一种农机自动驾驶和作业执行的控制系统和方法

技术领域

本发明涉及农机自动驾驶技术领域，尤其涉及一种农机自动驾驶和作业执行的控制系统和方法。

背景技术

在不同的农业作业场景下，农机通常需要在驾驶设备上接入不同的作业设备，以进行不同类型的农业作业。随着人工智能技术的发展，自动驾驶技术已经在农机设备上得到应用，但目前的自动化农机控制系统一般只能适用固定类型农机执行单一类型的农业作业任务，面对多种农业作业的需求时需要多台不同类型的农机参与，每种农机都要开发出一套适配控制系统，这大大提高了设计成本与时间成本，因此需要一种可满足多场景、多种农业作业类型的自动化农机控制系统，使农机适应多种作业设备的接入和进行多种类型的农业作业。

发明内容

本发明的目的在于提供一种农机自动驾驶和作业执行的控制系统和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种农机自动驾驶和作业执行的控制系统，包括农机驾驶机构，作业执行机构，传感器单元，决策控制器和通信单元；所述作业执行机构和所述传感器单元安装于所述农机驾驶机构上，所述农机驾驶机构、所述作业执行机构和所述传感器单元通过所述通信单元与所述决策控制器进行数据传输，以实现农机自动驾驶和作业执行控制。

进一步地，所述农机驾驶机构、所述作业执行机构和所述传感器单元上均设置有驱动板，所述驱动板均与所述通信单元连接。

进一步地，所述决策控制器包括设备管理库和决策控制功能与算法库；所述设备管理库用于提供设备的数据处理方法和控制方法，所述决策控制功能与算法库用于提供感知算法和控制策略，以供所述决策控制器根据作业环境与接入设备匹配出最佳环境感知策略与设备控制策略。

进一步地，还包括摄像单元和雷达单元，所述摄像单元和所述雷达单元与所述决策控制器连接。

进一步地，所述传感器单元包括卫星定位传感器和超声波传感器。

一种农机自动驾驶和作业执行的控制方法，包括如下步骤：

S1.所述决策控制器通过所述通信单元读取所述农机驾驶机构、所述作业执行机构和所述传感器单元的设备数据；

S2.所述决策控制器根据读取的设备数据识别设备类型，并匹配出与设备相对应的最佳环境感知策略和设备控制策略；

S3.所述决策控制器根据所述最佳环境感知策略和设备控制策略组合出自动驾驶和作业执行控制命令；

S4.所述决策控制器通过所述通信单元将所述控制命令发送至所述农机驾驶机构、所述作业执行机构和所述传感器单元，以控制农机进行自动驾驶和作业执行任务。

进一步地，所述步骤S2包括如下步骤：

S21.所述决策控制器根据读取的设备数据识别设备类型；

S22.所述决策控制器根据设备类型，从所述设备管理库获取相对应的设备的数据处理方法和控制方法，并从所述决策控制功能与算法库获取相对应的感知算法和控制策略；

S23.所述决策控制器将获取的设备的数据处理方法和控制方法、感知算法和控制策略组合匹配出与设备相对应的最佳环境感知策略和设备控制策略。

本发明的有益效果在于：本发明的可扩展性和适配性高，可根据接入设备灵活快速匹配组合出最佳环境感知策略和设备控制策略，满足不同的农业作业场景要求，便于适应农机改装，节省使用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中农机自动驾驶和作业执行的控制系统的结构框图。

图2为本发明中农机自动驾驶和作业执行的控制方法的流程图。

图3为本发明中农机自动驾驶和作业执行的控制方法的步骤S2的流程图。

需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如图1至3所示，一种农机自动驾驶和作业执行的控制系统，包括农机驾驶机构，作业执行机构，传感器单元，决策控制器和通信单元；作业执行机构和传感器单元安装于农机驾驶机构上，农机驾驶机构、作业执行机构和传感器单元通过通信单元与决策控制器进行数据传输，以实现农机自动驾驶和作业执行控制。

具体地，由于农机驾驶机构、作业执行机构和传感器单元自身具备不同类型的数据接口和数据协议，农机驾驶机构、作业执行机构和传感器单元通过与通信单元连接进行交互通信，由驱动板连接不同的设备接口，同时将不同的数据协议转化为统一的数据格式，并通过通信单元统一的数据接口与决策控制器进行连接和数据传输，使农机驾驶机构、作业执行机构和传感器单元能方便地与决策控制器进行数据传输和反馈控制，以实现农机自动驾驶和作业执行控制，提高了决策控制器对不同接入设备的适配性。当应对不同的农业作业场景需求时，可以对农机进行改装，在农机驾驶机构上接入不同类型的作业执行机构和传感器单元，利用驱动板的硬件接口适配与数据转化功能实现不同接入设备与决策控制器之间的数据传输和反馈控制，而无需为改造的农机设备提供新的决策控制器，增强控制系统的可扩展性和适应性，便于灵活快速地实现农机的改装和自动化控制，节省成本。一般地，本实施例的通信单元可以采用以太网、CAN、RS485等方式进行连接。本实施例的控制系统适配性高，具有可扩展性，便于农机改装，节省使用成本。

进一步地，农机驾驶机构、作业执行机构和传感器单元上均设置有驱动板，驱动板均与通信单元连接。

具体地，农机驾驶机构、作业执行机构和传感器单元分别与对应的驱动板绑定以进行交互通信，然后驱动板通过通信单元与决策控制器进行数据传输；一方面，驱动板上相应的设备数据经过通信单元以统一格式的通信数据供决策控制器读取，另一方面，决策控制器发送的统一格式的控制命令经过通信单元逐一传输至与设备绑定的驱动板，然后转化为符合相应设备协议的控制命令再传输至接入设备以供执行，从而实现农机自动驾驶和作业执行控制。

进一步地，决策控制器包括设备管理库和决策控制功能与算法库；设备管理库用于提供设备的数据处理方法和控制方法，决策控制功能与算法库用于提供感知算法和控制策略，以供决策控制器根据作业环境与接入设备匹配出最佳环境感知策略与设备控制策略。

具体地，设备管理库包含各类作业执行机构和传感器单元的设备的数据处理方法和控制方法，以应对不同农业作业场景下接入的不同作业执行机构和传感器单元；决策控制功能与算法库包含不同农业作业场景下的感知算法和控制策略，以满足自动驾驶的功能需求。决策控制器根据通信单元传输的农机驾驶机构、作业执行机构和传感器单元数据，利用设备管理库提供的设备的数据处理方法和控制方法和决策控制功能与算法库提供的感知算法和控制策略，匹配组合出最佳环境感知策略与设备控制策略，进而通过通信单元向农机驾驶机构、作业执行机构和传感器单元发送控制命令，实现农机自动驾驶和作业执行控制。

进一步地，还包括摄像单元和雷达单元，摄像单元和雷达单元与决策控制器连接。具体地，摄像单元和雷达单元可直接与决策控制器进行连接，或通过通信单元与决策控制器进行连接，以实现数据传输和反馈控制。

进一步地，传感器单元包括卫星定位传感器和超声波传感器。另外，还可以根据应用场景需要，传感器单元还可以设置速度传感器、倾角传感器等多种传感器，以进一步提高农机的环境感知能力。

一种农机自动驾驶和作业执行的控制方法，包括如下步骤：

S1.决策控制器通过通信单元读取农机驾驶机构、作业执行机构和传感器单元的设备数据；

S2.决策控制器根据读取的设备数据识别设备类型，并匹配出与设备相对应的最佳环境感知策略和设备控制策略；

S3.决策控制器根据最佳环境感知策略和设备控制策略组合出自动驾驶和作业执行控制命令；

S4.决策控制器通过通信单元将控制命令发送至农机驾驶机构、作业执行机构和传感器单元，以控制农机进行自动驾驶和作业执行任务。

本实施例中，农机驾驶机构、作业执行机构和传感器单元通过与通信单元连接进行交互通信，由通信单元将不同的数据协议转化为统一的数据格式并通过统一的数据接口供决策控制器读取设备数据，本数据传输方式解决了农机驾驶机构、作业执行机构和传感器单元自身不同类型的数据接口和数据协议与决策控制器的适配问题；也便于针对不同的农业作业场景需求对农机进行改装时，使改装后的农机快速与决策控制器适配，增强控制系统的可扩展性和适应性，节省使用成本。此外，决策控制器读取的设备数据包括农机驾驶机构、作业执行机构和传感器单元的设备标识号，决策控制器根据设备标识号快速识别出对应的设备类型，并匹配出与设备相对应的最佳环境感知策略和设备控制策略，进而组合出最佳的自动驾驶和作业执行控制命令，控制农机驾驶机构、作业执行机构和传感器单元执行设定任务，实现农机自动驾驶和作业执行控制。本方案可根据接入设备灵活快速匹配组合出最佳环境感知策略和设备控制策略，可扩展性和适配性高，满足不同的农业作业场景要求。

进一步地，步骤S2包括如下步骤：

S21.决策控制器根据读取的设备数据识别设备类型；

S22.决策控制器根据设备类型，从设备管理库获取相对应的设备的数据处理方法和控制方法，并从决策控制功能与算法库获取相对应的感知算法和控制策略；

S23.决策控制器将获取的设备的数据处理方法和控制方法、感知算法和控制策略组合匹配出与设备相对应的最佳环境感知策略和设备控制策略。

本实施例中，设备管理库包含各类作业执行机构和传感器单元的设备的数据处理方法和控制方法，以应对不同农业作业场景下接入的不同作业执行机构和传感器单元；决策控制功能与算法库包含不同农业作业场景下的感知算法和控制策略，以满足自动驾驶的功能需求。决策控制器根据识别到的设备类型，从设备管理库获取匹配的设备的数据处理方法和控制方法和决策控制功能与算法库提供的感知算法和控制策略，匹配组合出最佳的最佳环境感知策略与设备控制策略，进而通过通信单元向农机驾驶机构、作业执行机构和传感器单元发送控制命令，实现农机自动驾驶和作业执行控制。本方案可使决策控制器快速适应农机驾驶机构、作业执行机构和传感器单元，组合出最佳环境感知策略与设备控制策略，进而实现控制系统对农机自动驾驶和作业执行的控制。

对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。