多模式智能果园运输车控制系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202022381478.7 (22)申请日 2020.10.23 (73)专利权人 西北农林科技大学 地址 712100 陕西省咸阳市杨凌示范区西 农路22号 (72)发明人 杨福增毛文菊刘恒 (51)Int.Cl. G05D 1/02(2020.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 一种多模式智能果园运输车控制系统 (57)摘要 本实用新型公开了一种多模式智能果园运 输车控制系统， 包括传感器、 控制器、 执行器和遥 控器。 所述传感器包括。

2、电池电量传感器、 超声波 雷达、 里程计传感器、 车身IMU、 RTK_GNSS组合导 航、 车身重物传感器、 视觉传感器； 所述控制器包 括底盘控制器和上层控制器； 所述执行器包括电 机和报警器。 所述电池电量传感器、 里程计传感 器、 车身IMU、 超声波雷达与底盘控制器相连； 所 述RTK_GNSS组合导航、 车身重物传感器、 视觉传 感器与上层控制器相连； 所述电机分别与里程计 传感器及底盘控制器相连； 所述遥控器与上层控 制器相连。 本实用新型能提高现代果园果品及物 资的运输效率， 节省时间， 多模式控制方式可供 操作者根据作业工况自行选择。 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 C。

3、N 212341737 U 2021.01.12 CN 212341737 U 1.一种多模式智能果园运输车控制系统， 其特征在于， 包括传感器 （1） 、 控制器 （2） 、 执 行器 （3） 和遥控器 （4） ， 所述传感器 （1） 包括电池电量传感器 （11） 、 超声波雷达 （12） 、 里程计 传感器 （13） 、 车身IMU （14） 、 RTK_GNSS组合导航 （15） 、 车身重物传感器 （16） 、 视觉传感器 （17） ； 所述控制器 （2） 包括底盘控制器 （21） 和上层控制器 （22） ； 所述执行器 （3） 包括电机 （31） 和报警器 （32） ； 所述电池电量。

4、传感器 （11） 、 里程计传感器 （13） 、 车身IMU （14） 、 超声波雷 达 （12） 与底盘控制器 （21） 相连； 所述RTK_GNSS组合导航 （15） 、 车身重物传感器 （16） 、 视觉传 感器 （17） 与上层控制器 （22） 相连； 所述电机 （31） 分别与里程计传感器 （13） 及底盘控制器 （21） 相连； 所述报警器 （32） 分别与上层控制器 （22） 、 底盘控制器 （21） 相连； 所述遥控器 （4） 与上层控制器 （22） 相连。 2.根据权利要求1所述一种多模式智能果园运输车控制系统， 其特征在于， 所述RTK_ GNSS组合导航 （15） 搭载在。

5、果园运输车上， 用于测取果园转弯点及停车点的位置信息。 3.根据权利要求1所述一种多模式智能果园运输车控制系统， 其特征在于， 所述遥控器 （4） 手柄晃动角度， 转换为控制车辆运动的线速度和角速度， 并将该速度信息发送至底盘控 制器 （21） 。 4.根据权利要求1所述一种多模式智能果园运输车控制系统， 其特征在于， 所述遥控器 （4） 总共三个按钮， 分别控制果园运输车的遥控器模式、 跟随行人模式及自主行走模式。 权利要求书 1/1 页 2 CN 212341737 U 2 一种多模式智能果园运输车控制系统 技术领域 0001 本实用新型属于果园机械领域， 具体涉及一种多模式智能果园运输车。

6、控制系统。 背景技术 0002 现代矮砧密植果园， 多采用集约化栽培模式， 园内遵循机械通行无障碍原则， 便于 果园机械化管理和作业。 但果园管理过程中， 物资运输和果品运输多采用人驾驶车辆完成， 自动化程度低， 作业效率不高， 易产生较大的安全隐患。 少数人机分离的电动运输车， 控制 模式单一， 发生故障时无可替代的冗余控制系统， 缺少预警设施， 不利于机械维护。 因此， 亟 需一种多模式控制的果园运输车。 发明内容 0003 本实用新型针对上述问题， 提出一种多模式智能果园运输车控制系统， 能提高现 代果园物资及果品的运输效率， 节省时间， 多模式控制方式可供操作者根据作业工况自行 选择。。

7、 0004 一种多模式智能果园运输车控制系统， 其特征在于， 包括传感器 （1） 、 控制器 （2） 、 执行器 （3） 和遥控器 （4） 。 所述传感器 （1） 包括电池电量传感器 （11） 、 超声波雷达 （12） 、 里程 计传感器 （13） 、 车身IMU （14） 、 RTK_GNSS组合导航 （15） 、 车身重物传感器 （16） 、 视觉传感器 （17） ； 所述控制器 （2） 包括底盘控制器 （21） 和上层控制器 （22） ； 所述执行器 （3） 包括电机 （31） 和报警器 （32） 。 0005 进一步地， 所述电池电量传感器 （11） 、 里程计传感器 （13） 、 车。

8、身IMU （14） 、 超声波雷 达 （12） 与底盘控制器 （21） 相连。 0006 进一步地， 所述RTK_GNSS组合导航 （15） 、 车身重物传感器 （16） 、 视觉传感器 （17） 与 上层控制器 （22） 相连。 0007 进一步地， 所述电机 （31） 分别与里程计传感器 （13） 及底盘控制器 （21） 相连。 0008 进一步地， 所述报警器 （32） 分别与上层控制器 （22） 、 底盘控制器 （21） 相连。 0009 进一步地， 所述遥控器 （4） 与上层控制器 （22） 相连。 0010 进一步地， 所述RTK_GNSS组合导航 （15） 搭载在果园运输车上， 。

9、用于测取果园转弯 点及停车点的位置信息。 0011 进一步地， 所述遥控器 （4） 手柄晃动角度， 转换为控制车辆运动的线速度和角速 度， 并将该速度信息发送至底盘控制器 （21） 。 0012 进一步地， 所述遥控器 （4） 总共三个按钮， 分别控制果园运输车的遥控器模式、 跟 随行人模式及自主行走模式。 0013 本实用新型的优点在于： 该多模式智能果园运输车控制系统， 能提高现代果园物 资及果品的运输效率， 节省时间， 多模式控制方式可供操作者根据作业工况自行选择， 且当 一种功能出现故障时， 也能保证车辆顺利回到车库， 或开至最近的维修站点， 利于维修。 说明书 1/4 页 3 CN 。

10、212341737 U 3 附图说明 0014 图1为本实用新型多模式智能果园运输车控制系统图； 0015 图2为本实用新型多模式智能果园运输车自主行走路线规划图； 0016 图3为本实用新型多模式智能果园运输车多模式切换流程图； 0017 图4为本实用新型多模式智能果园运输车路径跟踪流程图。 具体实施方式 0018 下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步阐述。 0019 图1为多模式智能果园运输车控制系统图， 整个控制系统包括传感器 （1） 、 控制器 （2） 、 执行器 （3） 和遥控器 （4） 。 所述传感器 （1） 包括电池电量传感器 （11） 、 超声波雷达 （12） 、 里程计。

11、传感器 （13） 、 车身IMU （14） 、 RTK_GNSS组合导航 （15） 、 车身重物传感器 （16） 、 视觉传感 器 （17） ； 所述控制器 （2） 包括底盘控制器 （21） 和上层控制器 （22） ； 所述执行器 （3） 包括电机 （31） 和报警器 （32） 。 所述电池电量传感器 （11） 、 里程计传感器 （13） 、 车身IMU （14） 、 超声波雷 达 （12） 与底盘控制器 （21） 相连； 所述RTK_GNSS组合导航 （15） 、 车身重物传感器 （16） 、 视觉传 感器 （17） 与上层控制器 （22） 相连； 所述电机 （31） 分别与里程计传感器 （。

12、13） 和底盘控制器 （21） 相连； 所述报警器 （32） 分别与上层控制器 （22） 、 底盘控制器 （21） 相连； 所述遥控器 （4） 与上层控制器 （22） 相连。 0020 图2为果园车辆自主行走时， 果园转弯点及停车点的布置， 各点为采用精度较高的 车载RTK_GNSS组合导航 （15） 提前测取， 靠近停车点最近的地头转弯点为转弯点1、 2、 37 （ID编号为单数） ， 而另一侧地头转弯点为转弯点11、 12、 13、 17 （ID编号为双数） ， 转弯点 ID编号为单数先调用， ID编号为双数后调用， 通过上层控制器 （22） 调用转弯和停车点， 比较 调用点与当前车载导航。

13、始点之间的距离， 判断点之间的距离远近， 生成车辆行走路径 （路径 1： 车辆车载导航始点至最近的地头转弯点； 路径2： 最近的地头转弯点至停车点） 。 0021 如图3所示为多模式智能果园运输车多模式切换流程图， 包括遥控器模式、 跟随行 人模式及自主行走模式。 0022 （1） 遥控器模式： 0023 遥控器 （4） 与上层控制器 （22） 相连， 按动遥控器 （4） 连接控制器按钮1， 上层控制器 （22） 判断按钮1是否按下， 若否则停车， 若是则激活遥控器 （4） ； 上层控制器 （22） 通过获取遥 控器 （4） 手柄晃动角度， 转换为控制车辆运动的线速度和角速度， 并将该速度信息。

14、发送至底 盘控制器 （21） ； 底盘控制器 （21） 判断此刻是否接收到上层控制器 （22） 速度信号， 若否则发 向报警器发信号， 点亮黄色警示灯； 若是， 则继续判断电池电量是否小于20%， 当电池电量小 于20%时则以红灯示警并鸣笛， 当大于20%时则检测超声波雷达 （12） 前方是否有障碍物， 有 障碍物时则以红灯示警并停车， 反之则将上层控制器 （22） 发来的速度信息转化成电机转动 的圈数， 驱动电机运动。 0024 （2） 跟随行人模式： 0025 遥控器 （4） 与上层控制器 （22） 相连， 按动遥控器 （4） 连接控制器按钮2， 上层控制器 （22） 判断按钮2是否按下，。

15、 若否则回到(1)遥控器模式， 若是则激活跟随行人模式； 视觉传感 器 （17） 通过图像传输， 得到距离最近的第一个人的影像， 并提取出人的骨骼点， 通过胸腹部 的四个骨骼点组合成一个平面， 确定出人胸腹部的中心点坐标； 再利用相机深度信息得到 说明书 2/4 页 4 CN 212341737 U 4 相机距离人体的距离； 上层控制器 （22） 根据距离是否增加来确定车辆运动速度， 无增加时 车辆静止不动， 增加则根据上一时刻和当前时刻距离增加的差值， 转换为车辆速度信息发 送至底盘控制器 （21） ； 底盘控制器 （21） 判断此刻是否接收到上层控制器 （22） 发出的速度信 号， 若否则。

16、发向报警器发信号， 点亮黄色警示灯； 若是则继续判断电池电量是否小于20%， 当 电池电量小于20%时则以红灯示警并鸣笛， 当大于20%时则检测超声波雷达 （12） 前方是否有 障碍物， 有障碍物则以红灯示警并停车， 反之则将上层控制器 （22） 发来的速度信息转化成 电机转动的圈数， 驱动电机运动， 并同时判断是否关闭遥控器 （4） ， 是则终止跟随行人模式， 反之继续该模式。 0026 （3） 自主行走模式： 0027 当车身重物传感器 （16） 所感知的承重量传入上层控制器 （22） ， 若载重在95%-99% 时则鸣笛并绿灯示警， 若否则判断承重是否在90%-95%， 小于90%承重时。

17、亮绿灯， 若在90%- 95%且遥控器 （4） 与上层控制器 （22） 相连， 按动遥控器 （4） 按钮3， 上层控制器 （22） 判断按钮3 否按下， 否则回到跟随行人模式， 是则激活自主行走模式； 0028 上层控制器 （22） 判断RTK-GNSS是否为组合导航状态， 否则黄灯示警， 反之则初始 化1min并记录当前此刻的车载导航始点； 比较车载导航始点与地头转弯点间的距离， 分别 得出距离车载导航始点最近的两侧地头转弯点， 再计算两侧地头转弯点和停车点间的距 离； 将距离相加， 根据点之间的最短距离， 确定出离车载导航点最近的地头转弯点， 若最短 路径有两个时则采用转弯点ID编号在前的。

18、， 生成车载导航始点至停车点的最短路径； 并将 车辆行进速度发送至底盘控制器 （21） ， 开始路径跟踪； 0029 底盘控制器 （21） 判断此刻是否接收到上层控制器 （22） 发出的速度信号， 若否则发 向报警器发信号， 点亮黄色警示灯； 是则继续判断电池电量是否小于20%， 当电池电量小于 20%时则以红灯示警并鸣笛， 反之大于20%时则检测超声波雷达 （12） 前方是否有障碍物， 有 障碍物则以红灯示警并停车， 无障碍物则将上层控制器 （22） 发来的速度信息转化成电机转 动的圈数， 驱动电机运动， 并将底盘控制器 （21） 获取的信息返回至上层控制器 （22） ， 同时判 断是否接收。

19、到里程计和车身IMU （14） 传感器信号， 若否则返回至上层控制器 （22） ， 并黄灯示 警； 若能收到传感器信号， 则判断是否遍历 【车辆导航始点、 最近转弯点、 停车点、 最近转弯 点、 车辆导航始点】 。 若是， 结束自主行走模式， 否则继续路径跟踪。 0030 图4为多模式智能果园运输车路径跟踪流程图。 0031 开始路径跟踪后进行车辆控制， 并发送速度命令至底盘控制器 （21） ， 开始由车载 导航始点至停车点的路径跟踪。 0032 首先开始由车载导航始点至最近转弯点， 判断车载导航始点在最近转弯点的后 方， 若是车辆向后转， 若否则判断车载导航始点在最近转弯点的左侧， 是则向左。

20、转， 若否则 向右转； 再判断当前点与转弯点方向是否一致， 若是则向前走， 反之则重新判断， 直至当前 点与转弯点方向一致； 车辆向前行走后， 判断当前点与预设路径间， 点到直线的垂直距离是 否在0.5m范围内， 否则继续判断当前点是否在预设路径的左侧， 在左侧时车辆向右转， 反之 则继续判断当前点是否在预设路径的右侧， 在右侧时车辆左转； 若当前点至直线的垂直距 离在0.5m范围内， 车辆直线行走， 直至到达最近转弯点； 0033 车辆到达最近转弯点后， 开始进行下一段路径跟踪， 由最近转弯点至停车点； 判断 最近转弯点是否在停车点的左方， 在左侧时车辆向右转； 若否则判断当前点方向与停车点。

21、 说明书 3/4 页 5 CN 212341737 U 5 方向是否一致， 是则向前行进， 反之则继续判断， 直至车辆前进方向与停车点方向一致； 再 判断当前点与预设路径间， 点到直线的垂直距离是否在0.5m范围内， 否则判断当前点是否 在预设路径的左侧， 在左侧时车辆向右转， 反之则继续判断当前点是否在预设路径的右侧， 在右侧时车辆左转； 若当前点至直线的垂直距离在0.5m范围内， 车辆直线行走， 直至到达停 车点； 0034 当到达最近停车点后， 则继续判断车载重物是否小于1%， 若否则车辆停车， 若是则 开始由停车点至最近转弯点的路径跟踪； 0035 判断最近转弯点是否在停车点的后方， 。

22、若是则后转， 同时判断是否在转弯点的左 侧， 是则向左转， 反之右转； 继续判断当前点方向与停车点方向是否一致， 是则向前行进， 反 之则重新判断， 直至车辆前进方向与停车点方向一致， 车辆向前行进； 车辆开始向前行进 时， 判断当前点与预设路径间， 点到直线的垂直距离是否在0.5m范围内， 若否则判断当前点 是否在预设路径的左侧， 在左侧时车辆向右转， 反之则继续判断当前点是否在预设路径的 右侧， 在右侧时车辆左转； 若当前点至直线的垂直距离在0.5m范围内， 车辆直线行走， 直至 到达最近转弯点； 0036 车辆到达最近转弯点后， 开始进行转弯点至停车点的路径跟踪。 判断车辆导航始 点在车。

23、辆当前点的左方， 是则向右转， 反之则继续判断转弯点与车辆当前点方向是否一致， 是则向前走， 反之重新判断， 直至车辆前进方向与车辆导航始点方向一致， 车辆向前行进； 车辆开始向前行进时， 判断当前点与预设路径间， 点到直线的垂直距离是否在0.5m范围内， 若否则判断当前点是否在预设路径的左侧， 在左侧时车辆向右转， 反之则继续判断当前点 是否在预设路径的右侧， 在右侧时车辆左转； 若当前点至直线的距离在0.5m范围内， 车辆直 线行走， 直至到达车辆导航始点； 车辆到达自主行走始点后， 结束自主行走模式。 0037 以上结合具体实施方式对本实用新型进行了示例性的描述， 显然本实用新型的实 现并不受上述方式的限制， 只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种改 进， 或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的， 均在本实用新型 的保护范围内。 说明书 4/4 页 6 CN 212341737 U 6 图1 说明书附图 1/4 页 7 CN 212341737 U 7 图2 说明书附图 2/4 页 8 CN 212341737 U 8 图3 说明书附图 3/4 页 9 CN 212341737 U 9 图4 说明书附图 4/4 页 10 CN 212341737 U 10 。