CN109901593A - 一种基于三点定位技术智能农机路径规划*** - Google Patents

一种基于三点定位技术智能农机路径规划*** Download PDF

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叶婷
曾炽强
曾灶烟
曾幸钦
李树湖
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Abstract

本发明公开了一种基于三点定位技术智能农机路径规划***,包括终端,所述终端包括手机APP和遥控器,所述终端连接有智能路径规划、田间工作、旋耕路径及方案记忆功能和田间道路自动驾驶***,所述智能路径规划包括地图导入、路径规划、全自动旋耕、局部旋耕、沿边旋耕、螺旋旋耕和交叉旋耕,所述田间工作包括避障***、边界识别、旋耕深度调节、平整度整理、旋耕速度及前退档设置和刹车,所述田间道路自动驾驶***包括自动驾驶***、刹车、路径记忆功能和方向控制,所述路径规划包括三点定位,本发明通过基于三点定位技术的农机路径规划方式,实现了农业耕地的机械化和自动化,节省了人力,提高了作业效率。

Description

一种基于三点定位技术智能农机路径规划***
技术领域
本发明涉及农机路径规划技术领域,具体为一种基于三点定位技术智能农机路径规划***。
背景技术
农业机械是指在作物种植业和畜牧业生产过程中,以及农、畜产品初加工和处理过程中所使用的各种机械。农业机械包括农用动力机械、农田建设机械、土壤耕作机械、种植和施肥机械、植物保护机械、农田排灌机械、作物收获机械、农产品加工机械、畜牧业机械和农业运输机械等。
在土壤耕作机械中,传统的旋耕机操作方式多采用人工操作方式进行作业,不仅耗费大量的人力,而且效率低下,耕地作业路径规划方式较差,效果并不理想,旋耕作业的质量难以保证。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于三点定位技术智能农机路径规划***,通过基于三点定位技术的农机路径规划方式,利于各组传感器配合工作,使得在农业旋耕作用时更加规范,操作作业的效果更加的理想,采用智能控制方式,通过手机APP或摇控器远程摇控操作旋耕机,实现了农业耕地的机械化和自动化,节省了人力,提高了作业效率,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种基于三点定位技术智能农机路径规划***,包括终端,所述终端包括手机APP和遥控器,所述终端连接有智能路径规划、田间工作、旋耕路径及方案记忆功能和田间道路自动驾驶***,所述智能路径规划包括地图导入、路径规划、全自动旋耕、局部旋耕、沿边旋耕、螺旋旋耕和交叉旋耕,所述田间工作包括避障***、边界识别、旋耕深度调节、平整度整理、旋耕速度及前退档设置和刹车,所述田间道路自动驾驶***包括自动驾驶***、刹车、路径记忆功能和方向控制,所述路径规划包括三点定位。
优选的,所述地图导入采用测距仪,一键导入旋耕农田面积、图形及避让目标位置和生成旋耕图。
优选的,所述三点定位采用的是基于iBeacon的三点定位和基于rssi的三点定位。
优选的,所述基于iBeacon的三点定位中,已知三点位置(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),已知未知点(x0,y0)到三点距离d1,d2,d3,以d1,d2,d3为半径作三个圆,根据毕达哥拉斯定理,得出交点即未知点的位置计算公式为:
(x1-x0)2+(y1-y0)2=d12(1);
(x2-x0)2+(y2-y0)2=d22(2);
(x3-x0)2+(y3-y0)2=d32(3);
设未知点位置为(x,y),令其中的第一个球形P1的球心坐标为(0,0),P2处于相同纵坐标,球心坐标为(d,0),P3球心坐标为(i,j),三个球形半径分别为r1,r2,r3,z为三球形相交点与水平面高度。则有:
r12=x2+y2+z2(4);
r22=(x-d)2+y2+z2(5); r32=(x-i)2+(y-j)2+z2(6); 当z=0时,即为三个圆在水平面上相交为一点,首先解出x:
x=(r12-r22+d2)/2d(7);
将公式二变形,将公式一的z2代入公式二,再代入公式三得到y的计算公式:
y=(r12-r32-x2+(x-i)2+j2)/2j(8)。
优选的,所述基于rssi的三点定位中是已知三个点的坐标和未知点到这三个点的rssi的信号值,求解未知点的坐标,首先是将rssi信号转换为距离:
d=10^((ABS(RSSI)-A)/(10*n))(9);
其中d为距离,单位是m;RSSI为rssi信号强度,为负数;A为距离探测设备1m时的rssi值的绝对值,最佳范围在45-49之间;n为环境衰减因子,需要测试矫正,最佳范围在3.25-4.5之间。
优选的,所述避障***采用的传感器包括红外传感器、光电传感器和接触传感器。
优选的,所述边界识别中旋耕机在旋耕时通过传感器在接近田埂处自动完成转弯的间距为10cm。
优选的,所述旋耕深度调节时,旋耕深度:20cm,刀轴转速:300rpm/min,旋耕宽度:1.2m,工作效率:1400㎡/h;开沟深度:25cm,工作效率:500-600㎡/h,开沟宽度:25cm,刀片数量:18片;药箱容积:160L×2,喷头数量:7个,喷药高度:6m;喷头材质:不锈钢;打草宽度:1m/1.2m,刀轴转速:2000rpm/min,留茬高度:5-10cm,工作效率:1500㎡/h;施肥宽度:75cm,料想容积:150L,施肥深度:20-25cm,施肥间距:53cm;垄高:20cm,垄顶宽:40cm,垄底宽:68cm,垄沟宽:30cm。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明通过基于三点定位技术的农机路径规划方式,利于各组传感器配合工作,使得在农业旋耕作用时更加规范,操作作业的效果更加的理想,采用智能控制方式,通过手机APP或摇控器远程摇控操作旋耕机,实现了农业耕地的机械化和自动化,节省了人力,提高了作业效率。
附图说明
图1为本发明一种基于三点定位技术智能农机路径规划***图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
并且实现所需清扫区域的合理的路径覆盖,实质就是旋耕机运动过程中的导航和避碰,所述智能路径规划包括地图导入、路径规划、全自动旋耕、局部旋耕、沿边旋耕、螺旋旋耕和交叉旋耕,所述田间工作包括避障***、边界识别、旋耕深度调节、平整度整理、旋耕速度及前退档设置和刹车,平整度整理在旋耕完成后,旋耕机可以为农田提供扶平的功能,旋耕速度及前退档设置通传感器及视觉分析***及田埂的距离等,旋耕机可根据需要自动调节档位,及速度,刹车遇到障外物或突发事件,可自动执行紧急刹车及减速;所述田间道路自动驾驶***包括自动驾驶***、刹车、路径记忆功能和方向控制,自动驾驶***通过传感器及视觉分析***,根据路径规划或北斗定位,旋耕机可自动在田间基础道路上行驶,到达指定位置,路径记忆功能可存储及选用之前规划道路的路径,及选择自动驾驶到到指定的目地,可选择回程自动行驶返回来的目的地,方向控制可可以摇控控制方向和自动驾驶自动控制;所述路径规划包括三点定位。 在起始点和目标点规划出一条与环境障碍无碰撞的路径, 按照某种优化指标, 请参阅图1,本发明提供一种技术方案:一种基于三点定位技术智能农机路径规划***,包括终端,所述终端包括手机APP和遥控器;可通过手机APP或摇控器远程摇控操作旋耕机;可以通过导入地图或选择存储地图,选用具体方案,自动驾驶旋耕机;所述终端连接有智能路径规划、田间工作、旋耕路径及方案记忆功能和田间道路自动驾驶***,旋耕路径及方案记忆功能可存储及选用之前田间的旋耕路径及方案,旋耕完成后自动回到初始位置;路径规划按照导入农田面积、图形,进行作业旋耕,
具体的,所述地图导入采用测距仪,一键导入旋耕农田面积、图形及避让目标位置和生成旋耕图。
具体的,所述三点定位采用的是基于iBeacon的三点定位和基于rssi的三点定位。
具体的,所述基于iBeacon的三点定位中,已知三点位置(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),已知未知点(x0,y0)到三点距离d1,d2,d3,以d1,d2,d3为半径作三个圆,根据毕达哥拉斯定理,得出交点即未知点的位置计算公式为:
(x1-x0)2+(y1-y0)2=d12(1);
(x2-x0)2+(y2-y0)2=d22(2);
(x3-x0)2+(y3-y0)2=d32(3);
设未知点位置为(x,y),令其中的第一个球形P1的球心坐标为(0,0),P2处于相同纵坐标,球心坐标为(d,0),P3球心坐标为(i,j),三个球形半径分别为r1,r2,r3,z为三球形相交点与水平面高度。则有:
r12=x2+y2+z2(4);
r22=(x-d)2+y2+z2(5); r32=(x-i)2+(y-j)2+z2(6); 当z=0时,即为三个圆在水平面上相交为一点,首先解出x:
x=(r12-r22+d2)/2d(7);
将公式二变形,将公式一的z2代入公式二,再代入公式三得到y的计算公式:
y=(r12-r32-x2+(x-i)2+j2)/2j(8)。
具体的,所述基于rssi的三点定位中是已知三个点的坐标和未知点到这三个点的rssi的信号值,求解未知点的坐标,首先是将rssi信号转换为距离:
d=10^((ABS(RSSI)-A)/(10*n))(9);
其中d为距离,单位是m;RSSI为rssi信号强度,为负数;A为距离探测设备1m时的rssi值的绝对值,最佳范围在45-49之间;n为环境衰减因子,需要测试矫正,最佳范围在3.25-4.5之间。
具体的,所述避障***采用的传感器包括红外传感器、光电传感器和接触传感器。
具体的,所述边界识别中旋耕机在旋耕时通过传感器在接近田埂处自动完成转弯的间距为10cm。
具体的,所述旋耕深度调节时,旋耕深度:20cm,刀轴转速:300rpm/min,旋耕宽度:1.2m,工作效率:1400㎡/h;开沟深度:25cm,工作效率:500-600㎡/h,开沟宽度:25cm,刀片数量:18片;药箱容积:160L×2,喷头数量:7个,喷药高度:6m;喷头材质:不锈钢;打草宽度:1m/1.2m,刀轴转速:2000rpm/min,留茬高度:5-10cm,工作效率:1500㎡/h;施肥宽度:75cm,料想容积:150L,施肥深度:20-25cm,施肥间距:53cm;垄高:20cm,垄顶宽:40cm,垄底宽:68cm,垄沟宽:30cm。
工作原理:使用时,通过做测量,在田里走埂上走一圈,基三点定位技术算出定位点,在定位点插上定位竿及传感器,导入第一点的测量数据到智能农机中,选定耕作方案,启动旋耕机根据方案进作耕作。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种基于三点定位技术智能农机路径规划***,包括终端,其特征在于:所述终端包括手机APP和遥控器,所述终端连接有智能路径规划、田间工作、旋耕路径及方案记忆功能和田间道路自动驾驶***,所述智能路径规划包括地图导入、路径规划、全自动旋耕、局部旋耕、沿边旋耕、螺旋旋耕和交叉旋耕,所述田间工作包括避障***、边界识别、旋耕深度调节、平整度整理、旋耕速度及前退档设置和刹车,所述田间道路自动驾驶***包括自动驾驶***、刹车、路径记忆功能和方向控制,所述路径规划包括三点定位。
2.根据权利要求1所述的一种基于三点定位技术智能农机路径规划***,其特征在于:所述地图导入采用测距仪,一键导入旋耕农田面积、图形及避让目标位置和生成旋耕图。
3.根据权利要求1所述的一种基于三点定位技术智能农机路径规划***,其特征在于:所述三点定位采用的是基于iBeacon的三点定位和基于rssi的三点定位。
4.根据权利要求3所述的一种基于三点定位技术智能农机路径规划***,其特征在于:所述基于iBeacon的三点定位中,已知三点位置(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),已知未知点(x0,y0)到三点距离d1,d2,d3,以d1,d2,d3为半径作三个圆,根据毕达哥拉斯定理,得出交点即未知点的位置计算公式为:
(x1-x0)2+(y1-y0)2=d12(1);
(x2-x0)2+(y2-y0)2=d22(2);
(x3-x0)2+(y3-y0)2=d32(3);
设未知点位置为(x,y),令其中的第一个球形P1的球心坐标为(0,0),P2处于相同纵坐标,球心坐标为(d,0),P3球心坐标为(i,j),三个球形半径分别为r1,r2,r3,z为三球形相交点与水平面高度。
5.则有:
r12=x2+y2+z2(4); r22=(x-d)2+y2+z2(5); r32=(x-i)2+(y-j)2+z2(6); 当z=0时,即为三个圆在水平面上相交为一点,首先解出x:
x=(r12-r22+d2)/2d(7);
将公式二变形,将公式一的z2代入公式二,再代入公式三得到y的计算公式:
y=(r12-r32-x2+(x-i)2+j2)/2j(8)。
6.根据权利要求3所述的一种基于三点定位技术智能农机路径规划***,其特征在于:所述基于rssi的三点定位中是已知三个点的坐标和未知点到这三个点的rssi的信号值,求解未知点的坐标,首先是将rssi信号转换为距离:
d=10^((ABS(RSSI)-A)/(10*n))(9);
其中d为距离,单位是m;RSSI为rssi信号强度,为负数;A为距离探测设备1m时的rssi值的绝对值,最佳范围在45-49之间;n为环境衰减因子,需要测试矫正,最佳范围在3.25-4.5之间。
7.根据权利要求1所述的一种基于三点定位技术智能农机路径规划***,其特征在于:所述避障***采用的传感器包括红外传感器、光电传感器和接触传感器。
8.根据权利要求1所述的一种基于三点定位技术智能农机路径规划***,其特征在于:所述边界识别中旋耕机在旋耕时通过传感器在接近田埂处自动完成转弯的间距为10cm。
9.根据权利要求1所述的一种基于三点定位技术智能农机路径规划***,其特征在于:所述旋耕深度调节时,旋耕深度:20cm,刀轴转速:300rpm/min,旋耕宽度:1.2m,工作效率:1400㎡/h;开沟深度:25cm,工作效率:500-600㎡/h,开沟宽度:25cm,刀片数量:18片;药箱容积:160L×2,喷头数量:7个,喷药高度:6m;喷头材质:不锈钢;打草宽度:1m/1.2m,刀轴转速:2000rpm/min,留茬高度:5-10cm,工作效率:1500㎡/h;施肥宽度:75cm,料想容积:150L,施肥深度:20-25cm,施肥间距:53cm;垄高:20cm,垄顶宽:40cm,垄底宽:68cm,垄沟宽:30cm。
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