本發(fā)明涉及農(nóng)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及北斗導(dǎo)航的農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)駕駛耕作控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

20世紀(jì)90年代以來，“精確農(nóng)業(yè)”技術(shù)已被國(guó)際農(nóng)業(yè)科技界認(rèn)為是21世紀(jì)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的先導(dǎo)性技術(shù)之一。農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)導(dǎo)航是現(xiàn)代智能農(nóng)業(yè)機(jī)械的一個(gè)重要組成部分，有著廣闊的發(fā)展前景。研究自主行走的農(nóng)業(yè)機(jī)械實(shí)現(xiàn)精確定點(diǎn)投放，從量的角度盡可能減少農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)的使用應(yīng)該是解決此問題的一個(gè)重要途徑和發(fā)展方向?，F(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機(jī)械具備的作業(yè)功能將會(huì)越來越多，研制農(nóng)業(yè)車輛的自主或輔助導(dǎo)航系統(tǒng)有利于駕駛?cè)藛T抽出更多的時(shí)間去關(guān)注駕駛以外的其它操作，以便能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的各項(xiàng)作業(yè)目標(biāo)。

傳統(tǒng)的視覺系統(tǒng)的導(dǎo)航控制方面都還依然存在問題，尤其在農(nóng)業(yè)機(jī)械方面，比如在圖像處理方面，如何在農(nóng)田復(fù)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(diào)整自身位姿等。因此對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械視覺導(dǎo)航技術(shù)的研究尤為重要。

精細(xì)農(nóng)業(yè)包括定位處方農(nóng)作和農(nóng)情信息自動(dòng)采集，其中定位處方農(nóng)作要求農(nóng)業(yè)機(jī)械可以按照預(yù)先規(guī)劃好的路徑在田間行走，準(zhǔn)確到達(dá)目的地并完成既定作業(yè)任務(wù)。精確導(dǎo)航是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械自主行走的關(guān)鍵技術(shù)之一，其定位精度直接影響農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行路徑自動(dòng)跟蹤的質(zhì)量。因此，提高導(dǎo)航定位的精度，是改善農(nóng)業(yè)機(jī)械路徑跟蹤質(zhì)量的首要問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述不足的缺陷，本發(fā)明提供了北斗導(dǎo)航的農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)駕駛耕作控制系統(tǒng)，具備良好的機(jī)動(dòng)性和靈活性安全性，可以提高導(dǎo)航定位的精度。

本發(fā)明提供了北斗導(dǎo)航的農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)駕駛耕作控制系統(tǒng)，包括北斗信號(hào)接收機(jī)、角度傳感器、電磁閥、差分基準(zhǔn)站、自動(dòng)駕駛儀、視覺傳感器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述北斗信號(hào)接收機(jī)與分別與所述自動(dòng)駕駛儀、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和差分基準(zhǔn)站相連，所述自動(dòng)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(zhǔn)站包括測(cè)量天線，所述視覺傳感器與所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連，所述自動(dòng)駕駛儀包括車載導(dǎo)航儀、車載顯示控制器、電動(dòng)方向盤控制器，所述電動(dòng)方向盤控制器與所述電磁閥相連，所述方向盤轉(zhuǎn)向控制器包括電動(dòng)方向盤、轉(zhuǎn)向控制驅(qū)動(dòng)器和方向盤角度傳感器，所述轉(zhuǎn)向控制驅(qū)動(dòng)器的輸出口與電動(dòng)方向盤的輸入口連接，電動(dòng)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(zhuǎn)向控制驅(qū)動(dòng)器的輸入口連接。

上述的控制系統(tǒng)，其中，還包括參數(shù)調(diào)試系統(tǒng)，所述參數(shù)調(diào)試系統(tǒng)用于對(duì)角度傳感器標(biāo)定、電磁閥標(biāo)定、PID標(biāo)定、傾角傳感器標(biāo)定和橫滾角自動(dòng)標(biāo)定。

上述的控制系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于對(duì)獲取的圖像信息進(jìn)行預(yù)處理，并對(duì)導(dǎo)航基準(zhǔn)線的提取，估算農(nóng)機(jī)的位置與和導(dǎo)航基準(zhǔn)線之間的相對(duì)位姿。

上述的控制系統(tǒng)，其中，所述差分基準(zhǔn)站用于收集農(nóng)業(yè)機(jī)械在的原始緯度、經(jīng)度、高度坐標(biāo)和前進(jìn)速度，并測(cè)量得到農(nóng)業(yè)機(jī)械的原始橫滾角度、俯仰角度、橫擺角速度和前進(jìn)方向加速度。

上述的控制系統(tǒng)，其中，所述視覺傳感器設(shè)有三個(gè)，視覺傳感器分別安裝在農(nóng)機(jī)最前端機(jī)架、農(nóng)機(jī)左右兩側(cè)的機(jī)架上，安裝在農(nóng)機(jī)左右兩側(cè)機(jī)架上的視覺傳感器相背設(shè)置。

本發(fā)明的另一面，北斗導(dǎo)航的農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)駕駛耕作的控制方法，包括以下步驟：

獲取導(dǎo)航區(qū)域的圖像信息；

對(duì)獲取的圖像信息進(jìn)行預(yù)處理，并對(duì)導(dǎo)航基準(zhǔn)線的提取，估算農(nóng)機(jī)的位置與和導(dǎo)航基準(zhǔn)線之間的相對(duì)位姿；

對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)試和標(biāo)定；

根據(jù)自動(dòng)導(dǎo)航儀和基準(zhǔn)站獲取農(nóng)機(jī)的位置坐標(biāo)和速度信息，車輛按照設(shè)定的路徑行走并實(shí)時(shí)存儲(chǔ)耕作農(nóng)作物圖像。

上述的控制方法，其中，所述對(duì)獲取的圖像信息進(jìn)行預(yù)處理，并對(duì)導(dǎo)航基準(zhǔn)線的提取，估算農(nóng)機(jī)的位置與和導(dǎo)航基準(zhǔn)線之間的相對(duì)位姿的步驟包括：

采用導(dǎo)航傳感器組合測(cè)量得到農(nóng)業(yè)機(jī)械在的原始緯度、經(jīng)度、高度坐標(biāo)和前進(jìn)速度，并測(cè)量得到農(nóng)業(yè)機(jī)械的原始橫滾角度、俯仰角度、橫擺角速度和前進(jìn)方向加速度。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：具備良好的機(jī)動(dòng)性和靈活性，可以提高導(dǎo)航定位的精度，可以實(shí)現(xiàn)在導(dǎo)航過程中對(duì)農(nóng)機(jī)的姿態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明及其特征、外形和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按照比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。

圖1為本發(fā)明的北斗導(dǎo)航的農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)駕駛耕作控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的北斗導(dǎo)航的農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)駕駛耕作控制方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。

為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟以及詳細(xì)的結(jié)構(gòu)，以便闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。

參照?qǐng)D1-圖2所示，本發(fā)明提供了北斗導(dǎo)航的農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)駕駛耕作控制系統(tǒng)，包括北斗信號(hào)接收機(jī)1、角度傳感器2、電磁閥3、差分基準(zhǔn)站4、自動(dòng)駕駛儀5、視覺傳感器6、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)7，北斗信號(hào)接收機(jī)1與分別與自動(dòng)駕駛儀5、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)7和差分基準(zhǔn)站4相連，自動(dòng)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(zhǔn)站4包括測(cè)量天線，視覺傳感器6與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)7相連，其中角度傳感器2、電磁閥3、自動(dòng)駕駛儀5、視覺傳感器6安裝在農(nóng)機(jī)上，用于對(duì)農(nóng)機(jī)周圍信號(hào)的采集和對(duì)農(nóng)機(jī)的智能化控制，其中自動(dòng)駕駛儀包括車載導(dǎo)航儀、車載顯示控制器、電動(dòng)方向盤控制器，所述電動(dòng)方向盤控制器與所述電磁閥相連，所述方向盤轉(zhuǎn)向控制器包括電動(dòng)方向盤、轉(zhuǎn)向控制驅(qū)動(dòng)器和方向盤角度傳感器，所述轉(zhuǎn)向控制驅(qū)動(dòng)器的輸出口與電動(dòng)方向盤的輸入口連接，電動(dòng)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(zhuǎn)向控制驅(qū)動(dòng)器的輸入口連接。

本發(fā)明通過北斗信號(hào)接收機(jī)1對(duì)接收到的導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行捕獲跟蹤和定位解算，并獲得高精度的偽距與載波相位觀測(cè)數(shù)據(jù)，定位解算結(jié)果、偽距和載波相位觀測(cè)數(shù)據(jù)通過RS232接口傳送給差分基準(zhǔn)站4，北斗信號(hào)接收機(jī)1接收導(dǎo)航信號(hào)，對(duì)接收到的導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行捕獲跟蹤、定位解算，進(jìn)行捕獲跟蹤、定位解算，定位解算后與從基準(zhǔn)站上傳輸過來的數(shù)據(jù)做融合解算，獲取農(nóng)機(jī)自身精確位置速度信息，通過三軸姿態(tài)傳感器獲取農(nóng)機(jī)自身的三向姿態(tài)信息，車載導(dǎo)航儀將農(nóng)機(jī)的位置速度信息發(fā)送給車載顯示控制器，車載顯示控制器將農(nóng)機(jī)的位置與原來設(shè)定好的路徑作對(duì)比，車載顯示控制器通過電動(dòng)方向盤控制器控制電動(dòng)方向盤的轉(zhuǎn)向，電動(dòng)方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)導(dǎo)向輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)角傳感器檢測(cè)導(dǎo)向輪的轉(zhuǎn)向角，導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)角傳感器將導(dǎo)向輪的轉(zhuǎn)向角信號(hào)傳輸給車載顯示控制器，車載顯示控制器根據(jù)轉(zhuǎn)向角信號(hào)繼續(xù)通過轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)控制器控制電動(dòng)方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，循環(huán)以上動(dòng)作，直至農(nóng)機(jī)位置與原先設(shè)定的路徑一致，從而可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)的精確導(dǎo)航。

本發(fā)明一優(yōu)選而非限制性的實(shí)施例中，還包括參數(shù)調(diào)試系統(tǒng)，所述參數(shù)調(diào)試系統(tǒng)用于對(duì)角度傳感器標(biāo)定、電磁閥標(biāo)定、PID標(biāo)定、傾角傳感器標(biāo)定和橫滾角自動(dòng)標(biāo)定。

本發(fā)明一優(yōu)選而非限制性的實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于對(duì)獲取的圖像信息進(jìn)行預(yù)處理，并對(duì)導(dǎo)航基準(zhǔn)線的提取，估算農(nóng)機(jī)的位置與和導(dǎo)航基準(zhǔn)線之間的相對(duì)位姿。

本發(fā)明一優(yōu)選而非限制性的實(shí)施例中，差分基準(zhǔn)站用于收集農(nóng)業(yè)機(jī)械在的原始緯度、經(jīng)度、高度坐標(biāo)和前進(jìn)速度，并測(cè)量得到農(nóng)業(yè)機(jī)械的原始橫滾角度、俯仰角度、橫擺角速度和前進(jìn)方向加速度。

本發(fā)明一優(yōu)選而非限制性的實(shí)施例中，視覺傳感器設(shè)有三個(gè)，視覺傳感器分別安裝在農(nóng)機(jī)最前端機(jī)架、農(nóng)機(jī)左右兩側(cè)的機(jī)架上，安裝在農(nóng)機(jī)左右兩側(cè)機(jī)架上的視覺傳感器相背設(shè)置。

本發(fā)明的另一面，北斗導(dǎo)航的農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)駕駛耕作的控制方法，包括以下步驟：

步驟S1：獲取導(dǎo)航區(qū)域的圖像信息，其中具體包括，通過視覺傳感器獲取導(dǎo)航區(qū)域的圖像信息，進(jìn)一步優(yōu)選為：視覺傳感器分別安裝在農(nóng)機(jī)最前端機(jī)架、農(nóng)機(jī)左右兩側(cè)的機(jī)架上，安裝在農(nóng)機(jī)左右兩側(cè)機(jī)架上的視覺傳感器相背設(shè)置。

步驟S2：對(duì)獲取的圖像信息進(jìn)行預(yù)處理，并對(duì)導(dǎo)航基準(zhǔn)線的提取，估算農(nóng)機(jī)的位置與和導(dǎo)航基準(zhǔn)線之間的相對(duì)位姿，具體包括，采用導(dǎo)航傳感器組合測(cè)量得到農(nóng)業(yè)機(jī)械在的原始緯度、經(jīng)度、高度坐標(biāo)和前進(jìn)速度，并測(cè)量得到農(nóng)業(yè)機(jī)械的原始橫滾角度、俯仰角度、橫擺角速度和前進(jìn)方向加速度，進(jìn)一步優(yōu)選：獲取前轉(zhuǎn)向輪的初始角度，獲取轉(zhuǎn)向控制信號(hào)調(diào)整前轉(zhuǎn)向輪時(shí)的調(diào)整實(shí)時(shí)角度，根據(jù)調(diào)整實(shí)時(shí)角度和初始角度獲取轉(zhuǎn)向控制信號(hào)的死區(qū)值以及轉(zhuǎn)向模式匹配信息。

步驟S3：對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)試和標(biāo)定，其中包括，對(duì)角度傳感器標(biāo)定、電磁閥標(biāo)定、PID標(biāo)定、傾角傳感器標(biāo)定和橫滾角自動(dòng)標(biāo)定，也就是說，用戶只需要在顯示屏上點(diǎn)觸想設(shè)置的車輛以及犁具信息，就不用擔(dān)心以后更換犁具所帶來的煩惱了。除此之外，在搜星狀態(tài)不好，基站信號(hào)不穩(wěn)定的情況下通過聲音來提示你，來找回“最佳狀態(tài)。

步驟S4：根據(jù)自動(dòng)導(dǎo)航儀和基準(zhǔn)站獲取農(nóng)機(jī)的位置坐標(biāo)和速度信息，車輛按照設(shè)定的路徑行走并實(shí)時(shí)存儲(chǔ)耕作農(nóng)作物圖像，對(duì)儲(chǔ)存的農(nóng)作物圖像信息進(jìn)行處理并作出相應(yīng)的姿態(tài)調(diào)整，也就是說對(duì)儲(chǔ)存的圖像進(jìn)行處理，然后對(duì)農(nóng)機(jī)的姿態(tài)作出相應(yīng)的調(diào)整，可以滿足農(nóng)機(jī)在正常的行使路徑上，可以提高導(dǎo)航的精度。

以上對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實(shí)施；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。