农机侧滑估计与补偿方法、装置和电子设备

1.本发明涉及农机技术领域，尤其涉及一种农机侧滑估计与补偿方法、装置和电子设备。


背景技术：

[0002][0003]
坡耕地的表面可抽象为三维曲面。当前，曲面农机导航方法仍主要采用平面规划的作业路径，利用gnss/ins测量农机的姿态，经校正后由导航系统跟踪该路径。因地形起伏，平面规划的作业路径在曲面上的投影是曲线，农机在重力分量和离心力等因素的作用下，轮胎和地面发生滑动摩擦，侧滑使农机姿态发生急剧变化，超出导航控制范围，使农机严重偏离期望路径。现有的基于侧滑估计的农机导航控制方法可减小侧滑，如从120cm减小至70cm，但仍未从根本上解决问题。究其原因，所用的农机运动学模型的侧滑距离，是机组在曲面运动产生的显著侧滑，超出了路径跟踪算法的控制范围。因此，现有曲面农机导航方法在如坡耕地这样的三维曲面对农机进行路径规划的效果不佳。


技术实现要素：

[0004]
本发明提供一种农机侧滑估计与补偿方法、装置和电子设备，用以解决现有技术中的曲面农机导航方法在如坡耕地这样的三维曲面对农机进行路径规划的效果不佳的缺陷。
[0005]
本发明提供一种农机侧滑估计与补偿方法，包括：
[0006]
获取农机在三维地表的轨迹点；
[0007]
获取所述农机在所述轨迹点的三维地表位置对应的土壤特性参数；
[0008]
计算所述农机在所述轨迹点的位姿数据；
[0009]
基于所述土壤特性参数和所述农机的车轮参数计算所述农机的各个车轮在所述轨迹点的侧滑估计值；
[0010]
基于所述农机的运动方向、所述轨迹点、所述侧滑估计值和所述位姿数据对所述轨迹点的所述农机进行侧滑补偿。
[0011]
根据本发明提供的一种农机侧滑估计与补偿方法，所述基于所述土壤特性参数和所述农机各个车轮的车轮参数计算所述农机的各个车轮在所述轨迹点的侧滑估计值，包括：
[0012]
基于所述车轮参数计算所述农机的车轮滑移率；
[0013]
基于所述土壤特性参数和所述农机的各个车轮在所述轨迹点的受力值计算出所述农机的各个车轮在所述轨迹点的沉陷量；
[0014]
基于所述沉陷量、所述车轮参数和所述车轮滑移率计算出所述农机的各个车轮在所述轨迹点的侧滑估计值。
[0015]
根据本发明提供的一种农机侧滑估计与补偿方法，所述计算所述农机在所述轨迹
点的位姿数据，包括：
[0016]
计算所述农机的第一侧车轮向量和第二侧车轮向量的叉乘，得到所述农机在所述轨迹点的位姿数据。
[0017]
根据本发明提供的一种农机侧滑估计与补偿方法，所述基于所述农机的运动方向、所述轨迹点、所述侧滑估计值和所述位姿数据对所述轨迹点的所述农机进行侧滑补偿，包括：
[0018]
基于所述位姿数据确定所述农机各个车轮的质量比率；所述质量比率用于描述所述农机各个车轮的质量占所述农机的总车轮质量的比率；
[0019]
基于所述侧滑估计值和所述农机各个车轮的质量比率得到所述农机的侧滑补偿值；
[0020]
基于所述农机的运动方向和所述轨迹点确定所述农机的侧滑补偿方向；
[0021]
基于所述侧滑补偿方向和所述侧滑补偿值对所述轨迹点进行侧滑补偿。
[0022]
根据本发明提供的一种农机侧滑估计与补偿方法，基于所述侧滑估计值和所述农机各个车轮的质量比率得到所述农机的侧滑补偿值通过如下公式实现：
[0023]jall
＝λ1j
y1
+λ2j
y2
+λ3j
y3
+λ4j
y4
；
[0024]
其中，j
all
表示所述农机的侧滑补偿值；j
y1
、j
y2
、j
y3
、j
y4
分别表示所述农机各个车轮的侧滑估计值；λ1、λ2、λ3、λ4分别表示所述农机各个车轮的质量比率。
[0025]
根据本发明提供的一种农机侧滑估计与补偿方法，所述基于所述农机的运动方向和所述轨迹点确定所述农机的侧滑补偿方向，包括：
[0026]
基于所述农机的运动方向和所述轨迹点组成平面；
[0027]
将所述平面的法向量方向作为所述农机的侧滑补偿方向。
[0028]
本发明还提供一种农机侧滑估计与补偿装置，包括：
[0029]
第一获取模块，用于获取农机在三维地表的轨迹点；
[0030]
第二获取模块，用于获取所述农机在所述轨迹点的三维地表位置对应的土壤特性参数；
[0031]
第一计算模块，用于计算所述农机在所述轨迹点的位姿数据；
[0032]
侧滑估计模块，用于基于所述土壤特性参数和所述农机的车轮参数计算所述农机的各个车轮在所述轨迹点的侧滑估计值；
[0033]
侧滑补偿模块，用于基于所述农机的运动方向、所述轨迹点、所述侧滑估计值和所述位姿数据对所述轨迹点的所述农机进行侧滑补偿。
[0034]
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述农机侧滑估计与补偿方法。
[0035]
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述农机侧滑估计与补偿方法。
[0036]
本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述农机侧滑估计与补偿方法。
[0037]
本发明提供的农机侧滑估计与补偿方法、装置和电子设备，通过获取所述农机在所述轨迹点的三维地表位置对应的土壤特性参数；并基于所述土壤特性参数和所述农机的
车轮参数计算所述农机的各个车轮在所述轨迹点的侧滑估计值；从而本发明在农机三维曲线的路径规划中考虑计算土壤物理特性的影响；通过计算所述农机在所述轨迹点的位姿数据；并基于所述农机的运动方向、所述轨迹点、所述侧滑估计值和所述位姿数据对所述轨迹点的所述农机进行侧滑补偿。其中，基于所述农机的运动方向、所述轨迹点能够确定农机在轨迹点的侧滑补偿方向，基于所述侧滑估计值和所述位姿数据能够所述侧滑估计值和所述位姿数据侧滑补偿值，从而基于侧滑补偿方向和侧滑补偿值对在轨迹点的农机进行侧滑补偿。相比传统的曲面农机导航方法只能在农机作业进行时，通过电机、方向盘修正行进方向，从而在下一时刻对已走出的侧滑值进行补偿，本发明在侧滑发生之前，基于所述农机的运动方向、所述轨迹点、所述侧滑估计值和所述位姿数据确定侧滑补偿方向和侧滑补偿值，再对轨迹点的农机进行侧滑补偿，本发明在路径规划层面避免农机即将要发生的侧滑，提高在如坡耕地这样的三维曲面对农机进行路径规划的效果。
附图说明
[0038]
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]
图1是本发明提供的农机侧滑估计与补偿方法的流程示意图之一；
[0040]
图2是本发明提供的农机的第一侧车轮向量和第二侧车轮向量的示意图；
[0041]
图3是本发明提供的农机侧滑估计与补偿方法的流程示意图之二；
[0042]
图4是本发明提供的农机车轮的受力分析的示意图；
[0043]
图5是本发明提供的农机的车轮方向与农机的运动方向的侧偏角β的示意图；
[0044]
图6是本发明提供的农机侧滑估计与补偿方法的流程示意图之三；
[0045]
图7是本发明提供的农机侧滑估计与补偿装置的结构示意图；
[0046]
图8是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0047]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，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作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。
[0048]
下面结合图1-图6描述本发明的农机侧滑估计与补偿方法。
[0049]
请参照图1，本发明实施例的农机侧滑估计与补偿方法，包括:
[0050]
步骤100、获取农机在三维地表的轨迹点；
[0051]
其中，本发明的农机指的是农业生产中使用的各种机械设备。例如农机可以包括大/小型拖拉机、平整土地机械、耕地犁具、耕耘机、微耕机、插秧机、播种机、脱粒机、抽水机、联合收割机、卷帘机、保温毡等设备。三维地表指的是如坡耕地的表面那样不平整，具有一定倾斜度、起伏不平的三维地面。
[0052]
本发明在三维地表进行农机的路径规划时，首先对农机所处的作业地块(如坡耕
地)进行测绘，获取农机所处的作业地块的边界和三维地表的模型。基于农机所处的作业地块的边界和三维地表的模型，进行三维路径规划，获取农机在三维地表的轨迹点。
[0053]
步骤200、获取所述农机在所述轨迹点的三维地表位置对应的土壤特性参数；
[0054]
具体地，电子设备获取所述农机在所述轨迹点的三维地表位置对应的土壤特性参数。需要说明的是，在农机路径规划中除了运动学的影响因素如车轮的轮速，角速度外，还需要农机所在作业地块的土壤特性参数对农机路径的影响。例如，本发明实施例获取的土壤特性参数可包括土壤内聚变形模量、摩擦变形模量、沉陷指数、剪切形变模量、土壤内聚力、土壤内摩擦角等。上述描述土壤的土质、摩擦等特性的土壤特性参数会对农机在三维地表的侧滑产生影响。
[0055]
步骤300、计算所述农机在所述轨迹点的位姿数据。
[0056]
电子设备计算所述农机在所述轨迹点的位姿数据。通过计算所述农机在所述轨迹点的位姿数据，有利于确定所述农机的整体侧滑值。
[0057]
具体地，在三维地表的曲面状态下，农机姿态起伏不定，此时取每个轮胎被数字地表模型包围的栅格，获取栅格对应的空间信息(x， y，z)，通过所述农机的第一侧车轮向量和第二侧车轮向量的叉乘，得到所述农机在所述轨迹点的位姿数据。
[0058]
具体地，请参照图2，第一侧车轮向量可取农机的前左轮-后左轮向量v1，第二侧车轮向量可取农机的前轮(即前左轮和前后轮)向量v2，取两个向量的叉乘，就可以求得车辆的欧拉角(即位姿数据)，具体参见计算公式(1)-公式(3)。
[0059][0060][0061]
则代表农机位姿数据的法向量为二者的叉乘：
[0062][0063]
需要说明的是，第二侧车轮向量也可取农机的后轮向量，即农机的后左轮和后右轮的之间的向量。
[0064]
步骤400、基于所述土壤特性参数和所述农机的车轮参数计算所述农机的各个车轮在所述轨迹点的侧滑估计值。
[0065]
电子设备基于步骤300得到的土壤特性参数和农机的车轮参数计算所述农机的各个车轮在所述轨迹点的侧滑估计值。
[0066]
在一个实施例中，请参照图3，步骤400、所述基于所述土壤特性参数和所述农机各个车轮的车轮参数计算所述农机的各个车轮在所述轨迹点的侧滑估计值，包括：
[0067]
步骤410、基于所述车轮参数计算所述农机的车轮滑移率。
[0068]
电子设备基于所述车轮参数计算所述农机的车轮滑移率。本技术实施例通过通常定义的滑移函数用以评估农机驱动轮的车轮滑移率，本发明实施例默认农机在作业过程中均是4轮驱动的。车轮滑移率i 参照公式(4)的定义为：
[0069]
[0070]
其中v是农机车轮中心的前进速度，ω是农机车轮的角速度，r 是农机车轮半径。换句话说，农机轮胎边缘转动的里程，并不等于农机实际走过的里程，其驱动效率通常只能到达80％-90％，则本发明中车轮滑移率为10％-20％。
[0071]
步骤420、基于所述土壤特性参数和所述农机的各个车轮在所述轨迹点的受力值计算出所述农机的各个车轮在所述轨迹点的沉陷量。
[0072]
电子设备基于所述土壤特性参数和所述农机的各个车轮在所述轨迹点的受力值计算出所述农机的各个车轮在所述轨迹点的沉陷量。
[0073]
具体地，本发明实施例可采用土壤承压特性的应力-应变关系公式作为基础的承压模型，计算出所述农机的各个车轮在所述轨迹点的沉陷量。
[0074]
土壤承压特性的应力-应变关系公式的原公式如公式(5)所示：
[0075][0076]
其中p是压力或法向应力，b是农机的车轮宽度，kc表示土壤内聚变形模量，表示摩擦变形模量，n表示沉陷指数。其中kc(土壤内聚变形模量)，(摩擦变形模量)，n(沉陷指数)是实验确定的参数，z表示农机车轮下沉量。上述kc(土壤内聚变形模量)，(摩擦变形模量)，n(沉陷指数)都跟土壤固有属性相关，可以通过土壤采样、实验或者相关文献查询获得。
[0077]
综上，在确定农机的质量、姿态的情况下，通过农机每个车轮在所述轨迹点的受力值p，可以确定该农机车轮在该点的沉陷量z，如公式(6)所示。
[0078]
即：z＝f(p)；公式(6)
[0079]
需要说明的是，每个车轮在所述轨迹点的受力值p＝mg，即每个车轮在所述轨迹点的受力值是与车轮的质量呈正相关；姿态则是为了确定每个车轮不同的滑移，因为在三维表面上，每个轮胎的受力是不一致的，知道姿态信息才可以确定农机每个车轮在所述轨迹点的受力值p。本发明实施例默认在知道车轮尺寸和土壤特性参数的情况下，农机车身姿态在该点的姿态是确定的，因此默认是已知公式(6)里通过农机每个车轮在所述轨迹点的受力值p求得农机的各个车轮在所述轨迹点的沉陷量。
[0080]
步骤430、基于所述沉陷量、所述车轮参数和所述车轮滑移率计算出所述农机的各个车轮在所述轨迹点的侧滑估计值。
[0081]
电子设备基于所述沉陷量、所述车轮参数和所述车轮滑移率计算出所述农机的各个车轮在所述轨迹点的侧滑估计值。具体地，本发明通过土壤剪切模型估计农机车轮在该点的剪切位移，剪切位移与农机的各个车轮的侧滑估计值相关。由于农机在松软地面上行驶所能产生的最大牵引力受到土壤切向抗剪强度的限制，因此土壤的剪切特性会影响农机在土壤通过性。沉陷量的方向通过车轮圆心，剪切量的方向与车轮外圆相切，可以说，侧滑估计值是剪切位移的一个部分。
[0082]
请参照图4，图4为农机车轮的受力分析图，图4中的进入角为θ1，离去角为θ2，p为应力，z1为沉陷量，s为剪切应力(包括方向)。
[0083]
本实施例通过几何关系确定进入角θ1：
[0084]
θ1＝arccos[(r-z1)/r]；公式(7)
[0085]
本发明实施例假设回弹沉陷量较小，不足以对农机的受力分析构成影响，故设θ2＝0。土壤剪切模型的剪切公式为：
[0086][0087]
其中，s
max
为最大剪切应力，s为剪切应力，j为我们关注的剪切位移，k为剪切形变模量(与土壤质地相关，通过实验可测得)，其中还最大剪切应力可以根据摩尔-库伦(mohr
–
coulomb)公式给定：
[0088]smax
＝c+ptanφ；公式(9)
[0089]
其中，c是土壤内聚力，φ是土壤内摩擦角，这两个参数均可以通过实验获取，既然p是可以通过农机质量在该轮胎上的分量求得，则s
max
也是已知的。我们则通过剪切公式可以知晓此刻农机车轮的剪切应力s与剪切位移j之间的关系，在此处可以简写为：
[0090]
s＝f(j)；公式(10)
[0091]
通过农机每个车轮在所述轨迹点的剪切位移j，可以确定该农机车轮在该点的剪切应力s。
[0092]
本发明的农机在坡耕地耕种时，农机的车轮方向与农机的运动方向并不平行，而是会产生一个侧偏角，我们设为β，请参照图5所示：
[0093]
图5中的v
x
表示农机的车轮方向，v表示农机的运动方向，则 vy表示农机的车轮的侧滑位移方向，那么农机车轮的侧滑估计值为：
[0094]jy
＝tanβ
×
j；
[0095]
通过积分的方式进行表示，则有：
[0096][0097]
通过公式(4)、公式(5)、公式(6)、公式(7)和公式(11)，即，基于所述沉陷量、所述车轮参数和所述车轮滑移率可以计算出农机的各个车轮在所述轨迹点的侧滑估计值。
[0098]
步骤500、基于所述农机的运动方向、所述轨迹点、所述侧滑估计值和所述位姿数据对所述轨迹点的所述农机进行侧滑补偿。
[0099]
电子设备基于所述农机的运动方向、所述轨迹点、所述侧滑估计值和所述位姿数据对所述轨迹点的所述农机进行侧滑补偿。
[0100]
具体的，电子设备基于所述农机的运动方向、所述轨迹点能够确定农机在轨迹点的侧滑方向，电子设备基于所述侧滑估计值和所述位姿数据能够确定农机在轨迹点的侧滑补偿值。
[0101]
在一个实施例中，请参照图6，步骤500、基于所述农机的运动方向、所述轨迹点、所述侧滑估计值和所述位姿数据对所述轨迹点的所述农机进行侧滑补偿，包括：
[0102]
步骤510、基于所述位姿数据确定所述农机各个车轮的质量比率。所述质量比率用于描述所述农机各个车轮的质量占所述农机的总车轮质量的比率；所述质量比率用于描述所述农机各个车轮的质量占所述农机的总车轮质量的比率。
[0103]
考虑到农机四个车轮的承压是不均等的，我们可以设四轮质量占比为λ1、λ2、λ3和λ4，则有：λ1+λ2+λ3+λ4＝100％；并且λ1、λ2、λ3、λ4由农机在此刻的欧拉角(位姿数据)唯一确定。
[0104]
下面具体说明如何通过欧拉角求解质量分布的过程：考虑拖拉机在x,y,z方向的欧拉角
[0105]
则三个方向的旋转矩阵可由下式给出：
[0106][0107][0108][0109]
假设农机轮胎任意一点p在初始水平状态下x,y,z方向的受力为 f
x
,fy,fz(可以由水平状态下四轮标定给出)，在不考虑动能变化的情况下，则对应欧拉角θ,ψ的姿态下的为受力f`
x
,f`y,f`z如公式(15) 所示：
[0110][0111]
那么农机各个车轮的质量比率λi可由欧拉角和初始水平状态的受力唯一决定，如公式(16)所示：
[0112][0113]
其中，公式(16)中的每个可由公式(15)给出。从而通过计算公式(12)-公式(16)，可计算出本发明实施例的农机四轮质量占比为λ1、λ2、λ3和λ4。
[0114]
步骤520、基于所述侧滑估计值和所述农机各个车轮的质量比率得到所述农机的侧滑补偿值。
[0115]
电子设备基于所述侧滑估计值和所述农机各个车轮的质量比率得到所述农机的侧滑补偿值。在一个实施例中，具体的，基于所述侧滑估计值和所述农机各个车轮的质量比率得到所述农机的侧滑补偿值通过如下公式(17)实现：
[0116]jall
＝λ1j
y1
+λ2j
y2
+λ3j
y3
+λ4j
y4
；公式(17)
[0117]
其中，j
all
表示所述农机的侧滑补偿值；j
y1
、j
y2
、j
y3
、j
y4
分别表示所述农机各个车轮的侧滑估计值；λ1、λ2、λ3、λ4分别表示所述农机各个车轮的质量比率。需要说明的是，农机各个车轮的侧滑估计值可通过步骤400的计算方法进行计算。
[0118]
步骤530、基于所述农机的运动方向和所述轨迹点确定所述农机的侧滑补偿方向。
[0119]
电子设备基于所述农机的运动方向和所述轨迹点确定所述农机的侧滑补偿方向。具体地，步骤530、所述基于所述农机的运动方向和所述轨迹点确定所述农机的侧滑补偿方向，包括：
[0120]
步骤531、基于所述农机的运动方向和所述轨迹点组成平面；
[0121]
电子设备基于所述农机的运动方向和所述轨迹点组成平面。农机的运动方向可基于农机的前后轮之间的车轴方向确定，农机此时的轨迹点作为农机的质心与所述农机的运动方向组成平面。
[0122]
步骤532、将所述平面的法向量方向作为所述农机的侧滑补偿方向。
[0123]
电子设备再基于步骤531得到的平面的法向量方向作为所述农机的侧滑补偿方向。
[0124]
步骤540、基于所述侧滑补偿方向和所述侧滑补偿值对所述轨迹点进行侧滑补偿。
[0125]
电子设备基于步骤520得到的农机的侧滑补偿值，以及步骤530 得到的侧滑补偿方向对所述轨迹点进行侧滑补偿，从而，本发明实施例在侧滑发生之前，可以在路径规划层面避免即将农机即将要发生的侧滑，提高农机在三维地表或者三维曲面进行三维路径规划的精度和安全性。
[0126]
下面通过一个典型的实施例对本发明实施例的农机侧滑估计与补偿方法进行描述。
[0127]
步骤1、电子设备对农机所处的作业地块(如坡耕地)进行测绘，获取农机所处的作业地块的边界和三维地表的模型。
[0128]
步骤2、电子设备根据农机所处的作业地块的边界和三维地表的模型，进行三维路径规划，获取农机在三维地表的轨迹点。
[0129]
步骤3、电子设备将轨迹点作为农机质心，计算所述农机在所述轨迹点的位姿数据。
[0130]
步骤4、电子设备基于土壤特性参数和农机的车轮参数计算农机的各个车轮在所述轨迹点的侧滑估计值。
[0131]
步骤5、电子设备基于农机的运动方向、轨迹点、侧滑估计值和位姿数据对所述轨迹点的所述农机进行侧滑补偿。
[0132]
步骤6、电子设备依次遍历补偿后的轨迹点，重新生成全局三维路径规划的轨迹点。
[0133]
通过获取所述农机在所述轨迹点的三维地表位置对应的土壤特性参数；并基于所述土壤特性参数和所述农机的车轮参数计算所述农机的各个车轮在所述轨迹点的侧滑估计值；从而本发明在农机三维曲线的路径规划中考虑计算土壤物理特性的影响；通过计算所述农机在所述轨迹点的位姿数据；并基于所述农机的运动方向、所述轨迹点、所述侧滑估计值和所述位姿数据对所述轨迹点的所述农机进行侧滑补偿。其中，基于所述农机的运动方向、所述轨迹点能够确定农机在轨迹点的侧滑补偿方向，基于所述侧滑估计值和所述位姿数据能够所述侧滑估计值和所述位姿数据侧滑补偿值，从而基于侧滑补偿方向和侧滑补偿值对在轨迹点的农机进行侧滑补偿。相比传统的曲面农机导航方法只能在农机作业进行时，通过电机、方向盘修正行进方向，从而在下一时刻对已走出的侧滑值进行补偿，本发明在侧滑发生之前，基于所述农机的运动方向、所述轨迹点、所述侧滑估计值和所述位姿数据确定侧滑补偿方向和侧滑补偿值，再对轨迹点的农机进行侧滑补偿，本发明在路径规划层面避免农机即将要发生的侧滑，提高在如坡耕地这样的三维曲面对农机进行路径规划的效果。
[0134]
下面对本发明提供的农机侧滑估计与补偿装置进行描述，下文描述的农机侧滑估计与补偿装置与上文描述的农机侧滑估计与补偿方法可相互对应参照。
[0135]
请参照图7，本发明还提供一种农机侧滑估计与补偿装置，包括：
[0136]
第一获取模块201，用于获取农机在三维地表的轨迹点；
[0137]
第二获取模块202，用于获取所述农机在所述轨迹点的三维地表位置对应的土壤特性参数；
[0138]
第一计算模块203，用于计算所述农机在所述轨迹点的位姿数据；
[0139]
侧滑估计模块204，用于基于所述土壤特性参数和所述农机的车轮参数计算所述农机的各个车轮在所述轨迹点的侧滑估计值；
[0140]
侧滑补偿模块205，用于基于所述农机的运动方向、所述轨迹点、所述侧滑估计值和所述位姿数据对所述轨迹点的所述农机进行侧滑补偿。
[0141]
本发明的农机侧滑估计与补偿装置，通过获取所述农机在所述轨迹点的三维地表位置对应的土壤特性参数；并基于所述土壤特性参数和所述农机的车轮参数计算所述农机的各个车轮在所述轨迹点的侧滑估计值；从而本发明在农机三维曲线的路径规划中考虑计算土壤物理特性的影响；通过计算所述农机在所述轨迹点的位姿数据；并基于所述农机的运动方向、所述轨迹点、所述侧滑估计值和所述位姿数据对所述轨迹点的所述农机进行侧滑补偿。其中，基于所述农机的运动方向、所述轨迹点能够确定农机在轨迹点的侧滑补偿方向，基于所述侧滑估计值和所述位姿数据能够所述侧滑估计值和所述位姿数据侧滑补偿值，从而基于侧滑补偿方向和侧滑补偿值对在轨迹点的农机进行侧滑补偿。相比传统的曲面农机导航方法只能在农机作业进行时，通过电机、方向盘修正行进方向，从而在下一时刻对已走出的侧滑值进行补偿，本发明在侧滑发生之前，基于所述农机的运动方向、所述轨迹点、所述侧滑估计值和所述位姿数据确定侧滑补偿方向和侧滑补偿值，再对轨迹点的农机进行侧滑补偿，本发明在路径规划层面避免农机即将要发生的侧滑，提高在如坡耕地这样的三维曲面对农机进行路径规划的效果。
[0142]
在上述各实施例的基础上，作为一种可选实施例，所述侧滑估计模块包括：
[0143]
车轮滑移率计算模块，用于基于所述车轮参数计算所述农机的车轮滑移率；
[0144]
沉陷量计算模块，用于基于所述土壤特性参数和所述农机的各个车轮在所述轨迹点的受力值计算出所述农机的各个车轮在所述轨迹点的沉陷量；
[0145]
侧滑估计值确定模块，用于基于所述沉陷量、所述车轮参数和所述车轮滑移率计算出所述农机的各个车轮在所述轨迹点的侧滑估计值。
[0146]
在上述各实施例的基础上，作为一种可选实施例，所述计算所述农机在所述轨迹点的位姿数据，具体用于计算所述农机的第一侧车轮向量和第二侧车轮向量的叉乘，得到所述农机在所述轨迹点的位姿数据。
[0147]
在上述各实施例的基础上，作为一种可选实施例，所述侧滑补偿模块包括：
[0148]
质量比率确定模块，用于基于所述位姿数据确定所述农机各个车轮的质量比率；所述质量比率用于描述所述农机各个车轮的质量占所述农机的总车轮质量的比率；
[0149]
侧滑补偿值确定模块，用于基于所述侧滑估计值和所述农机各个车轮的质量比率得到所述农机的侧滑补偿值；
[0150]
侧滑补偿方向确定模块，用于基于所述农机的运动方向和所述轨迹点确定所述农机的侧滑补偿方向；
[0151]
最终侧滑补偿模块，用于基于所述侧滑补偿方向和所述侧滑补偿值对所述轨迹点进行侧滑补偿。
[0152]
在上述各实施例的基础上，作为一种可选实施例，基于所述侧滑估计值和所述农机各个车轮的质量比率得到所述农机的侧滑补偿值通过如下公式实现：
[0153]jall
＝λ1j
y1
+λ2j
y2
+λ3j
y3
+λ4j
y4
；
[0154]
其中，j
all
表示所述农机的侧滑补偿值；j
y1
、j
y2
、j
y3
、j
y4
分别表示所述农机各个车轮的侧滑估计值；λ1、λ2、λ3、λ4分别表示所述农机各个车轮的质量比率。
[0155]
在上述各实施例的基础上，作为一种可选实施例，所述侧滑补偿方向确定模块，包括：
[0156]
平面获取模块，用于基于所述农机的运动方向和所述轨迹点组成平面；
[0157]
侧滑补偿方向最终确定模块，用于将所述平面的法向量方向作为所述农机的侧滑补偿方向。
[0158]
图8示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图8所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)810、通信接口(communicationsinterface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行农机侧滑估计与补偿方法，该方法包括：获取农机在三维地表的轨迹点；获取所述农机在所述轨迹点的三维地表位置对应的土壤特性参数；计算所述农机在所述轨迹点的位姿数据；基于所述土壤特性参数和所述农机的车轮参数计算所述农机的各个车轮在所述轨迹点的侧滑估计值；基于所述农机的运动方向、所述轨迹点、所述侧滑估计值和所述位姿数据对所述轨迹点的所述农机进行侧滑补偿。
[0159]
此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以
使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0160]
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的农机侧滑估计与补偿方法，该方法包括：获取农机在三维地表的轨迹点；获取所述农机在所述轨迹点的三维地表位置对应的土壤特性参数；计算所述农机在所述轨迹点的位姿数据；基于所述土壤特性参数和所述农机的车轮参数计算所述农机的各个车轮在所述轨迹点的侧滑估计值；基于所述农机的运动方向、所述轨迹点、所述侧滑估计值和所述位姿数据对所述轨迹点的所述农机进行侧滑补偿。
[0161]
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的农机侧滑估计与补偿方法，该方法包括：获取农机在三维地表的轨迹点；获取所述农机在所述轨迹点的三维地表位置对应的土壤特性参数；计算所述农机在所述轨迹点的位姿数据；基于所述土壤特性参数和所述农机的车轮参数计算所述农机的各个车轮在所述轨迹点的侧滑估计值；基于所述农机的运动方向、所述轨迹点、所述侧滑估计值和所述位姿数据对所述轨迹点的所述农机进行侧滑补偿。
[0162]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0163]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0164]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。