【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无人驾驶采棉机控制，特别是涉及一种用于无人驾驶采棉机的触视融合式动态实际前向轨迹线生成方法。
技术介绍
1、无人驾驶采棉机是近年来农业领域的一项重要技术创新。传统的棉花采摘过程通常需要大量的人工劳动，费时费力且成本高昂。而无人驾驶采棉机的出现，可以实现自动化的棉花采摘，提高采摘效率和质量，降低人力成本。在无人驾驶采棉机的设计中，机器能否对准行垄采摘是一项关键技术。轨迹线定义了机器在控制过程中在未来一段时间内将会运动的路径，直接可视化显示了机器的移动精度和采摘对行效果，有十分重要的意义。但是传统的动态轨迹线生成往往用于倒车避免碰撞，用于农机和前向实时动态轨迹生成较少，且无法适应棉花田地形和复杂环境的需求，在实际中容易出现偏差和误差。
2、过去，一些传统方法使用硬件处理技术来实现倒车影像动态实际倒车轨迹线生成。例如，文献(陈烁华,冯桑.倒车辅助系统的技术发展[j].城市车辆,2009(10):36-38.)介绍第五代倒车辅助技术，其在第四代基础上，整合了倒车轨迹的合成显示。它主要通过摄像头不断拍摄车后情况，然后将图像传送回主机。在微处理器收到图像信号、转向角信号、车身转角信号、车速信号后，进行了一系列复杂的倒车轨迹和距离的测算，最后在屏幕上以车辆后方区域和驻车引导线合成图像的方式来提示驾驶员操纵方向盘。文献(李玉玉.一种动态倒车轨迹线的实现方式[j].汽车与驾驶维修(维修版),2018(06):165-166.)所述动态倒车轨迹线硬件系统由：图像采集模块、控制模块、电源模块、控制逻辑模块组成。将预存在fla
3、近年来，以计算机视觉技术为基础倒车辅助技术的被众多学者广泛研究。例如，文献(张啸尘.基于计算机视觉的车位检测与倒车辅助算法的研究与实现[d].东北大学,2014.)使用边缘检测算法检测车位线轮廓，提取出所需的车位线信息，利用张正友的三维映射算法，实现了理论倒车轨迹的绘制，在图像绘制出了安全的理论倒车线和实际倒车线。驾驶员通过倒车时实际倒车轨迹与理论倒车轨迹的对比，可以顺利的实现倒车。文献(仇小刚.基于机器视觉的智能倒车辅助系统研究[d].东北大学,2017.)中针对获取停车位信息、规划倒车路径、检测车辆后方障碍物三大问题，使用改进的霍夫直线检测算法检测车位线并匹配车位，提出了一种适用于任何情况的垂直倒车路径规划算法。结果表明停车位检测算法、倒车路径规划算法、障碍物检测算法均取得了较好的效果，并且在不同环境下都具有较好的鲁棒性。i.e.paromtchik等人在文章(i.e.paromtchik,i.e.paromtchik.motiongeneration and control for parking an autonomous vehicle[j],proceeding of theieee international conference on robotics and automation,1996,4(3):117-312.)事先检测出车位大小，随后根据车位纵向长度和车辆距离车位左上角的横向距离确定初始倒车位置，再根据生成的速度和转角生成倒车轨迹线。在文献(chen c,wu b,xuan l,etal.a trajectory planning method for autonomous valet parking via solving anoptimal control problem[j].sensors,2020,20(22):6435.)其提出一种轨迹规划的方法，通过求解最优控制问题停车轨迹，能有效地解决停车轨迹规划问题。虽然以机器视觉技术为基础的倒车线轨迹生成算法发展潜力巨大，但是往往过于复杂，且使用感知信息单一，未能充分利用多传感器获取更全面和准确的场景信息。
4、实际上，采棉机中使用触觉传感器是一种常见的感知方式。触觉传感器通常会安装在采摘装置的末端，通过接触棉花表面，检测到触觉信号并传递给控制系统，可以和相机一起感知到棉花的存在和位置，从而结合车轮转角形成前向轨迹线。生成的前向轨迹线可以直观的反映修正方向盘后的轨迹，更有利于人直接判断修正效果的好坏，可以起到预测轨迹作用，一定程度避免棉花碾压。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有技术中存在硬件生成辅助轨迹受硬件依赖，未充分利用触觉传感器，及前向辅助轨迹线应用农机上实时动态轨迹生成较少的问题，而提供用于无人驾驶采棉机的触视融合式动态实际前向轨迹线生成方法。
2、为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：
3、一种用于无人驾驶采棉机的触视融合式动态实际前向轨迹线生成方法，包括以下步骤：
4、步骤1，以采棉过程中监测的采头的触觉传感器电信号为输入，判断出采棉机相对棉花垄线偏转的方向和横向偏移量，输出修正的车轮转角；
5、步骤2，将步骤1得到的修正的车轮转角作为输入，生成实时的前轴内外侧轮前进轨迹线；
6、步骤3，相机标定后，使用三维映射算法实现前轴内外侧轮的前向轨迹线绘制。
7、在上述技术方案中，所述步骤1中，车轮转角v为触觉传感器反馈电压，kp和ki为控制系数，v0为初始时刻测得的传感器电压。
8、在上述技术方案中，所述步骤2中，前轴内侧轮的轨迹为：
9、l为前后轮轴距，w为前轮轴长，d为前轮距离车头的距离，x、z为世界坐标系xoz下的坐标轴。
10、在上述技术方案中，所述步骤2中，前轴外侧轮的轨迹为：
11、l为前后轮轴距，w为前轮轴长，d为前轮距离车头的距离，x、z为世界坐标系xoz下的坐标轴。
12、在上述技术方案中，所述步骤3中，前向轨迹线的绘制过程是三维转二维的过程，投影变换为：其中：k为相机的内参，r为相机的外参，t为平移向量，u和v为像素横纵坐标，xc和zc分别为车辆坐标系下轨迹坐标，xc为步骤2求得的x，zc步骤2求得的z。
13、在上述技术方案中，所述步骤3中，
14、
15、
16、其中，fx，fy，u0，v0是线性模型内部参数，fx，fy分别是u,v轴的有效焦距，u0，v0表示图像主点。α为相机坐标系x轴旋转角度。
17、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
18、本专利技术的触觉传感器会修正垄线，输出的是修正的车轮转角，采棉机前进轨迹线显示也是输入实时车轮转角，输出的是根据打方向后的前进轨迹，二者结合触觉传感器+前进轨迹线显示。用于直观显示路线，验证触觉传感器修正是否正确，直观显示在未来某时刻是否会压棉花地。更有利于人直接判断修正效果的好坏，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于无人驾驶采棉机的触视融合式动态实际前向轨迹线生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的用于无人驾驶采棉机的触视融合式动态实际前向轨迹线生成方法，其特征在于，所述步骤1中，车轮转角V为触觉传感器反馈电压，kP和ki为控制系数，V0为初始时刻测得的传感器电压。
3.如权利要求1所述的用于无人驾驶采棉机的触视融合式动态实际前向轨迹线生成方法，其特征在于，所述步骤2中，前轴内侧轮的轨迹为：
4.如权利要求1所述的用于无人驾驶采棉机的触视融合式动态实际前向轨迹线生成方法，其特征在于，所述步骤2中，前轴外侧轮的轨迹为：
5.如权利要求1所述的用于无人驾驶采棉机的触视融合式动态实际前向轨迹线生成方法，其特征在于，所述步骤3中，前向轨迹线的绘制过程是三维转二维的过程，投影变换为：其中：K为相机的内参，R为相机的外参，t为平移向量，u和v为像素横纵坐标，xC和zC分别为车辆坐标系下轨迹坐标，xC为步骤2求得的X，zC步骤2求得的Z。
6.如权利要求5所述的用于无人驾驶采棉机的触视融合式动态实际前向轨迹线生成方法，
...【技术特征摘要】
1.用于无人驾驶采棉机的触视融合式动态实际前向轨迹线生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的用于无人驾驶采棉机的触视融合式动态实际前向轨迹线生成方法，其特征在于，所述步骤1中，车轮转角v为触觉传感器反馈电压，kp和ki为控制系数，v0为初始时刻测得的传感器电压。
3.如权利要求1所述的用于无人驾驶采棉机的触视融合式动态实际前向轨迹线生成方法，其特征在于，所述步骤2中，前轴内侧轮的轨迹为：
4.如权利要求1所述的用于无人驾驶采棉机的触视融合式动态实际前...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋康，刘志强，张连会，贾岚博，谢辉，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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