可供多车辆下载使用，具备通用性；
41.5.该算法可以保证在转向时也有较高的覆盖率，其一是与边界平行弓形转向，其二是充分考虑农机的转弯半径和臂展；
42.6.可根据障碍物以及车辆的转弯半径和臂展生成避障轨迹，保证农机的避障时的覆盖率。
43.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

技术特征：

1.一种智能农机轨迹规划生成方法，包括以下步骤：步骤一，搭建系统；步骤二，获取边界点及障碍物点参数；步骤三，生成初始位置；步骤四，以确定步长生成轨迹；步骤五，避障设计；步骤六，生成数据文件；步骤七，数据共享；其特征在于：其中在上述步骤一中，轨迹规划生成系统包括4g模块、rock pi、5744快速原型和rtk模块，rtk模块与卫星和电台建立数据连接，rtk模块数据连接有5744快速原型，5744快速原型数据连接有rock pi，rock pi通过usb连接有4g模块，4g模块通过4g信号连接有服务器，服务器通过4g信号连接有app，按照上述连接关系搭建轨迹规划生成系统，将其搭载在无人机上；其中在上述步骤二中，控制无人机飞越农田，通过轨迹规划生成系统获得农田的四个边界点，以及标志性障碍物点，输入系统的缓存中，并在app上显示所获取的点；其中在上述步骤三中，轨迹规划生成系统对边界点、障碍物点进行经纬度转换，在平面直角坐标中划分四边形农田的转向区域，规定边界上一点为轨迹的初始点，为整个算法的初始值；其中在上述步骤四中，进入算法，模拟农机以确定步长前进，以此确定一系列的轨迹点，到达转向区域后，根据农机臂展和转向半径进行弓形转向，并且保证弓形转向与边界平行；在掉头后继续以确定步长前进，直到转向将超出农田上界，此时可认为已经完成了全部的规划；其中在上述步骤五中，在步骤四的模拟农机前进过程中，如果发现障碍物点，则综合考虑转弯半径，在障碍物前后一定距离内，生成一条平行于原轨迹的直线，用偏移的方式绕过障碍物；其中在上述步骤六中，轨迹规划生成系统将规划生成轨迹点进行经纬度转换，从直角坐标转换回经纬度信息，车头信息转换为航向角信息，此外还加入作业信息，并将轨迹信息以json文件格式保存到本地文件中；其中在上述步骤七中，把步骤六中所获得的本地文件上传存储到服务器中，当其他车辆接入服务器网络后，可随时下载，实现数据共享。2.根据权利要求1所述的一种智能农机轨迹规划生成方法，其特征在于：所述步骤一中，4g模块和rtk模块数据连接有天线，轨迹规划生成系统电性连接有供电电池。3.根据权利要求1所述的一种智能农机轨迹规划生成方法，其特征在于：所述步骤一中，各个模块通讯方式如下：4g模块按照usb 2.0协议输出信号，4g模块相当于通过usb连接的rock pi的外设，rock pi在进行简单的驱动配置后即可接入4g网络，rock pi对数据进行打包或者解析，通过spi实现与5744快速原型的通信，快速原型对数据进行打包或者解析，通过can与其他车载设备通讯。4.根据权利要求3所述的一种智能农机轨迹规划生成方法，其特征在于：所述4g模块的功能是使系统接入服务器的网络，rock pi的功能是实现智能农机轨迹规划生成的算法，rtk模块的功能是获取高精度的gps定位信息，5744快速原型的功能是将rtk的can消息转换为spi格式。5.根据权利要求1所述的一种智能农机轨迹规划生成方法，其特征在于：所述步骤四中，每一个轨迹点都包含有直角坐标信息和车头方向信息。6.根据权利要求1所述的一种智能农机轨迹规划生成方法，其特征在于：所述步骤六
中，作业信息包括喷杆展开、洒肥和喷药继电器信号。

技术总结

本发明公开了一种智能农机轨迹规划生成方法，包括以下步骤：步骤一，搭建系统；步骤二，获取边界点及障碍物点参数；步骤三，生成初始位置；步骤四，以确定步长生成轨迹；步骤五，避障设计；步骤六，生成数据文件；步骤七，数据共享；本发明相较于现有的轨迹规划生成方法，采用的算法逻辑较为简单清晰，具备较快的运行速度；通过对作业模式进行和轨迹进行融合管理，提高了智能化程度，实现了自动化作业；通过无人机搭载系统进行参数采集，具有操作简单、易于携带的优点；通过将数据存储于服务器中，实现轨迹数据共享；根据农机臂展和转向半径，采用弓形转向及轨迹偏移的方法，保证车辆转向及避障时的覆盖率。避障时的覆盖率。避障时的覆盖率。