CN112363504A - 一种农机无人驾驶调头方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的属于农机自动驾驶技术领域，具体为一种农机无人驾驶调头方法，该农机无人驾驶调头方法的具体步骤如下：该农机无人驾驶调头方法分为五个操作段：S1：前进作业直线段1：直线行驶，行驶方向与道路方向平行；S2：前进圆弧段2；S3：倒车直线段3；S4：前进圆弧段4；S5：前进作业直线段5。农机无人驾驶，在地头需要进行自动调头控制，本方案圆弧段使用欧拉螺旋进行规划，农机自动调头路径采用交叉型，圆弧段采用分段式，其中前后段使用欧拉螺旋进行规划，中间段使用车辆最小转弯半径进行规划，即保证地头空间的最小化，又保证曲率连续性，这样才能够严格跟随路径进行农机调头控制，防止农机偏离规划路径。

Description

一种农机无人驾驶调头方法
技术领域
本发明涉及农机自动驾驶技术领域，具体为一种农机无人驾驶调头方法。
背景技术
自动驾驶汽车依靠人工智能、视觉计算、雷达、监控装置和全球定位***协同合作，让电脑可以在没有任何人类主动的操作下，自动安全地操作机动车辆。
随着农业自动化的发展和普及，农机自动驾驶逐渐被推广，农机自动驾驶领域，在地头自动调头时，往往涉及到调头路径规划。
一般有以下三种方案，Dubins曲线路径规划：
无倒车路径规划(如图4所示)，路径较长，需要地头空间较大，且曲率不连续。
Reeds-shepp曲线路径规划(如图5所示)：支持倒车路径规划，路径较短，但并非最优或较优路径，且曲率不连续。
圆弧半径相同的交叉型曲线路径规划(如图6所示)：支持倒车路径规划，最优路径，但是曲率不连续。
发明内容
本发明的目的在于提供一种农机无人驾驶调头方法，以解决上述背景技术中提出的路径较长，需要地头空间较大，曲率不连续，曲率不连续的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种农机无人驾驶调头方法，该农机无人驾驶调头方法的具体步骤如下：
该农机无人驾驶调头方法分为五个操作段：
S1：前进作业直线段1：直线行驶，行驶方向与道路方向平行；
S2：前进圆弧段2：在步骤S1的尾端进入此阶段，前进圆弧段2呈向左前方移动的圆弧状，将前进圆弧段2分为三个阶段：第一阶段和第三阶段使用欧拉螺旋公式计算行驶方向和路程，第二阶段则是保持固定半径行驶，第二阶段的首尾端分别连在第一阶段尾端和第三阶段首端；
S3：倒车直线段3：在前进圆弧段2进行结束后沿着倒车直线段3倒车，倒车直线段3垂直于前进作业直线段1；
S4：前进圆弧段4：前进圆弧段4、前进圆弧段2关于倒车直线段3的中垂线对称，且倒车直线段3为前进圆弧段4的出发点；
S5：前进作业直线段5：前进圆弧段4的末端为前进作业直线段5的出发点，前进作业直线段5与前进作业直线段1相互平行，且方向相反。
优选的，所述第一阶段和第三阶段上的坐标点K(xk，yk)采用欧拉螺旋公式定义，具体为：
Figure BDA0002765374230000021
Figure BDA0002765374230000022
Figure BDA0002765374230000023
式中，c是曲率变化率，s是弧长，α是切线角。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
农机无人驾驶，在地头需要进行自动调头控制，本方案圆弧段使用欧拉螺旋进行规划，能够保证圆弧段路径的曲率连续性，以使农机能够严格合理的跟随路径进行自动调头控制。
农机自动调头路径采用交叉型，圆弧段采用分段式，其中前后段使用欧拉螺旋进行规划，中间段使用车辆最小转弯半径进行规划，即保证地头空间的最小化，又保证曲率连续性，这样才能够严格跟随路径进行农机调头控制，防止农机偏离规划路径。
附图说明
图1为本发明行驶路径的示意图；
图2为本发明步骤S2分三段行驶的示意图；
图3为本发明的计算划线图；
图4为现有技术Dubins曲线路径规划图；
图5为现有技术Reeds-shepp曲线路径规划图；
图6为现有技术圆弧半径相同的交叉型曲线路径规划图。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例：
请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种农机无人驾驶调头方法，该农机无人驾驶调头方法的具体步骤如下：
该农机无人驾驶调头方法分为五个操作段：
S1：前进作业直线段1：直线行驶，行驶方向与道路方向平行；
S2：前进圆弧段2：在步骤S1的尾端进入此阶段，前进圆弧段2呈向左前方移动的圆弧状，将前进圆弧段2分为三个阶段：第一阶段和第三阶段使用欧拉螺旋公式计算行驶方向和路程，第二阶段则是保持固定半径行驶，第二阶段的首尾端分别连在第一阶段尾端和第三阶段首端；
S3：倒车直线段3：在前进圆弧段2进行结束后沿着倒车直线段3倒车，倒车直线段3垂直于前进作业直线段1；
S4：前进圆弧段4：前进圆弧段4、前进圆弧段2关于倒车直线段3的中垂线对称，且倒车直线段3为前进圆弧段4的出发点；
S5：前进作业直线段5：前进圆弧段4的末端为前进作业直线段5的出发点，前进作业直线段5与前进作业直线段1相互平行，且方向相反。
优选的，所述第一阶段和第三阶段上的坐标点K(xk，yk)采用欧拉螺旋公式定义，具体为：
Figure BDA0002765374230000041
Figure BDA0002765374230000042
Figure BDA0002765374230000043
式中，c是曲率变化率，s是弧长，α是切线角。
如图3所示，EF、AB夹角和HI、CD夹角相等，a点与b点的曲率相同，根据欧拉螺旋曲线公式可以推算出圆弧段1和3的轨迹，圆弧段2则保持a点和b点的曲率做圆即可。
农机无人驾驶，在地头需要进行自动调头控制，使用支持倒车路径的交叉型路径规划可以满足地头空间的最小化，但是如果直接使用固定的转弯半径进行圆弧段的规划，农机需要先停车再原地转向，轮胎的磨损非常大，如果不停车直接跟随，又必将由于圆弧路径的曲率不连续性，而导致农机自动控制偏离规划路径，造成不可预测的后果，本方案圆弧段使用欧拉螺旋进行规划，能够保证圆弧段路径的曲率连续性，以使农机能够严格合理的跟随路径进行自动调头控制。
农机自动调头路径采用交叉型，圆弧段采用分段式，其中前后段使用欧拉螺旋进行规划，中间段使用车辆最小转弯半径进行规划，即保证地头空间的最小化，又保证曲率连续性，这样才能够严格跟随路径进行农机调头控制，防止农机偏离规划路径。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
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 (2)

1.一种农机无人驾驶调头方法，其特征在于：该农机无人驾驶调头方法的具体步骤如下：
该农机无人驾驶调头方法分为五个操作段：
S1：前进作业直线段1：直线行驶，行驶方向与道路方向平行；
S2：前进圆弧段2：在步骤S1的尾端进入此阶段，前进圆弧段2呈向左前方移动的圆弧状，将前进圆弧段2分为三个阶段：第一阶段和第三阶段使用欧拉螺旋公式计算行驶方向和路程，第二阶段则是保持固定半径行驶，第二阶段的首尾端分别连在第一阶段尾端和第三阶段首端；
S3：倒车直线段3：在前进圆弧段2进行结束后沿着倒车直线段3倒车，倒车直线段3垂直于前进作业直线段1；
S4：前进圆弧段4：前进圆弧段4、前进圆弧段2关于倒车直线段3的中垂线对称，且倒车直线段3为前进圆弧段4的出发点；
S5：前进作业直线段5：前进圆弧段4的末端为前进作业直线段5的出发点，前进作业直线段5与前进作业直线段1相互平行，且方向相反。
2.根据权利要求1所述的一种农机无人驾驶调头方法，其特征在于：所述第一阶段和第三阶段上的坐标点K(xk，yk)采用欧拉螺旋公式定义，具体为：
Figure FDA0002765374220000011
Figure FDA0002765374220000012
Figure FDA0002765374220000013
式中，c是曲率变化率，s是弧长，α是切线角。
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