一种自动导航的路径规划跟踪方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种自动导航的路径规划跟踪方法及系统，涉及农业机械自动控制领域。该规划跟踪方法包括：根据栅格地图，获取目标车辆的转场区域信息、作业区域信息、起点坐标、终点坐标、作业耕宽和转弯半径；由转场区域信息、起点坐标和终点坐标确定初始规划路径；以通过转场区域的时长最短为目标，对初始规划路径进行求解，得到最优转场路径；根据目标车辆的作业耕宽、目标车辆的转弯半径和作业区域信息中确定目标车辆在作业区域内的工作路径；根据最优转场路径和工作路径确定目标车辆的行驶路径；控制目标车辆沿着行驶路径行驶，并对目标车辆的行驶状态进行跟踪；本发明专利技术能够实现路径的自动规划跟踪，从而提高工作效率。从而提高工作效率。从而提高工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种自动导航的路径规划跟踪方法及系统


[0001]本专利技术涉及农业机械自动控制领域，特别是涉及一种自动导航的路径规划跟踪方法及系统。

技术介绍

[0002]随着现代化科技水平的提高以及各国对于农业农村现代化的时代要求，农业机械的现代化和智能化是重要发展方向之一。而农业机械的自动导航是现代农业机械自动化和智能化的关键技术之一。在农业机械导航过程中，作业路径规划与跟踪是影响工作效率的关键因素。现有技术中，农业机械实际应用时，在工作中的往复运动中，会出现偏出既定轨迹的情况，使得农业机械工作出现偏颇。另外，现有技术还会有制定的导航路线出现偏差的问题，使得导航路线不是最优的路线，导致农业机械的行驶路线出现偏航。此时，就需要停机进行重新调试，进而导致农业机械的工作效率低。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种自动导航的路径规划跟踪方法及系统，以实现路径的自动规划跟踪，提高工作效率。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]一种自动导航的路径规划跟踪方法，所述规划跟踪方法包括：
[0006]根据栅格地图，获取目标车辆的转场区域信息、作业区域信息、起点坐标、终点坐标、作业耕宽和转弯半径；所述转场区域信息包括转场区域中各道路在所述栅格地图中对应的位置的坐标；所述作业区域信息包括作业区域的入口点和边界在所述栅格地图中对应的位置的坐标；
[0007]由所述转场区域信息、所述起点坐标和所述终点坐标确定初始规划路径；
[0008]以通过所述转场区域的时长最短为目标，对所述初始规划路径进行求解，得到最优转场路径；所述最优转场路径的起点为所述起点坐标，所述最优转场路径的终点为所述入口点；
[0009]根据所述目标车辆的作业耕宽、所述目标车辆的转弯半径和所述作业区域信息中的所述边界确定所述目标车辆在所述作业区域内的工作路径；所述工作路径的起点为所述入口点；所述工作路径的终点为所述终点坐标；
[0010]根据所述最优转场路径和所述工作路径确定所述目标车辆的行驶路径；
[0011]控制所述目标车辆沿着所述行驶路径行驶，并对所述目标车辆的行驶状态进行跟踪。
[0012]可选地，所述以通过所述转场区域的时长最短为目标，对所述初始规划路径进行求解，得到最优转场路径，具体包括：
[0013]将所述目标车辆的起点坐标作为起始节点，选择与所述起始节点相连接的任一所述位置点，作为下一节点；
[0014]判断所述下一节点的坐标是否为所述目标车辆的终点坐标，得到第一判断结果；
[0015]若所述第一判断结果为否，则将所述下一节点作为当前的起始节点；
[0016]若所述第一判断结果为是，则得到一条所述初始规划路径；
[0017]计算所述目标车辆经过每一条所述初始规划路径的时长，并将所述时长最短的初始规划路径确定为所述最优转场路径。
[0018]可选地，所述计算所述目标车辆经过每一条所述初始规划路径的时长，具体包括：
[0019]通过最优化原则，采用适应度函数计算所述目标车辆经过每一条所述初始规划路径的时长。
[0020]可选地，所述适应度函数，具体计算公式为：
[0021][0022]其中，x
ij
为第i条初始规划路径，在第j节点内的路径长度；v
ij
为第i条初始规划路径，在第j节点内的行驶速度；x
i
为第i条初始规划路径；F(x
i
)为第i条初始规划路径的适应度函数。
[0023]可选地，所述根据所述目标车辆的作业耕宽、所述目标车辆的转弯半径和所述作业区域信息中的所述边界确定所述目标车辆在所述作业区域内的工作路径，具体包括：
[0024]根据所述目标车辆的作业耕宽、所述目标车辆的转弯半径和所述边界确定至少一条平行路径；
[0025]根据所述平行路径、工作节点和所述目标车辆的位置确定工作路径；所述工作节点为所述平行路径与所述边界的交叉点。
[0026]可选地，所述控制所述目标车辆沿着所述行驶路径行驶，并对所述目标车辆的行驶状态进行跟踪，具体包括：
[0027]获取所述目标车辆在当前时刻的行驶角度值；所述行驶角度值包括：转向角和夹角；所述夹角为所述目标车辆的横向与径向之间的夹角；
[0028]判断所述行驶角度值是否满足设定条件，得到第二判断结果；所述设定条件为所述转向角为第一预期角度值且所述夹角为第二预期角度值；
[0029]若所述第二判断结果为否，则对所述行驶角度值进行调整，以使得所述目标车辆沿着所述行驶路径行驶。
[0030]可选地，所述转向角的计算公式为：
[0031][0032]其中，θ为转向角，为目标车辆和第m个工作节点的方向向量，为目标车辆的车轮方向的向量，ω
m
为第m个工作节点。
[0033]可选地，所述夹角的计算公式为：
[0034][0035]其中，P为目标车辆的当前位置，为ω
n
到目标车辆的当前位置的向量，为工作路径的方向向量，α为夹角，ω
n
为第n个工作节点。
[0036]一种自动导航的路径规划跟踪系统，所述规划跟踪系统包括：
[0037]数据获取模块，用于根据栅格地图，获取目标车辆的转场区域信息、作业区域信息、起点坐标、终点坐标、作业耕宽和转弯半径；所述转场区域信息包括转场区域中各道路在所述栅格地图中对应的位置的坐标；所述作业区域信息包括作业区域的入口点和边界在所述栅格地图中对应的位置的坐标；
[0038]初始规划路径确定模块，用于由所述转场区域信息、所述起点坐标和所述终点坐标确定初始规划路径；
[0039]最优转场路径确定模块，用于以通过所述转场区域的时长最短为目标，对所述初始规划路径进行求解，得到最优转场路径；所述最优转场路径的起点为所述起点坐标，所述最优转场路径的终点为所述入口点；
[0040]工作路径确定模块，用于根据所述目标车辆的作业耕宽、所述目标车辆的转弯半径和所述作业区域信息中的所述边界确定所述目标车辆在所述作业区域内的工作路径；所述工作路径的起点为所述入口点；所述工作路径的终点为所述终点坐标；
[0041]行驶路径确定模块，用于根据所述最优转场路径和所述工作路径确定所述目标车辆的行驶路径；
[0042]跟踪模块，用于控制所述目标车辆沿着所述行驶路径行驶，并对所述目标车辆的行驶状态进行跟踪。
[0043]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0044]根据栅格地图，获取目标车辆的转场区域信息、作业区域信息、起点坐标、终点坐标、作业耕宽和转弯半径；由转场区域信息、起点坐标和终点坐标确定初始规划路径；以通过转场区域的时长最短为目标，对初始规划路径进行求解，得到最优转场路径；由于该最优转场路径的确定，使得目标车辆能够以最短的时间到达作业区域，从而缩短了途径时间，使得目标车辆能够尽早的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自动导航的路径规划跟踪方法，其特征在于，所述规划跟踪方法包括：根据栅格地图，获取目标车辆的转场区域信息、作业区域信息、起点坐标、终点坐标、作业耕宽和转弯半径；所述转场区域信息包括转场区域中各道路在所述栅格地图中对应的位置的坐标；所述作业区域信息包括作业区域的入口点和边界在所述栅格地图中对应的位置的坐标；由所述转场区域信息、所述起点坐标和所述终点坐标确定初始规划路径；以通过所述转场区域的时长最短为目标，对所述初始规划路径进行求解，得到最优转场路径；所述最优转场路径的起点为所述起点坐标，所述最优转场路径的终点为所述入口点；根据所述目标车辆的作业耕宽、所述目标车辆的转弯半径和所述作业区域信息中的所述边界确定所述目标车辆在所述作业区域内的工作路径；所述工作路径的起点为所述入口点；所述工作路径的终点为所述终点坐标；根据所述最优转场路径和所述工作路径确定所述目标车辆的行驶路径；控制所述目标车辆沿着所述行驶路径行驶，并对所述目标车辆的行驶状态进行跟踪。2.根据权利要求1所述的自动导航的路径规划跟踪方法，其特征在于，所述以通过所述转场区域的时长最短为目标，对所述初始规划路径进行求解，得到最优转场路径，具体包括：将所述目标车辆的起点坐标作为起始节点，选择与所述起始节点相连接的任一所述位置点，作为下一节点；判断所述下一节点的坐标是否为所述目标车辆的终点坐标，得到第一判断结果；若所述第一判断结果为否，则将所述下一节点作为当前的起始节点；若所述第一判断结果为是，则得到一条所述初始规划路径；计算所述目标车辆经过每一条所述初始规划路径的时长，并将所述时长最短的初始规划路径确定为所述最优转场路径。3.根据权利要求2所述的自动导航的路径规划跟踪方法，其特征在于，所述计算所述目标车辆经过每一条所述初始规划路径的时长，具体包括：通过最优化原则，采用适应度函数计算所述目标车辆经过每一条所述初始规划路径的时长。4.根据权利要求3所述的自动导航的路径规划跟踪方法，其特征在于，所述适应度函数，具体计算公式为：其中，x
ij
为第i条初始规划路径，在第j节点内的路径长度；v
ij
为第i条初始规划路径，在第j节点内的行驶速度；x
i
为第i条初始规划路径；F(x
i
)为第i条初始规划路径的适应度函数。5.根据权利要求1所述的自动导航的路径规划跟踪方法，其特征在于，所述根据所述目标车辆的作业耕宽、所述目标车辆的转弯半径和所述作业区域信息中的所述边界确定所述目标车辆在所述作业区域内的工作路径，具体...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜娟，陈年斌，印祥，刘彦飞，刘艳霞，金诚谦，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：