本發(fā)明涉及智能機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大型智能割草機(jī)器人p-d型路徑規(guī)劃算法。

背景技術(shù)：

割草機(jī)器人的運(yùn)行路徑要實(shí)現(xiàn)基本區(qū)域全覆蓋的規(guī)劃方法主要有隨機(jī)式規(guī)劃、內(nèi)向螺旋式規(guī)劃和迂回式規(guī)劃，其中迂回式規(guī)劃是指割草機(jī)器人沿規(guī)劃處的路徑以直線方式行走，至草坪邊界后掉頭，然后沿反方向直線運(yùn)行，如此反復(fù)迂回，直到整個(gè)區(qū)域被覆蓋，其路徑規(guī)劃如圖1所示，具有路徑形式統(tǒng)一、簡(jiǎn)單，割草機(jī)器人運(yùn)動(dòng)易于控制，且能量消耗最少等特點(diǎn)，故對(duì)割草機(jī)器人來(lái)說(shuō)迂回式規(guī)劃是最優(yōu)的路徑規(guī)劃方法；但是，對(duì)于大型草坪作業(yè)的智能割草機(jī)器人，其存在最小轉(zhuǎn)彎半徑，當(dāng)最小轉(zhuǎn)彎半徑大于割臺(tái)寬度的一半時(shí)，按照迂回式路徑規(guī)劃法必導(dǎo)致其在轉(zhuǎn)向區(qū)易出現(xiàn)漏割。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種大型智能割草機(jī)器人p-d型路徑規(guī)劃算法，以解決上述背景技術(shù)中的缺點(diǎn)。

本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種大型智能割草機(jī)器人p-d型路徑規(guī)劃算法，具體步驟如下：

首先，根據(jù)待割草區(qū)域的幾何尺寸、割草機(jī)器人性能指標(biāo)與割草覆蓋率要求，設(shè)置與鄰近路徑相切的大圓半徑r1、與鄰近路徑相切的小圓半徑r2和鄰近路徑車體中心線間距w尺寸，尺寸參數(shù)設(shè)置過(guò)程遵循如下原則：

1)為了降低控制難度，增大割草覆蓋率，選擇小圓半徑r2為割草機(jī)器人的最小轉(zhuǎn)彎半徑rmin；

2)為保證兩次鄰近路徑之間無(wú)漏割，鄰近路徑車體中心線間距w小于割草機(jī)器人的割臺(tái)割幅(d)，并定義參數(shù)σ＝d-w為鄰近路徑裕度；

其次，建立識(shí)別窗口的固定參考坐標(biāo)系o′—x′y′，在結(jié)合待割草區(qū)域的地平面坐標(biāo)系o—xy，完成固定參考坐標(biāo)系o′—x′y′與待割草區(qū)域的地平面坐標(biāo)系o—xy之間的坐標(biāo)變換；

γ為識(shí)別窗口的固定參考坐標(biāo)系o′—x′y′的方位角，由坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換公式可得：

而后，將待割草區(qū)域的地平面劃分為左待割區(qū)與右待割區(qū)，智能割草機(jī)器人從左待割區(qū)最左端進(jìn)入后按照左待割區(qū)路徑運(yùn)行，直至運(yùn)行到工作區(qū)域右端的左待割區(qū)與右待割區(qū)交界處，在按右待割區(qū)路徑運(yùn)行；左待割區(qū)路徑與右待割區(qū)路徑采取直線路徑和標(biāo)準(zhǔn)圓路徑結(jié)合；

割草機(jī)器人從坐標(biāo)點(diǎn)(x′min，y′min)開(kāi)始沿y′軸方向在左待割區(qū)運(yùn)動(dòng)，割草機(jī)器人的往返次數(shù)為：

其中，n為不超過(guò)的最大整數(shù)；

第i條路徑的直線路徑方程為：

與第i條路徑相切的大圓、小圓路徑方程分兩種情況，第一種情況是當(dāng)i為奇數(shù)時(shí)，其方程為：

另一種情況是當(dāng)i為偶數(shù)時(shí)，其方程為：

右待割區(qū)路徑割草機(jī)器人的往返次數(shù)為：

其中，m為大于的最近整數(shù)；

假設(shè)右待割區(qū)最右邊路徑為第1條路徑，依次從右往左數(shù)，則第i條路徑的直線路徑方程為：

與第i條路徑相切的大圓和小圓路徑方程分為兩大類別，每個(gè)大類又分成兩種情況：

當(dāng)n為奇數(shù)且j為奇數(shù)時(shí)，其方程為：

當(dāng)n為奇數(shù)且j為偶數(shù)時(shí)，其方程為：

當(dāng)n為偶數(shù)且j為奇數(shù)時(shí)，其方程為：

當(dāng)n為偶數(shù)且j為偶數(shù)時(shí)，其方程為：

通過(guò)上述方程計(jì)算左待割區(qū)、右待割區(qū)的直線路徑和與鄰近路徑相切的大圓、小圓路徑，以生成p-d型路徑。

在本發(fā)明中，γ的角度通過(guò)設(shè)置在割草機(jī)器人上的gps接收信息獲得，在gps接收信息中，γ∈[0°，360°]。

在本發(fā)明中，大圓為運(yùn)行3/4圓周的圓，小圓為運(yùn)行1/4圓周的圓。

有益效果：

1)本發(fā)明采用以直線路徑和標(biāo)準(zhǔn)圓路徑為主的原則，具備路徑規(guī)劃算法復(fù)雜度低和路徑易自動(dòng)生成的特點(diǎn)；

2)本發(fā)明在傳統(tǒng)的迂回式路徑規(guī)劃算法基礎(chǔ)上改進(jìn)，既保持了迂回式路徑規(guī)劃算法的優(yōu)點(diǎn)，又克服了迂回式路徑算法在轉(zhuǎn)向區(qū)易漏割的缺點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有迂回式路徑規(guī)劃示意圖。

圖2是本發(fā)明的較佳實(shí)施例的路徑規(guī)劃示意圖。

圖3是本發(fā)明的較佳實(shí)施例中的坐標(biāo)變換示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

參見(jiàn)圖2所示的一種大型智能割草機(jī)器人p-d型路徑規(guī)劃算法，在轉(zhuǎn)向區(qū)采用兩圓相切方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)直線轉(zhuǎn)向方式，并在割草機(jī)器人工作過(guò)程中一直保持前進(jìn)方向，有效降低割草機(jī)器人的控制難度，既保持了迂回式路徑規(guī)劃算法的優(yōu)點(diǎn)，又克服了迂回式路徑算法在轉(zhuǎn)向區(qū)易漏割的缺點(diǎn)，具體步驟如下：

首先，根據(jù)待割草區(qū)域的幾何尺寸、割草機(jī)器人性能指標(biāo)與割草覆蓋率要求，設(shè)置與鄰近路徑相切的大圓半徑r1、與鄰近路徑相切的小圓半徑r2和鄰近路徑車體中心線間距w尺寸，尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)過(guò)程遵循如下原則：

1)為了降低控制難度，增大割草覆蓋率，選擇小圓半徑r2為割草機(jī)器人的最小轉(zhuǎn)彎半徑rmin；

2)為保證兩次鄰近路徑之間無(wú)漏割，鄰近路徑車體中心線間距w小于割草機(jī)器人的割臺(tái)割幅(d)，并定義參數(shù)σ＝d-w為鄰近路徑裕度；

其次，建立識(shí)別窗口的固定參考坐標(biāo)系o′—x′y′，在結(jié)合待割草區(qū)域的地平面坐標(biāo)系o—xy，完成固定參考坐標(biāo)系o′—x′y′與待割草區(qū)域的地平面坐標(biāo)系o—xy之間的坐標(biāo)變換；

γ為識(shí)別窗口的固定參考坐標(biāo)系o′—x′y′的方位角，同時(shí)γ可通過(guò)gps的接收信息獲得，在gps接收信息中，γ∈[0°，360°]，按順時(shí)針?lè)较蚨x，由坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換公式可得：

而后，將待割草區(qū)域的地平面劃分為左待割區(qū)與右待割區(qū)，智能割草機(jī)器人從左待割區(qū)最左端進(jìn)入后按照左待割區(qū)路徑運(yùn)行，直至運(yùn)行到工作區(qū)域右端的左待割區(qū)與右待割區(qū)交界處，在按右待割區(qū)路徑運(yùn)行；左待割區(qū)路徑與右待割區(qū)路徑采取以直線路徑和標(biāo)準(zhǔn)圓路徑為主的原則，具備路徑規(guī)劃算法復(fù)雜度低和路徑易自動(dòng)生成的特點(diǎn)；

割草機(jī)器人從圖3的坐標(biāo)點(diǎn)(x′min，y′min)開(kāi)始沿y′軸方向按照?qǐng)D2所示在左待割區(qū)運(yùn)動(dòng)，割草機(jī)器人的往返次數(shù)為：

其中，n為不超過(guò)的最大整數(shù)；

第i條路徑的直線路徑方程為：

與第i條路徑相切的大圓(運(yùn)行3/4圓)和小圓(運(yùn)行1/4圓)路徑方程分兩種情況，第一種情況是當(dāng)i為奇數(shù)時(shí)，其方程為：

另一種情況是當(dāng)i為偶數(shù)時(shí)，其方程為：

另外，按照?qǐng)D2右待割區(qū)路徑割草機(jī)器人的往返次數(shù)為：

其中，m為大于的最近整數(shù)；

假設(shè)圖2所示的右待割區(qū)最右邊路徑為第1條路徑，依次從右往左數(shù)，則第i條路徑的直線路徑方程為：

與第i條路徑相切的大圓(運(yùn)行3/4圓)和小圓(運(yùn)行1/4圓)路徑方程分為兩大類別，每個(gè)大類又分成兩種情況：

當(dāng)n為奇數(shù)且j為奇數(shù)時(shí)，其方程分別為：

當(dāng)n為奇數(shù)且j為偶數(shù)時(shí)，其方程分別為：

當(dāng)n為偶數(shù)且j為奇數(shù)時(shí)，其方程分別為：

當(dāng)n為偶數(shù)且j為偶數(shù)時(shí)，其方程分別為：

通過(guò)上述方程計(jì)算左待割區(qū)、右待割區(qū)的直線路徑和與鄰近路徑相切的大圓、小圓路徑，以此生成p-d型路徑。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。