本發(fā)明涉及一種智能割草機(jī)的智能控制系統(tǒng)和路徑規(guī)劃的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種適用于果園的基于激光雷達(dá)與電子羅盤(pán)的果園智能割草機(jī)控制系統(tǒng)和遍歷割草的路徑規(guī)劃的方法。

背景技術(shù)：

目前的智能割草機(jī)在工作時(shí)，對(duì)于割草區(qū)域的邊界問(wèn)題大多是采用預(yù)埋邊界線的方法，智能割草機(jī)通過(guò)感知邊界線的信號(hào)強(qiáng)弱來(lái)判斷割草區(qū)域的邊界。這種方法不僅邊界線安裝的工作量大，而且一旦確定后就難以再更改，缺少靈活性。

目前的智能割草機(jī)的割草路線大多采用隨機(jī)的方法，缺少對(duì)割草區(qū)域的路線規(guī)劃，難以實(shí)現(xiàn)遍歷，導(dǎo)致能源的損耗和割草效率的低下。

隨著果園種植的規(guī)?；?，種植面值比較大，對(duì)于果園里的雜草的修剪需要消耗大量的勞動(dòng)力，市場(chǎng)上對(duì)于適用于山地果園的智能割草機(jī)幾乎沒(méi)有，大多是應(yīng)用于家庭、高爾夫球場(chǎng)等平地的草坪護(hù)理修剪。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種果園自動(dòng)遍歷智能割草機(jī)控制系統(tǒng)及方法，智能割草機(jī)在不設(shè)置邊界線的果園里，實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃和避障功能從而實(shí)現(xiàn)割草區(qū)域的遍歷割草。

第一方面，本發(fā)明提供了一種智能控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)主要包括主控制器及下位機(jī)。

所述主控制器與激光雷達(dá)測(cè)控模塊、遙控模塊、下位機(jī)相連。

所述下位機(jī)通過(guò)各功能端腳與電子羅盤(pán)模塊、行走控制模塊、割草控制模塊、報(bào)警模塊相連。

主控制器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理以及決策的判斷，下位機(jī)主要負(fù)責(zé)電子羅盤(pán)模塊、行走控制模塊、割草控制模塊、報(bào)警模塊的數(shù)據(jù)傳輸與控制。

激光雷達(dá)傳感器安裝在割草機(jī)的正中間位置，激光雷達(dá)測(cè)控模塊實(shí)現(xiàn)障礙物與邊界的識(shí)別以及實(shí)現(xiàn)避障，電子羅盤(pán)模塊實(shí)現(xiàn)割草機(jī)沿著某一設(shè)定方向直線行走。

報(bào)警系統(tǒng)在電池量低于設(shè)定值時(shí)或者割完草時(shí)會(huì)發(fā)出警報(bào)。

第二方面，本發(fā)明提供了一種可以實(shí)現(xiàn)遍歷割草的路徑規(guī)劃方法和避障方法

路徑規(guī)劃方法：主要思路為逐行割草，直到終點(diǎn)。通過(guò)電子羅盤(pán)測(cè)量智能割草機(jī)正前方在地磁場(chǎng)中的方向，并把這數(shù)據(jù)傳給主控制器，分析計(jì)算出智能割草機(jī)直線行走的正方向，同時(shí)，激光雷達(dá)傳感器會(huì)掃描周邊環(huán)境，沒(méi)有障礙物時(shí)或者沒(méi)有邊界時(shí)，智能割草機(jī)保持直線行走，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有障礙物并且達(dá)到設(shè)定的距離范圍內(nèi)則啟動(dòng)避障程序繞開(kāi)障礙物，然后回到原來(lái)的直線上繼續(xù)向前行走；當(dāng)檢測(cè)到到達(dá)前方邊界時(shí)，則啟動(dòng)換行程序，進(jìn)入下一行繼續(xù)割草；當(dāng)檢測(cè)到到達(dá)割草區(qū)域的終點(diǎn)是，則停止工作。

前方邊界的確認(rèn)方法：對(duì)前方180度在設(shè)定距離范圍內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到果樹(shù)，并且按正常程序?qū)⒁M(jìn)入的下一行的一側(cè)在設(shè)定范圍內(nèi)有檢測(cè)到果樹(shù)，則認(rèn)為到達(dá)了前方邊界。

終點(diǎn)邊界的確認(rèn)方法：對(duì)前方180度在設(shè)定距離范圍內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到果樹(shù)，并且按正常程序?qū)⒁M(jìn)入的下一行的一側(cè)在設(shè)定范圍內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到果樹(shù)，則認(rèn)為已經(jīng)到達(dá)割草區(qū)域的終點(diǎn)，停止工作。

避障方法：當(dāng)檢測(cè)到前方設(shè)定范圍內(nèi)有障礙物時(shí)，將此位置記為避障的起點(diǎn)，激光雷達(dá)傳感器將測(cè)量與障礙物的距離l和障礙物相對(duì)于割草機(jī)正前方的中線的夾角，記為β(左邊記為負(fù)，右邊記為正)，并把數(shù)據(jù)傳給主控制器，當(dāng)β為負(fù)或者為0時(shí)，智能割草機(jī)從右邊繞過(guò)障礙物，并且與障礙物保持一定的安全距離，期間激光傳感器一直測(cè)量與障礙物的距離與角度，在到達(dá)與起點(diǎn)關(guān)于通過(guò)樹(shù)干的y軸對(duì)稱(chēng)的點(diǎn)時(shí)，此時(shí)激光雷達(dá)傳感器與障礙物的距離剛好為l，割草機(jī)的正后方的中線與障礙物的夾角剛好為β，則智能割草機(jī)回到原來(lái)的直線上繼續(xù)往前走。當(dāng)β為正時(shí)，類(lèi)似的割草機(jī)從左邊繞過(guò)障礙物，原理與右側(cè)繞過(guò)障礙物相似。

智能割草機(jī)在繞過(guò)障礙物時(shí)，是把障礙物近似為圓心，以一定距離為半徑，沿著這圓周走到關(guān)于通過(guò)障礙物的y軸對(duì)稱(chēng)的點(diǎn)。期間激光傳感器一直測(cè)量與障礙物的距離以保持在安全范圍內(nèi)。

附圖說(shuō)明

圖1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2工作狀態(tài)流程圖；

圖3路徑規(guī)劃方法；

圖4避障方法；

圖5前方邊界確認(rèn)方法；

圖6終點(diǎn)確認(rèn)方法。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步詳述：

圖1所示，是控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖?？刂葡到y(tǒng)主要包括主控制器及下位機(jī)，所述主控制器與激光測(cè)控模塊、遙控模塊和下位機(jī)相連，所述下位機(jī)與電子羅盤(pán)模塊、行走控制模塊、割草控制模塊和報(bào)警模塊相連。

所述主控制器與激光雷達(dá)測(cè)控模塊、遙控模塊、下位機(jī)相連，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理以及決策的判斷。

所述激光雷達(dá)測(cè)控模塊通過(guò)掃描外部環(huán)境來(lái)判斷智能割草機(jī)當(dāng)前的環(huán)境狀況，并將此數(shù)據(jù)傳給主控制器，實(shí)現(xiàn)避障與邊界的識(shí)別。

所述遙控模塊是當(dāng)停止自動(dòng)工作模式后，可以通過(guò)遙控的方式將智能割草機(jī)開(kāi)到要去的地方。

所述下位機(jī)為單片機(jī)，上與主控制器連接，下與電子羅盤(pán)模塊、行走控制模塊，割草控制模塊，報(bào)警模塊連接，負(fù)責(zé)底層的控制以及數(shù)據(jù)的傳輸。

所述電子羅盤(pán)模塊通過(guò)檢測(cè)地磁場(chǎng)信號(hào)來(lái)控制智能割草機(jī)沿著設(shè)定的方向直線行走。

所述行走模塊負(fù)責(zé)智能割草機(jī)四個(gè)車(chē)輪電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。

所述割草控制模塊負(fù)責(zé)控制割草電機(jī)的啟停。

所述報(bào)警模塊負(fù)責(zé)當(dāng)智能割草機(jī)的狀態(tài)處于設(shè)置的某種狀態(tài)時(shí)(比如電量低于設(shè)定值或到達(dá)終點(diǎn))發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

圖2所示，是智能割草機(jī)工作時(shí)的狀態(tài)流程圖，通過(guò)感應(yīng)單元采集外部環(huán)境的信息傳給主控制器，從而做出相應(yīng)的動(dòng)作。

圖3所示，為智能割草機(jī)實(shí)現(xiàn)遍歷割草的路徑規(guī)劃方法，當(dāng)β為負(fù)或者為0時(shí)，智能割草機(jī)從右邊繞過(guò)障礙物，當(dāng)β為正時(shí)，類(lèi)似的割草機(jī)從左邊繞過(guò)障礙物；到達(dá)前方邊界時(shí)轉(zhuǎn)頭進(jìn)入下一行繼續(xù)割草，到達(dá)終點(diǎn)邊界時(shí)停止割草。

圖4所示，為智能割草機(jī)的避障方法。當(dāng)檢測(cè)到前方設(shè)定范圍內(nèi)有障礙物時(shí)，將此位置記為避障的起點(diǎn)，激光雷達(dá)傳感器將測(cè)量與障礙物的距離l和障礙物相對(duì)于割草機(jī)正前方的中線的夾角，記為β(左邊記為負(fù)，右邊記為正)，并把數(shù)據(jù)傳給主控制器，當(dāng)β為負(fù)或者為0時(shí)，智能割草機(jī)從右邊繞過(guò)障礙物，并且與障礙物保持一定的安全距離，期間激光傳感器一直測(cè)量與障礙物的距離與角度，在到達(dá)與起點(diǎn)關(guān)于通過(guò)樹(shù)干的y軸對(duì)稱(chēng)的點(diǎn)時(shí)，此時(shí)激光雷達(dá)傳感器與障礙物的距離剛好為l，割草機(jī)的正后方的中線與障礙物的夾角剛好為β，則智能割草機(jī)回到原來(lái)的直線上繼續(xù)往前走。當(dāng)β為正時(shí)，類(lèi)似的割草機(jī)從左邊繞過(guò)障礙物。

智能割草機(jī)在繞過(guò)障礙物時(shí)，是把障礙物近似為圓心，以一定距離為半徑，沿著這圓周走到關(guān)于通過(guò)障礙物的y軸對(duì)稱(chēng)的點(diǎn)。期間激光傳感器一直測(cè)量與障礙物的距離以保持在安全范圍內(nèi)。

圖5所示，為智能割草機(jī)前方邊界識(shí)別的方法。當(dāng)智能割草機(jī)上的激光雷達(dá)傳感器檢測(cè)到前方180度在設(shè)定的距離內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到果樹(shù)，并且將要進(jìn)入的下一行一側(cè)有果樹(shù)，則判斷為到了前方邊界。

圖6所示，為智能割草機(jī)邊界終點(diǎn)的方法。當(dāng)智能割草機(jī)上的激光雷達(dá)傳感器檢測(cè)到前方180度在設(shè)定的距離內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到果樹(shù)，并且將要進(jìn)入的下一行一側(cè)沒(méi)有果樹(shù)，則判斷為到達(dá)終點(diǎn)。

一種果園自動(dòng)遍歷智能割草機(jī)控制系統(tǒng)及方法，通過(guò)電子羅盤(pán)來(lái)保證按設(shè)定的方向直線行走，通過(guò)激光雷達(dá)對(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，進(jìn)行割草區(qū)域的邊界識(shí)別和避障，不需要預(yù)埋邊界線來(lái)確定割草區(qū)域和規(guī)劃割草路線，最終實(shí)現(xiàn)遍歷割草。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。