作业车辆路径跟踪控制方法、装置、电子装置和存储介质制造方法及图纸

本申请涉及一种作业车辆路径跟踪控制方法、装置、电子装置和存储介质，该方法包括：作业车辆上线跟踪路径后，开启导航系统；GPS天线确定频率发送离散路径点坐标集S；加载离散目标路径轨迹点，查找距离当前车辆位置最近的离散路径点S

【技术实现步骤摘要】
作业车辆路径跟踪控制方法、装置、电子装置和存储介质


[0001]本申请涉及自动控制领域，特别是涉及一种作业车辆路径跟踪控制方法、装置、电子装置和存储介质。

技术介绍

[0002]农田作业车辆包含了常见的农用车及其他在农田环境工作的特种作业车辆。自动化农田作业车辆有助于缓解人工劳动强度问题，降低投入成本，提高盈利能力。在过去的二十年里，农田作业车辆的自动导航取得了重大进展。农田作业车辆的最终目标是开发用于农田作业的自动驾驶汽车或田间机器人。
[0003]目前，农田环境GPS信号不稳定的背景受限于基站数量、位置和外界环境因素的干扰，在以偏远郊外的农田、农场等场地作为作业环境的背景下，农田作业车辆的GPS信号获取的稳定性相较一般的城市用车更差，采用厘米级别的GPS天线设备、将天线设备固定安装于农田作业车辆的车顶无遮蔽位置，能较好提高GPS信号精度，但由于环境扰动等采集的受噪声干扰的数据点会严重影响路径跟踪的精确性和稳定性。
[0004]农田作业车辆因其作业需要，大都需要遍历行走整片田块，例如种植、耕作、喷洒和收割和采样等作业，都要求农田作业车辆在均匀间隔的路径上行驶，这就导致在相关环境下工作的农田作业无人车的路径跟踪过程中，主要以直线和田头处的调头转弯为主，跟踪的路径曲率变化范围大，变化幅度大，现有技术中的基于运动学的前馈控制难以兼顾跟踪控制的精度和稳定性。
[0005]针对现有技术中存在的作业车辆的跟踪控制的精确性和稳定性不高的问题，目前还没有提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0006]在本实施例中提供了一种作业车辆路径跟踪控制方法、装置、电子装置和存储介质，以解决现有技术中存在的作业车辆的跟踪控制的精确性和稳定性不高的问题。
[0007]第一个方面，在本实施例中提供了一种作业车辆路径跟踪控制方法，所述方法包括：
[0008]作业车辆上线跟踪路径后，开启导航系统；
[0009]GPS天线确定频率发送离散路径点坐标集S；
[0010]加载离散目标路径轨迹点，查找距离当前车辆位置最近的离散路径点S
i
；其中，S
i
为坐标集S内的任意点；
[0011]对离散路径点S
i
附近点集进行滤波处理；
[0012]求滤波处理后的路径点处的路径曲率；
[0013]旋转和平移车辆局部坐标系；
[0014]根据车辆行驶轨迹和车辆状态空间模型估算当前车轮转角；
[0015]根据路径曲率，对作业车辆路径进行跟踪控制。
[0016]在其中的一些实施例中，所述根据路径曲率，对作业车辆路径进行跟踪控制包括：
[0017]当路径曲率小于0.1时，利用基于横向偏差的纯追踪模型对所述作业车辆路径进行跟踪控制。
[0018]在其中的一些实施例中，所述根据路径曲率，对作业车辆路径进行跟踪控制包括：
[0019]当路径曲率大于或等于0.1时，利用基于航向角反馈控制模型对所述作业车辆路径进行跟踪控制。
[0020]在其中的一些实施例中，所述作业车辆为前后轴轮式车辆。
[0021]在其中的一些实施例中，所述方法还包括：车辆在路径跟踪时，查找要跟踪的下一路径轨迹点，选择距离车身位置最近的路点作为目标路点，在每一个路径轨迹点跟踪过程中，不断更新车辆位置坐标，并不断抛弃已跟踪的路径轨迹点，计算下一个距离车身位置最近的路点作为目标轨迹点。
[0022]在其中的一些实施例中，所述对离散路径点S
i
附近点集进行滤波处理包括：
[0023]利用卡尔曼滤波算法对离散路径点S
i
附近点集进行滤波处理。
[0024]在其中的一些实施例中，所述求滤波处理后的路径点处的路径曲率包括：
[0025]利用最小二乘法求卡尔曼滤波处理后的路径点处的路径曲率。
[0026]第二个方面，在本实施例中提供了一种作业车辆路径跟踪控制装置，所述装置包括：
[0027]开启模块，用于作业车辆上线跟踪路径后，开启导航系统；
[0028]发送模块，用于GPS天线确定频率发送离散路径点坐标集S；
[0029]加载模块，用于加载离散目标路径轨迹点，查找距离当前车辆位置最近的离散路径点S
i
；其中，S
i
为坐标集S内的任意点；
[0030]滤波模块，用于对离散路径点S
i
附近点集进行滤波处理；
[0031]计算模块，用于求滤波处理后的路径点处的路径曲率；
[0032]坐标转换模块，用于旋转和平移车辆局部坐标系；
[0033]估算模块，用于根据车辆行驶轨迹和车辆状态空间模型估算当前车轮转角；
[0034]跟踪模块，用于根据路径曲率，对作业车辆路径进行跟踪控制。
[0035]第三个方面，在本实施例中提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行第一个方面所述的作业车辆路径跟踪控制方法。
[0036]第四个方面，在本实施例中提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一个方面所述的作业车辆路径跟踪控制方法的步骤。
[0037]与现有技术相比，在本实施例中提供的一种作业车辆路径跟踪控制方法、装置、电子装置和存储介质，该方法适用于常见的轮式农田作业用车，模型简单可靠，该基于解决跟踪路径曲率变化范围大的路径跟踪方法广泛适用于常见的农田作业时的跟踪路径，可以在改善农田环境GPS信号不稳定而导致的误差的同时，改善单一的传统路径跟踪控制方法难以在农田作业车的路径跟踪环境兼顾跟踪精度和跟踪控制稳定性的问题。
[0038]本申请的原理是：本专利技术利用卡尔曼滤波处理离散的GPS数据，过滤掉因环境噪音和GPS天线信号瞬时异常等外界因素导致的杂乱数据，再用最小二乘法对GPS数据进行曲线
拟合，求出实时的跟踪路径的曲率，使用基于横向误差的纯追踪模型和加入基于航向误差权重控制的方法对不同曲率范围的路径跟踪，解决了农田作业车因天线信号等因素造成的路径跟踪误差问题和农田作业车因行驶路径曲率变化范围大而导致的控制效果稳定性不足的问题。
[0039]总的说来，本专利技术具有如下优点：
[0040]1.利用卡尔曼滤波对跟踪路径轨迹的GPS数据预处理，消除掉噪声量，改善了农田作业车因天线信号等因素造成的路径跟踪误差问题，提高了跟踪精度。
[0041]2.通过车辆局部坐标系旋转和平移，保证了车辆在利用所属的路径跟踪控制模型时，跟踪效果精确，根据车辆行驶轨迹和车辆状态空间模型估算当前车轮转角，解决了车轮初始转角难以确认的问题；
[0042]3.利用最小二乘法求卡尔曼滤波处理后的路径点S
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处的路径曲率ρ
i
，使用基于横向误差的纯追踪模型和加入基于航向误差权重控制的方法对不同曲率范围的路径跟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种作业车辆路径跟踪控制方法，其特征在于，所述方法包括：作业车辆上线跟踪路径后，开启导航系统；GPS天线确定频率发送离散路径点坐标集S；加载离散目标路径轨迹点，查找距离当前车辆位置最近的离散路径点S
i
；其中，S
i
为坐标集S内的任意点；对离散路径点S
i
附近点集进行滤波处理；求滤波处理后的路径点处的路径曲率；旋转和平移车辆局部坐标系；根据车辆行驶轨迹和车辆状态空间模型估算当前车轮转角；根据路径曲率，对作业车辆路径进行跟踪控制。2.根据权利要求1所述的作业车辆路径跟踪控制方法，其特征在于，所述根据路径曲率，对作业车辆路径进行跟踪控制包括：当路径曲率小于0.1时，利用基于横向偏差的纯追踪模型对所述作业车辆路径进行跟踪控制。3.根据权利要求1所述的作业车辆路径跟踪控制方法，其特征在于，所述根据路径曲率，对作业车辆路径进行跟踪控制包括：当路径曲率大于或等于0.1时，利用基于航向角反馈控制模型对所述作业车辆路径进行跟踪控制。4.根据权利要求1所述的作业车辆路径跟踪控制方法，其特征在于，所述作业车辆为前后轴轮式车辆。5.根据权利要求1所述的作业车辆路径跟踪控制方法，其特征在于，所述方法还包括：车辆在路径跟踪时，查找要跟踪的下一路径轨迹点，选择距离车身位置最近的路点作为目标路点，在每一个路径轨迹点跟踪过程中，不断更新车辆位置坐标，并不断抛弃已跟踪的路径轨迹点，计算下一个距离车身位置最近的路点作为目标轨迹点。6.根据权利要求1所述的作业车辆路径...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵祚喜，项波瑞，张清河，杨厚城，罗舒元，曹阳阳，林旭，黄渊，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：