一种果园采摘拖拉机的运输控制系统及联动控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种果园采摘拖拉机的运输控制系统及联动控制方法，包括拖拉机、拖车组，环境感知模块、信息模块和智能决策模块；所述环境感知模块包括拖拉机超声波雷达和拖拉机深度识别相机；所述智能决策模块根据拖拉机深度识别相机获取的果树的结果位置图像计算出需要采摘的果实的空间坐标；所述智能决策模块根据需要采摘的果实的空间坐标、拖拉机的速度、机械臂与水平面所成夹角θ、拖拉机与果树的距离和拖拉机的位置信息控制拖拉机、升降平台和采摘机械臂联动；所述智能决策模块根据拖车与拖拉机定位信息、拖车的速度、拖车中装载水果的重量和拖车的位置信息控制拖车的移动。本发明专利技术可提高果园采摘的效率，减轻果园工作的负担。

【技术实现步骤摘要】
一种果园采摘拖拉机的运输控制系统及联动控制方法
本专利技术涉及农林设备领域或者采摘设备领域，特别涉及一种果园采摘拖拉机的运输控制系统及联动控制方法。
技术介绍
近年来，国内智能控制发展十分迅速，在农业机械领域也有广泛的应用，农业机械的智能化逐渐能为广泛的关注点，智能采摘机也逐渐成为研究的热点。随着我国城镇化工业化程度的快速提高，我国农业人口大幅减少，在农业种植时无法投入足够人工进入工作，而且因为农业人口的老龄化逐渐加重，农业种植从业人员大多无法进行大体力劳动。本领域内智能驾驶、视觉识别技术逐渐成熟，技术人员希望有一种自动运输水果的智能农机能够使智能运输水果成为可能，帮助农业从业人口减轻劳动负担，提高劳动效率，降低人工成本，使人力能够在更需要人参与的果实采摘环节发挥作用。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种果园采摘拖拉机的运输控制系统及联动控制方法，提高果园采摘的效率，减轻果园工作的负担。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种果园采摘拖拉机的运输控制系统，包括拖拉机、拖车组，环境感知模块、信息模块和智能决策模块；所述拖拉机上通过升降平台安装采摘机械臂，所述拖拉机通过拖拉机背板连接拖车组，所述拖车组至少包括1个拖车；所述环境感知模块包括拖拉机超声波雷达和拖拉机深度识别相机；所述拖拉机超声波雷达用于检测拖拉机与果树的距离；所述拖拉机深度识别相机用于采集果树的结果位置图像；所述信息模块包括拖拉机车速传感器、拖拉机GPS传感器、拖车车速传感器、拖车超声波雷达、拖车GPS传感器、拖车重力传感器、UWB传感器和水平仪传感器；所述拖拉机车速传感器用于测量拖拉机的车速；所述拖拉机GPS传感器用于定位拖拉机的位置信息；所述拖车车速传感器用于测量拖车的速度；所述拖车超声波雷达用于检测拖拉机与拖车的距离；所述UWB传感器安装在拖车与拖拉机背板之间，用于定位拖车和拖拉机；所述拖车GPS传感器用于定位拖车的位置信息；拖车重力传感器用于测量拖车中装载水果的重量；所述水平仪传感器用于测量机械臂与水平面所成夹角θ；所述智能决策模块获取环境感知模块和信息模块的信息；所述智能决策模块根据拖拉机深度识别相机获取的果树的结果位置图像计算出需要采摘的果实的空间坐标；所述智能决策模块根据需要采摘的果实的空间坐标、拖拉机的速度、机械臂与水平面所成夹角θ、拖拉机与果树的距离和拖拉机的位置信息控制拖拉机、升降平台和采摘机械臂联动；所述智能决策模块根据拖车与拖拉机定位信息、拖车的速度、拖车中装载水果的重量和拖车的位置信息控制拖车的移动。进一步，所述环境感知模块还包括拖拉机红外传感器和拖拉机路径识别相机，所述拖拉机红外传感器用于采集拖拉机行驶路径的辐射信息，所述拖拉机路径识别相机用于采集拖拉机行驶路径图像信息，所述智能决策模块获取拖拉机红外传感器和拖拉机路径识别相机的信息用于识别拖拉机行驶路径上是否存在障碍物；所述信息模块还包括拖车红外传感器和拖车路径识别相机，所述拖车红外传感器用于采集拖车行驶路径的辐射信息，所述拖车路径识别相机用于采集拖车行驶路径图像信息，所述智能决策模块获取拖车红外传感器和拖车路径识别相机的信息用于识别拖车行驶路径上是否存在障碍物。进一步，任一所述拖车箱体内设有平板，所述平板表面包有软质橡胶；所述平板通过四根弹簧安装在箱体底部；位于平板后部弹簧的弹性模量小于位于前部弹簧的弹性模量，且后部弹簧的长度小于前部弹簧长度，所述平板底部安装拖车重力传感器。进一步，所述采摘机械臂包括机械臂和电动采摘装置，所述机械臂的末端安装有电动采摘装置，所述电动采摘装置外装有圆形套筒，所述圆形套筒与网兜相连，所述网兜的尾部穿过拖拉机的背板与拖车内部连通。进一步，所述网兜由柔软粗绳制成。一种果园采摘拖拉机的运输控制系统的联动控制方法，包括如下步骤：所述智能决策模块根据拖拉机深度识别相机获取的果树的结果位置图像计算出需要采摘的果实的空间坐标；所述智能决策模块计算出需要采摘的果实与机械臂底座的距离L，所述智能决策模块将需要采摘的果实与机械臂底座的距离L和机械臂臂长S比较，若L小于S，则所述智能决策模块直接生成机械臂的规划路径，控制机械臂动作；若L大于S，则所述智能决策模块获取机械臂与水平面所成夹角θ，所述智能决策模块将L*cosθ和机械臂臂长S比较，若L*cosθ小于S，所述智能决策模块控制升降平台升高上升后，生成机械臂的规划路径，控制机械臂动作；若L*cosθ大于S，则所述智能决策模块控制拖拉机向需要采摘水果方向行驶距离D＝(L-S)cosθ，使L*cosθ小于S。进一步，所述智能决策模块对拖拉机的行驶距离进行一级PID控制，PID输入为D与拖拉机超声波雷达实际测量距离的差值d1，PID输出为实际距离，直到L*cosθ小于S。进一步，还包括拖车组控制方法，包括如下步骤：所述智能决策模块分别控制第一拖车和第二拖车跟随拖拉机的路径移动至果树附近，第三拖车位于仓库中待命；所述智能决策模块根据UWB传感器使拖车前部与拖拉机背板精确定位，所述智能决策模块控制采摘机械臂将采摘后的果实输送至第一拖车内；第二拖车在第一拖车规划行驶的路径外等待；当第一拖车内的重量超过设定值，所述智能决策模块控制拖车前部与拖拉机背板断开，所述智能决策模块控制第一拖车自动行驶到仓库；所述智能决策模块控制第二拖车行驶到拖拉机背板后与其连接；如果第一拖车返回拖拉机附近前，第二拖车已经装满，则所述智能决策模块控制调动在仓库中待命的第三拖车自动行驶到拖拉机附近。本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术所述的果园采摘拖拉机的运输控制系统及联动控制方法，在规划设计好的小型果园中，可以使智能采摘拖拉机一直进行采摘，省去了装满运输回仓库的环节。2.本专利技术所述的果园采摘拖拉机的运输控制系统及联动控制方法，提出了有效的线性控制算法，应用该控制算法可以精准的对运输系统控制，使其产生的效果达到最优的控制。3.本专利技术所述的果园采摘拖拉机的运输控制系统及联动控制方法，提出来机械臂升降台的控制算法，应用该系统可以对采摘机械臂进行有效准确的控制。4.本专利技术所述的果园采摘拖拉机的运输控制系统及联动控制方法，对果园可能出现的障碍进行了细化的识别，对一些人等可自主移动的障碍识别后，在安全距离内停车，警示装置工作进行警示，就不需要重新进行路径规划了。附图说明图1为本专利技术所述的果园采摘拖拉机和拖拉机结构图。图2为本专利技术所述的果园采摘拖拉机的运输控制系统示意图。图3为本专利技术所述的果园采摘拖拉机的运输控制系统控制原理图。图4为本专利技术所述的果园采摘拖拉机的运输控制系统的联动控制方法流程图。图中：1-拖拉机路径识别相机；2-警示装置；3-拖拉机红外传感器；4-拖拉机超声波雷达；5-拖拉机车速传感器；6-拖拉机GPS传感器；7-电磁铁；8-拖车车速传感器；9-拖车超声波雷达；10-拖车GPS传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种果园采摘拖拉机的运输控制系统，其特征在于，包括拖拉机、拖车组，环境感知模块、信息模块和智能决策模块；所述拖拉机上通过升降平台安装采摘机械臂，所述拖拉机通过拖拉机背板连接拖车组，所述拖车组至少包括1个拖车；/n所述环境感知模块包括拖拉机超声波雷达(4)和拖拉机深度识别相机(15)；所述拖拉机超声波雷达(4)用于检测拖拉机与果树的距离；所述拖拉机深度识别相机(15)用于采集果树的结果位置图像；/n所述信息模块包括拖拉机车速传感器(5)、拖拉机GPS传感器(6)、拖车车速传感器(8)、拖车超声波雷达(9)、拖车GPS传感器(10)、拖车重力传感器(11)、UWB传感器和水平仪传感器(18)；所述拖拉机车速传感器(5)用于测量拖拉机的车速；所述拖拉机GPS传感器(6)用于定位拖拉机的位置信息；所述拖车车速传感器(8)用于测量拖车的速度；所述拖车超声波雷达(9)用于检测拖拉机与拖车的距离；所述UWB传感器安装在拖车与拖拉机背板之间，用于定位拖车和拖拉机；所述拖车GPS传感器(10)用于定位拖车的位置信息；拖车重力传感器(11)用于测量拖车中装载水果的重量；所述水平仪传感器(18)用于测量机械臂与水平面所成夹角0；/n所述智能决策模块获取环境感知模块和信息模块的信息；所述智能决策模块根据拖拉机深度识别相机(15)获取的果树的结果位置图像计算出需要采摘的果实的空间坐标；所述智能决策模块根据需要采摘的果实的空间坐标、拖拉机的速度、机械臂与水平面所成夹角0、拖拉机与果树的距离和拖拉机的位置信息控制拖拉机、升降平台和采摘机械臂联动；所述智能决策模块根据拖车与拖拉机定位信息、拖车的速度、拖车中装载水果的重量和拖车的位置信息控制拖车的移动。/n...

【技术特征摘要】
1.一种果园采摘拖拉机的运输控制系统，其特征在于，包括拖拉机、拖车组，环境感知模块、信息模块和智能决策模块；所述拖拉机上通过升降平台安装采摘机械臂，所述拖拉机通过拖拉机背板连接拖车组，所述拖车组至少包括1个拖车；
所述环境感知模块包括拖拉机超声波雷达(4)和拖拉机深度识别相机(15)；所述拖拉机超声波雷达(4)用于检测拖拉机与果树的距离；所述拖拉机深度识别相机(15)用于采集果树的结果位置图像；
所述信息模块包括拖拉机车速传感器(5)、拖拉机GPS传感器(6)、拖车车速传感器(8)、拖车超声波雷达(9)、拖车GPS传感器(10)、拖车重力传感器(11)、UWB传感器和水平仪传感器(18)；所述拖拉机车速传感器(5)用于测量拖拉机的车速；所述拖拉机GPS传感器(6)用于定位拖拉机的位置信息；所述拖车车速传感器(8)用于测量拖车的速度；所述拖车超声波雷达(9)用于检测拖拉机与拖车的距离；所述UWB传感器安装在拖车与拖拉机背板之间，用于定位拖车和拖拉机；所述拖车GPS传感器(10)用于定位拖车的位置信息；拖车重力传感器(11)用于测量拖车中装载水果的重量；所述水平仪传感器(18)用于测量机械臂与水平面所成夹角0；
所述智能决策模块获取环境感知模块和信息模块的信息；所述智能决策模块根据拖拉机深度识别相机(15)获取的果树的结果位置图像计算出需要采摘的果实的空间坐标；所述智能决策模块根据需要采摘的果实的空间坐标、拖拉机的速度、机械臂与水平面所成夹角0、拖拉机与果树的距离和拖拉机的位置信息控制拖拉机、升降平台和采摘机械臂联动；所述智能决策模块根据拖车与拖拉机定位信息、拖车的速度、拖车中装载水果的重量和拖车的位置信息控制拖车的移动。


2.根据权利要求1所述的果园采摘拖拉机的运输控制系统，其特征在于，所述环境感知模块还包括拖拉机红外传感器(3)和拖拉机路径识别相机(1)，所述拖拉机红外传感器(3)用于采集拖拉机行驶路径的辐射信息，所述拖拉机路径识别相机(1)用于采集拖拉机行驶路径图像信息，所述智能决策模块获取拖拉机红外传感器(3)和拖拉机路径识别相机(1)的信息用于识别拖拉机行驶路径上是否存在障碍物；所述信息模块还包括拖车红外传感器(12)和拖车路径识别相机(13)，所述拖车红外传感器(12)用于采集拖车行驶路径的辐射信息，所述拖车路径识别相机(13)用于采集拖车行驶路径图像信息，所述智能决策模块获取拖车红外传感器(12)和拖车路径识别相机(13)的信息用于识别拖车行驶路径上是否存在障碍物。


3.根据权利要求1所述的果园采摘拖拉机的运输控制系统，其特征在于，任一所述拖车箱体内设有平板，所述平板表面包有软质橡胶；所述平板通过四根弹簧...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏长高，马鑫杰，孙闫，杨彦祥，许秋月，丁伟兵，倪万磊，盛志鹏，金宝龙，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32