一种果园自动遍历智能割草机控制系统及方法与流程

本发明涉及一种智能割草机的智能控制系统和路径规划的技术领域，尤其是一种适用于果园的基于激光雷达与电子罗盘的果园智能割草机控制系统和遍历割草的路径规划的方法。

背景技术：

目前的智能割草机在工作时，对于割草区域的边界问题大多是采用预埋边界线的方法，智能割草机通过感知边界线的信号强弱来判断割草区域的边界。这种方法不仅边界线安装的工作量大，而且一旦确定后就难以再更改，缺少灵活性。

目前的智能割草机的割草路线大多采用随机的方法，缺少对割草区域的路线规划，难以实现遍历，导致能源的损耗和割草效率的低下。

随着果园种植的规模化，种植面值比较大，对于果园里的杂草的修剪需要消耗大量的劳动力，市场上对于适用于山地果园的智能割草机几乎没有，大多是应用于家庭、高尔夫球场等平地的草坪护理修剪。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种果园自动遍历智能割草机控制系统及方法，智能割草机在不设置边界线的果园里，实现路径规划和避障功能从而实现割草区域的遍历割草。

第一方面，本发明提供了一种智能控制系统，所述控制系统主要包括主控制器及下位机。

所述主控制器与激光雷达测控模块、遥控模块、下位机相连。

所述下位机通过各功能端脚与电子罗盘模块、行走控制模块、割草控制模块、报警模块相连。

主控制器负责数据的处理以及决策的判断，下位机主要负责电子罗盘模块、行走控制模块、割草控制模块、报警模块的数据传输与控制。

激光雷达传感器安装在割草机的正中间位置，激光雷达测控模块实现障碍物与边界的识别以及实现避障，电子罗盘模块实现割草机沿着某一设定方向直线行走。

报警系统在电池量低于设定值时或者割完草时会发出警报。

第二方面，本发明提供了一种可以实现遍历割草的路径规划方法和避障方法

路径规划方法：主要思路为逐行割草，直到终点。通过电子罗盘测量智能割草机正前方在地磁场中的方向，并把这数据传给主控制器，分析计算出智能割草机直线行走的正方向，同时，激光雷达传感器会扫描周边环境，没有障碍物时或者没有边界时，智能割草机保持直线行走，当发现有障碍物并且达到设定的距离范围内则启动避障程序绕开障碍物，然后回到原来的直线上继续向前行走；当检测到到达前方边界时，则启动换行程序，进入下一行继续割草；当检测到到达割草区域的终点是，则停止工作。

前方边界的确认方法：对前方180度在设定距离范围内没有检测到果树，并且按正常程序将要进入的下一行的一侧在设定范围内有检测到果树，则认为到达了前方边界。

终点边界的确认方法：对前方180度在设定距离范围内没有检测到果树，并且按正常程序将要进入的下一行的一侧在设定范围内没有检测到果树，则认为已经到达割草区域的终点，停止工作。

避障方法：当检测到前方设定范围内有障碍物时，将此位置记为避障的起点，激光雷达传感器将测量与障碍物的距离l和障碍物相对于割草机正前方的中线的夹角，记为β(左边记为负，右边记为正)，并把数据传给主控制器，当β为负或者为0时，智能割草机从右边绕过障碍物，并且与障碍物保持一定的安全距离，期间激光传感器一直测量与障碍物的距离与角度，在到达与起点关于通过树干的y轴对称的点时，此时激光雷达传感器与障碍物的距离刚好为l，割草机的正后方的中线与障碍物的夹角刚好为β，则智能割草机回到原来的直线上继续往前走。当β为正时，类似的割草机从左边绕过障碍物，原理与右侧绕过障碍物相似。

智能割草机在绕过障碍物时，是把障碍物近似为圆心，以一定距离为半径，沿着这圆周走到关于通过障碍物的y轴对称的点。期间激光传感器一直测量与障碍物的距离以保持在安全范围内。

附图说明

图1控制系统结构图；

图2工作状态流程图；

图3路径规划方法；

图4避障方法；

图5前方边界确认方法；

图6终点确认方法。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例，对本发明的技术方案进行进一步详述：

图1所示，是控制系统的结构图。控制系统主要包括主控制器及下位机，所述主控制器与激光测控模块、遥控模块和下位机相连，所述下位机与电子罗盘模块、行走控制模块、割草控制模块和报警模块相连。

所述主控制器与激光雷达测控模块、遥控模块、下位机相连，负责数据的处理以及决策的判断。

所述激光雷达测控模块通过扫描外部环境来判断智能割草机当前的环境状况，并将此数据传给主控制器，实现避障与边界的识别。

所述遥控模块是当停止自动工作模式后，可以通过遥控的方式将智能割草机开到要去的地方。

所述下位机为单片机，上与主控制器连接，下与电子罗盘模块、行走控制模块，割草控制模块，报警模块连接，负责底层的控制以及数据的传输。

所述电子罗盘模块通过检测地磁场信号来控制智能割草机沿着设定的方向直线行走。

所述行走模块负责智能割草机四个车轮电机转速的控制。

所述割草控制模块负责控制割草电机的启停。

所述报警模块负责当智能割草机的状态处于设置的某种状态时(比如电量低于设定值或到达终点)发出报警信号。

图2所示，是智能割草机工作时的状态流程图，通过感应单元采集外部环境的信息传给主控制器，从而做出相应的动作。

图3所示，为智能割草机实现遍历割草的路径规划方法，当β为负或者为0时，智能割草机从右边绕过障碍物，当β为正时，类似的割草机从左边绕过障碍物；到达前方边界时转头进入下一行继续割草，到达终点边界时停止割草。

图4所示，为智能割草机的避障方法。当检测到前方设定范围内有障碍物时，将此位置记为避障的起点，激光雷达传感器将测量与障碍物的距离l和障碍物相对于割草机正前方的中线的夹角，记为β(左边记为负，右边记为正)，并把数据传给主控制器，当β为负或者为0时，智能割草机从右边绕过障碍物，并且与障碍物保持一定的安全距离，期间激光传感器一直测量与障碍物的距离与角度，在到达与起点关于通过树干的y轴对称的点时，此时激光雷达传感器与障碍物的距离刚好为l，割草机的正后方的中线与障碍物的夹角刚好为β，则智能割草机回到原来的直线上继续往前走。当β为正时，类似的割草机从左边绕过障碍物。

智能割草机在绕过障碍物时，是把障碍物近似为圆心，以一定距离为半径，沿着这圆周走到关于通过障碍物的y轴对称的点。期间激光传感器一直测量与障碍物的距离以保持在安全范围内。

图5所示，为智能割草机前方边界识别的方法。当智能割草机上的激光雷达传感器检测到前方180度在设定的距离内没有检测到果树，并且将要进入的下一行一侧有果树，则判断为到了前方边界。

图6所示，为智能割草机边界终点的方法。当智能割草机上的激光雷达传感器检测到前方180度在设定的距离内没有检测到果树，并且将要进入的下一行一侧没有果树，则判断为到达终点。

一种果园自动遍历智能割草机控制系统及方法，通过电子罗盘来保证按设定的方向直线行走，通过激光雷达对周围环境进行实时检测，进行割草区域的边界识别和避障，不需要预埋边界线来确定割草区域和规划割草路线，最终实现遍历割草。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。