【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及农机装备，具体而言，尤其涉及一种基于q-learning路径规划的智能自动驾驶电传动拖拉机。
技术介绍
1、随着国家节能环保意识的提高和农业规模化产业化的需求，农机装备正朝着电动化、网联化和智能化的方向加速发展，大型化大功率农机得到越来越广泛的应用，市场前景广阔。而q-learning路径规划是基于现代信息技术和先进农机设备的综合应用，旨在通过智能算法和传感器技术，实现农机在农田中的精确定位、路径规划和农业作业自动控制，实现无人化。而电传动系统能够解决机械传动系统操作复杂，高维护、高耗能等缺点。
2、目前，内燃拖拉机主要由机械式传动系统和液压传动系统两种。机械式传动系统主要由手动变速传动、电控机械式自动变速传动、动力换挡变速传动、无极变速传动系统四种方式。液压传动系统是源于工程流体力学的帕斯卡原理。根据液面平衡、压强相等原理，得出物体的质量。液压传动中由液压泵、液压油、液压缸、各种液压阀、液压马达、管道和蓄能器和液压油组成的液压系统。
3、对于传统拖拉机而言，拖拉机无法实现走行部件和工作部件的解耦，柴油机不能一直工作在最佳效率区，传动损耗较大，效率低。
4、对于操作人员而言，拖拉机绝大多数驾驶操作通常需要人工执行，作业过程重复单调。尤其在对大面积农田进行作业时驾驶员容易产生疲劳从而导致作业效率低下、作业质量不符合标准要求，所得到的作业质量不具有持久性和一致性。有时甚至发生严重的安全事故，威胁到驾驶员和农业装备的安全。另外驾驶员通常根据以往经验，对作业路径、农资调配等进行决策。这些
技术实现思路
1、根据上述提出的技术问题，提供一种基于q-learning路径规划的智能自动驾驶电传动拖拉机，使驾驶员从繁重的工作中解放出来，减少疲劳，提高生产效率和操纵安全性。
2、本专利技术采用的技术手段如下：
3、一种基于q-learning路径规划的智能自动驾驶电传动拖拉机，包括：无人驾驶单元和电传动单元，其中：
4、所述无人驾驶单元，通过传感器测量当前车辆和周围环境信息，经过can总线传输给计算单元，计算单元根据得到的信息进行规划决策，并给执行机构下达合适的命令，执行机构根据命令执行相关动作后实现无人驾驶；
5、所述电传动单元，当系统启动时，dc－dc变流器工作在升压模式，为牵引变流器供电；当三相异步发电机开始发电时，dc－dc变流器工作在降压模式，对外提供一个dc 24v，5kw的直流控制电源，为控制系统供电，同时为蓄电池充电。
6、进一步地，所述无人驾驶单元包括集成到计算单元运行的环境感知系统、定位导航系统、路径规划系统、纵向控制系统、横向控制系统以及辅助控制系统，其中：
7、计算单元通过can网络与环境感知系统、定位导航系统、路径规划系统、纵向控制系统、横向控制系统以及辅助控制系统的硬件实现信息交互；
8、通过ros系统实现环境感知系统、定位导航系统、路径规划系统、纵向控制系统、横向控制系统以及辅助控制系统在软件层的信息交互。
9、进一步地，所述环境感知系统采用双目摄像头作为环境感知设备，双目摄像头用于采集图片信息，并根据视觉差估计目标的深度。
10、进一步地，所述定位导航系统采用卫星定位和惯性导航定位结合的定位方式。
11、进一步地，所述路径规划系统采用q-learning算法，通过智能体和环境交互的结果来优化智能体的决策，包括：
12、r(s，a)是智能体在某一时刻的s状态下，通过执行a动作时，环境给智能体的即时奖励；智能体通过执行一系列动作，从初始状态到达目标状态，环境会针对每次动作做出评估，q-learning使奖励的和最大化来选择最优的动作序列。
13、进一步地，所述通过智能体和环境交互的结果来优化智能体的决策，具体包括：
14、通过调整转弯路径的类型以优化农机全局路径规划，同时，转弯路径的类型是根据相邻(前后连接的)两条直线路径的距离和转弯半径的关系决定的，因此拖拉机当前的直线路径看做当前的状态sc，下一条直线路径的选择是一个动作ac，选定的下一条直线路径是下一个时刻的状态sn，因此q-learning算法需要优化的q值函数为：
15、q(sc，a′c)＝q(si，a′l)+γ*max(r(sc,f(sc，δ)))
16、其中，q(sc，a′c)是基于状态sc和动作a′c的q值，a′c是该步的奖励最大对应的动作；sl和a′l分别是上一步迭代的状态和奖励最大对应的动作；γ是折扣因子，0＜γ＜1；r(sc，sn)是从状态sc到sn的奖励，f(sc，δ)表示基于状态sc和在状态sc时可选的动作集合δ的下一步可能的状态集合，即：
17、
18、其中，是第一个可选的动作，m是可选动作的数量；
19、针对农机路径优化的问题，奖励函数设为：
20、
21、其中，d(sc，sn)是从状态(即直线路径)sc到状态sn的转弯路径的长度；l是加权系数，可以选择最长的转弯路径或直线路径的长度，使前后两项在同一个数量级；f(sn)是一个状态量，用于记录该直线路径是否已经被连接，如果直线路径sn已经被连接，则将其设为0，否则设为1，即：
22、
23、进一步地，所述纵向控制系统包括油门机构和制动机构，分别用于实现油门控制和制动控制。
24、进一步地，所述横向控制系统包括转向机构，用于实现转向控制。
25、进一步地，所述辅助控制系统包括人工接管系统和紧急制动机制，通过紧急制动按钮实现人工接管。
26、进一步地，所述电传动单元包括柴油机、牵引变流器、三相异步电动机、三相异步发电机、触控显示屏及总线控制器，其中：
27、牵引变流器内部主要包括发电机侧变流器、电动机侧变流器和dc－dc变流器；发电机侧变流器和电动机侧变流器结构相同，主电路均采用两只igbt并联形式，dc－dc变流器通过升降压控制，能量双向流动；牵引变流器内部还集成了总线控制器。
28、较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
29、1、本专利技术提供的基于q-learning路径规划的智能自动驾驶电传动拖拉机，使驾驶员从繁重的工作中解放出来，减少疲劳，提高生产效率和操纵安全性，对我国农业车辆的智能化、农业生产精细化有着重大促进作用。
30、2、本专利技术提供的基于q-learning路径规划的智能自动驾驶电传动拖拉机，将电传动系统应用于拖拉机，可有效节省燃油，对于节能减排、降低环境污染具有重要意义。
31、3、本专利技术提供的基于q-learning路径规划的智能自动驾驶电传动拖拉机，极大地提高了拖拉机行走和驱动农机具的灵活性，对拖拉机功能进行充分拓展，避免重复性投入，有效节约了生产成本，提高了拖拉机的使用效率。
32、4、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于Q-learning路径规划的智能自动驾驶电传动拖拉机，其特征在于，包括：无人驾驶单元和电传动单元，其中：
2.根据权利要求1所述的基于Q-learning路径规划的智能自动驾驶电传动拖拉机，其特征在于，所述无人驾驶单元包括集成到计算单元运行的环境感知系统、定位导航系统、路径规划系统、纵向控制系统、横向控制系统以及辅助控制系统，其中：
3.根据权利要求2所述的基于Q-learning路径规划的智能自动驾驶电传动拖拉机，其特征在于，所述环境感知系统采用双目摄像头作为环境感知设备，双目摄像头用于采集图片信息，并根据视觉差估计目标的深度。
4.根据权利要求2所述的基于Q-learning路径规划的智能自动驾驶电传动拖拉机，其特征在于，所述定位导航系统采用卫星定位和惯性导航定位结合的定位方式。
5.根据权利要求2所述的基于Q-learning路径规划的智能自动驾驶电传动拖拉机，其特征在于，所述路径规划系统采用Q-learning算法，通过智能体和环境交互的结果来优化智能体的决策，包括：
6.根据权利要求5所述的基于Q
7.根据权利要求2所述的基于Q-learning路径规划的智能自动驾驶电传动拖拉机，其特征在于，所述纵向控制系统包括油门机构和制动机构，分别用于实现油门控制和制动控制。
8.根据权利要求2所述的基于Q-learning路径规划的智能自动驾驶电传动拖拉机，其特征在于，所述横向控制系统包括转向机构，用于实现转向控制。
9.根据权利要求2所述的基于Q-learning路径规划的智能自动驾驶电传动拖拉机，其特征在于，所述辅助控制系统包括人工接管系统和紧急制动机制，通过紧急制动按钮实现人工接管。
10.根据权利要求1所述的基于Q-learning路径规划的智能自动驾驶电传动拖拉机，其特征在于，所述电传动单元包括柴油机、牵引变流器、三相异步电动机、三相异步发电机、触控显示屏及总线控制器，其中：
...【技术特征摘要】
1.一种基于q-learning路径规划的智能自动驾驶电传动拖拉机，其特征在于，包括：无人驾驶单元和电传动单元，其中：
2.根据权利要求1所述的基于q-learning路径规划的智能自动驾驶电传动拖拉机，其特征在于，所述无人驾驶单元包括集成到计算单元运行的环境感知系统、定位导航系统、路径规划系统、纵向控制系统、横向控制系统以及辅助控制系统，其中：
3.根据权利要求2所述的基于q-learning路径规划的智能自动驾驶电传动拖拉机，其特征在于，所述环境感知系统采用双目摄像头作为环境感知设备，双目摄像头用于采集图片信息，并根据视觉差估计目标的深度。
4.根据权利要求2所述的基于q-learning路径规划的智能自动驾驶电传动拖拉机，其特征在于，所述定位导航系统采用卫星定位和惯性导航定位结合的定位方式。
5.根据权利要求2所述的基于q-learning路径规划的智能自动驾驶电传动拖拉机，其特征在于，所述路径规划系统采用q-learning算法，通过智能体和环境交互的结果来优化...
【专利技术属性】
技术研发人员：王伟譞，于炳海，韩红彬，矫德余，陈铁年，黄凯，刘佳伟，
申请(专利权)人：中车大连电力牵引研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
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