一种用于农业机器人自动循迹的寻垄方法及寻垄机构技术

本发明专利技术公开了一种用于农业机器人自动循迹的寻垄方法及寻垄机构，能够在农业机器人持续向前行进的状态下，通过寻垄机构的两侧触碰杆连续触碰到的障碍物而产生多次的角度变化，通过角度绝对值编码器对每一次的角度变化进行解算，将每一次的角度变化量传递给农业机器人的车辆控制单元，从而对农业机器人的车轮转向进行调节，实现农业机器人行进中的障碍物躲避、路线修正和自动循迹。路线修正和自动循迹。路线修正和自动循迹。

【技术实现步骤摘要】
一种用于农业机器人自动循迹的寻垄方法及寻垄机构


[0001]本专利技术涉及一种用于农业机器人自动循迹的寻垄方法及寻垄机构，属于农业机械


技术介绍

[0002]我国是农业大国，耕地面积广大，近年来我国高标准农田建设持续推进,预计到2022年累计建成10亿亩，到2025年累计建成10.75亿亩，到2030年累计建成12亿亩的高标准农田。高标准农田的特点之一就是播种环节高标准，且地块田垄笔直、行距相等。但是我国耕地总面积18亿亩，田地差异仍然比较大，尤其是田垄不规整的农田仍然较为常见。这对于农业机械以及新兴出现的农业机器人顺利下地作业产生了难度。
[0003]对于有人驾驶的传统农业机械，农田田垄的弯曲可以通过人工调整农机方向来按照田垄行进。但是对于农业机器人来说，目前实现自动循迹的难度仍然较大，并且由于城市和农田的环境差异较大，目前无人驾驶汽车等雷达避障、自动驾驶等成熟技术无法简单套用在农业机器人的田地循迹自动行进上。
[0004]例如现有专利《全地形循迹越障小车》(CN 112319656 A)，设计了一种全地形循迹越障小车，能够自动循迹，全地形翻越，在较高的攀爬地形中仍能具备较好的攀爬性能。
[0005]以上技术方案仅实现了地形适应的循迹，而无法实现左右方向上的循迹，即：遇到车轮或车体左右两侧的障碍物时，无法实现自动识别并绕开的自动操作。只能实现直线前行方向或者人工操控的路线上的攀爬翻越。
[0006]其他的技术方案中，也有采用图像识别、红外光线传感器等方式实现室内特定环境的自动循迹行进的方案，但是对于室外复杂天气、光照环境的环境，目前无人驾驶技术中的自动驾驶技术对环境要求仍然较高，基本仅局限在标准道路上，对于农田行进的自动避障和循迹车辆，目前是依靠卫星导航实现自动定位，按照人工设定的既定路线行进，缺少针对车轮两侧障碍物避障的寻垄机构和修正车辆行进方向的方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种用于农业机器人自动循迹的寻垄方法及寻垄机构，安装在农业机器人上。寻垄机构整体为一个可转动的角度感知和测量装置，角度改变由左右两侧触碰杆的转动体现。当某一侧触碰杆触碰到障碍物时，触碰杆会卡在障碍物上，随着寻垄机构所在的农业机器人整体向前行进，触碰杆最终会滑过障碍物并复原到原来的位置。这一过程的角度变化传给角度绝对值编码器，角度绝对值编码器将角度的变化速率和幅度传递给农业机器人车辆控制单元，车辆控制单元根据得到的角度改变值控制车轮向改变角度的触碰杆的另一侧方向进行转动，转动的幅度对应于触碰杆触碰障碍物所转动的角度，实现车轮的路线修正，停止继续向有障碍物一侧方向前进的趋势，并通过车轮的方向改变，从而远离有障碍物的一侧。
[0008]本专利技术所采用的技术方案为：
[0009]一种用于农业机器人自动循迹的寻垄方法，所述农业机器人包括能够分别独立进行驱动和控制的多个车轮机构以及设置在位于前侧的车轮机构后端、用于获取偏移角度值的寻垄机构，所述寻垄方法包括如下步骤：
[0010]实时地采集寻垄机构的偏移角度值，构建偏移角度值随时间变化曲线；
[0011]对曲线进行局部极值检测，根据是否检测到极值判断是否需要对车轮机构进行偏移校正；
[0012]当判断出需要进行偏移校正时，基于极值所在区间，实时地计算车轮机构所需转向控制值，并将转向控制值实时地分配到车轮机构进行偏移补偿。
[0013]作为本专利技术的一种优选，在构建偏移角度值随时间变化曲线后，对变化曲线进行去噪处理，以获得滑动平均值滤波后的曲线。
[0014]作为本专利技术的一种优选，极值所在区间分为死区范围内和死区范围外，若极值处在死区范围外，则启动转向反馈调节算法控制车轮机构进行转向；若极值处在死区范围内，则启动转向衰落调节算法控制车轮机构进行转向。
[0015]作为本专利技术的一种优选，所述的转向反馈调节算法如下：
[0016]T＝Angle
×
P1，
[0017]其中，T为转向控制值，Angle为偏移角度局部极大值，P1为反馈控制参数。
[0018]作为本专利技术的一种优选，所述的转向衰落调节算法如下：
[0019]先判断T是否大于P2，若T>P2，则T＝T
‑
P2；
[0020]若T≤P2，则判断T是否小于
‑
P2，若T<(
‑
P2)，则T＝T+P2，若T≥(
‑
P2)，则T＝0；
[0021]其中，T为转向控制值，P2为衰落控制参数，且P2>0。
[0022]一种用于农业机器人自动循迹的寻垄机构，包括：
[0023]一角度绝对值编码器，设置在固定件的顶部；
[0024]一转轴，竖直且转动设置在固定件内，与角度绝对值编码器的执行端固定连接；
[0025]一连接件，套设并固定在位于固定件内的转轴上；
[0026]两触碰杆，对称并固定设置在连接件的两端，且两触碰杆的开口朝向车轮行进方向的后侧；
[0027]两张紧弹簧，对称设置在固定件内，且其中一端与连接件后侧面连接，另一端与固定件的后端面连接。
[0028]作为本专利技术的一种优选，所述触碰杆包括固定连杆和伸缩杆，固定连杆固定设置在连接件的端口内并延伸至连接件的外侧，所述伸缩杆的端部与固定连杆的外端部固定连接。
[0029]作为本专利技术的一种优选，该寻垄机构还包括：
[0030]两固定座，设置在固定件的顶部和底部，转轴穿插过两固定座并与固定座转动连接。
[0031]作为本专利技术的一种优选，该寻垄机构还包括：
[0032]两螺纹套筒，竖直且对称设置在固定件的前端两侧。
[0033]本专利技术的有益效果在于：
[0034]本专利技术提供一种用于农业机器人自动循迹的寻垄方法及寻垄机构，能够通过触碰障碍物的表面，转化为车轮的转向，从而避开障碍物，实现自动寻垄，达到自动循迹的效果，
优点如下：
[0035]1、成本低：该寻垄机构没有采用红外传感器、激光雷达、图像识别等复杂设备，直接降低了传统寻垄和避障技术的设计成本；
[0036]2、结构简单、耐用：该寻垄机构的结构简单，没有外露的电子元器件，所涉及的角度绝对值编码器具备防护外壳，张紧弹簧同时具备减震作用，适用于在农田中的泥水、粉尘、水露、杂物较多的复杂环境中；
[0037]3、效果准确：目前现有的红外光感应识别、可见光视觉识别、激光雷达避障等自动驾驶(循迹)和自动避障技术不成熟，原理复杂，对于环境光、画面背景色、障碍物特点等有特定要求，不符合要求的障碍物或路径与环境色彩差异较大的情况往往无法做到精准识别，甚至会产生误识别。尤其是农田环境复杂，田垄等可行进路线更加难以分辨和识别。而本方案采用触碰杆触碰障碍物的直观形式为农业机器人提供循迹参考，效果准确，不会出现误识别的情况。
[0038]4、实用性强：本方案尤其适用于在高杆作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于农业机器人自动循迹的寻垄方法，所述农业机器人包括能够分别独立进行驱动和控制的多个车轮机构以及设置在位于前侧的车轮机构后端、用于获取偏移角度值的寻垄机构，其特征在于，所述寻垄方法包括如下步骤：实时地采集寻垄机构的偏移角度值，构建偏移角度值随时间变化曲线；对曲线进行局部极值检测，根据是否检测到极值判断是否需要对车轮机构进行偏移校正；当判断出需要进行偏移校正时，基于极值所在区间，实时地计算车轮机构所需转向控制值，并将转向控制值实时地分配到车轮机构进行偏移补偿。2.根据权利要求1所述的寻垄方法，其特征在于，在构建偏移角度值随时间变化曲线后，对变化曲线进行去噪处理，以获得滑动平均值滤波后的曲线。3.根据权利要求1所述的寻垄方法，其特征在于，极值所在区间分为死区范围内和死区范围外，若极值处在死区范围外，则启动转向反馈调节算法控制车轮机构进行转向；若极值处在死区范围内，则启动转向衰落调节算法控制车轮机构进行转向。4.根据权利要求3所述的寻垄方法，其特征在于，所述的转向反馈调节算法如下：T＝Angle
×
P1，其中，T为转向控制值，Angle为偏移角度局部极大值，P1为反馈控制参数。5.根据权利要求3所述的寻垄方法，其特征在于，所述的转向衰落调节算法如下：先判断T是否大于P2，若T&am...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈献辉，邢志博，张赫，侯靳凯，李轩，马波，
申请(专利权)人：新疆九御科技有限公司，
类型：发明
国别省市：