一种拖拉机无人驾驶运动控制仿真系统及其仿真方法技术方案

本发明专利技术公开了一种拖拉机无人驾驶运动控制仿真系统及其仿真方法，包括用户界面、路径规划模块、车辆状态发布模块、执行模块、路径跟踪模块和日志记录模块；所述用户界面与路径规划模块连接，所述路径跟踪模块分别与路径规划模块、执行模块和车辆状态发布模块连接，所述车辆状态发布模块分别与路径跟踪模块、用户界面、日志记录模块连接，所述执行模块分别与路径跟踪模块、日志记录模块连接，所述日志记录模块的一端与车辆状态发布模块连接，另一端与执行模块连接；本发明专利技术可高效、低成本的验证拖拉机无人驾驶运动控制的效果。

A simulation system of driverless motion control of tractor and its simulation method

【技术实现步骤摘要】
一种拖拉机无人驾驶运动控制仿真系统及其仿真方法
本专利技术涉及一种仿真系统及其仿真方法，具体涉及一种拖拉机无人驾驶运动控制仿真系统及其仿真方法。
技术介绍
目前，拖拉机的作业方式主要由人工进行操作，此种作业方式在大规模耕种的场景中缺点明显，如：作业强度大、人工成本高、作业精度难以保证，因此在拖拉机的耕作场景中引入无人驾驶技术已是迫在眉睫，但是当前针对无人驾驶拖拉机算法主要还是通过将无人系统安装到车载计算机上进行实车验证其有效性及最优性，该验证运动控制效果，除了需要将系统安装到车载计算机上之外，还需要将拖拉机从车库开到测试场地，设置好测试条件，反复停车修改参数，之后还需要将拖拉机开回车库，整个过程至少需要4小时，因此实车验证无人驾驶拖拉机运动控制算法的效率低、高成本且无法确定最优结果。拖拉机无人驾驶不同于行驶在结构化道路上的车辆的无人驾驶，其作业环境需要行驶在非结构化道路上，而且是低速行驶，在低速的车辆路径跟踪方面，经常使用的有Purepursuit算法，而Purepursuit算法只能保证车辆能够到达指定的位置并不能保证到达指定位置时车本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种拖拉机无人驾驶运动控制仿真系统，其特征在于：包括用户界面、路径规划模块、车辆状态发布模块、执行模块、路径跟踪模块和日志记录模块；所述用户界面与路径规划模块连接，所述路径跟踪模块分别与路径规划模块、执行模块和车辆状态发布模块连接，所述车辆状态发布模块分别与路径跟踪模块、用户界面、日志记录模块连接，所述执行模块分别与路径跟踪模块、日志记录模块连接，所述日志记录模块的一端与车辆状态发布模块连接，另一端与执行模块连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种拖拉机无人驾驶运动控制仿真系统，其特征在于：包括用户界面、路径规划模块、车辆状态发布模块、执行模块、路径跟踪模块和日志记录模块；所述用户界面与路径规划模块连接，所述路径跟踪模块分别与路径规划模块、执行模块和车辆状态发布模块连接，所述车辆状态发布模块分别与路径跟踪模块、用户界面、日志记录模块连接，所述执行模块分别与路径跟踪模块、日志记录模块连接，所述日志记录模块的一端与车辆状态发布模块连接，另一端与执行模块连接。


2.根据权利要求1所述的拖拉机无人驾驶运动控制仿真系统，其特征在于：所述日志记录模块的记录内容包括车辆的实时姿态、路径规划内容、运动控制输出命令如转向角、车速以及控制参数。


3.根据权利要求1所述的拖拉机无人驾驶运动控制仿真系统，其特征在于：所述用户界面包括交互模块和显示模块，所述交互模块和路径规划模块连接，所述路径规划模块一端与交互模块连接，另一端与路径跟踪模块及显示模块连接，所述用户界面的显示模块与车辆状态发布模块连接。


4.根据权利要求3所述的拖拉机无人驾驶运动控制仿真系统，其特征在于：所述显示模块包括模型文件、路径显示节点、车辆状态实时显示节点和作业环境显示节点，所述路径显示节点与路径规划模块连接，所述车辆状态实时显示节点一端与车辆状态发布模块连接，另一端与模型文件连接。


5.一种拖拉机无人驾驶运动控制的仿真方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤1、用户将其运动控制方法、拖拉机的物理参数、农田边界及耕种方式通过用户界面中的交互模块输入到系统中；
步骤2、系统根据用户设置进行加载模型、规划路径、显示路径、路径跟踪、记录数据；
步骤3、用户根据显示效果及记录的数据判定是否需要更改控制方法或者参数，如果是，执行步骤1，如果否，结束。


6.根据权利要求5所述的拖拉机无人驾驶运动控制的仿真方法，其特征在于：系统根据用户设置进行加载模型、规划路径、显示路径、路径跟踪、记录数据的方法，具体步骤如下：
步骤2.1、系统加载生成的模型文件及各个功能模块，并在Gazebo3D动态模拟器中显示拖拉机的模型；
步骤2.2、路径规划模块根据用户输入的地形以及耕作方式规划出最优路径，并通过路径规划模块发布出去；
步骤2.3、路径显示节点订阅路径规划的内容，并进而建立数据点与Odometry里程计的坐标关系，系统根据设置的数据点、线显示方式在界面中显示规划的路径，其中线显示方式包括线的大小、颜色以及粗细；
步骤2.4、车辆状态发布模块通过模型服务函数获取模型姿态，并按指定频率发布出去；
步骤2.5、车辆状态实时显示模块将车辆坐标与Odometry坐标进行转换，进而利用Odometry将转化后的车身姿态广播出去，在显示模块中实时显示拖拉机运行状况；
步骤2.6、系统执行路径跟踪模块部分并输出方向盘的转角；
步骤2.7、执行模块接收到方向盘的转角后通过阿克曼结构特征转化为轮胎前轮左右两侧的转角，进而实现车辆沿着设定的位置及航向耕作；
步骤2.8、记录模块根据需要将车辆实时状态、规划路径数据、路径跟踪过程数据记录下来。


7.根据权利要求6所述的拖拉机无人驾驶运动控制的仿真方法，其特征在于：步骤2.1的具体步骤如下：
步骤2.1.1、通过SolidWorks软件中拉伸及剪切命令在车体部分形成的垂直于旋转轴的配合孔；
步骤2.1.2、将处理后的拖拉机三维模型通过SolidWorks软件中的导出文件命令生成各个部分，包括左右轮子及旋转轴和车体对应的stl格式的文件；
步骤2.1.3、配置拖拉机对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈进富，王鹏，王文武，李莹玉，张鹏锐，
申请(专利权)人：洛阳智能农业装备研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41