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专利号: 2019101693594
申请人: 山东交通学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 农业;林业;畜牧业;狩猎;诱捕;捕鱼
更新日期:2025-09-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种果园智能自行走式喷雾系统的控制方法,果园智能自行走式喷雾系统包括喷雾车(1)、定位基站(2)、手持监控终端(3)和行车控制器(4),喷雾车用于对果树喷药或喷洒叶面肥,定位基站设置于果园的中心位置处,行车控制器设置于喷雾车上;所述行车控制器由微控制器及与其相连接的电源转换电路、电磁阀驱动器、油门控制器、差分GPS接收器、惯性测量单元IMU、显示屏、无线通信电路和车轮角度检测器组成,微控制器经差分GPS接收器获取定位基站的位置信号,以确定喷雾车的位置坐标,经惯性测量单元IMU获取喷雾车的速度、加速度信息,经车轮角度检测器获取喷雾车的转向角,经电磁阀驱动器、油门控制器分别对喷雾车的行驶方向、车速进行控制;微控制器经无线通信电路与云端服务器(5)和手持监控终端相通信;

所述微控制器连接有避碰传感器和液位传感器,微控制器经避碰传感器实现行驶路径上障碍物的检测,经液位传感器检测喷雾车中药液或肥液的液位高度;

其特征在于,果园智能自行走式喷雾系统的控制方法,通过以下步骤来实现:

a).测绘作业点,人工驾驶喷雾车或利用路径规划工具,对喷雾车行驶路径上关键作业点的坐标信息进行标记,关键作业点包括:作业起点、作业终点、转弯点、中间点以及避让点;在直线路径中,只需测绘行驶路径的作业起点、作业终点和转弯点即可,如果行驶路径不是直线,则在弯道处增加中间点;如果作业区域内有深井或电线杆的障碍物,则在相应位置上标记为避让点;

b).路径规划,将采集的关键作业点信息发送至手持监控终端上,操作人员在手持监控终端上规划喷雾车的行驶路径,并将规划的行驶路径显示出来,同时对路径上不喷雾的路段进行设置;如需在中途进行加液,则在路径的规划过程中根据加液点的位置,增加加液脱离点、加液返回点以及加液量;

c).自动驾驶和喷雾,手持监控终端将规划的行驶路径发送至行车控制器,行车控制器控制喷雾车按规划路径自动行驶,并同时进行喷药或喷洒叶面肥;如果喷雾车在行驶过程中遇到障碍物,会根据障碍物距离发出提醒信号,当小于安全距离时,自动停车并向手持监控终端发出提醒信息;

d).自动加药作业,在喷雾车对果树自动喷药或喷洒叶面肥的过程中,如果喷雾车运行至加液脱离点,则喷雾车从加液脱离点离开,运行至加液点进行添加药液,当添加的药液量达到要求时,则运行至加液返回点,继续进行喷药或喷洒叶面肥作业;

e).人工干预,在作业完成、障碍物长期存在或遇到其他特殊情况而导致喷雾车停车时,则向手持监控终端发出报警信息,以请求人工干预喷雾车的作业。

2.根据权利要求1所述的果园智能自行走式喷雾系统的控制方法,其特征在于:

步骤a)所述的测绘作业点过程中,如采用人工驾驶喷雾车的方式进行,则根据车辆姿态、GPS天线高度对差分GPS接收器输出的定位信息进行校准,解算出喷雾车重心的定位坐标;设路径中i点的经纬度坐标为(Bi,Li,Hi),将其转换为高斯坐标系下投影坐标为(Xi,Yi);

步骤b)所述的路径规划过程中,根据测绘出的作业起点、作业终点、转弯点、中间点,将喷雾车的行驶路径规划为多个直线路段的集合;设高斯坐标系下某个直线段的起始点坐标为(X0,Y0),目标点为(X1,Y1);设在该直线路段中,喷雾车的行驶轨迹方程为:Ax+By+C=0,则行驶轨迹方程的各参数通过以下公式求取:步骤c)所述的自动驾驶和喷雾通过以下步骤来实现:

c‑1).实时采集坐标信息,在喷雾车沿着规划路径行驶的过程中,根据差分GPS接收器的定位信息和惯性测量单元IMU输出的车辆姿态信息进行计算,将定位信息转化为喷雾车重心的定位坐标;

c‑2).高斯投影转化,对喷雾车重心的定位坐标按高斯投影正算公式,转换为高斯平面坐标,设在起始点坐标为(X0,Y0)、目标点为(X1,Y1)的直线路段中,所采集的i点的坐标为:(xi,yi);

c‑3).计算轨迹偏差,根据规划的路径方程,计算喷雾车真实位置与理论位置的轨迹偏差,其轨迹误差的大小为:c‑4).转向角度控制,根据步骤c‑3)求取的轨迹误差,通过公式(3)求出喷雾车的转向角度θ(N):其中,θd为预先设定值,P、I、D分别为PID控制器的比例、微分、积分参数,Ierr(N)为积分项,N‑1表示上一次计算,N表示当前计算;

根据求取的转向角度θ(N)作为当前喷雾车的转向角度,来对喷雾车的行驶方向进行控制;

c‑5).行驶速度,根据差分GPS接收器输出的行驶速度和给定速度,计算出喷雾车的油门给定,实现行驶速度控制。