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一种拖拉机遥操作控制方法及系统
申请号	CN201710531309.7	申请日	2017-07-03	公开(公告)号	CN107323380A	公开(公告)日	2017-11-07
申请人	江苏省农业科学院;			发明人	张美娜; 吕晓兰; 雷哓晖; 李雪; 杨青松; 蔺经;
摘要	本发明公开了一种拖拉机遥操作控制方法及系统，涉及控制技术领域。用以解决通过自主导航实现拖拉机远端控制的方法还存在无法处理突发事件的问题。该方法包括：通过设置在拖拉机前方的摄像系统确定所述拖拉机前方障碍物信息，通过设置在拖拉机上的编码器确定所述拖拉机当前的运动速度以及转向轮偏角，从所述障碍物信息，所述拖拉机当前的运动速度以及转向轮偏角信息中提取编码小于设定值的第一数据包发送至远端驾驶系统；收到所述远端驾驶系统发送的小于所述设定值的第二数据包，解码所述第二数据包获取所述远端驾驶系统根据所述第一数据包确定的控制信息，根据所述控制信息调整所述拖拉机的运动速度，转向轮偏角。
权利要求	1.一种拖拉机遥操作控制方法，其特征在于，包括：通过设置在拖拉机前方的摄像系统确定所述拖拉机前方障碍物信息，通过设置在拖拉机上的编码器确定所述拖拉机当前的运动速度以及转向轮偏角，从所述障碍物信息，所述拖拉机当前的运动速度以及转向轮偏角信息中提取编码小于设定值的第一数据包发送至远端驾驶系统；收到所述远端驾驶系统发送的小于所述设定值的第二数据包，解码所述第二数据包获取所述远端驾驶系统根据所述第一数据包确定的控制信息，根据所述控制信息调整所述拖拉机的运动速度，转向轮偏角。 2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述远端驾驶系统根据所述第一数据包确定的控制信息，具体包括：所述远端驾驶系统解码所述第一数据包，根据所述拖拉机的运动轨迹更新所述障碍物在显示屏上位置信息，根据所述障碍物的位置信息，确定控制所述拖拉机运行的控制信息。 3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一数据包内还包括有根据GPS系统确定的所述拖拉机的位置信息。 4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述控制信息调整所述拖拉机的运动速度，转向轮偏角，具体包括：将所述拖拉机的运动速度和转向轮偏角信息通过数据卡发送至继电器，转向步进电机和差速电机。 5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述编码器包括增量式光电编码器和绝对式编码器，所述增量式光电编码器用于获取所述拖拉机的运动速度，所述绝对式编码器用于获取所述拖拉机的转向轮偏角。 6.一种拖拉机遥操作控制系统，其特征在于，包括：拖拉机控制系统，其包括第一处理器，摄像系统，编码器；所述摄像体现用于确定所述拖拉机前方障碍物信息，所述编码器用于确定所述拖拉机当前的运动速度以及转向轮偏角，所述第一处理器分别与所述摄像系统和所述编码器电联接，用于从所述障碍物信息，所述拖拉机当前的运动速度以及转向轮偏角信息中提取编码小于设定值的第一数据包发送至远端驾驶系统；远端驾驶系统，用于对所述第一数据包解码，根据所述障碍物信息所述拖拉机当前的运动速度以及转向轮偏角发出调整所述拖拉机的运动速度，转向轮偏角的控制信息，并将从所述控制信息中提取的小于设定值的第二数据包发送至所述拖拉机控制系统。 7.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述远端驾驶系统包括第二处理器和力反馈方向盘组件；所述第二处理器用于解码所述第一数据包，根据所述拖拉机的运动轨迹更新所述障碍物在显示屏上位置信息；所述力反馈方向盘组件用于根据所述障碍物在显示屏上位置信息确定调整所述拖拉机的运动速度，转向轮偏角的控制信息。 8.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述拖拉机控制系统还包括GPS系统，所述GPS系统用于确定的所述拖拉机的位置信息。 9.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述编码器包括增量式光电编码器和绝对式编码器，所述增量式光电编码器用于获取所述拖拉机的运动速度，所述绝对式编码器用于获取所述拖拉机的转向轮偏角。
说明书全文	一种拖拉机遥操作控制方法及系统技术领域 [0001] 本发明涉及控制技术领域，更具体的涉及一种拖拉机遥操作控制方法及系统。背景技术 [0002] 拖拉机是用于牵引和驱动各类作业机械完成各项移动式作业的基本动力单元。在果园应用中，拖拉机可挂载旋耕起垄、开沟施肥、风送喷雾机等机械装备，完成相应生产环节的工作。 [0003] 现有技术中，为了将拖拉机操作者从嘈杂、恶劣的农田环境和繁重的驾驶工作中解脱出来，自主导航拖拉机的研究与开发日益深入。由于农业环境恶劣、不确定性因素较多，车辆机械部件和控制系统极易出现故障，一旦不能及时处理，拖拉机自主导航系统将会以一种不可预测和危险的方式工作，不仅缩短其使用寿命，不能进行正常的作业，甚至可能导致灾难性的后果。由于自主导航解决方案因为安全性问题，尤其是在无法预测的环境中缺乏处理突发事件以及不精确事件的能力，导致现有的自主导航解决方案在短期内还无法实现市场商品化。 [0004] 综上所述，现有通过自主导航实现拖拉机远端控制的方法还存在无法处理突发事件的问题。发明内容 [0005] 本发明实施例提供一种拖拉机遥操作控制方法及系统，用以解决通过自主导航实现拖拉机远端控制的方法还存在无法处理突发事件的问题。 [0006] 本发明实施例提供了一种拖拉机遥操作控制方法，包括： [0007] 通过设置在拖拉机前方的摄像系统确定所述拖拉机前方障碍物信息，通过设置在拖拉机上的编码器确定所述拖拉机当前的运动速度以及转向轮偏角，从所述障碍物信息，所述拖拉机当前的运动速度以及转向轮偏角信息中提取编码小于设定值的第一数据包发送至远端驾驶系统； [0008] 收到所述远端驾驶系统发送的小于所述设定值的第二数据包，解码所述第二数据包获取所述远端驾驶系统根据所述第一数据包确定的控制信息，根据所述控制信息调整所述拖拉机的运动速度，转向轮偏角。 [0009] 优选地，所述远端驾驶系统根据所述第一数据包确定的控制信息，具体包括： [0010] 所述远端驾驶系统解码所述第一数据包，根据所述拖拉机的运动轨迹更新所述障碍物在显示屏上位置信息，根据所述障碍物的位置信息，确定控制所述拖拉机运行的控制信息。 [0011] 优选地，所述第一数据包内还包括有根据GPS系统确定的所述拖拉机的位置信息。 [0012] 优选地，所述根据所述控制信息调整所述拖拉机的运动速度，转向轮偏角，具体包括： [0013] 将所述拖拉机的运动速度和转向轮偏角信息通过数据卡发送至继电器，转向步进电机和差速电机。 [0014] 优选地，所述编码器包括增量式光电编码器和绝对式编码器，所述增量式光电编码器用于获取所述拖拉机的运动速度，所述绝对式编码器用于获取所述拖拉机的转向轮偏角。 [0015] 本发明实施例还一种拖拉机遥操作控制系统，包括： [0016] 拖拉机控制系统，其包括第一处理器，摄像系统，编码器；所述摄像体现用于确定所述拖拉机前方障碍物信息，所述编码器用于确定所述拖拉机当前的运动速度以及转向轮偏角，所述第一处理器分别与所述摄像系统和所述编码器电联接，用于从所述障碍物信息，所述拖拉机当前的运动速度以及转向轮偏角信息中提取编码小于设定值的第一数据包发送至远端驾驶系统； [0017] 远端驾驶系统，用于对所述第一数据包解码，根据所述障碍物信息所述拖拉机当前的运动速度以及转向轮偏角发出调整所述拖拉机的运动速度，转向轮偏角的控制信息，并将从所述控制信息中提取的小于设定值的第二数据包发送至所述拖拉机控制系统。 [0018] 优选地，所述远端驾驶系统包括第二处理器和力反馈方向盘组件； [0019] 所述第二处理器用于解码所述第一数据包，根据所述拖拉机的运动轨迹更新所述障碍物在显示屏上位置信息； [0020] 所述力反馈方向盘组件用于根据所述障碍物在显示屏上位置信息确定调整所述拖拉机的运动速度，转向轮偏角的控制信息。 [0021] 优选地，所述拖拉机控制系统还包括GPS系统，所述GPS系统用于确定的所述拖拉机的位置信息。 [0022] 优选地，所述编码器包括增量式光电编码器和绝对式编码器，所述增量式光电编码器用于获取所述拖拉机的运动速度，所述绝对式编码器用于获取所述拖拉机的转向轮偏角。 [0023] 本发明实施例中，提供了一种拖拉机遥操作控制方法及系统，该方法包括：通过设置在拖拉机前方的摄像系统确定所述拖拉机前方障碍物信息，通过设置在拖拉机上的编码器确定所述拖拉机当前的运动速度以及转向轮偏角，从所述障碍物信息，所述拖拉机当前的运动速度以及转向轮偏角信息中提取编码小于设定值的第一数据包发送至远端驾驶系统；收到所述远端驾驶系统发送的小于所述设定值的第二数据包，解码所述第二数据包获取所述远端驾驶系统根据所述第一数据包确定的控制信息，根据所述控制信息调整所述拖拉机的运动速度，转向轮偏角。上述方法通过远端驾驶系统来控制拖拉机系统，在拖拉机系统和远端驾驶系统之间通过小于设定值的数据包进行控制信息的发送，解决了通讯时延的问题，能够保证系统运行安全。从而解决了现有拖拉机远端控制存在无法处理突发事件的问题。附图说明 [0024] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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。 [0025] 图1为本发明实施例提供的一种拖拉机遥操作控制方法流程示意图； [0026] 图2为本发明实施例1提供的一种拖拉机遥操作控制方法流程示意图； [0027] 图3为本发明实施例提供的一种拖拉机操作系统结构示意图。具体实施方式 [0028] 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。 [0029] 图1示例性的示出了本发明实施例提供的一种拖拉机遥操作控制方法流程示意图。 [0030] 如图1所示，该拖拉机遥操作控制方法主要包括以下步骤： [0031] 步骤101，通过设置在拖拉机前方的摄像系统确定所述拖拉机前方障碍物信息，通过设置在拖拉机上的编码器确定所述拖拉机当前的运动速度以及转向轮偏角，从所述障碍物信息，所述拖拉机当前的运动速度以及转向轮偏角信息中提取编码小于设定值的第一数据包发送至远端驾驶系统； [0032] 步骤102，收到所述远端驾驶系统发送的小于所述设定值的第二数据包，解码所述第二数据包获取所述远端驾驶系统根据所述第一数据包确定的控制信息，根据所述控制信息调整所述拖拉机的运动速度，转向轮偏角。 [0033] 在步骤101中，设置在拖拉机电控制系统的第一处理器分别与摄像系统，编码器电联接。具体地，摄像系统设置在拖拉机车头部分，主要用于获取拖拉机前方的障碍物信息，而设置在拖拉机车轮部分的编码器主要用于确定拖拉机当前的运动速度以及转向轮的偏角。 [0034] 在本发明实施例中，编码器主要包括有增量式编码器和绝对式编码器，其中，增量式编码器用于测量拖拉机行驶速度，而绝对式编码器主要用于测量转向轮的偏角。 [0035] 进一步地，在实际应用中，增量式编码器和绝对式编码器分别与数据采集卡电联接，而数据采集卡和第一处理器电联接。具体地，数据采集卡将增量式编码器和绝对是编码器获取到的拖拉机当前行驶速度和转向轮的偏角发送至第一处理器。 [0036] 进一步地，拖拉机电控制系统内还包括有GPS系统，GPS系统和第一处理器电联接，GPS系统用于获取拖拉机当前的位置信息，并将获取到的位置信息发送至第一处理器。 [0037] 第一处理器从获取到的障碍物信息，拖拉机当前行驶速度，转向轮的偏角和拖拉机当前的位置信息中提取关键运动参数与障碍物关键信息，并将提取的信息编码成不超过设定值的第一数据包。进一步地，第一处理器将确定的第一数据包发送至无线通信网络。需要说明的是，设定值为1MB。 [0038] 在本发明实施例中，无线通信网络为拖拉机电控系统和驾驶系统进行数据通信建立的桥梁。具体地，拖拉机电控系统端基于移动通信网卡接入到移动网络，再通过无线网络运营商的网关服务器接入Internet网，远端的驾驶系统通过Internet网络接收、发送数据。 [0039] 在步骤102中，远端驾驶系统主要包括第二处理器和力反馈方向盘组件，第二处理器用于虚拟场景建模与显示，力反馈方向盘组件包括方向盘、油门和刹车部件。远端驾驶系统解码第一数据包，根据拖拉机的运动轨迹更新障碍物在显示屏上位置信息，并根据障碍物的位置信息，确定控制拖拉机运行的控制信息。 [0040] 需要说明的是，在本发明实施例中，力反馈方向盘组件包括方向盘、油门和刹车部件，操作者可以通过对方向盘，油门和刹车的控制，来确定对拖拉机的控制，即确定向拖拉机电控制系统发送的控制拖拉机运行的控制信息。 [0041] 在本发明实施例中，第二处理器会从将向拖拉机电控制系统发送的控制信息中或者关键数据，并将关键数据编码成不超过设定值的第二数据包，将第二数据包转发至无线通信网络。 [0042] 在步骤102之后，拖拉机电控制系统收到通过无线通信网络转发的第二数据包之后，对第二数据包进行解码，从第二数据包中获取对拖拉机的控制信息，从而将控制信息发送至数据采集卡。进一步地，数据采集卡将控制信息依此发送至继电器，转向步进电机和差速电机，从而通过继电器，转向步进电机和差速电机的变化来控制拖拉机的运动状态。 [0043] 实施例1 [0044] 为了能清楚的介绍本发明实施例提供的一种拖拉机遥操作控制方法，以下以图2所示的一种拖拉机遥操作控制方法流程示意图为例，来介绍本发明实施例提供的控制方法。如图2所示，该方法包括如下步骤： [0045] 步骤301，果园基本数据测量，主要测量果园外围各拐点GPS数据与果园行距，预先采集拖拉机行驶路径数据； [0046] 步骤302，果园虚拟场景模型调整，在虚拟驾驶终端计算机软件中输入果园基本参数，生成与果园信息匹配的虚拟场景模型； [0047] 步骤303，系统开启，完成拖拉机电控系统与远端驾驶系统的设备上电、开机与调试； [0048] 步骤304，作业是否完成，若完成，则执行步骤306和步骤307，若没有完成，则执行步骤305； [0049] 步骤305，关闭系统； [0050] 步骤306，开启远端驾驶系统； [0051] 步骤307，开启拖拉机电控制系统；需要说明的是，步骤306和步骤307的没有严格执行顺序，即可以先执行步骤306，再执行步骤307；还可以同时执行步骤306和步骤307。 [0052] 步骤308，远端驾驶系统运行； [0053] 步骤309，拖拉机运行；需要说明的是，远端驾驶系统与拖拉机电控系统关键信息通信正常，操作人员在远端驾驶系统中踩下油门踏板，转动方向盘控制果园内拖拉机作业，拖拉机电控系统实时反馈已编码的关键信息，包括定位信息、障碍物信息、前进速度与前轮转角信息，远端驾驶系统实时接收并解码反馈的关键信息； [0054] 步骤310，拖拉机前端是否出现障碍物信息，若出现，则执行步骤312，若没有出现，执行步骤308； [0055] 步骤311，是否坚持到障碍物，若是，执行步骤313，若不是，则执行步骤309；需要说明的是远端驾驶系统计算机解码的关键信息中出现障碍物信息时，屏幕上出现提示，操作人员立即踩下刹车踏板同时发出停车的控制信号，拖拉机电控系统接收到停车信号，连接电源的继电器断开，拖拉机停车。 [0056] 在步骤314和步骤315之后，当工作人员现场移除障碍物后，系统重新开始运行；如果完成作业任务，操作人员发出系统关闭信号，关闭拖拉机电控系统与远端驾驶系统软件、计算机操作系统与电源。 [0057] 基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种拖拉机遥操作控制系统，由于该系统解决技术问题的原理与一种拖拉机遥操作控制方法相似，因此该系统的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。 [0058] 图3为本发明实施例提供的一种拖拉机操作系统结构示意图，如图3所述，该系统包括拖拉机控制系统301和远端驾驶系统302。 [0059] 拖拉机控制系统301，其包括第一处理器，摄像系统，编码器；所述摄像体现用于确定所述拖拉机前方障碍物信息，所述编码器用于确定所述拖拉机当前的运动速度以及转向轮偏角，所述第一处理器分别与所述摄像系统和所述编码器电联接，用于从所述障碍物信息，所述拖拉机当前的运动速度以及转向轮偏角信息中提取编码小于设定值的第一数据包发送至远端驾驶系统； [0060] 远端驾驶系统302，用于对所述第一数据包解码，根据所述障碍物信息所述拖拉机当前的运动速度以及转向轮偏角发出调整所述拖拉机的运动速度，转向轮偏角的控制信息，并将从所述控制信息中提取的小于设定值的第二数据包发送至所述拖拉机控制系统。 [0061] 需要说明的是，在本发明实施例中，拖拉机控制系统301和远端驾驶系统402之间通过无线通信网络进行通信。 [0062] 优选地，所述远端驾驶系统包括第二处理器和力反馈方向盘组件； [0063] 所述第二处理器用于解码所述第一数据包，根据所述拖拉机的运动轨迹更新所述障碍物在显示屏上位置信息； [0064] 所述力反馈方向盘组件用于根据所述障碍物在显示屏上位置信息确定调整所述拖拉机的运动速度，转向轮偏角的控制信息。 [0065] 优选地，所述拖拉机控制系统301还包括GPS系统，所述GPS系统用于确定的所述拖拉机的位置信息。 [0066] 优选地，所述编码器包括增量式光电编码器和绝对式编码器，所述增量式光电编码器用于获取所述拖拉机的运动速度，所述绝对式编码器用于获取所述拖拉机的转向轮偏角。 [0067] 应当理解，以上一种拖拉机遥操作控制系统包括的单元仅为根据该设备装置实现的功能进行的逻辑划分，实际应用中，可以进行上述单元的叠加或拆分。并且该实施例提供的一种拖拉机遥操作控制系统所实现的功能与上述实施例提供的一种拖拉机遥操作控制方法一一对应，对于该系统所实现的更为详细的处理流程，在上述方法实施例一中已做详细描述，此处不再详细描述。 [0068] 本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。 [0069] 本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。 [0070] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。 [0071] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。 [0072] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。 [0073] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

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