一种农机全覆盖路径规划方法与流程

1.本发明涉及农业机械领域，尤其是一种农机的路径规划方法。


背景技术：

2.在现有技术中，常规农机，如拖拉机、收割机等在作业时存在频繁转弯，影响机组的作业效率。特别是不规则的田间地块，农机在田间作业时若没有科学的路径规划，很难保证合理有效的作业面积且能源消耗高。因此，有必要提供一种农机全覆盖路径规划方法，以克服上述中存在的缺陷。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种农机全覆盖路径规划方法。
4.根据本发明的一个方面，提供一种农机全覆盖路径规划方法，包括：
5.s1：测定四边形工作区域的地块坐标以及农机的初始航向角，建立工作区域平面坐标系；
6.s2：设定工作区域的第一边界线，输入农机的作业幅宽s，计算农机共需行驶的作业行数n以及最小转弯半径r1；
7.s3：计算与第一边界线平行的作业行的一般直线方程以及拐点坐标；
8.s4：工作区域包括与第一边界线相对的第二边界线，农机沿平行于第一边界线的作业行梭行，梭行路径包括正向梭行和反向梭行，沿作业行自第一边界线向第二边界线梭行为正向梭行，沿作业行自第二边界线向第一边界线梭行为反向梭行，农机先正向梭行，走梨形圆掉头后再反向梭行，正向梭行和反向梭行的路径相互交叉；
9.s5：对未收区域补边。
10.优选地，所述第一边界线与第二边界线之间的距离为b，作业行数n＝[b/s]，[b/s]定义为不超过b/s的最大整数。
[0011]
优选地，所述最小转弯半径、作业幅宽以及梨形圆半径均相等，所述梨形圆与正向梭行路径以及反向梭行路径的连接处为圆弧，圆弧半径为r1。
[0012]
优选地，gps实时发送农机的gps航向，计算农机初始航向角，所述第一边界线由初始航向角判定。
[0013]
优选地，所述工作区域还包括第一边界线相邻两侧的第三边界线以及第四边界线，计算与第三边界线平行的第三平行线的一般直线方程以及与第四边界线平行的第四平行线的一般直线方程，第三平行线和第四平行线均位于工作区域内部，所述拐点为第三平行线和所述作业行的交点以及第四平行线和所述作业行的交点。
[0014]
优选地，所述未收区域包括位于第三平行线和第三边界线之间的第一拐弯区域、位于第四平行线和第四边界线之间的第二拐弯区域以及位于正向梭行路径的最后一行和第二边界线之间的余量区域。
[0015]
优选地，农机沿直线行驶至拐点处，以拐点为起点，沿半径为r1的半圆形路径行驶
至下一个拐点，半圆形路径和第三边界线或第四边界线的距离至少为二分之一作业幅宽，半圆形路径的圆心在第三平行线或第四平行线上。
[0016]
优选地，所述第一拐弯区域和第二拐弯区域的补边路径和半圆形路径相切，第一拐弯区域的补边路径和第三边界线的距离为二分之一作业幅宽，第二拐弯区域的补边路径和第四边界线的距离也为二分之一作业幅宽。
[0017]
优选地，所述余量区域的补边路径和第二边界线之间的距离至少为二分之一的作业幅宽。
[0018]
优选地，反向梭行的路径位于正向梭行的相邻两个作业行之间，正向梭行或反向梭行的相邻两作业行之间的距离小于等于两倍最小转弯半径r1。
[0019]
与现有技术相比，本发明提供的农机全覆盖路径规划方法，具有以下有益效果：
[0020]
只需给出四边形地块的四个端点坐标和初始航向角，即可自动生成路径规划轨迹。适用于任意四边形地块。会根据地块条件自动选择直线、半圆路径或者梨形圆路径。
附图说明
[0021]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
[0022]
图1为本发明的路径规划的平面示意图；
[0023]
图2为本发明的路径规划的分解图一；
[0024]
图3为本发明的路径规划的分解图二。
具体实施方式
[0025]
为了更清楚地说明本发明实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。
[0026]
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
[0027]
还应当进一步理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0028]
在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0029]
另外，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0030]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅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，并获得其他的实施方式。
[0031]
参见图1，本发明公开一种农机全覆盖路径规划方法。步骤一：通过卫星定位系统测定工作区域的地块坐标以及农机行驶的初始航向角，建立工作区域的x、y轴直角坐标系。地块坐标为任意四边形工作区域四个角的坐标。初始航向角由卫星定位系统实时发送的gps航向结合标定值转化为平面坐标系的航向角。
[0032]
步骤二：根据初始航向角判定工作区域的第一边界线11。人工输入农机的作业幅宽s，计算机计算出农机实现全覆盖所需要行驶的作业行数n，并计算出最小转弯半径r1。初始航向角以pi*4/9为分界线标定第一边界线。作业幅宽等于最小转弯半径，即s＝r1。
[0033]
已知第一边界线11，工作区域还包括和第一边界线相对的第二边界线12，第一边界线11和第二边界线12之间梭行的作业距离设为b，作业行数n＝[b/s]，其中[k]定义为不超过k的最大整数。作业行数即为作业距离除以作业幅宽的值向下取整。
[0034]
步骤三：以第一边界线11为基准，计算出与第一边界线11平行的作业行的一般直线方程以及拐点坐标。
[0035]
相邻两作业行之间的距离为s。求出第一边界线11的直线方程后，斜率相同，相邻直线距离s，求出作业行直线方程。工作区域还包括均和第一边界线11相邻的第三边界线13以及第四边界线14。以第三边界线13为基准作第三平行线131，第三平行线131和第三边界线13相互平行。
[0036]
以第四边界线14为基准作第四平行线141，第四平行线141和第四边界线14相互平行。第三平行线131和作业行相交的点以及第四平行线141和作业行相交的点为拐点。第三平行线131和第四平行线141均位于工作区域内部。第三平行线和第三边界线之间的距离以及第四平行线和第四边界线之间均为1.5倍作业宽幅
[0037]
农机沿直线作业行行驶至拐点处时，以拐点为起点，在第三平行线131和第三边界线13之间的第一拐弯区域132或第四平行线141和第四边界线14之间的第二拐弯区域142，沿半圆形路径15拐弯，拐至下一个拐点再沿下一个作业行直线行驶。半圆形拐弯路径的圆心均位于第三平行线131或第四平行线141上。半圆形路径和第三边界线或第四边界线之间的距离为二分之一作业幅宽。
[0038]
步骤四：农机在作业区域的梭行路径包括自第一边界线11向相对一侧的第二边界线12行驶的正向梭行，以及自第二边界线12向第一边界线11行驶的反向梭行。正向梭行的最后一行和反向梭行的第一行之间通过一段梨形圆路径连接。梨形圆16的半径和作业幅宽s相等。
[0039]
正向梭行的路径和反向梭行的路径相互交叉设置。梨形圆拐弯的目的在于使反向梭行的路径穿插在相邻两个正向梭行的作业行之间。梨形圆路径依次由三段半径均为r1的圆弧组成，第一段圆弧和正向梭行路径以及第二段圆弧相切，第三段圆弧和反向梭行路径以及第二段圆弧相切。
[0040]
相邻且连续的两个作业行之间的距离大于等于s且小于等于2s，若大于2s则无法达到全覆盖的效果，若小于s则作业效率低。
[0041]
步骤五：对未收区域补边。
[0042]
本实施例中，第一边界线11位于工作区域下端，第三边界线13位于第一边界线11
的左侧。未收区域包括第三平行线131和第三边界线13之间的第一拐弯区域132、第四平行线141和第四边界线14之间的第二拐弯区域142以及位于正向梭行路径的最后一行和第二边界线12之间的余量区域17。
[0043]
当农机对第四边界线14左侧的区域进行补边时，农机的补边路径143和第二拐弯区域142的半圆形拐弯路径15相切。当农机对第三边界线13右侧的区域补边时，农机的补边路径133和第一拐弯区域132的拐弯路径相切。为保证农机始终行驶在工作区域内，拐弯路径和第三边界线13以及第四边界线14的距离至少为二分之一作业幅宽，则第三平行线131和第三边界线13以及第四平行线141和第四边界线14的距离至少保持二分之三作业幅宽。
[0044]
参见图2，农机根据工作行的奇、偶判断农机行进的方向。本实施例中，奇数的作业行均为自第三边界线13向第四边界线14行驶，偶数的作业行均为自第四边界线14向第三边界线13行驶。农机还会结合当前所在位置，判断该往哪个方向转弯。如图1所示，a、b两点都在第2行上，为偶数行，偶数行全都应该是自右向左行驶。当农机到达a点时，先根据农机当前位置判断是否到达左侧的b点，如果不是则向左行驶。如果到达了b点，开始向上拐弯。
[0045]
本发明的路径规划方法适用于任意四边形地块，会根据地块条件自动选择直线、半圆形路径或者梨形圆路径。只需要给出四边形地块的四个端点坐标和初始航向角，即可自动生成路径规划轨迹，达到作业区域全覆盖的效果。作业面积合理且能源消耗低。
[0046]
本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。