[发明专利]一种四轮独立转向的水田农业机器人及其导航方法

权利要求书

1.一种四轮独立转向的水田农业机器人的导航方法，其特征在于，所述导航方法应用水田农业机器人实现，所述水田农业机器人包括行走底盘、用于控制所述行走底盘进行行走与转向的控制系统以及用于对行走底盘进行导航的导航系统；所述控制系统分别与所述行走底盘、所述导航系统连接；

所述行走底盘包括用于安装作业机具的底盘架、设置在所述底盘架上的四个车轮以及设置在所述底盘架与每个所述车轮之间用于驱动车轮行走与转向的行走转向机构；其中，所述行走转向机构的上端与所述底盘架连接，下端与所述车轮连接；该行走转向机构包括基座、转向驱动机构以及行走驱动机构，其中，所述基座设置在所述底盘架与所述车轮之间，所述基座的上端与所述底盘架连接，下端与所述车轮连接；所述转向驱动机构用于驱动所述车轮进行360°转向；所述行走驱动机构用于驱动所述车轮进行行走；

所述导航方法包括以下步骤：

（1）对目标水田进行路径规划；

（2）导航系统获取当前的位置信息与姿态信息，并结合规划的路径生成命令，将命令发送至控制系统，控制系统控制行走底盘行驶的路径与规划的路径重合；其中，行走底盘在变换下一行路径进行作业的具体步骤为：

（2.1）四个车轮位于两纵行作物之间的中心线与两横行作物之间的中心线相交的位置上；其中，两纵行作物之间所形成的通道为纵向通道，两横行作物之间所形成的通道为横向通道，纵向通道与横向通道交错排列；两纵行作物之间的中心线为纵向通道的中心线，两横行作物之间的中心线为横向通道的中心线；此时，每个车轮所在的横向通道为换行初始横向通道；

（2.2）转向驱动机构同时驱动四个车轮原地转向，使得每个车轮指向下一横向通道上在靠近车轮旁的纵行上的两株作物之间的中点，行走驱动机构驱动每个车轮行走至对应的中点位置处；

（2.3）转向驱动机构同时驱动四个车轮朝着相同方向原地转向，使得每个车轮指向的方向与横向通道的中心线重合，行走驱动机构驱动每个车轮行走，使得行走底盘平移至下一行路径上，此时，每个车轮位于纵行上的两株作物之间的中点；

（2.4）转向驱动机构同时驱动四个车轮朝着相同方向原地转向，使得每个车轮指向换行初始横向通道的中心线与下一纵向通道的中心线相交的位置上，行走驱动机构驱动每个车轮行走至该位置上；

（2.5）转向驱动机构同时驱动四个车轮朝着相同方向原地转向，使得每个车轮指向的方向与纵向通道的中心线重合。

2.根据权利要求1所述的一种四轮独立转向的水田农业机器人的导航方法，其特征在于，所述转向驱动机构包括转动设置在所述基座上的转向主动齿轮、固定设置在所述底盘架上的转向从动齿轮以及安装在所述基座上的转向驱动电机；所述转向主动齿轮与所述转向从动齿轮相互啮合，所述转向驱动电机的驱动端与所述转向主动齿轮连接，其中，所述基座转动连接在所述底盘架上。

3.根据权利要求1所述的一种四轮独立转向的水田农业机器人的导航方法，其特征在于，行走驱动机构包括行走驱动电机、支撑臂、传动轴以及锥齿轮减速机，其中，所述支撑臂的上端固定设置在所述基座的下端，所述锥齿轮减速机安装在所述支撑臂的下端，所述行走驱动电机安装在基座的上端；所述支撑臂为中空结构，所述传动轴设置在所述支撑臂的内部；该传动轴的上端与所述行走驱动电机的驱动端连接，下端与所述锥齿轮减速机的输入端连接，所述车轮与所述锥齿轮减速机的输出端连接。

4.根据权利要求1所述的一种四轮独立转向的水田农业机器人的导航方法，其特征在于，所述底盘架包括车架、设置在所述底盘架前后两端的前桥与后桥，所述基座转动连接在所述前桥、后桥上；其中，所述后桥与所述车架之间设有用于调节前桥与后桥之间距离的轴距调节机构；所述轴距调节机构包括用于引导所述后桥在车架上滑动的导向组件以及用于驱动所述后桥沿着车架进行滑动的轴距驱动组件。

5.根据权利要求4所述的一种四轮独立转向的水田农业机器人的导航方法，其特征在于，所述前桥与所述车架通过弹性摆动机构连接，所述弹性摆动机构包括设置在所述前桥中部的铰接结构以及设置在所述前桥两端的减震器，所述前桥的中部通过所述铰接结构铰接在所述车架上，所述减震器的一端铰接在所述车架上，另一端铰接在所述前桥上。