一種大型智能割草機器人p‑d型路徑規划算法的製作方法
2024-03-02 09:06:15
本發明涉及智慧機器人技術領域，尤其涉及一種大型智能割草機器人p-d型路徑規划算法。
背景技術：
割草機器人的運行路徑要實現基本區域全覆蓋的規劃方法主要有隨機式規劃、內向螺旋式規劃和迂迴式規劃，其中迂迴式規劃是指割草機器人沿規劃處的路徑以直線方式行走，至草坪邊界後掉頭，然後沿反方向直線運行，如此反覆迂迴，直到整個區域被覆蓋，其路徑規劃如圖1所示，具有路徑形式統一、簡單，割草機器人運動易於控制，且能量消耗最少等特點，故對割草機器人來說迂迴式規劃是最優的路徑規劃方法；但是，對於大型草坪作業的智能割草機器人，其存在最小轉彎半徑，當最小轉彎半徑大於割臺寬度的一半時，按照迂迴式路徑規劃法必導致其在轉向區易出現漏割。
技術實現要素：
本發明所解決的技術問題在於提供一種大型智能割草機器人p-d型路徑規划算法，以解決上述背景技術中的缺點。
本發明所解決的技術問題採用以下技術方案來實現：
一種大型智能割草機器人p-d型路徑規划算法，具體步驟如下：
首先，根據待割草區域的幾何尺寸、割草機器人性能指標與割草覆蓋率要求，設置與鄰近路徑相切的大圓半徑r1、與鄰近路徑相切的小圓半徑r2和鄰近路徑車體中心線間距w尺寸，尺寸參數設置過程遵循如下原則：
1)為了降低控制難度，增大割草覆蓋率，選擇小圓半徑r2為割草機器人的最小轉彎半徑rmin；
2)為保證兩次鄰近路徑之間無漏割，鄰近路徑車體中心線間距w小於割草機器人的割臺割幅(d)，並定義參數σ＝d-w為鄰近路徑裕度；
其次，建立識別窗口的固定參考坐標系o′—x′y′，在結合待割草區域的地平面坐標系o—xy，完成固定參考坐標系o′—x′y′與待割草區域的地平面坐標系o—xy之間的坐標變換；
γ為識別窗口的固定參考坐標系o′—x′y′的方位角，由坐標旋轉變換公式可得：
而後，將待割草區域的地平面劃分為左待割區與右待割區，智能割草機器人從左待割區最左端進入後按照左待割區路徑運行，直至運行到工作區域右端的左待割區與右待割區交界處，在按右待割區路徑運行；左待割區路徑與右待割區路徑採取直線路徑和標準圓路徑結合；
割草機器人從坐標點(x′min，y′min)開始沿y′軸方向在左待割區運動，割草機器人的往返次數為：
其中，n為不超過的最大整數；
第i條路徑的直線路徑方程為：
與第i條路徑相切的大圓、小圓路徑方程分兩種情況，第一種情況是當i為奇數時，其方程為：
另一種情況是當i為偶數時，其方程為：
右待割區路徑割草機器人的往返次數為：
其中，m為大於的最近整數；
假設右待割區最右邊路徑為第1條路徑，依次從右往左數，則第i條路徑的直線路徑方程為：
與第i條路徑相切的大圓和小圓路徑方程分為兩大類別，每個大類又分成兩種情況：
當n為奇數且j為奇數時，其方程為：
當n為奇數且j為偶數時，其方程為：
當n為偶數且j為奇數時，其方程為：
當n為偶數且j為偶數時，其方程為：
通過上述方程計算左待割區、右待割區的直線路徑和與鄰近路徑相切的大圓、小圓路徑，以生成p-d型路徑。
在本發明中，γ的角度通過設置在割草機器人上的gps接收信息獲得，在gps接收信息中，γ∈[0°，360°]。
在本發明中，大圓為運行3/4圓周的圓，小圓為運行1/4圓周的圓。
有益效果：
1)本發明採用以直線路徑和標準圓路徑為主的原則，具備路徑規划算法複雜度低和路徑易自動生成的特點；
2)本發明在傳統的迂迴式路徑規划算法基礎上改進，既保持了迂迴式路徑規划算法的優點，又克服了迂迴式路徑算法在轉向區易漏割的缺點。
附圖說明
圖1是現有迂迴式路徑規劃示意圖。
圖2是本發明的較佳實施例的路徑規劃示意圖。
圖3是本發明的較佳實施例中的坐標變換示意圖。
具體實施方式
為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。
參見圖2所示的一種大型智能割草機器人p-d型路徑規划算法，在轉向區採用兩圓相切方式代替傳統直線轉向方式，並在割草機器人工作過程中一直保持前進方向，有效降低割草機器人的控制難度，既保持了迂迴式路徑規划算法的優點，又克服了迂迴式路徑算法在轉向區易漏割的缺點，具體步驟如下：
首先，根據待割草區域的幾何尺寸、割草機器人性能指標與割草覆蓋率要求，設置與鄰近路徑相切的大圓半徑r1、與鄰近路徑相切的小圓半徑r2和鄰近路徑車體中心線間距w尺寸，尺寸參數設計過程遵循如下原則：
1)為了降低控制難度，增大割草覆蓋率，選擇小圓半徑r2為割草機器人的最小轉彎半徑rmin；
2)為保證兩次鄰近路徑之間無漏割，鄰近路徑車體中心線間距w小於割草機器人的割臺割幅(d)，並定義參數σ＝d-w為鄰近路徑裕度；
其次，建立識別窗口的固定參考坐標系o′—x′y′，在結合待割草區域的地平面坐標系o—xy，完成固定參考坐標系o′—x′y′與待割草區域的地平面坐標系o—xy之間的坐標變換；
γ為識別窗口的固定參考坐標系o′—x′y′的方位角，同時γ可通過gps的接收信息獲得，在gps接收信息中，γ∈[0°，360°]，按順時針方向定義，由坐標旋轉變換公式可得：
而後，將待割草區域的地平面劃分為左待割區與右待割區，智能割草機器人從左待割區最左端進入後按照左待割區路徑運行，直至運行到工作區域右端的左待割區與右待割區交界處，在按右待割區路徑運行；左待割區路徑與右待割區路徑採取以直線路徑和標準圓路徑為主的原則，具備路徑規划算法複雜度低和路徑易自動生成的特點；
割草機器人從圖3的坐標點(x′min，y′min)開始沿y′軸方向按照圖2所示在左待割區運動，割草機器人的往返次數為：
其中，n為不超過的最大整數；
第i條路徑的直線路徑方程為：
與第i條路徑相切的大圓(運行3/4圓)和小圓(運行1/4圓)路徑方程分兩種情況，第一種情況是當i為奇數時，其方程為：
另一種情況是當i為偶數時，其方程為：
另外，按照圖2右待割區路徑割草機器人的往返次數為：
其中，m為大於的最近整數；
假設圖2所示的右待割區最右邊路徑為第1條路徑，依次從右往左數，則第i條路徑的直線路徑方程為：
與第i條路徑相切的大圓(運行3/4圓)和小圓(運行1/4圓)路徑方程分為兩大類別，每個大類又分成兩種情況：
當n為奇數且j為奇數時，其方程分別為：
當n為奇數且j為偶數時，其方程分別為：
當n為偶數且j為奇數時，其方程分別為：
當n為偶數且j為偶數時，其方程分別為：
通過上述方程計算左待割區、右待割區的直線路徑和與鄰近路徑相切的大圓、小圓路徑，以此生成p-d型路徑。
以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。