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专利号: 2018115747538
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-12-10
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种智能拖拉机田间避障控制系统,其特征在于,包括环境感知模块、拖拉机信息模块、决策模块和操纵执行模块;所述环境感知模块与拖拉机信息模块将采集到的信息传递给决策模块,决策模块处理接收到的信息并进行处理后将动作命令传递给下层控制器,下层控制器将动作命令发送给操纵执行模块,操纵执行模块操纵拖拉机执行相应的动作。

2.根据权利要求1所述的智能拖拉机田间避障控制系统,其特征在于,所述环境感知模块包括超声波传感器和激光雷达;所述超声波传感器用于检测拖拉机与前方障碍物的距离;激光雷达用于检测前方障碍物形状、高低相关信息。

3.根据权利要求1所述的智能拖拉机田间避障控制系统,其特征在于,所述拖拉机信息模块包括GPS传感器和车速传感器;GPS传感器用于检测车辆在地图坐标系的位置信息、车速传感器用于检测车辆当前的运行速度。

4.根据权利要求1所述的智能拖拉机田间避障控制系统,其特征在于,所述操纵执行模块包括可提升机具悬挂、电动油门、电动刹车、转向电机和档位切换机构;可提升机具悬挂用于在获取决策模块指令后,提升悬挂机具执行相应的动作;电动油门与电动刹车用于在获取决策模块指令后,执行相应的操作,控制智能拖拉机车速;转向电机用于在获取决策模块指令后,执行相应的操作,控制智能拖拉机转向;档位切换机构用于在获取决策模块指令后,执行相应的操作,控制智能拖拉机档位切换至前进挡或后退档。

5.根据权利要求1所述的智能拖拉机田间避障控制系统,其特征在于,决策模块包括上层控制器与下层控制器;下层控制器通过上层控制器给出的控制量对操纵执行模块进行控制;上层控制器用于通过环境感知模块与拖拉机信息模块给出的信息采用不同的算法给出下层控制器所需的控制量。

6.根据权利要求5所述的智能拖拉机田间避障控制系统,其特征在于,上层控制器包括估计量融合模块、混杂控制器以及路径规划模块;估计量融合模块用于根据外界检测的信息进行混杂控制器切换量的计算;混杂控制器用于根据切换量切换相应的控制算法;路径规划模块用于根据障碍物信号以及拖拉机运行状态估计信号规划出给定区域内的最优路径即左转行进路径与右转行进路径。

7.如权利要求1-6任一项所述的智能拖拉机田间避障控制系统的控制方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤一:环境感知模块中的超声波传感器不断测取前方障碍物信号,在超声波传感器获得的前方障碍物距离信号到达一定距离后,激光雷达传感器开始测取前方障碍物结构尺寸;

步骤二:上层控制器中的估计量融合模块通过超声波传感器获取前方障碍物距离s,通过激光雷达获取前方障碍物结构尺寸,通过拖拉机信息模块获取拖拉机车速v;

步骤三:估计量融合模块根据超声波传感器、激光雷达传感器的障碍物信号进行处理,并对障碍物类型进行判断,并将障碍物类型信号传递给混杂控制器,同时将该信号传递给路径规划模块;

步骤四:路径规划模块根据超声波传感器、雷达信号以及拖拉机运行状态估计信号将路径规划结果传递给混杂控制器;

步骤五:混杂控制器接收估计量融合模块信号以及路径规划模块信号以及车速传感器信号进行以下决策:

首先混杂控制器进行障碍物信号判断:若判断为可逾越障碍,则混杂控制器将机具抬升量信号传给下层控制器,下层控制器控制机具悬挂完成抬升动作:若判断为不可逾越障碍,则根据路径规划模块获得的路径规划信号,根据路径规划长短,确定拖拉机转弯方向,并选取该方向上的路径规划信号作为实际行进路径;

然后混杂控制器根据规划的路径提前计算各时间点的拖拉机状态,检测这些状态中是否存在过大方向盘转角等不安全因素:若均满足安全性要求,则按照算法1进行执行机构控制量计算,获得提升机具高度值与该时刻方向盘转向角,并将信号传给下层控制器,下层控制器控制机具进行提升,并控制方向盘进行转向:若不满足安全性要求,则按照算法2在考虑电动机能量回收的前提下,计算电动刹车行程量以及提升机具高度值,并将该信号传递给下层控制器,下层控制器控制电动刹车与机具悬挂完成指定动作;同时上层控制器发出电容充电电路使能信号。此时,动力回收装置开始进行充电;

步骤六:混杂控制器按照算法2使得拖拉机停止后,拖拉机退回至原来执行转向判断点的后方一定距离,后退操作按照算法3进行执行模块操作;重复步骤一)至五),直至智能拖拉机通过障碍。

8.根据权利要求7所述的智能拖拉机田间避障控制系统的控制方法,其特征在于,所述算法1为PID算法,算法1用于完成按照已规划的路径进行行驶,所需的操作为提升机具至合适高度与根据路径确定方向盘转向角。

9.根据权利要求7所述的智能拖拉机田间避障控制系统的控制方法,其特征在于,所述算法2采用模糊控制法,算法2主要考虑动力回收装置后拖拉机电动刹车所需的制动力以及拖拉机的行驶安全性进行制动。

10.根据权利要求7所述的智能拖拉机田间避障控制系统的控制方法,其特征在于,所述算法3为最优控制算法,算法3主要完成拖拉机后退操作,所需的操作为向后倒车以及速度控制;利用档位切换机构将智能拖拉机档位切换至后退档;利用电动油门与电动刹车完成拖拉机速度控制。