北鬥導航的農業機械自動駕駛耕作控制系統及控制方法與流程
2023-04-22 19:07:12
本發明涉及農機導航技術領域，具體涉及北鬥導航的農業機械自動駕駛耕作控制系統及控制方法。
背景技術：
20世紀90年代以來，「精確農業」技術已被國際農業科技界認為是21世紀實現農業可持續發展的先導性技術之一。農業機械的自動導航是現代智能農業機械的一個重要組成部分，有著廣闊的發展前景。研究自主行走的農業機械實現精確定點投放，從量的角度儘可能減少農用化學物質的使用應該是解決此問題的一個重要途徑和發展方向。現代化農業機械具備的作業功能將會越來越多，研製農業車輛的自主或輔助導航系統有利於駕駛人員抽出更多的時間去關注駕駛以外的其它操作，以便能夠實現預期的各項作業目標。
傳統的視覺系統的導航控制方面都還依然存在問題，尤其在農業機械方面，比如在圖像處理方面，如何在農田複雜背景下提取出可靠度較高的路徑邊緣，以及自定位中如何調整自身位姿等。因此對農業機械視覺導航技術的研究尤為重要。
精細農業包括定位處方農作和農情信息自動採集，其中定位處方農作要求農業機械可以按照預先規劃好的路徑在田間行走，準確到達目的地並完成既定作業任務。精確導航是實現農業機械自主行走的關鍵技術之一，其定位精度直接影響農業機械進行路逕自動跟蹤的質量。因此，提高導航定位的精度，是改善農業機械路徑跟蹤質量的首要問題。
技術實現要素：
為了解決上述不足的缺陷，本發明提供了北鬥導航的農業機械自動駕駛耕作控制系統，具備良好的機動性和靈活性安全性，可以提高導航定位的精度。
本發明提供了北鬥導航的農業機械自動駕駛耕作控制系統，包括北鬥信號接收機、角度傳感器、電磁閥、差分基準站、自動駕駛儀、視覺傳感器、數據處理系統，所述北鬥信號接收機與分別與所述自動駕駛儀、數據處理系統和差分基準站相連，所述自動駕駛儀分別與所述角度傳感器、電磁閥和視覺傳感器相連，所述差分基準站包括測量天線，所述視覺傳感器與所述數據處理系統相連，所述自動駕駛儀包括車載導航儀、車載顯示控制器、電動方向盤控制器，所述電動方向盤控制器與所述電磁閥相連，所述方向盤轉向控制器包括電動方向盤、轉向控制驅動器和方向盤角度傳感器，所述轉向控制驅動器的輸出口與電動方向盤的輸入口連接，電動方向盤的輸出口與方向盤角度傳感器的輸入口連接，方向盤角度傳感器的輸出口與轉向控制驅動器的輸入口連接。
上述的控制系統，其中，還包括參數調試系統，所述參數調試系統用於對角度傳感器標定、電磁閥標定、PID標定、傾角傳感器標定和橫滾角自動標定。
上述的控制系統，其中，所述數據處理系統用於對獲取的圖像信息進行預處理，並對導航基準線的提取，估算農機的位置與和導航基準線之間的相對位姿。
上述的控制系統，其中，所述差分基準站用於收集農業機械在的原始緯度、經度、高度坐標和前進速度，並測量得到農業機械的原始橫滾角度、俯仰角度、橫擺角速度和前進方向加速度。
上述的控制系統，其中，所述視覺傳感器設有三個，視覺傳感器分別安裝在農機最前端機架、農機左右兩側的機架上，安裝在農機左右兩側機架上的視覺傳感器相背設置。
本發明的另一面，北鬥導航的農業機械自動駕駛耕作的控制方法，包括以下步驟：
獲取導航區域的圖像信息；
對獲取的圖像信息進行預處理，並對導航基準線的提取，估算農機的位置與和導航基準線之間的相對位姿；
對參數進行調試和標定；
根據自動導航儀和基準站獲取農機的位置坐標和速度信息，車輛按照設定的路逕行走並實時存儲耕作農作物圖像。
上述的控制方法，其中，所述對獲取的圖像信息進行預處理，並對導航基準線的提取，估算農機的位置與和導航基準線之間的相對位姿的步驟包括：
採用導航傳感器組合測量得到農業機械在的原始緯度、經度、高度坐標和前進速度，並測量得到農業機械的原始橫滾角度、俯仰角度、橫擺角速度和前進方向加速度。
本發明具有以下優點：具備良好的機動性和靈活性，可以提高導航定位的精度，可以實現在導航過程中對農機的姿態進行實時調整。
附圖說明
通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明及其特徵、外形和優點將會變得更明顯。在全部附圖中相同的標記指示相同的部分。並未刻意按照比例繪製附圖，重點在於示出本發明的主旨。
圖1為本發明的北鬥導航的農業機械自動駕駛耕作控制系統的結構示意圖。
圖2為本發明的北鬥導航的農業機械自動駕駛耕作控制方法的流程示意圖。
具體實施方式
在下文的描述中，給出了大量具體的細節以便提供對本發明更為徹底的理解。然而，對於本領域技術人員而言顯而易見的是，本發明可以無需一個或多個這些細節而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發明發生混淆，對於本領域公知的一些技術特徵未進行描述。
為了徹底理解本發明，將在下列的描述中提出詳細的步驟以及詳細的結構，以便闡釋本發明的技術方案。本發明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發明還可以具有其他實施方式。
參照圖1-圖2所示，本發明提供了北鬥導航的農業機械自動駕駛耕作控制系統，包括北鬥信號接收機1、角度傳感器2、電磁閥3、差分基準站4、自動駕駛儀5、視覺傳感器6、數據處理系統7，北鬥信號接收機1與分別與自動駕駛儀5、數據處理系統7和差分基準站4相連，自動駕駛儀5分別與角度傳感器2、電磁閥3和視覺傳感器6相連，差分基準站4包括測量天線，視覺傳感器6與數據處理系統7相連，其中角度傳感器2、電磁閥3、自動駕駛儀5、視覺傳感器6安裝在農機上，用於對農機周圍信號的採集和對農機的智能化控制，其中自動駕駛儀包括車載導航儀、車載顯示控制器、電動方向盤控制器，所述電動方向盤控制器與所述電磁閥相連，所述方向盤轉向控制器包括電動方向盤、轉向控制驅動器和方向盤角度傳感器，所述轉向控制驅動器的輸出口與電動方向盤的輸入口連接，電動方向盤的輸出口與方向盤角度傳感器的輸入口連接，方向盤角度傳感器的輸出口與轉向控制驅動器的輸入口連接。
本發明通過北鬥信號接收機1對接收到的導航信號進行捕獲跟蹤和定位解算，並獲得高精度的偽距與載波相位觀測數據，定位解算結果、偽距和載波相位觀測數據通過RS232接口傳送給差分基準站4，北鬥信號接收機1接收導航信號，對接收到的導航信號進行捕獲跟蹤、定位解算，進行捕獲跟蹤、定位解算，定位解算後與從基準站上傳輸過來的數據做融合解算，獲取農機自身精確位置速度信息，通過三軸姿態傳感器獲取農機自身的三向姿態信息，車載導航儀將農機的位置速度信息發送給車載顯示控制器，車載顯示控制器將農機的位置與原來設定好的路徑作對比，車載顯示控制器通過電動方向盤控制器控制電動方向盤的轉向，電動方向盤的轉動帶動導向輪的轉動，通過導向輪轉角傳感器檢測導向輪的轉向角，導向輪轉角傳感器將導向輪的轉向角信號傳輸給車載顯示控制器，車載顯示控制器根據轉向角信號繼續通過轉向驅動控制器控制電動方向盤的轉動，循環以上動作，直至農機位置與原先設定的路徑一致，從而可以實現農機的精確導航。
本發明一優選而非限制性的實施例中，還包括參數調試系統，所述參數調試系統用於對角度傳感器標定、電磁閥標定、PID標定、傾角傳感器標定和橫滾角自動標定。
本發明一優選而非限制性的實施例中，數據處理系統用於對獲取的圖像信息進行預處理，並對導航基準線的提取，估算農機的位置與和導航基準線之間的相對位姿。
本發明一優選而非限制性的實施例中，差分基準站用於收集農業機械在的原始緯度、經度、高度坐標和前進速度，並測量得到農業機械的原始橫滾角度、俯仰角度、橫擺角速度和前進方向加速度。
本發明一優選而非限制性的實施例中，視覺傳感器設有三個，視覺傳感器分別安裝在農機最前端機架、農機左右兩側的機架上，安裝在農機左右兩側機架上的視覺傳感器相背設置。
本發明的另一面，北鬥導航的農業機械自動駕駛耕作的控制方法，包括以下步驟：
步驟S1：獲取導航區域的圖像信息，其中具體包括，通過視覺傳感器獲取導航區域的圖像信息，進一步優選為：視覺傳感器分別安裝在農機最前端機架、農機左右兩側的機架上，安裝在農機左右兩側機架上的視覺傳感器相背設置。
步驟S2：對獲取的圖像信息進行預處理，並對導航基準線的提取，估算農機的位置與和導航基準線之間的相對位姿，具體包括，採用導航傳感器組合測量得到農業機械在的原始緯度、經度、高度坐標和前進速度，並測量得到農業機械的原始橫滾角度、俯仰角度、橫擺角速度和前進方向加速度，進一步優選：獲取前轉向輪的初始角度，獲取轉向控制信號調整前轉向輪時的調整實時角度，根據調整實時角度和初始角度獲取轉向控制信號的死區值以及轉向模式匹配信息。
步驟S3：對參數進行調試和標定，其中包括，對角度傳感器標定、電磁閥標定、PID標定、傾角傳感器標定和橫滾角自動標定，也就是說，用戶只需要在顯示屏上點觸想設置的車輛以及犁具信息，就不用擔心以後更換犁具所帶來的煩惱了。除此之外，在搜星狀態不好，基站信號不穩定的情況下通過聲音來提示你，來找回「最佳狀態。
步驟S4：根據自動導航儀和基準站獲取農機的位置坐標和速度信息，車輛按照設定的路逕行走並實時存儲耕作農作物圖像，對儲存的農作物圖像信息進行處理並作出相應的姿態調整，也就是說對儲存的圖像進行處理，然後對農機的姿態作出相應的調整，可以滿足農機在正常的行使路徑上，可以提高導航的精度。
以上對本發明的較佳實施例進行了描述。需要理解的是，本發明並不局限於上述特定實施方式，其中未盡詳細描述的設備和結構應該理解為用本領域中的普通方式予以實施；任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例，這並不影響本發明的實質內容。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬於本發明技術方案保護的範圍內。