本發(fā)明涉及巡檢控制，具體涉及一種農(nóng)業(yè)巡檢機器人的自動巡檢控制方法。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)巡檢主要依賴人工，不僅耗時耗力，而且巡檢效率和準(zhǔn)確性受限于人的主觀因素和體力狀況。隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)巡檢機器人逐漸應(yīng)用于農(nóng)田和大棚等農(nóng)業(yè)環(huán)境，實現(xiàn)對農(nóng)作物生長環(huán)境、病蟲害情況等的實時監(jiān)測和預(yù)警。然而，現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)巡檢機器人在自動巡檢控制方面仍存在不足，農(nóng)業(yè)機器人在田間作業(yè)時，由于地形復(fù)雜、作物分布不均等因素，軌跡跟蹤控制成為一大挑戰(zhàn)。因此，開發(fā)一種能夠準(zhǔn)確且穩(wěn)定地對農(nóng)業(yè)巡檢機器人的軌跡進行跟蹤并控制的方法具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決以上問題，提出了一種農(nóng)業(yè)巡檢機器人的自動巡檢控制方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種農(nóng)業(yè)巡檢機器人的自動巡檢控制方法包括以下步驟：

3、s1、采集農(nóng)業(yè)巡檢機器人在當(dāng)前時刻的實時位置以及實時狀態(tài)數(shù)據(jù)；

4、s2、根據(jù)當(dāng)前時刻的實時位置以及實時狀態(tài)數(shù)據(jù)，確定農(nóng)業(yè)巡檢機器人在下一時刻的預(yù)測軌跡；

5、s3、根據(jù)農(nóng)業(yè)巡檢機器人在下一時刻的預(yù)測軌跡和理想位置，對農(nóng)業(yè)巡檢機器人進行軌跡調(diào)整，完成巡檢控制。

6、進一步地，s1中，農(nóng)業(yè)巡檢機器人的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)包括驅(qū)動輪的電機峰值功率以及從動輪的轉(zhuǎn)動慣量。

7、進一步地，s2包括以下子步驟：

8、s21、根據(jù)左后驅(qū)動輪的電機峰值功率，為左后驅(qū)動輪生成驅(qū)動狀態(tài)系數(shù)，根據(jù)右后驅(qū)動輪的電機峰值功率，為右后驅(qū)動輪生成驅(qū)動狀態(tài)系數(shù)；

9、s22、根據(jù)左后驅(qū)動輪的驅(qū)動狀態(tài)系數(shù)和右后驅(qū)動輪的驅(qū)動狀態(tài)系數(shù)，構(gòu)建后輪驅(qū)動狀態(tài)矩陣；

10、s23、將后輪驅(qū)動狀態(tài)矩陣、左前從動輪的轉(zhuǎn)動慣量和右前從動輪的轉(zhuǎn)動慣量輸入至支持回歸模型中，得到前輪從動狀態(tài)系數(shù)；

11、s24、根據(jù)農(nóng)業(yè)巡檢機器人在當(dāng)前時刻的實時位置、后輪驅(qū)動狀態(tài)矩陣和前輪從動狀態(tài)系數(shù)，確定農(nóng)業(yè)巡檢機器人在下一時刻的預(yù)測軌跡。

12、上述進一步方案的有益效果是：在本發(fā)明中，考慮到農(nóng)田地形復(fù)雜和作物分布不均等因素，農(nóng)業(yè)巡檢機器人一般采用四輪式履帶結(jié)構(gòu)，其中后輪為主要驅(qū)動輪，前輪為從動輪，驅(qū)動輪由2個電機驅(qū)動，因電機轉(zhuǎn)速不同，產(chǎn)生差動，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能。將農(nóng)業(yè)巡檢機器人的四輪分別命名為左前從動輪、右前從動輪、左后驅(qū)動輪和右后驅(qū)動輪。根據(jù)兩個驅(qū)動輪的電機情況，確定后輪的狀態(tài)矩陣，后輪的狀態(tài)矩陣對前輪的軌跡有影響，因此利用后輪的狀態(tài)矩陣結(jié)合前輪的轉(zhuǎn)動慣量確定前輪的狀態(tài)系數(shù)。利用前后輪的狀態(tài)矩陣和狀態(tài)系數(shù)，確定下一時刻的預(yù)測軌跡，其預(yù)測精準(zhǔn)，模擬了前后輪之間緊密的從動關(guān)系。

13、進一步地，s21中，左后驅(qū)動輪的驅(qū)動狀態(tài)系數(shù)dl的計算公式為：

14、；

15、式中，pvlaue_l表示左后驅(qū)動輪的電機峰值功率，ηl表示左后驅(qū)動輪的傳動效率，m表示農(nóng)業(yè)巡檢機器人的質(zhì)量，g表示重力加速度，β表示農(nóng)業(yè)巡檢機器人在當(dāng)前時刻所處地形的坡度，tl表示左后驅(qū)動輪的電機轉(zhuǎn)矩，nl表示左后驅(qū)動輪的電機轉(zhuǎn)速；

16、s21中，右后驅(qū)動輪生成驅(qū)動狀態(tài)系數(shù)dr的計算公式為：

17、；

18、式中，pvlaue_r表示右后驅(qū)動輪的電機峰值功率，ηr表示右后驅(qū)動輪的傳動效率，tr表示右后驅(qū)動輪的電機轉(zhuǎn)矩，nr表示右后驅(qū)動輪的電機轉(zhuǎn)速。

19、進一步地，s22中，后輪驅(qū)動狀態(tài)矩陣d的表達式為：

20、；

21、式中，dl表示左后驅(qū)動輪生成驅(qū)動狀態(tài)系數(shù)，dr表示右后驅(qū)動輪生成驅(qū)動狀態(tài)系數(shù)，i表示單位矩陣。

22、進一步地，s23中，支持回歸模型q的表達式為：

23、；

24、式中，ul表示左前從動輪的轉(zhuǎn)動慣量，ur表示右前從動輪的轉(zhuǎn)動慣量，γ表示懲罰因子，d表示后輪驅(qū)動狀態(tài)矩陣，||·||表示f范數(shù)運算，σ表示高斯核的帶寬參數(shù)，exp(·)表示指數(shù)函數(shù)。

25、進一步地，s24包括以下子步驟：

26、s241、對后輪驅(qū)動狀態(tài)矩陣的值和前輪從動狀態(tài)系數(shù)進行均值運算，得到四輪調(diào)整閾值；

27、s242、根據(jù)農(nóng)業(yè)巡檢機器人當(dāng)前時刻的實時位置和四輪調(diào)整閾值，確定農(nóng)業(yè)巡檢機器人在下一時刻的預(yù)測軌跡。

28、上述進一步方案的有益效果是：在本發(fā)明中，利用前后輪的狀態(tài)特征參數(shù)預(yù)測下一時刻的軌跡，充分考慮農(nóng)業(yè)巡檢機器人的四個輪子作為一個整體的運動狀態(tài)，其預(yù)測精準(zhǔn)。

29、進一步地，s242中，農(nóng)業(yè)巡檢機器人在下一時刻的預(yù)測軌跡(x1,y1)的表達式為：

30、；

31、式中，x1表示下一時刻的預(yù)測軌跡的橫坐標(biāo)，y1表示下一時刻的預(yù)測軌跡的縱坐標(biāo)，x0表示農(nóng)業(yè)巡檢機器人實時位置的橫坐標(biāo)，y0表示農(nóng)業(yè)巡檢機器人實時位置的縱坐標(biāo)，ω表示四輪調(diào)整閾值。

32、進一步地，s3中，利用pid控制器對農(nóng)業(yè)巡檢機器人進行軌跡調(diào)整。

33、上述進一步方案的有益效果是：在本發(fā)明中，在軌跡跟蹤中，pid控制器對應(yīng)的pid控制算法可以根據(jù)輪胎的預(yù)測軌跡與理想軌跡之間的偏差，調(diào)整車輛的轉(zhuǎn)向角度和加速度等參數(shù)，使輪胎逐漸逼近理想軌跡。

34、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的農(nóng)業(yè)巡檢機器人的自動巡檢控制方法充分考慮機器人輪胎之間的協(xié)調(diào)性和驅(qū)動方式，為前后輪分別構(gòu)建從動狀態(tài)系數(shù)和驅(qū)動狀態(tài)矩陣，通過狀態(tài)參數(shù)來預(yù)測下一時刻的軌跡，從而在預(yù)測軌跡與理想位置出現(xiàn)偏差時進行修正，得到更適合當(dāng)前作業(yè)環(huán)境的參考軌跡，使農(nóng)業(yè)巡檢機器人沿著規(guī)劃軌跡穩(wěn)定行駛；同時，提高了農(nóng)業(yè)巡檢機器人軌跡跟蹤的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種農(nóng)業(yè)巡檢機器人的自動巡檢控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)業(yè)巡檢機器人的自動巡檢控制方法，其特征在于，所述s1中，農(nóng)業(yè)巡檢機器人的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)包括驅(qū)動輪的電機峰值功率以及從動輪的轉(zhuǎn)動慣量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)業(yè)巡檢機器人的自動巡檢控制方法，其特征在于，所述s2包括以下子步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的農(nóng)業(yè)巡檢機器人的自動巡檢控制方法，其特征在于，所述s21中，左后驅(qū)動輪的驅(qū)動狀態(tài)系數(shù)dl的計算公式為：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的農(nóng)業(yè)巡檢機器人的自動巡檢控制方法，其特征在于，所述s22中，后輪驅(qū)動狀態(tài)矩陣d的表達式為：

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的農(nóng)業(yè)巡檢機器人的自動巡檢控制方法，其特征在于，所述s23中，支持回歸模型q的表達式為：

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的農(nóng)業(yè)巡檢機器人的自動巡檢控制方法，其特征在于，所述s24包括以下子步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的農(nóng)業(yè)巡檢機器人的自動巡檢控制方法，其特征在于，所述s242中，農(nóng)業(yè)巡檢機器人在下一時刻的預(yù)測軌跡(x1,y1)的表達式為：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)業(yè)巡檢機器人的自動巡檢控制方法，其特征在于，所述s3中，利用pid控制器對農(nóng)業(yè)巡檢機器人進行軌跡調(diào)整。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種農(nóng)業(yè)巡檢機器人的自動巡檢控制方法，涉及巡檢控制技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：S1、采集農(nóng)業(yè)巡檢機器人在當(dāng)前時刻的實時位置以及實時狀態(tài)數(shù)據(jù)；S2、確定農(nóng)業(yè)巡檢機器人在下一時刻的預(yù)測軌跡；S3、對農(nóng)業(yè)巡檢機器人進行軌跡調(diào)整，完成巡檢控制。本發(fā)明使農(nóng)業(yè)巡檢機器人沿著規(guī)劃軌跡穩(wěn)定行駛；同時，提高了農(nóng)業(yè)巡檢機器人軌跡跟蹤的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：曾令培,龐智,楊健,劉朝陽,張廷婷
受保護的技術(shù)使用者：成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23