一种自走式喷杆喷雾机及其无人驾驶控制系统及方法技术方案

一种自走式喷杆喷雾机及其无人驾驶控制系统及方法，该自走式喷杆喷雾机包括无人驾驶控制系统，该系统用于基于作物行自动对行的无人航迹跟踪和变量喷药控制，包括车载平台，可离线运行或在线运行，进行自走式喷杆喷雾机的控制或状态监控；远端平台，安装有基于GIS组件的远程作业管理系统，通过通信网络与车载平台通信，用于生成GIS作业地图、变量喷雾作业管理、农机作业参数设置、农机实时监控与作业轨迹显示、远程启停及作业控制、历史作业数据管理及无线通信处理；以及客户端，用于自走式喷杆喷雾机的遥控手动作业控制，并实时接收车载平台的网络视频监控信息。本发明专利技术还提供了该自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制方法。走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制方法。走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制方法。

【技术实现步骤摘要】
一种自走式喷杆喷雾机及其无人驾驶控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种喷杆喷雾机及其控制系统，特别是一种全液压自走式喷杆 喷雾机及其无人驾驶控制系统及方法。

技术介绍

[0002]无人驾驶技术首先与拖拉机结合实现了耕种的无人化作业，但对于田间管 理，尤其是自走式喷杆喷雾机的植保作业，由于作业场景较为复杂、要求作业 速度较高，还处在辅助自动驾驶阶段，尚未实现完全的无人驾驶、无人作业。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的上述缺陷，提供一种自走式 喷杆喷雾机及其无人驾驶控制系统及方法。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制 系统，其中，用于自走式喷杆喷雾机基于作物行自动对行的无人航迹跟踪和变 量喷药控制，所述无人驾驶控制系统包括：
[0005]车载平台，安装在自走式喷杆喷雾机上，所述车载平台可离线运行或在线 运行，进行所述自走式喷杆喷雾机的控制或状态监控，所述车载平台包括无线 路由器、车载终端、ADCU自动驾驶控制单元、INS组合惯导系统、发动机 ECU单元、VCU整车控制单元、VSCU变量喷雾控制单元和RVMU网络视频 监控单元，所述车载终端分别与所述ADCU自动驾驶控制单元、INS组合惯 导系统、发动机ECU、VCU整车控制单元、VSCU喷雾控制单元和RVMU网 络视频监控单元连接；
[0006]远端平台，安装有基于GIS组件的远程作业管理系统，通过通信网络与所 述车载平台通信，用于生成GIS作业地图、变量喷雾作业管理、农机作业参数 设置、农机实时监控与作业轨迹显示、远程启停及作业控制、历史作业数据管 理及无线通信处理；以及
[0007]客户端，用于所述自走式喷杆喷雾机的遥控手动作业控制，并实时接收所 述车载平台的网络视频监控信息；
[0008]其中，所述无线路由器为集成4G/5G网络模块和多个以太网接口的工业 级无线路由器，与所述车载终端、所述ADCU自动驾驶控制单元和所述RVMU 网络视频监控单元连接，实现本地高速网络通信；同时通过所述4G/5G网络 模块对本地数据进行转发，实现与所述远端平台和所述客户端的无线网络交 互。
[0009]上述的自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其中，所述远端平台通信 交互的作业参数、轨迹点数据和视频监控数据可选择性切换使用，以节约数据 流量资源。
[0010]上述的自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其中，所述车载终端为嵌 入式PC终端，包含CAN总线、以太网和RS232通信接口，用以支持连接不 同的控制单元；在线工作时，所述车载终端通过以太网接收并解析来自所述远 端平台或所述APP客户端的命令数据，并通过所述CAN总线分发给所述 VSCU喷雾控制单元、所述VCU整车控制单元和所述ADCU
自动驾驶控制单 元；离线工作时，通过所述车载终端的触摸屏监控车辆状态和设置车辆参数， 以U盘导入作业计划并对所述作业计划进行分解，发送相应命令给相关控制 单元实现变量喷雾控制、喷杆控制、车速控制、灯光控制、导航定位与轨迹跟 踪、作物行对行控制和地头转弯掉头。
[0011]上述的自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其中，所述RVMU远程 视频监控单元包括多个车载网络摄像头，所述车载网络摄像头支持H.264和 H.265压缩格式，所述远端平台可通过网络访问所述车载网络摄像头的视频数 据，对所述自走式喷杆喷雾机的作业环境和作业状态进行监控。
[0012]上述的自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其中，所述VSCU喷雾 控制单元包括喷雾主控制器、五路喷杆分段开关阀、喷雾压力传感器、喷雾流 量传感器和电动调节阀，所述喷雾主控制器为车载控制器，集成有IO端口和 CAN通讯端口，所述喷雾控制器通过所述IO端口控制所述五路喷杆分段开关 阀控制喷杆作业喷幅；并采集所述喷雾压力传感器和所述喷雾流量传感器的信 号，根据车辆行驶速度信号生成控制输出信号驱动所述电动调节阀动作，实时 对喷雾流量进行调节，实现基于作业速度的变量喷雾作业。
[0013]上述的自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其中，所述VCU整车控 制单元包括整车主控制器、喷杆控制阀组、行走控制阀组、轮距控制阀组、启 动及ON档继电器、灯光继电器、行走液压系统压力传感器和行走速度传感器， 所述整车主控制器集成IO端口和至少2路CAN通讯端口，用于采集所述行 走液压系统压力传感器信号和行走速度传感器信号实时监测车辆行走系统状 态，所述整车主控制器所采集的信号均采用标准SAE J1939协议发送到CAN 总线上，同时从所述CAN总线上获取并解析控制输出命令；所述喷杆控制阀 组用于控制喷杆的折叠、展开和升降；所述行走控制阀组用于控制行走柱塞泵 的电比例，实现所述自走式喷杆喷雾机的无极调速控制；所述轮距控制阀组用 于作业轮距的调节；所述启动及ON档继电器用于控制发动机启动机的运转和 发动机ECU的运行，实现发动机点火和熄火；所述灯光继电器用于控制远近 光灯和工作灯。
[0014]上述的自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其中，所述ADCU自动 驾驶控制单元包括自动驾驶主控制器、激光雷达、转向角度传感器和转向电机， 所述自动驾驶主控制器用于接收所述转向角度传感器和激光雷达的信息，对视 域范围内的空间环境进行点云信息识别提取和三维重构建模，获得实时作业环 境地图，识别作物行走行信息，融合高精度导航定位信息和机器姿态信息，并 与预置的高精度作业地图数据进行比对，计算整机相对规划路径的偏离值，演 算目标转向角度和转向速度，控制所述转向电机动作，实现无人对行行走。
[0015]上述的自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其中，所述INS组合惯导 系统内置高精度定位模块、惯性测量单元和INS运算控制单元，所述高精度定 位模块用于获取导航定位信息；所述惯性测量单元用于获取机器姿态信息；所 述INS运算控制单元融合所述导航定位信息和机器姿态信息，并实时输出机器 的姿态、方位、位置和速度数据。
[0016]为了更好地实现上述目的，本专利技术还提供了一种自走式喷杆喷雾机的无人 驾驶控制方法，其中，包括：离线运行模式和在线运行模式；
[0017]所述离线运行模式时，包括如下步骤：
[0018]S101、车载终端从U盘获取GIS作业地图，解析出作业轨迹和作业边界， 发送控制
命令给VCU整车控制单元和ADCU自动驾驶控制单元，驱动自走式 喷杆喷雾机寻找作业起始点；
[0019]S102、当到达作业起始点时自动展开喷杆，VSCU喷雾控制单元开启变 量喷雾作业，ADCU自动驾驶控制单元控制所述自走式喷杆喷雾机沿规划的作 业轨迹行走；
[0020]S103、当所述自走式喷杆喷雾机行走方向实时位置接近作业边界时，VCU 整车控制单元控制所述自走式喷杆喷雾机自动减速，进入预掉头状态；
[0021]S104、到达所述作业边界时，控制所述自走式喷杆喷雾机掉头，所述ADCU 自动驾驶控制单元获取本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其特征在于，用于自走式喷杆喷雾机基于作物行自动对行的无人航迹跟踪和变量喷药控制，所述无人驾驶控制系统包括：车载平台，安装在自走式喷杆喷雾机上，所述车载平台可离线运行或在线运行，进行所述自走式喷杆喷雾机的控制或状态监控，所述车载平台包括无线路由器、车载终端、ADCU自动驾驶控制单元、INS组合惯导系统、发动机ECU单元、VCU整车控制单元、VSCU变量喷雾控制单元和RVMU网络视频监控单元，所述车载终端分别与所述ADCU自动驾驶控制单元、INS组合惯导系统、发动机ECU、VCU整车控制单元、VSCU喷雾控制单元和RVMU网络视频监控单元连接；远端平台，安装有基于GIS组件的远程作业管理系统，通过通信网络与所述车载平台通信，用于生成GIS作业地图、变量喷雾作业管理、农机作业参数设置、农机实时监控与作业轨迹显示、远程启停及作业控制、历史作业数据管理及无线通信处理；以及客户端，用于所述自走式喷杆喷雾机的遥控手动作业控制，并实时接收所述车载平台的网络视频监控信息；其中，所述无线路由器为集成4G/5G网络模块和多个以太网接口的工业级无线路由器，与所述车载终端、所述ADCU自动驾驶控制单元和所述RVMU网络视频监控单元连接，实现本地高速网络通信；同时通过所述4G/5G网络模块对本地数据进行转发，实现与所述远端平台和所述客户端的无线网络交互。2.如权利要求1所述的自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其特征在于，所述远端平台通信交互的作业参数、轨迹点数据和视频监控数据可选择性切换使用，以节约数据流量资源。3.如权利要求1或2所述的自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其特征在于，所述车载终端为嵌入式PC终端，包含CAN总线、以太网和RS232通信接口，用以支持连接不同的控制单元；在线工作时，所述车载终端通过以太网接收并解析来自所述远端平台或所述客户端的命令数据，并通过所述CAN总线分发给所述VSCU喷雾控制单元、所述VCU整车控制单元和所述ADCU自动驾驶控制单元；离线工作时，通过所述车载终端的触摸屏监控车辆状态和设置车辆参数，以U盘导入作业计划并对所述作业计划进行分解，发送相应命令给相关控制单元实现变量喷雾控制、喷杆控制、车速控制、灯光控制、导航定位与轨迹跟踪、作物行对行控制和地头转弯掉头。4.如权利要求3所述的自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其特征在于，所述RVMU远程视频监控单元包括多个车载网络摄像头，所述车载网络摄像头支持H.264和H.265压缩格式，所述远端平台可通过网络访问所述车载网络摄像头的视频数据，对所述自走式喷杆喷雾机的作业环境和作业状态进行监控。5.如权利要求3所述的自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其特征在于，所述VSCU喷雾控制单元包括喷雾主控制器、五路喷杆分段开关阀、喷雾压力传感器、喷雾流量传感器和电动调节阀，所述喷雾主控制器为车载控制器，集成有IO端口和CAN通讯端口，所述喷雾控制器通过所述IO端口控制所述五路喷杆分段开关阀控制喷杆作业喷幅；并采集所述喷雾压力传感器和所述喷雾流量传感器的信号，根据车辆行驶速度信号生成控制输出信号驱动所述电动调节阀动作，实时对喷雾流量进行调节，实现基于作业速度的变量喷雾作业。6.如权利要求3所述的自走式喷杆喷雾机的无人驾驶控制系统，其特征在于，所述VCU
整车控制单元包括整车主控制器、喷杆控制阀组、行走控制阀组、轮距控制阀组、启动及O...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙星，董祥，张铁，杨学军，严荷荣，刘树民，庄腾飞，尚德林，房骏，
申请(专利权)人：中国农业机械化科学研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：