一种多农业机器人的转弯协调控制方法及装置与流程

本发明涉及机器人技术领域，更具体地，涉及一种多农业机器人的转弯协调控制方法及装置。

背景技术：

智能机器人逐渐走进我们的日常，在农业领域的应用也十分广泛，由机器人技术带动了农业升级。农业机器人促进了现代农业的发展，正改善着人们的生活。

农业机器人出现后，发展很快，许多国家在农业机器人的研制和发展，出现了多种类型农业机器人。德国农业专家采用计算机、全球定位系统和灵巧的多用途拖拉机综合技术，研制出可准确施用除草剂除草的大田除草机器人拖拉机。西班牙科技人员研制出由一台装有计算机的拖拉机、一套光学视觉系统和一个机械手组成的采摘柑桔机器人。

目前，世界范围内没有针对农业机器人的相关法律条文。业内的规则是必须有人监视农业机器人的作业，确保农田里的人、动物和农业机器人的安全。目前，还没有针对多个农业机器人协同作业的研究，每台农业机器人必须有一个人配合，这样仅仅减轻了人的作业强度，并未大幅提高作业效率，难以解决劳力不足的问题。在实际农作业时，地头转弯要求占地少，时间短，因为地头转弯属于农作业的“无用功”，会影响整个作业效率。

因此，如何提出一种方法，能够实现多个农业机器人协同作业，并协调进行地头转弯，成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

为解决现有技术的上述缺陷，本发明实施例提供一种多农业机器人的转弯协调控制方法及装置。

一方面，本发明实施例提供一种多农业机器人的转弯协调控制方法，包括：

步骤S1，接收多个农业机器人各自对应的数据信息，所述数据信息至少包括多个所述农业机器人各自对应的编号、位置、速度和方向；

步骤S2，根据多个所述农业机器人各自对应的编号、位置和方向，为每个所述农业机器人分配一个优先权限；

其中，每个所述农业机器人运用U-turn转弯理论进行地头转弯，并预先设定所述农业机器人运用U-turn转弯理论进行地头转弯过程中各阶段的转弯标志；

步骤S3，根据每两个所述农业机器人各自对应的所述数据信息、所述优先权限和转弯过程中的转弯标志，协调每两个所述农业机器人进行地头转弯，从而控制所述多个农业机器人进行地头转弯。

其中，所述优先权限的分配遵循以下准则：

准则1，在多个所述农业机器人行进方向上，前方农业机器人的优先权限高于后方农业机器人的优先权限；

准则2，基于准则1，在多个所述农业机器人的转弯方向上，内侧农业机器人的优先权限高于外侧农业机器人的优先权限。

其中，步骤S2预先设定所述农业机器人运用U-turn转弯理论进行地头转弯过程中各阶段的转弯标志包括：

对于任意一个所述农业机器人，运用U-turn转弯理论进行地头转弯，所述U-turn转弯理论分为9个阶段，并且用RT_i.T_F来记录各阶段转弯标志，步骤包括：

步骤S21，当农业机器人沿当前路径直线作业时，记为RT_i.T_F＝0；

步骤S22，当所述农业机器人直线作业结束后，升起作业机，并从地头起始处沿当前路径直线行驶，记为RT_i.T_F＝1；当农业机器人以最大转角转弯90°时，记为RT_i.T_F＝2；

步骤S23，计算当前路径与下一条路径间的距离，记为w，计算所述农业机器人的转弯半径r，如果w-2r＜0，则所述农业机器人后退|w-2r|，记为RT_i.T_F＝3；如果w-2r＞0，则所述农业机器人向前行驶|w-2r|，记为RT_i.T_F＝4；

步骤S24，当所述农业机器人以最大转角转向下一条路径时，记为RT_i.T_F＝5，当所述农业机器人沿此路径直线行驶时，记为RT_i.T_F＝6；

步骤S25，当所述农业机器人后退至转弯完成处时，记为RT_i.T_F＝7；

步骤S26，当所述农业机器人行驶至地头起始处时，记为RT_i.T_F＝8，当所述农业机器人在地头起始处结束地头转弯时，记为RT_i.T_F＝9。

其中，所述步骤S3包括：

对于任意两台编号为RT_j和RT_i的农业机器人，其中所述RT_j的优先权限比所述RT_i的优先权限高。

若此时所述RT_j正在转弯，所述RT_i正在直线作业，且RT_j.T_F∈【0,1,2,4】，则所述RT_i继续直线作业并在地头停下等待。

其中，所述步骤S3还包括：

对于任意两台编号为RT_j和RT_i的农业机器人，其中所述RT_j的优先权限比所述RT_i的优先权限高；

若此时所述RT_j正在转弯，所述RT_i正在转弯，如果RT_j和RT_i之间的距离小于预设距离，则RT_i停车等待；如果RT_j和RT_i之间距离小于预设距离并且RT_i已经停车，且RT_j.T_F＝7，那么RT_j停止当前后退动作并且向前行驶(RT_i.T_F＝8)。

其中，所述步骤S3还包括：

对于任意两台编号为RT_j和RT_i的农业机器人，其中所述RT_j的优先权限比所述RT_i的优先权限高。

若此时所述RT_j正在直线作业，所述RT_i正在转弯，那么说明所述RT_j已经完成转弯而所述RT_i正在转弯，那么所述RT_j会在结束转弯处停车等待。

其中，所述步骤S3还包括：

对于任意两台编号为RT_j和RT_i的农业机器人，其中所述RT_j的优先权限比所述RT_i的优先权限高。

若此时所述RT_j正在直线作业，所述RT_i正在直线作业，但是他们处于相反的方向，那么说明RT_j已经完成转弯而RT_i尚未开始转弯。RT_j会在结束转弯处停车等待。

其中，所述步骤S3还包括：

对于任意两台编号为RT_j和RT_i的农业机器人，其中所述RT_j的优先权限比所述RT_i的优先权限高。

若此时所述RT_j正在直线作业，所述RT_i正在直线作业，并且它们作业方向相同，那么说明RT_j和RT_i的转弯协调结束,RT_j和RT_i放下作业机进行直线作业。

另一方面，本发明实施例提供一种多农业机器人的转弯协调控制装置，包括：

接收模块，用于接收多个农业机器人各自对应的数据信息，所述数据信息至少包括所述多个农业机器人各自对应的编号、位置、速度和方向；

转弯控制模块，用于根据多个所述农业机器人各自对应的编号、位置和方向，为每个所述农业机器人分配一个优先权限；

其中，每个所述农业机器人运用U-turn转弯理论进行地头转弯，并预先设定所述农业机器人运用U-turn转弯理论进行地头转弯过程中各阶段的转弯标志；

协调控制模块，用于根据每两个所述农业机器人各自对应的所述数据信息、所述优先权限和转弯过程中的转弯标志，协调每两个所述农业机器人进行地头转弯，从而控制所述多个农业机器人进行地头转弯。

本发明实施例提供的多农业机器人的转弯协调控制方法及装置，运用U-turn转弯理论，根据每两个农业机器人的优先权限和转弯标志，协调每两个农业机器人进行地头转弯，从而控制多个农业机器人进行地头转弯。使得多个农业机器人在地头转弯时基于优先权限协调避免碰撞和死锁；减少农业机器人的地头使用空间，提高了土地利用率；控制多台农业机器人同时作业，提高了劳动作业效率。

附图说明

图1为根据本发明实施例一提供的多农业机器人转弯协调控制方法流程示意图；

图2为根据本发明实施例一提供的多农业机器人优先权限分配规则示意图；

图3为根据本发明实施例二提供的农业机器人U-turn转弯示意图；

图4a为根据本发明实施例三提供的多农业机器人转弯协调控制示意图；

图4b为根据本发明实施例三提供的多农业机器人另一转弯协调控制示意图；

图4c为根据本发明实施例三提供的多农业机器人又一转弯协调控制示意图；

图4d为根据本发明实施例三提供的多农业机器人又一转弯协调控制示意图；

图4e为根据本发明实施例三提供的多农业机器人又一转弯协调控制示意图；

图5为根据本发明实施例四提供的多农业机器人的转弯协调控制装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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地描述，显然，所描述的实施例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。

实施例一

图1为根据本发明实施例提供的多农业机器人的队形控制方法流程示意图，如图1所示，该方法包括：步骤S1，接收多个农业机器人各自对应的数据信息，所述数据信息至少包括多个所述农业机器人各自对应的编号、位置、速度和方向；步骤S2，根据多个所述农业机器人各自对应的编号、位置和方向，为每个所述农业机器人分配一个优先权限；其中，每个所述农业机器人运用U-turn转弯理论进行地头转弯，并预先设定所述农业机器人运用U-turn转弯理论进行地头转弯过程中各阶段的转弯标志；步骤S3，根据每两个所述农业机器人各自对应的所述数据信息、所述优先权限和转弯过程中的转弯标志，协调每两个所述农业机器人进行地头转弯，从而控制所述多个农业机器人进行地头转弯。

步骤S1，接收多个农业机器人各自对应的数据信息，所述数据信息至少包括所述多个农业机器人各自对应的位置、速度和方向。

每台农业机器人搭载卫星定位器、方向传感器、控制器和通信器。卫星定位器用于提供该农业机器人的位置坐标。方向传感器用于提供该农业机器人的方向角度。控制器用于发送和接收各个农业机器人的信息，以及控制单个农业机器人的运动。通信器用于农业机器人与服务器之间的通信。

在云端机建立一个TCP/IP地址，接收多个农业机器人各自对应的数据信息，所述数据信息至少包括所述多个农业机器人各自对应的编号、位置、速度和方向。

步骤S2，根据多个所述农业机器人各自对应的编号、位置和方向，为每个所述农业机器人分配一个优先权限；其中，每个所述农业机器人运用U-turn转弯理论进行地头转弯，并预先设定所述农业机器人运用U-turn转弯理论进行地头转弯过程中各阶段的转弯标志。

图2为多农业机器人优先权限分配规则示意图，如图2所示，图中机器人拖拉机代指农业机器人，图中优先权是指农业机器人的优先权限，多个农业机器人优先权限的分配遵循以下准则：

准则1，在多个农业机器人行进方向上，前方农业机器人的优先权限高于后方农业机器人的优先权限。

准则2，基于准则1，在多个农业机器人的转弯方向上，内侧农业机器人的优先权限高于外侧农业机器人的优先权限。

步骤S2中预先设定所述农业机器人运用U-turn转弯理论进行地头转弯过程中各阶段的转弯标志包括：

对于任意一个所述农业机器人，运用U-turn转弯理论进行地头转弯，所述U-turn转弯理论分为9个阶段，并且用RT_i.T_F来记录各阶段转弯标志，步骤包括：

步骤S21，当农业机器人沿当前路径直线作业时，记为RT_i.T_F＝0；

步骤S22，当所述农业机器人直线作业结束后，升起作业机，并从地头起始处沿当前路径直线行驶，记为RT_i.T_F＝1；当农业机器人以最大转角转弯90°时，记为RT_i.T_F＝2；

步骤S23，计算当前路径与下一条路径间的距离，记为w，计算所述农业机器人的转弯半径r，如果w-2r＜0，则所述农业机器人后退|w-2r|，记为RT_i.T_F＝3；如果w-2r＞0，则所述农业机器人向前行驶|w-2r|，记为RT_i.T_F＝4；

步骤S24，当所述农业机器人以最大转角转向下一条路径时，记为RT_i.T_F＝5，当所述农业机器人沿此路径直线行驶时，记为RT_i.T_F＝6；

步骤S25，当所述农业机器人后退至转弯完成处时，记为RT_i.T_F＝7；

步骤S26，当所述农业机器人行驶至地头起始处时，记为RT_i.T_F＝8；当所述农业机器人在地头起始处结束地头转弯时，记为RT_i.T_F＝9。

每个农业机器人运用U-turn转弯理论进行地头转弯，可以减少地头使用空间，提高土地利用率。

步骤S3，根据每两个所述农业机器人各自对应的所述数据信息、所述优先权限和转弯过程中的转弯标志，协调每两个所述农业机器人进行地头转弯，从而控制所述多个农业机器人进行地头转弯。

多农业机器人的转弯协调可以简化为两台农业机器人之间的转弯协调。例如，有三台农业机器人RT₁,RT₂和RT₃。只要RT₁和RT₂，RT₂和RT₃，RT₁和RT₃之间互相协调好，那么三台农业机器人整体上便可协调好。根据每两个农业机器人各自对应的数据信息、优先权限和转弯标志，协调每两个农业机器人进行地头转弯，从而控制多个农业机器人进行地头转弯。

本发明实施例提供的多农业机器人的转弯协调控制方法，运用U-turn转弯理论，根据每两个农业机器人的优先权限和转弯标志，协调每两个所述农业机器人进行地头转弯，从而控制所述多个农业机器人进行地头转弯。使得多个农业机器人在地头转弯时基于优先权限协调避免碰撞和死锁；减少机器人拖拉机的地头使用空间，提高了土地利用率；控制多个农业机器人同时作业，提高了劳动作业效率。

实施例二

图3为根据本发明实施例提供的农业机器人U-turn转弯示意图，如图3所示，农业机器人在地头起始处到地头终止处之间进行地头转弯，农业机器人U-turn转弯可分为六步，用RT_i.T_F来记录转弯标志。

(1)农业机器人正在直线作业(RT_i.T_F＝0)。

(2)农业机器人直线作业结束，升起作业机，并从A点向前行驶至B点(RT_i.T_F＝1)，该农业机器人以最大转角转弯90°到C点(RT_i.T_F＝2)。

(3)计算当前路径与下一条路径间的距离，记为w，计算该农业机器人的转弯半径r，如果w-2r＜0，该农业机器人后退|w-2r|(RT_i.T_F＝3)，如果w-2r＞0，则该农业机器人向前行驶|w-2r|(RT_i.T_F＝4)。

(4)农业机器人从D点以最大转角转向下一条路径(RT_i.T_F＝5)，并直线行驶至F点处(RT_i.T_F＝6)。

(5)农业机器人从F点后退至E点处(RT_i.T_F＝7)。

(6)农业机器人从E点行驶至G点处(RT_i.T_F＝8)，在G点处结束地头转弯(RT_i.T_F＝9)。

本发明实施例提供的多农业机器人的队形控制方法，采用U-turn转弯理论，减少了农业机器人地头转弯的地头使用空间，提高了土地利用率。

实施例三

在上述实施例的基础上，多农业机器人的转弯协调可以简化为每两个农业机器人之间的转弯协调。例如，对于4台农业机器人RT₁、RT₂、RT₃和RT₄，通过控制RT₂和RT₃，RT₃和RT₄，RT₁和RT₃等任意两台农业机器人的转弯协调，从而控制多农业机器人的转弯协调。

图4a为根据本发明实施例三提供的多农业机器人转弯协调控制示意图，如图4a～图4e所示，图中有4台农业机器人，编号分别为RT₁、RT₂、RT₃和RT₄。4台农业机器人从右边路径向左边路径运用U-turn转弯理论进行地头转弯，转弯方向如图4a～图4e中箭头所示。其中对于编号为RT₁和RT₂的农业机器人，RT₁的优先权限比RT₂的优先权限高。RT₁和RT₂的转弯协调方式如图4a～图4e所示。

①如图4a所示，此时RT₁正在转弯，RT₂正在直线作业，且RT₁.T_F∈【0,1,2,4】，则RT₁继续直线作业并在地头停下等待。

②如图4b所示，此时RT₁正在转弯，RT₂正在转弯，如果RT₁和RT₂之间的距离小于1m，则RT₁停车等待；如果RT₁和RT₂之间距离小于0.5m并且RT₂已经停车，且RT₁.T_F＝7，那么RT₁停止当前后退动作并且向前行驶(RT₂.T_F＝8)。

③如图4c所示，此时RT₁正在直线作业，RT₂正在转弯，那么说明RT₁已经完成转弯而RT₂正在转弯，那么RT₁会在结束转弯处停车等待。

④如图4d所示，此时RT₁正在直线作业，RT₂正在直线作业，但是他们处于相反的方向，那么说明RT₁已经完成转弯而RT₂尚未开始转弯。RT₁会在结束转弯处停车等待。

⑤如图4e所示，此时RT₁正在直线作业，RT₂正在直线作业，并且它们作业方向相同，那么说明RT₁和RT₂的转弯协调结束,RT₁和RT₂放下作业机进行直线作业。

进一步地，任意两台农业机器人RT₁和RT₂的转弯协调方式可分为9种情况，如下表所示：

本发明实施例提供的多农业机器人转弯协调控制方法，根据每两个农业机器人的优先权限和转弯标志，协调每两个农业机器人进行地头转弯，从而控制多个农业机器人进行地头转弯。使得多个农业机器人在地头转弯时基于优先权限协调避免碰撞和死锁，提高了劳动作业效率。

实施例四

图5为根据本发明实施例提供的多农业机器人的转弯协调控制装置结构示意图，如图5所示，该装置包括接收模块、转弯控制模块和协调控制模块。其中：

接收模块1，用于接收多个农业机器人各自对应的数据信息，所述数据信息至少包括所述多个农业机器人各自对应的编号、位置、速度和方向。

转弯控制模块2，用于根据多个所述农业机器人各自对应的编号、位置和方向，为每个所述农业机器人分配一个优先权限；

其中，每个所述农业机器人运用U-turn转弯理论进行地头转弯，并预先设定所述农业机器人运用U-turn转弯理论进行地头转弯过程中各阶段的转弯标志。

协调控制模块3，用于根据每两个所述农业机器人各自对应的所述数据信息、所述优先权限和转弯过程中的转弯标志，协调每两个所述农业机器人进行地头转弯，从而控制所述多个农业机器人进行地头转弯。

每台农业机器人搭载卫星定位器、方向传感器、控制器和通信器。卫星定位器用于提供该农业机器人的位置坐标。方向传感器用于提供该农业机器人的方向角度。控制器用于发送和接收各个农业机器人的信息，以及控制单个农业机器人的运动。通信器用于农业机器人与服务器之间的通信。

在接收模块1建立一个TCP/IP地址，接收多个农业机器人各自对应的数据信息，所述数据信息至少包括所述多个农业机器人各自对应的编号、位置、速度和方向。

转弯控制模块2根据多个所述农业机器人各自对应的数据信息，为每个所述农业机器人分配一个优先权限，图2为多农业机器人优先权限分配规则示意图，如图2所示，多个农业机器人优先权限的分配遵循以下准则：

准则1，在多个农业机器人行进方向上，前方农业机器人的优先权限高于后方农业机器人的优先权限。

准则2，基于准则1，在多个农业机器人的转弯方向上，内侧农业机器人的优先权限高于外侧农业机器人的优先权限。

每个农业机器人运用U-turn转弯理论进行地头转弯，并记录所述农业机器人地头转弯过程中各阶段的转弯标志。

多农业机器人的转弯协调可以简化为两台农业机器人间的协调。例如，有三台农业机器人RT₁,RT₂和RT₃。只要RT₁和RT₂，RT₂和RT₃，RT₁和RT₃之间互相协调好，那么三台农业机器人整体上便可协调好。协调控制模块3根据每两个农业机器人的优先权限和转弯标志，协调每两个农业机器人进行地头转弯，从而控制多个农业机器人进行地头转弯。

本发明实施例提供的多农业机器人的转弯协调控制装置的具体控制流程与上述方法实施例相同，在此不再赘述。

本发明实施例提供的多农业机器人的转弯协调控制装置，运用U-turn转弯理论，根据每两个农业机器人的优先权限和转弯标志，协调每两个农业机器人进行地头转弯，从而控制多个农业机器人进行地头转弯。使多个农业机器人在地头转弯时基于优先权限协调避免碰撞和死锁；减少机器人拖拉机的地头使用空间，提高了土地利用率；控制多台农业机器人同时作业，提高了劳动作业效率。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。