基于無線網(wǎng)絡(luò)的大田農(nóng)業(yè)機(jī)械遙操作控制平臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的大田農(nóng)業(yè)機(jī)械遙操作控制平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]我國人口眾多，但近年來農(nóng)業(yè)人口不斷減少，為了適應(yīng)這種社會結(jié)構(gòu)的調(diào)整，目前多采用操作人員駕駛農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行作業(yè)的方式，但是當(dāng)農(nóng)業(yè)機(jī)械在大面積家庭農(nóng)場或國營農(nóng)場內(nèi)耕作、種植、植?；蚴斋@時，駕駛員經(jīng)常因長時間工作而疲憊，會影響作業(yè)質(zhì)量與作業(yè)效率。而完全自主的農(nóng)業(yè)機(jī)械將因傳感器、執(zhí)行器與控制單元的增加而大大增加成本，且因農(nóng)業(yè)環(huán)境的復(fù)雜性與非結(jié)構(gòu)化特點，農(nóng)業(yè)機(jī)械的自主性受到了限制，行駛與作業(yè)的安全性不能得到保證。
[0003]遙操作模式就是將機(jī)器智能與人的高級智能和快速反應(yīng)能力相結(jié)合，最終實現(xiàn)優(yōu)勢互補，達(dá)到較高的作業(yè)質(zhì)量和效率。國內(nèi)外學(xué)者從實踐中逐步認(rèn)識并明確，在追求智能化時應(yīng)該利用并發(fā)揮人類與機(jī)器各自的長處，人與機(jī)器共同作用、共同協(xié)作采取“人機(jī)交互、人機(jī)結(jié)合”的方法，才能使機(jī)器向更加智能的目標(biāo)發(fā)展，但是目前遙操作技術(shù)主要被應(yīng)用在航空及醫(yī)療領(lǐng)域，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域仍然未進(jìn)行系統(tǒng)的構(gòu)建。
[0004]為了適應(yīng)這種農(nóng)業(yè)人口不斷減少、農(nóng)田規(guī)模化經(jīng)營日益明顯的農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢，本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需提供一種能夠?qū)r(nóng)業(yè)機(jī)械的行駛與作業(yè)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視與操控，而并不顯著增加農(nóng)業(yè)機(jī)械的成本的基于無線網(wǎng)絡(luò)的大田農(nóng)業(yè)機(jī)械遙操作控制平臺。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種對農(nóng)業(yè)機(jī)械的行駛與作業(yè)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視與操控、成本較低的基于無線網(wǎng)絡(luò)的大田農(nóng)業(yè)機(jī)械遙操作控制平臺。本發(fā)明將遙操作技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械自動化領(lǐng)域，在并不顯著增加農(nóng)業(yè)機(jī)械的成本的前提下，實現(xiàn)了對農(nóng)業(yè)機(jī)械的遠(yuǎn)程監(jiān)控與操縱，有利于自主式農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化程度的提高，能夠有力地推進(jìn)中國的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
[0007]—種基于無線網(wǎng)絡(luò)的大田農(nóng)業(yè)機(jī)械遙操作控制平臺，包括進(jìn)行農(nóng)田作業(yè)的農(nóng)業(yè)機(jī)械，還包括通過無線網(wǎng)絡(luò)與農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行通信的遙操作系統(tǒng)；
[0008]所述遙操作系統(tǒng)包括遙操作計算機(jī)、用于顯示農(nóng)業(yè)機(jī)械所處環(huán)境與狀態(tài)的圖形顯示裝置、用于實現(xiàn)人機(jī)交互的操縱裝置，所述遙操作計算機(jī)分別與圖形顯示裝置、操縱裝置通信。
[0009]優(yōu)選的，所述操縱裝置包括方向盤，所述方向盤的輸出軸末端連接有路感電機(jī)及方向盤轉(zhuǎn)角力矩傳感器，所述方向盤轉(zhuǎn)角力矩傳感器的信號輸出端通過控制器與遙操作計算機(jī)通信，所述路感電機(jī)的信號輸入端通過控制器與遙操作計算機(jī)通信。
[0010]進(jìn)一步的，所述農(nóng)業(yè)機(jī)械上設(shè)置有用于采集所處環(huán)境與自身狀態(tài)數(shù)據(jù)的探測裝置，探測裝置包括視覺探測裝置、狀態(tài)探測裝置、為操作人員提供路感的力探測裝置，所述探測裝置通過無線網(wǎng)絡(luò)與遙操作計算機(jī)通信。
[0011]進(jìn)一步的，所述視覺探測裝置包括設(shè)置在農(nóng)業(yè)機(jī)械上正前方的前置攝像頭、設(shè)置在農(nóng)業(yè)機(jī)械頂部的頂置攝像頭，所述前置攝像頭、頂置攝像頭均通過無線網(wǎng)絡(luò)與遙操作計算機(jī)通?目。
[0012]進(jìn)一步的，所述狀態(tài)探測裝置包括在農(nóng)業(yè)機(jī)械上安裝的用于獲取運行時車速的光電編碼器、用于獲取運行時航向與位姿的數(shù)字羅盤與陀螺儀;光電編碼器、數(shù)字羅盤與陀螺儀均通過無線網(wǎng)絡(luò)與遙操作計算機(jī)通信。
[0013]進(jìn)一步的，所述力探測裝置包括設(shè)置在車輪上的輪力傳感器和/或設(shè)在方向盤輸出軸上的轉(zhuǎn)向阻力矩傳感器，輪力傳感器、轉(zhuǎn)向阻力矩傳感器均通過無線網(wǎng)絡(luò)與遙操作計算機(jī)通?目。
[0014]進(jìn)一步的，所述遙操作計算機(jī)內(nèi)置有控制農(nóng)業(yè)機(jī)械車輛運動的運動控制模塊、用于實時環(huán)境遠(yuǎn)程顯示的圖形顯示模塊、用于對實時環(huán)境進(jìn)行圖像處理的圖像處理模塊、用于實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信的通信控制模塊、用于對農(nóng)業(yè)機(jī)械實時監(jiān)測的狀態(tài)監(jiān)測模塊；
[0015]遙操作計算機(jī)中的圖像處理模塊、圖形顯示模塊通過通信控制模塊與視覺探測裝置通信;遙操作計算機(jī)中的運動控制模塊通過通信控制模塊與力探測裝置通信;遙操作計算機(jī)中的狀態(tài)監(jiān)測模塊通過通信控制模塊與狀態(tài)探測裝置通信。
[0016]進(jìn)一步的，所述農(nóng)業(yè)機(jī)械中內(nèi)置有水溫計、油溫計、燃油量計、播種量計和/或施肥量計和/或噴藥量計;所述水溫計、油溫計、燃油量計、播種量計和/或施肥量計和/或噴藥量計均通過無線網(wǎng)絡(luò)與遙操作計算機(jī)通信。
[0017]進(jìn)一步的，所述無線網(wǎng)絡(luò)為36、46、6?1^、'\￥丨;1^中的任一種。
[0018]一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的大田農(nóng)業(yè)機(jī)械遙操作控制平臺的控制方法，包括以下步驟:
[0019]I)所述遙操作計算機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)獲取力探測裝置采集的農(nóng)業(yè)機(jī)械車輪力信號或轉(zhuǎn)向阻力矩信號；
[0020]2)遙操作計算機(jī)通過控制器輸出指令給路感電機(jī)，使操作人員具有實際駕駛的路感；
[0021]3)方向盤轉(zhuǎn)角力矩傳感器將轉(zhuǎn)角與力矩信號輸出給控制器，控制器將信號輸出給遙操作計算機(jī)，遙操作計算機(jī)向農(nóng)業(yè)機(jī)械提供控制反饋信號；
[0022]4)視覺探測裝置的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳遞給通信控制模塊，經(jīng)遙操作計算機(jī)進(jìn)行分析后，通過圖像處理模塊及圖形顯示模塊進(jìn)一步處理，最終在圖形顯示裝置中還原出現(xiàn)場圖像；
[0023]5)所述狀態(tài)探測裝置的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳遞給通信控制模塊，再經(jīng)遙操作計算機(jī)進(jìn)行分析后，通過狀態(tài)監(jiān)測模塊的處理，對農(nóng)業(yè)機(jī)械的工作狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測；
[0024]6)所述力探測裝置的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳遞給通信控制模塊，再經(jīng)遙操作計算機(jī)進(jìn)行分析后，通過控制器輸出指令至路感電機(jī)，使操縱人員具有駕駛的路感，操縱人員根據(jù)路感操縱方向盤，再經(jīng)運動控制模塊的處理，對農(nóng)業(yè)機(jī)械輸出操作指令接著轉(zhuǎn)化為農(nóng)業(yè)機(jī)械的轉(zhuǎn)向動作。
[0025]本發(fā)明的有益效果在于:
[0026]I)本發(fā)明將操作人員智能融入自主式農(nóng)業(yè)機(jī)械控制的最高層，使操作者的控制指令與農(nóng)業(yè)機(jī)械自主控制指令在控制系統(tǒng)中進(jìn)行融合，具體的，操作人員對現(xiàn)場狀態(tài)預(yù)判斷后給出遙操作指令，遙操作計算機(jī)對現(xiàn)場狀態(tài)反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后與遙操作指令進(jìn)行協(xié)調(diào)，然后控制農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行自主運作，進(jìn)一步提高自主式農(nóng)業(yè)機(jī)械的智能水平、增強農(nóng)業(yè)機(jī)械適應(yīng)復(fù)雜多變的農(nóng)業(yè)環(huán)境的能力，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的自主性能與智能化程度。
[0027]2)本發(fā)明遙操作系統(tǒng)向遠(yuǎn)程農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)送包括車輛的目標(biāo)速度與目標(biāo)航向、圖像數(shù)據(jù)設(shè)定標(biāo)志與其它附件控制如發(fā)動機(jī)啟動/熄火指令的命令數(shù)據(jù);農(nóng)業(yè)機(jī)械端發(fā)送至遙操作端的數(shù)據(jù)主要包括車輛位姿、車輛狀態(tài)、視頻數(shù)據(jù)等，經(jīng)過數(shù)據(jù)的交換，操作人員可通過顯示屏實時了解大田中農(nóng)業(yè)機(jī)械所處環(huán)境、運行狀態(tài)、作業(yè)狀態(tài)等，并根據(jù)自己的感知、知識、判斷與決策，再通過遙操作計算機(jī)輸出指令，實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)機(jī)械的遠(yuǎn)程操縱。
[0028]3)本發(fā)明通過視覺探測裝置讓操作人員直接觀察到機(jī)械所處的農(nóng)田環(huán)境，并通過圖像處理增強視覺場景;狀態(tài)探測裝置讓操作人員實時了解農(nóng)業(yè)機(jī)械的工作狀態(tài)(速度、位姿等)；而力探測裝置則讓操作人員感受到遠(yuǎn)端農(nóng)業(yè)機(jī)械與農(nóng)田土壤的相互作用力，從而更好地操縱農(nóng)業(yè)機(jī)械。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡不圖。
[0030]圖2為本發(fā)明農(nóng)業(yè)機(jī)械的結(jié)構(gòu)簡示圖。
[0031 ]圖3位本發(fā)明操縱裝置的簡式圖。
[0032]圖中標(biāo)注符號的含義如下:
[0033]10-遙操作計算機(jī) 11-操縱裝置110-方向盤
[0034]111-路感電機(jī) 112-方向盤轉(zhuǎn)角力矩傳感器
[0035]113-控制器12-圖形顯示裝置
[0036]20-農(nóng)業(yè)機(jī)械21-視覺探測裝置 210-前置攝像頭
[0037]211-頂置攝像頭 22-狀態(tài)探測裝置 23-力探測裝置
【具體實施方式】
[0038]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0039]如圖1所示，為一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的大田農(nóng)業(yè)機(jī)械遙操作控制平臺，包括進(jìn)行農(nóng)田作業(yè)的農(nóng)業(yè)機(jī)械20，還包括通過無線網(wǎng)絡(luò)與農(nóng)業(yè)機(jī)械20進(jìn)行通信的遙操作系統(tǒng);遙操作系統(tǒng)包括遙操作計算機(jī)10、用于顯示農(nóng)業(yè)機(jī)械所處環(huán)境與狀態(tài)的圖形顯示裝置12、用于實現(xiàn)人機(jī)交互的操縱裝置11，遙操作計算機(jī)10分別與圖形顯示裝置12、操縱裝置11通信。
[0040]如圖3所示，操縱裝置11包括方向盤110，方向盤110的輸出軸末端連接有路感電機(jī)111及方向盤轉(zhuǎn)角力矩傳感器112，方向盤轉(zhuǎn)角力矩傳感器112的信號輸出端通過控制器113與遙操作計算機(jī)10通信，路感電機(jī)111的信號輸入端通過控制器113與遙操作計算機(jī)10通
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[0041]同時，農(nóng)業(yè)機(jī)械20上設(shè)置有用于采集所處環(huán)境與自身狀態(tài)數(shù)據(jù)的探測裝置，探測裝置包括視覺探測裝置21、狀態(tài)探測裝置22、為操作人員提供路感的力探測裝置23，探測裝置通過無線網(wǎng)絡(luò)與遙操作計算機(jī)10通信。
[0042]如圖2所示，視覺探測裝置21包括設(shè)置在農(nóng)業(yè)機(jī)械上正前方的前置攝像頭210、設(shè)置在農(nóng)業(yè)機(jī)械頂部的頂置攝像頭211，前置攝像頭210、頂置攝像頭211均通過無線網(wǎng)絡(luò)與遙操作計算機(jī)10通信。
[0043]狀態(tài)探測裝置22包括在農(nóng)業(yè)機(jī)械20上安裝的用于獲取運行時車速的光電編碼器、用于獲取運行時航向與位姿的數(shù)字羅盤與陀螺儀;光電編碼器、數(shù)字羅盤與陀螺儀均通過無線網(wǎng)絡(luò)與遙操作計算機(jī)10通信。
[0044]力探測裝置23包括設(shè)置在車輪上的輪力傳感器和/或設(shè)在方向盤輸出軸上的轉(zhuǎn)向阻力矩傳感器，輪力傳感器、轉(zhuǎn)向阻力矩傳感器均通過無線網(wǎng)絡(luò)與遙操作計算機(jī)10通信。
[0045]遙操作計算機(jī)10內(nèi)置有控制農(nóng)業(yè)機(jī)械車輛運動的運動控制模塊、用于實時環(huán)境遠(yuǎn)程顯示的圖形顯示模塊、用于對實時環(huán)境進(jìn)行圖像處理的圖像處理模塊、用于實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信的通信控制模塊、用于對農(nóng)業(yè)機(jī)械實時監(jiān)測的狀態(tài)監(jiān)測模塊;遙