本發(fā)明涉及智能機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種智能割草車的路徑規(guī)劃算法。

背景技術(shù)：

隨著智能技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外逐漸開(kāi)始有智能割草車的出現(xiàn)，智能割草車是一種大型草場(chǎng)使用的除草裝置，是一種新型的智能化車輛，也可以稱之為輪式移動(dòng)機(jī)器人。在美國(guó)，為了促進(jìn)智能割草機(jī)器人的研發(fā)，從2004年起每年都要舉行一次自動(dòng)割草機(jī)器人比賽（Annual Autonomous Lawnmower Competition）。國(guó)內(nèi)割草機(jī)器人的研究起步較晚，但仍取得了一定的成果，如南京理工大學(xué)MORO型移動(dòng)割草機(jī)器人，這種智能割草機(jī)器人基本為小型割草機(jī)器人，多采用電子圍欄方式，按照一定規(guī)劃算法在框定范圍內(nèi)進(jìn)行遍歷割草作業(yè)。例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、遺傳算法、粒子群算法和人工魚群算法等智能仿生路徑規(guī)劃算法得到應(yīng)用，已取得一系列研究成果。

在移動(dòng)機(jī)器人相關(guān)技術(shù)中主要包括：導(dǎo)航傳感器的設(shè)計(jì)、導(dǎo)航路徑規(guī)劃問(wèn)題、運(yùn)動(dòng)模型核動(dòng)力模型構(gòu)建問(wèn)題、跟蹤轉(zhuǎn)向控制器的設(shè)計(jì)等。常見(jiàn)的導(dǎo)航方式有：GPS導(dǎo)航、視覺(jué)導(dǎo)航、電磁導(dǎo)航、激光導(dǎo)航、超神波導(dǎo)航等。智能割草車運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和動(dòng)力學(xué)模型的有效識(shí)別是車輛導(dǎo)航的基礎(chǔ)，路徑規(guī)劃是智能割草車運(yùn)行的基準(zhǔn)，根據(jù)不同的作業(yè)要求，路徑可以分為直線跟蹤、曲線跟蹤、直線曲線復(fù)合跟蹤，然而目前的移動(dòng)機(jī)器人工作區(qū)域位置坐標(biāo)不清晰，導(dǎo)致移動(dòng)機(jī)器人往返重復(fù)遍歷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種智能割草車的路徑規(guī)劃算法，以解決上述背景技術(shù)中的缺點(diǎn)。

本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種智能割草車的路徑規(guī)劃算法，具體步驟如下：

1）在智能割草車設(shè)定的工作區(qū)域內(nèi)，根據(jù)地形、工況等因素將工作草場(chǎng)分割為多個(gè)小多邊形工作區(qū)域；

2）控制智能割草車沿各個(gè)多邊形工作區(qū)域邊界運(yùn)行，并通過(guò)車載GPS設(shè)備采集步驟1）中分割的多個(gè)小邊形工作區(qū)域邊界頂點(diǎn)的大地位置坐標(biāo)為；

3）將步驟2）中采集到的大地位置坐標(biāo)信息轉(zhuǎn)換至本地坐標(biāo)系中，轉(zhuǎn)換公式為：

（1）

其中，為大地位置坐標(biāo)系原點(diǎn)，角度為本地坐標(biāo)系原點(diǎn)角度；

4）根據(jù)兩點(diǎn)得到直線的方式，得到多邊形工作區(qū)域邊界的方程：

（ （2）

其中，為直線的首位端點(diǎn)，當(dāng)n等于最大值i時(shí)，方程：

（ （3）

5）規(guī)劃直線路徑即計(jì)算各間距w的直線與邊界線的交點(diǎn)，其中，w即為智能割草車的有限覆蓋范圍寬，直線方程為：

（4）

6）判斷規(guī)劃直線是否超過(guò)上端邊界線，且頂點(diǎn)，未超過(guò)上端邊界線，則根據(jù)公式（2）（3）（4）計(jì)算得到各條規(guī)劃直線路徑的一端點(diǎn)，當(dāng)直線超過(guò)上端邊界線，則進(jìn)入下一端點(diǎn)n+1；

而后在判斷規(guī)劃直線是否超過(guò)下端邊界線，且頂點(diǎn)，未超過(guò)下端邊界線，則根據(jù)公式（2）（3）（4）計(jì)算得到各條規(guī)劃直線路徑的一端點(diǎn)，當(dāng)直線超過(guò)下端邊界線，則進(jìn)入下一端點(diǎn)n+1；

待上述上端邊界線與下端邊界線判斷完畢后，在判斷規(guī)劃直線是否超過(guò)多邊形區(qū)域，且m+n>i，未超過(guò)多邊形區(qū)域，則區(qū)域內(nèi)直線規(guī)劃完成，否則進(jìn)入下一條直線x_k+1，直至將工作草場(chǎng)分割的多邊形工作區(qū)域全部判斷完畢，以此計(jì)算得到每個(gè)工作區(qū)域內(nèi)往返遍歷的直線路徑。

在本發(fā)明中，步驟1）中，分割的多邊形工作區(qū)域內(nèi)角不大于180°，大于180°時(shí)，將其切分為兩個(gè)多邊形工作區(qū)域。

有益效果：

1）本發(fā)明采用GPS采集工作區(qū)域精確的位置坐標(biāo)信息，可得到準(zhǔn)確的工作區(qū)域地圖；

2）本發(fā)明將工作區(qū)域分割為多個(gè)多邊形區(qū)域，有利于分時(shí)分段工作劃分和不同工作模式的選擇；

3）本發(fā)明采取規(guī)劃直線段為主的方式，能夠降低路徑規(guī)劃算法的復(fù)雜度，便于實(shí)現(xiàn)后期自主導(dǎo)航控制。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的較佳實(shí)施例中的坐標(biāo)變換示意圖。

圖2是本發(fā)明的較佳實(shí)施例中的直線路徑規(guī)劃算法示意圖。

圖3是本發(fā)明的較佳實(shí)施例中的直線路徑規(guī)劃算法流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

一種智能割草車的路徑規(guī)劃算法，具體步驟如下：

1）在智能割草車設(shè)定的工作區(qū)域內(nèi)，根據(jù)地形、工況等因素將工作草場(chǎng)分割為A～Z多個(gè)小多邊形工作區(qū)域；

2）控制智能割草車沿各個(gè)多邊形工作區(qū)域邊界運(yùn)行，并通過(guò)車載GPS設(shè)備采集步驟1）中分割的多個(gè)小邊形工作區(qū)域邊界頂點(diǎn)的大地位置坐標(biāo)為；

3）將步驟2）中采集到的大地位置坐標(biāo)信息轉(zhuǎn)換至本地坐標(biāo)系中，坐標(biāo)變換示意圖如圖1所示，轉(zhuǎn)換公式為：

（1）

其中，為大地位置坐標(biāo)系原點(diǎn)，角度為本地坐標(biāo)系原點(diǎn)角度；

4）根據(jù)兩點(diǎn)得到直線的方式，得到多邊形工作區(qū)域邊界的方程：

（ （2）

其中，為直線的首位端點(diǎn)，當(dāng)n等于最大值i時(shí)，方程：

（ （3）

5）規(guī)劃直線路徑即計(jì)算各間距w的直線與邊界線的交點(diǎn)，如圖2所示，其中，w即為智能割草車的有限覆蓋范圍寬，直線方程為：

（4）

6）判斷規(guī)劃直線是否超過(guò)上端邊界線，且頂點(diǎn)，未超過(guò)上端邊界線，則根據(jù)公式（2）（3）（4）計(jì)算得到各條規(guī)劃直線路徑的一端點(diǎn)，當(dāng)直線超過(guò)上端邊界線，則進(jìn)入下一端點(diǎn)n+1；

而后在判斷規(guī)劃直線是否超過(guò)下端邊界線，且頂點(diǎn)，未超過(guò)下端邊界線，則根據(jù)公式（2）（3）（4）計(jì)算得到各條規(guī)劃直線路徑的一端點(diǎn)，當(dāng)直線超過(guò)下端邊界線，則進(jìn)入下一端點(diǎn)n+1；

待上述上端邊界線與下端邊界線判斷完畢后，在判斷規(guī)劃直線是否超過(guò)多邊形區(qū)域，且m+n>i，未超過(guò)多邊形區(qū)域，則區(qū)域內(nèi)直線規(guī)劃完成，否則進(jìn)入下一條直線x_k+1，直至將工作草場(chǎng)分割的多邊形工作區(qū)域全部判斷完畢，以此計(jì)算得到每個(gè)工作區(qū)域內(nèi)往返遍歷的直線路徑，如圖3所示。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。