一种智能割草车的路径规划算法的制作方法

本发明涉及智能机器人技术领域，尤其涉及一种智能割草车的路径规划算法。

背景技术：

随着智能技术的发展，国内外逐渐开始有智能割草车的出现，智能割草车是一种大型草场使用的除草装置，是一种新型的智能化车辆，也可以称之为轮式移动机器人。在美国，为了促进智能割草机器人的研发，从2004年起每年都要举行一次自动割草机器人比赛（Annual Autonomous Lawnmower Competition）。国内割草机器人的研究起步较晚，但仍取得了一定的成果，如南京理工大学MORO型移动割草机器人，这种智能割草机器人基本为小型割草机器人，多采用电子围栏方式，按照一定规划算法在框定范围内进行遍历割草作业。例如神经网络算法、遗传算法、粒子群算法和人工鱼群算法等智能仿生路径规划算法得到应用，已取得一系列研究成果。

在移动机器人相关技术中主要包括：导航传感器的设计、导航路径规划问题、运动模型核动力模型构建问题、跟踪转向控制器的设计等。常见的导航方式有：GPS导航、视觉导航、电磁导航、激光导航、超神波导航等。智能割草车运动学模型和动力学模型的有效识别是车辆导航的基础，路径规划是智能割草车运行的基准，根据不同的作业要求，路径可以分为直线跟踪、曲线跟踪、直线曲线复合跟踪，然而目前的移动机器人工作区域位置坐标不清晰，导致移动机器人往返重复遍历。

技术实现要素：

本发明所解决的技术问题在于提供一种智能割草车的路径规划算法，以解决上述背景技术中的缺点。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种智能割草车的路径规划算法，具体步骤如下：

1）在智能割草车设定的工作区域内，根据地形、工况等因素将工作草场分割为多个小多边形工作区域；

2）控制智能割草车沿各个多边形工作区域边界运行，并通过车载GPS设备采集步骤1）中分割的多个小边形工作区域边界顶点的大地位置坐标为；

3）将步骤2）中采集到的大地位置坐标信息转换至本地坐标系中，转换公式为：

（1）

其中，为大地位置坐标系原点，角度为本地坐标系原点角度；

4）根据两点得到直线的方式，得到多边形工作区域边界的方程：

（ （2）

其中，为直线的首位端点，当n等于最大值i时，方程：

（ （3）

5）规划直线路径即计算各间距w的直线与边界线的交点，其中，w即为智能割草车的有限覆盖范围宽，直线方程为：

（4）

6）判断规划直线是否超过上端边界线，且顶点，未超过上端边界线，则根据公式（2）（3）（4）计算得到各条规划直线路径的一端点，当直线超过上端边界线，则进入下一端点n+1；

而后在判断规划直线是否超过下端边界线，且顶点，未超过下端边界线，则根据公式（2）（3）（4）计算得到各条规划直线路径的一端点，当直线超过下端边界线，则进入下一端点n+1；

待上述上端边界线与下端边界线判断完毕后，在判断规划直线是否超过多边形区域，且m+n>i，未超过多边形区域，则区域内直线规划完成，否则进入下一条直线x_k+1，直至将工作草场分割的多边形工作区域全部判断完毕，以此计算得到每个工作区域内往返遍历的直线路径。

在本发明中，步骤1）中，分割的多边形工作区域内角不大于180°，大于180°时，将其切分为两个多边形工作区域。

有益效果：

1）本发明采用GPS采集工作区域精确的位置坐标信息，可得到准确的工作区域地图；

2）本发明将工作区域分割为多个多边形区域，有利于分时分段工作划分和不同工作模式的选择；

3）本发明采取规划直线段为主的方式，能够降低路径规划算法的复杂度，便于实现后期自主导航控制。

附图说明

图1是本发明的较佳实施例中的坐标变换示意图。

图2是本发明的较佳实施例中的直线路径规划算法示意图。

图3是本发明的较佳实施例中的直线路径规划算法流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

一种智能割草车的路径规划算法，具体步骤如下：

1）在智能割草车设定的工作区域内，根据地形、工况等因素将工作草场分割为A～Z多个小多边形工作区域；

2）控制智能割草车沿各个多边形工作区域边界运行，并通过车载GPS设备采集步骤1）中分割的多个小边形工作区域边界顶点的大地位置坐标为；

3）将步骤2）中采集到的大地位置坐标信息转换至本地坐标系中，坐标变换示意图如图1所示，转换公式为：

（1）

其中，为大地位置坐标系原点，角度为本地坐标系原点角度；

4）根据两点得到直线的方式，得到多边形工作区域边界的方程：

（ （2）

其中，为直线的首位端点，当n等于最大值i时，方程：

（ （3）

5）规划直线路径即计算各间距w的直线与边界线的交点，如图2所示，其中，w即为智能割草车的有限覆盖范围宽，直线方程为：

（4）

6）判断规划直线是否超过上端边界线，且顶点，未超过上端边界线，则根据公式（2）（3）（4）计算得到各条规划直线路径的一端点，当直线超过上端边界线，则进入下一端点n+1；

而后在判断规划直线是否超过下端边界线，且顶点，未超过下端边界线，则根据公式（2）（3）（4）计算得到各条规划直线路径的一端点，当直线超过下端边界线，则进入下一端点n+1；

待上述上端边界线与下端边界线判断完毕后，在判断规划直线是否超过多边形区域，且m+n>i，未超过多边形区域，则区域内直线规划完成，否则进入下一条直线x_k+1，直至将工作草场分割的多边形工作区域全部判断完毕，以此计算得到每个工作区域内往返遍历的直线路径，如图3所示。

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。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。