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CN109982557B - 机器人农业系统和方法 - Google Patents

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CN109982557B
CN109982557B CN201780051418.7A CN201780051418A CN109982557B CN 109982557 B CN109982557 B CN 109982557B CN 201780051418 A CN201780051418 A CN 201780051418A CN 109982557 B CN109982557 B CN 109982557B
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大卫·柯蒂斯·克林克劳
蔡斯·沙潘斯基
理查德·瓦卡里
杰里米·比舍尔
瑞恩·约翰逊
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Crinklaw Farm Services Inc
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Crinklaw Farm Services Inc
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Abstract

一种机器人果园喷雾系统，具有自主运载车辆(ADV)，每个自主运载车辆在由前视传感器、视频或这两者验证的非重叠路径上自主运载一定量的预混合溶液。移动控制中心，被配置为无线地通知自主运载车辆区域内的路径，并且确认自主运载车辆正遵循区域内的路径。测绘车辆生成区域内的路径，测绘车辆被配置为将关于路径和区域的信息传送到命令中心。测绘车辆用前视LiDAR传感器感测路径，并用GPS传感器感测区域。护理车具有用于补充ADV的箱的预混合溶液的贮存器。ADV和控制中心通过无线网络通信，该无线网络可以是网状网络、蜂窝网络或这两者。

Description

机器人农业系统和方法
技术领域
本发明总体上涉及农业设备，并且特别地涉及机器人农业喷雾设备。
背景技术
现代农业设备的操作可能是危险的和劳动密集型的。例如，目前的果园喷雾装置有暴露的附属物和暴露的移动部件，这些暴露的附属物和暴露的移动部件产生对人类消耗有危险的化学品气溶胶。在果树上喷洒杀虫剂和杀菌剂时尤其如此。设备操作人员应佩戴防护口罩和护目镜，避免与喷洒的药剂偶然接触。
此外，现有的果园喷雾装置在树冠密集的环境中可能笨拙且难以操作，其中树木的树枝低垂，并且因此限制了树木之间的空间。典型的设备接触低垂的树枝，并且可能会对树木造成伤害。此外，操作员必须被限制在一个保护性的驾驶室内，以防止被一个低垂的树冠刺伤和鞭打。此外，现代农业设备的操作可能是一件缓慢而乏味的事情。除休息站外，操作员还必须定期停下来卸下其防护装备，以便休息、补充水分和进食。因此，设备操作时断时续，不断受到耗尽和损伤、政府限制和人的基本需要的限制。所需要的是一个自主化的、机器人农业系统，其通过操作现有设备而免除了对处于危险中的人工操作员的需要。
发明内容
实施例提供了一种具有自主运载车辆的机器人农业系统，每个自主运载车辆被配置为在各自的预定义的非重叠区域内的各自的预定义的非重叠路径上自主执行各自的预定农业任务。各自的预定义的非重叠路径由各自的自主运载车辆前视传感器或各自的自主运载车辆视频馈送或这两者来验证，并且各自的预定义的非重叠区域由各自的自主运载车辆地理定位传感器来验证。机器人农业系统的实施例还包括控制中心，该控制中心被配置为无线地通知自主运载车辆各自的预定义的非重叠路径和各自的预定义的非重叠区域，以及提供操作命令。控制中心可以是固定控制中心或移动控制中心。
附加实施例包括测绘车辆，其被配置为识别各自的预定义的非重叠区域中的预定义的非重叠路径。测绘车辆被配置为向控制中心传送关于各自的预定义的非重叠路径和各自的预定义的非重叠区域的信息。自主运载车辆的实施例包括：具有前部和后部的车辆底盘，其中，前部车辆底盘具有向上倾斜的前部轮廓；附接到车辆底盘的液压马达，其中，该液压马达在选定方向上激励自主运载车辆；液压泵，附接到车辆底盘并流体耦接以驱动液压马达；动力发动机，机械地耦接至液压泵并构造成驱动液压泵，并且附接到车辆底盘；机具致动器，其附接到车辆底盘后部，并耦接至动力发动机；以及机具，其耦接至机具致动器并被配置为执行预定农业任务。
自主运载车辆的实施例还包括耦接至各自的自主运载车辆(ADV)前视LiDAR传感器和ADV GPS传感器的各自的车辆控制单元(VCU)，各自的VCU基于感测预定义的非重叠路径的各自的ADV前视LiDAR传感器和感测包含预定义的非重叠路径的预定义的非重叠区域的各自的ADV GPS传感器生成车辆命令，车辆命令包括转向命令、推进命令、节气门控制命令、离合器命令、驻车制动命令、预定农业任务命令或压力控制命令中的至少一个，各自的自主运载车辆响应于至少一个车辆命令。在其它实施例中，各自的车辆控制单元从转向传感器、速度传感器、离合器压力传感器和机具致动器传感器中的至少一个接收至少一个感测到的输入。车辆命令包括转向命令、推进命令、节气门控制命令、离合器命令、驻车制动命令、预定农业任务命令或压力控制命令中的至少一个，车辆控制单元响应于至少一个感测到的输入发出车辆命令，并且各自的自主运载车辆响应于车辆命令。各个自主运载车辆的其它实施例包括：具有前部和后部的车辆底盘，其中，前部车辆底盘具有向上倾斜的前部轮廓；附接到车辆底盘的动力发动机；液压系统，其具有附接到车辆底盘的液压马达，其中，液压马达在选定的前后方向上激励自主运载车辆；液压转向设备，其在选定的左右方向上激励自主运载车辆；以及附接到车辆底盘的液压泵，其流体耦接以驱动液压马达和液压转向设备，并且机械地耦接至动力发动机；以及分散风扇，其附接到车辆底盘后部，并且耦接至动力发动机。各个车辆还包括附接到底盘并耦接至动力发动机的机具致动器，以及耦接至机具致动器并配置为执行预定农业任务的机具。
自主运载车辆的实施例可以包括碰撞避免系统，该碰撞避免系统包括命令和控制软件，该命令和控制软件使得各自的预定义的路径不重叠并且各自的预定义的区域不重叠。自主运载车辆的实施例还可以包括碰撞缓解系统，该碰撞缓解系统包括命令和控制系统软件，该命令和控制系统软件使得两个相邻的自主运载车辆彼此接近时转弯而不发生碰撞。各个自主运载车辆的实施例还可以包括独立于各自的自主运载车辆(ADV)底盘的遥控器，该遥控器无线地且可选择地耦接至各自的ADV，该遥控器被配置为超控自主动作并操作转向功能、推进功能、离合器功能、压力功能、预定农业任务功能或紧急停止功能中的至少一个。
机器人农业系统的实施例可以包括：移动控制中心，被配置为无线地通知各个自主运载车辆在各自的预定义的非重叠区域内的各自的预定义的非重叠路径，并且确认自主运载车辆正遵循在各自的预定义的非重叠区域内的各自的预定义的非重叠路径；测绘车辆，该测绘车辆在各自的预定义的非重叠区域内生成各自的预定义的非重叠路径；并且该测绘车辆被配置为向移动控制中心传送关于各自的预定义的非重叠路径和预定义的非重叠区域的信息，其中，测绘车辆利用测绘车辆前视LiDAR传感器感测各自的预定义的非重叠路径，并且利用测绘车辆GPS传感器感测各自的预定义的非重叠区域；和护理车，其具有例如用于补充各个自主运载车辆的各自的预混合溶液罐的预混合溶液的贮存器。
实施例还提供了用于农业机器人系统的命令和控制网络，其具有将至少一个自主运载车辆耦接至控制中心的无线电网络；以及将至少一个自主运载车辆耦接至控制中心的视频网络。无线电网络是因特网协议网络，且视频网络是因特网协议网络。在命令和控制网络的一些实施例中，无线电网络是集成视频网络并将视频网络的视频馈送和无线电信号发送到控制中心的网状网络。在命令和控制网络的其它实施例中，无线电网络是与视频网络分开的网状网络。在命令和控制网络的其它实施例中，无线电网络是蜂窝网络。
实施例提供了一种用于机器人农业系统的方法，包括：自主确定非重叠前向路径；自主遵循非重叠前向路径；并且在遵循非重叠前向路径的同时，在非重叠前向路径上自主执行预定农业任务。此外，实施例可以包括将预定的非重叠前向路径下载到自主运载车辆；将当前前向路径与下载的预先识别的非重叠前向路径进行比较；以及使用自主运载车辆上的前视传感器自主校正与下载的非重叠前向路径相对应的航向。
附图说明
本文中公开的本发明的实施例以示例的方式示出，并且不受附图的限制，在附图中，相同的附图标记指示相似的元件，并且其中：
图1是根据本发明的教导的示例性机器人农业喷雾系统的图示；
图2是根据本发明的教导的图1中的系统的自主运载系统(ADV)的俯视图；
图3是根据本发明的教导的用于ADV的控制系统的框图；
图4是根据本发明的教导的用于ADV的远程控制界面的图示；
图5是根据本发明的教导的ADV定位系统的框图；
图6是根据本发明的教导的ADV液压系统的框图；
图7是根据本发明教导的ADV水性雾化系统的框图；
图8是根据本发明的教导的ADV遥操作控制系统的框图；
图9是根据本发明的教导的ADV控制总线结构的框图；
图10是根据本发明的教导的图1的移动控制中心的外部视图的图示；
图11是根据本发明的教导的移动控制中心的内部视图的图示；
图12是根据本发明的教导的用于移动控制中心的通信和定位系统的框图；
图13是根据本发明的教导的图1的测绘车辆的图示；
图14是根据本发明的教导的测绘车辆定位系统的图示；
图15是根据本发明的教导的图1的护理车的图示；
图16是根据本发明的教导的护理车无线电中继器的框图；
图17是根据本发明的教导的护理车的自主混合系统的框图；
图18是根据本发明的教导的部署在果园中的图1中的系统的图示；
图19A是根据本发明的教导的ADV右侧面轮廓的图示；
图19B是根据本发明的教导的ADV左侧面轮廓的图示；
图19C是根据本发明的教导的ADV正前面轮廓的图示；
图19D是根据本发明的教导的ADV后背面轮廓的图示；
图19E是根据本发明的教导的ADV左前斜视图轮廓的图示；以及
图19F是根据本发明的教导的ADV右后斜视图轮廓的图示。
参考在附图中描述和/或示出并在以下描述中详细说明的非限制性实施例和示例，更全面地说明本发明的实施例及其各种特征和有利细节。应注意，附图中所示的特征不一定按比例绘制，并且如本领域技术人员将认识到的，即使没有明确地说明，一个实施例的特征也可以与其他实施例一起使用。
具体实施方式
本文中的实施例是在林果园的非限制性环境中描述的，尽管包括但不限于葡萄栽培环境或作物环境的其它实施例也是可能的，只要作必要的修改。作物可以是多年生的，也可以是一年生的，或者两者都有。此外，尽管详细说明了农业喷雾，但所有其他农业用途都是可能的，特别是那些适合于机械或液压致动的实施方式，包括施肥、耙地、犁、耕作或撒播。一般地，自主机器人喷雾器是被配置为自主执行各自的预定农业任务的自主运载车辆的类型。自主运载车辆的车队可以用于在果园、葡萄园或包括多年生作物的作物田地中一次执行一个或多个各自的预定农业任务。
继续该喷雾示例，由于车辆在果园、葡萄园或作物中以显著的效率工作，自主运载车辆喷雾器可以允许单个用户控制多个类似于自主运载车辆喷雾器的喷雾器。一个或多个喷雾器或一个或多个自主运载车辆的控制可以在自主农业系统的环境内并通过协调车辆的通信网络以协作车辆的网络来实现。自主运载车辆遵循软件控制的地图和地图内的路径，以执行预定农业任务，该预定农业任务旨在高效地但不限于种植多年生作物。本文中的装置、部件和方法的某些实施例可以被配置为在国际标准ISO 25119的一个或多个部分--Tractors and machinery for agriculture and forestry—Safety-related parts ofcontrol systems.(参考ISO 25119：2010(E))内操作。此外，本文中的实施例可以与标准ISO/DIS18497草案--Agricultural machinery and tractors—Safety of highlyautomated machinery.(参考ISO/DIS18497：2015)的安全性兼容。上述文件通过引用将其各自的全部内容并入本文。
在图1中，示出了整个自主农业系统100。系统100包括自主运载车辆(ADV)110、移动控制中心120、测绘车辆130和护理车140。提供护理车140以支持喷雾操作，但不是必需的。ADV 110可以是系统100的自主部分，作为非限制性示例，系统100将诸如肥料、杀虫剂和杀真菌剂的化学品应用于农业作物，例如果园、葡萄园或行间作物。ADV 110使用精密的电子设备来控制施加化学品的速率和压力，以及ADV 110的速度、方向和位置。ADV 110能够在自主模式下或在远程模式下操作。在自主模式下，系统100可以具有一个或多个由移动控制中心120监测和控制的ADV 110，并向至少一个各自的预定地块(例如果园、葡萄园或行间作物，或果园、葡萄园或行间作物的一部分)提供服务。ADV 110被配置为以自主和远程模式两者与移动控制中心120通信。在自主模式中，ADV 110在没有人类用户的直接输入的情况下操作；在远程模式中，ADV 110从手动操作的控制板(未示出-参见图4)远程操作。ADV 110可以配备高精度全球导航卫星系统(GNSS)设备，例如RTK-DGPS。ADV 110可以包括前视传感器(诸如LiDAR)，用于识别前向路径的存在和对前向路径的遵循，以及用于识别前向路径中的障碍物。例如，前视LiDAR有助于找到树干并确定通过树干的中心路径。
ADV 110上的GNSS设备可以包括配备有多星座实时运动(RTK)网络的前后GPS，从而以厘米精度提供水平和垂直定位。GPS可以用惯性导航单元来增强。ADV 110还可以配备前后高清摄像机，以提供操作现场的实时可视化。由ADV 110接收并发送到移动控制中心120的所有数据可以通过900MHz、2.4GHz或5.8GHz的分组无线电发送，这取决于天气条件、植被密度和其他条件。本领域普通技术人员将认识到可以使用其它无线电频率。在远程模式下，ADV 110可以通过具有拨动开关和操纵杆的远程控制板而不是使用移动控制中心120来操作以提供服务。ADV 110可以在移动之前发出可听见的警报。
移动控制中心120可以是具有60英尺伸缩式气动桅杆天线的通信车，类似于熟悉的新闻车。移动控制中心120可以包含多个计算机、多个显示屏以及命令和控制软件。操作员可以被容纳在移动控制中心120中以监督整个操作，其可包括分布在大面积上的多个ADV110。移动控制中心120通知ADV 110它将在预定义区域中采用的预定义路径。移动控制中心120可以具有车载发电机和安装在其底盘上的空气压缩机，空气压缩机具有位于移动控制中心120的内部和外部的多个插座。也可以提供空调和供暖。在桅杆的远端是连接件、安装件、照相机和天线，以支持音频和视频馈送以及无线数据馈送。
此外，已发现预定地块的绘图样地可以是有益的。以前未绘制的果园区域可以用为喷雾期间使用而创建的地图来标识。因此，在某些实施例中，类似于ADV 110，测绘车辆130可以识别配备有与多星座实时运动学(RTK)网络一起工作的前后GPS的标绘配置。GPS数据可以用于识别预定义区域。此外，测绘车辆130可以使用前视LiDAR来识别例如树干位置、树干之间的路径以及待测绘区域内的任何潜在障碍物。前视LiDAR数据可以用于识别预定义路径，尽管其它前视传感器可以用于识别预定义路径，包括但不限于红外、雷达和视频成像系统。典型地，测绘车辆130驱动通过果园的路径，该路径基本上类似于ADV 110在操作期间要采取的路径，并且继续测绘，直到测绘了预定义区域，例如整个果园或果园的一部分。“地图”可以包括预定义路径和预定义区域的GPS和LiDAR数据。测绘车辆130可以收集GPS和LiDAR信息，并且可以以900MHz、2.4GHz或5.8GHz无线电频带通过无线电将该信息发送回移动控制中心120以供存储，并随后由ADV 110使用。
在一些实施例中，护理车140可以定位在预定的地块上具有足够的尺寸的指定区域(停机坪)中，以便方便地用燃料、液压流体或预混合溶液补充ADV 110以用于喷雾。典型地，护理车140可以携带约2400加仑，尽管可以使用其它油箱尺寸。护理车140还可以配备有无线电中继器，以协助向现场的ADV 110发送控制信号并监测来自现场的ADV 110的感测信号。无线电中继器也可以在900MHz、2.4GHz或5.4GHz之一上操作，但也可以使用其他频率。典型地，护理车140定位在护理区域的一部分中，护理区域是靠近果园中发生喷雾的过道的土地的一部分。这部分土地将随着ADV 110在果园、葡萄园或空地上的移动而改变。当需要额外的喷雾溶液时，护理车140可以重新填充ADV 110。在所选实施例中，护理车140还可以补充液压流体或燃料。护理区域可以是ADV 110从远程模式转换到自主模式并返回的区域，或者例如在树行之间的区域中。在整个说明书中，ADV 110、移动控制中心120、测绘车辆130和护理车140可以代表类似的装置，除非特定说明示出装置的特定实施例。
转向图2，示出了根据本实施例的ADV 200的俯视图。ADV 200可以是诸如图1中的ADV 110的实施例。ADV 200将在图2中概括地描述，并将相对于后面的附图详细描述。ADV200可以被配置为农业喷雾器车辆，尽管其它配置也是可能的。特别地，ADV 200的实施例可以被配置为自主果园喷雾车辆。ADV 200的另一实施例可以配置为自主葡萄园喷雾车辆。因此，ADV 200在四个重型轮胎202a-d上驱动，该四个重型轮胎202a-d由四个各自的液压马达204a-d驱动。轮胎202a-d可以是由美国佐治亚州罗马的OTR生产的型号IN445/50D710(44英寸直径x18英寸宽)。液压马达104a-d可以是美国北卡罗来纳州夏洛特的Bosch Rexroth生产的型号R092505296。前向轮胎202a、202b由液压转向机构206转动，当液压转向机构206被致动时，前向轮胎202a、202b相对于ADV 200的纵向中心线290向右和向左引导。液压转向机构206可以是由美国俄亥俄州蓝灰的Sheffer提供的单端型号2-1/2HHC10K。转向角(左/右转向度)可以由磁阻线性定位测量传感器213(诸如来自新泽西莫里斯敦的Honeywell的100度转向角传感器型号SPS-A100D-HAWS)检测。传感器213检测轮轴机构的角位移度，该角位移度可以被校准直至偏离中心线290正或负50度。传感器213可以安装在底盘上，其中单独的磁体设置在ADV 200的轮轴机构上的附近。当然，也可以使用其他转向角位置检测器。
液压马达204a-d的动力可以由液压泵210提供，液压泵210从液压流体箱212供给。液压转向机构206的动力可以由液压辅助泵211提供，该液压辅助泵211也从油箱212供给。反过来，液压泵210、211的动力可以由动力发动机214提供。发动机214可以是柴油发动机，具有6.7升排量，具有173马力，诸如由美国印第安纳州哥伦布的Cummins公司制造。为了起动动力，发动机214可以耦接至主电池280，例如，来自美国加利福尼亚州科洛纳的Powerstride的具有额定值为12伏和950个冷起动放大器的PowerStride型号PS31-950。此外，ADV 200的电子部件可以由辅助电池282(例如额定为12伏、32安培小时的Powerstride44RC)供电。电池隔离器284可以耦接在主电池和辅助电池之间。电池隔离器284不允许发动机起动器从辅助电池汲取电力。在起动期间，对于某些电气部件，电压可能下降得太低，导致它们关闭。隔离器284允许电压保持在电子器件的正确电压。合适的电池隔离器可以来自美国德克萨斯州斯哥尔斯的Littelfuse商用车辆产品Cole
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当电压在自主模式下下降时，车辆将不会启动，因为车辆控制单元(VCU)需要在线查看所有部件并向VCU报告。如果没有发生这种情况，车辆将进入紧急停止状态。
发动机214可以与ADV 200传动链(未示出)接合。液压离合器215选择性地接合/脱开溶液泵220和分散风扇230至发动机214。发动机214向液压泵210、211提供驱动动力。液压泵210为用于转动ADV 200的车轮202a-d的液压马达204a-d提供动力。液压泵210可以是美国北卡罗来纳州夏洛特的Bosch Rexroth的型号AA4UG56EP3DTI/32LNSC52F04FP。液压辅助泵211可以用于驱动ADV 200的液压转向机构206，并且可以是来自美国北卡罗来纳州夏洛特的Bosch Rexroth的型号P2100C486GDZA07-87。动力发动机214可以耦接至具有两个输出轴270、272的齿轮箱268。第一输出轴270可以驱动液压泵210、211。第二输出轴272可以耦接至液压离合器215，液压离合器215可以耦接至分散风扇230。皮带轮274可以设置在第二输出轴272上，皮带轮274可以通过皮带276耦接至溶液泵220。因此，当液压离合器215接合时，第二输出轴272使得分散风扇230旋转，并且溶液泵220运行。液压流体箱212可以用作液压泵210、211的贮存器，并且可以具有约80加仑的容量。
水性雾化器子系统217可以包括溶液贮存器218，其耦接至溶液泵220，溶液泵220反过来供应右喷雾阀222和左喷雾阀224。流量计226感测由喷嘴228分配的流量。分散风扇230耦接至输送管道232。喷嘴228定位成将溶液输送到输送管道232。在本实施例中，贮存器218可以是容纳预混合溶液的600加仑不锈钢罐，并且溶液泵220可以从贮存器218汲取输入，并向喷雾阀222、224提供输出。右喷雾阀222将预混合溶液从泵220输送到ADV 200的输送管道232的右侧(相对于中心线290)，并且左喷雾阀224将预混合溶液从泵220输送到ADV200的输送管道232的左侧。
流量计226感测来自喷雾阀222、224的输出，以确保将适当体积的溶液输送到输送管道232。分散风扇230从ADV 200的后部吸入空气，并迫使空气和雾化的预混合溶液通过输送管道232流出。被吸入的预定体积的空气与被输送到喷嘴228的预定体积的溶液相结合，并且提供预混合溶液的高度精确的雾化输送。溶液泵220可以是来自美国威斯康星州德莱文的Myers的2级离心泵型号12CI-2022C95。溶液泵220可以是从分散风扇230的轴上的皮带轮驱动的皮带。因此，当液压离合器215接合时，溶液泵220和分散风扇230都被致动。喷雾阀222、224可以是由美国东北部阿什兰的KZ制造的型号92FM33-10D20-P01，1英寸不锈钢3件式双向通/断全流道球阀，带把手，0.8秒循环。喷雾阀222、224的输出可以由流量计226监测，流量计226可以是来自美国明尼苏达州的新布赖顿的Hypro/Pentai公司的型号ARAGORION(P/N 4622AA51616)。
分散风扇230可以是来自美国东北部尤蒂卡的布里萨工业的“吸入风扇”型号LFC400/16T CR1013606E4-36英寸玻璃纤维增强、聚丙烯叶片、且轴驱动风扇。分散风扇230可以通过分别接合/脱开液压离合器215来致动/脱开。分散风扇230在ADV 200的后部沿行进的前向方向吸入空气，并通过迫使预定体积的空气进入喷嘴出口输送管道232来雾化和分散预混合溶液。该技术确保预混合溶液从树干到树冠以适当的比例与树木接触。具有个性化的左和右喷雾阀确保喷雾仅被引导到实际的树木行，或者被指定为要喷雾的区域，例如在ADV 200的一侧。
ADV 200可以具有制导和控制子系统，其可以包括具有前GPS天线236和后GPS天线238的基于GPS的GNSS系统。GPS信号向ADV 200提供其在绝对GIS坐标中的和相对于预先建立的一组陆地坐标的水平和垂直位置。GPS坐标和ADV 200系统参数的通信可以通过无线电244使用天线246、248和250中继到控制站，天线246、248和250可以促进分别在900MHz、2.4GHz和5.8GHz的通信。此外，前摄像机240和后摄像机242可以提供监测和定位视频馈送，该视频馈送也可以经由无线电244来传送。前向路径验证和路径阻塞检测可以通过前视平面激光器230来完成，其辅助自主操作。实际上，当物体到达离车辆前方预定距离内时，前视平面激光器230可以向ADV控制系统发送警报。ADV 200停止以避免与对象碰撞。电气盒252包含ADV 200的电气、控制和通信元件，下面将描述这些元件。安全特征包括：驻车制动器(未示出)，它可以在没有发出前进或倒退命令的任何时间接合，手动ADV关闭(“紧急停止”)按钮，并且用于驻车制动器和用于完全预混合溶液指示器的可视指示灯容纳在方框262上。紧急停止按钮在被致动时使发动机214关闭，并设置驻车制动器。另一安全特征可以是前保险杠264，当前保险杠264被接触时，其也导致发动机214关闭并设置驻车制动器。操作员可以在自主操作和远程操作(和返回)之间转换的一种方式是切换位于ADV 200底盘上的自主/远程开关266。
ADV 200的前向路径的照明可以由形成前照灯208的水平条状白色LED灯提供。这种前照灯可以是由美国密苏里州圣路易斯的Super Bright LED制造的型号ORBX21-54WS-SP。可以闪烁的灯254、256、258、260指示ADV 200是处于自主模式(琥珀色/蓝色)、远程模式(琥珀色)、挂起模式(琥珀色/蓝色/红色)还是处于错误模式(红色)。其他照明颜色方案是可能的。闪光灯254、256、258、260每个都可以是美国密苏里州圣路易斯的Super BrightLED制造的型号STRB-x4W。照明颜色方案可以改变以与适用的标准一致，例如ISO标准草案18497。应当理解，所有农业实施例都是预期的，并且可以在ADV 200中实现。这种用途可以包括但不限于农业耙地或播撒，其中水性雾化器子系统217和分散风扇230用经由液压或机械致动的适当实施方式代替。
转向图3，将描述自主运载车辆控制系统(ACS)300。图3是在图2的环境中描述的。通常，系统300可以在自主模式下或在远程模式下操作。当自主/远程开关306处于远程模式时，用户可以通过远程控制界面310控制ADV 110。当自主/远程开关306处于自主模式时，ADV 110可以处于自主模式，通过该自主模式ADV 110自主控制定位、推进、喷雾参数(布置、压力和流量)以及发动机节气门控制。
发动机ECM(电子控制模块)302自动曲轴起动、启动和监测发动机214，用于燃烧、排放控制、发动机速度、高水温和低油压以及其他发动机参数。监控发动机速度，以防止曲轴断开和超速。旁路(未示出)允许在曲轴期间和曲轴断开后的额外可调期间内进行低油压和高水温超控。可以有发动机报警输入/输出(未显示)，其可以用于检测多种类型的故障。某些引擎部件通过控制器局域网总线(CAN总线)通信地耦接。发动机ECM 302监测CAN总线信号在起动和运行期间的问题。如果检测到问题，则发动机可以关闭，并且可以提供可视指示。发动机ECM(电子控制模块)302可以是配备有来自美国伊利诺伊州哥伦布市的康明斯公司的6.7升、173马力QSB 6.7柴油发动机的发动机。
ACS ECU(电子控制单元)304在自主模式和远程模式下为诸如ADV 110的自主运载车辆(ADV)提供感测、控制和致动。ACS ECU 304可以设置在电气箱252中。ECU 304感测的参数可以包括但不限于发动机RPM、温度、电压；前进/后退推进；左/右后轮速传感器；向左/右转向；转向角，驻车制动器接合/未接合；燃油油位低；液压液面低；预混合溶液箱液位－满、3/4、1/2、1/4、空；PTO离合器接通/断开；预混合溶液喷雾压力和流速；和左/右喷雾阀开/关。发动机ECM 302可以经由CAN总线耦接至ACS ECU 304。ACS ECU 304可以从发动机(例如，发动机214)接收操作数据，并且可以从后紧急停止按钮316或从前保险杠触点346向发动机ECM 302提供安全切断信号。远程控制界面310允许ADV 110由远程操作员操作，远程操作员可以使用无线链路311保持对ADV的控制。合适的ECU 304可以是来自美国伊利诺伊州林肯郡的Hydraforce公司的CoreTekTM型号ECU-2415机器控制器。CAN总线362可以传送来自车辆上的所有传感器(节点)的信号，每个传感器具有唯一的ID。每个传感器称为一个节点，并且每个传感器都有自己的唯一ID。所有传感器例如使用标准的可变电压或电阻反馈到ACS ECU 304。
对于喷雾控制，ACS ECU 304控制和致动执行右喷雾326、左喷雾328和喷雾压力控制330的阀。压力传感器314检测喷雾控制阀处的预混合溶液的压力，并且使用喷雾流量计312检测喷雾体积。通过监测和调节喷雾布置(左/右)、喷雾压力和喷雾量以及ADV 110的速度和方向，被喷雾的植物(未示出)可以接收预混合溶液的精确剂量。对于转向，ACS ECU304检测来自转向传感器318的转向参数，并产生迫使ADV向左转向332、向右转向334或直线前进的命令。左轮速度322和右轮速度324是由ACS ECU 304感测的参数，以确定ADV(例如，ADV 110)的方向和速度，并且作为响应，使用正向推进336或反向推进338致动器在所选方向上调节和保持ADV推进速度。车轮速度传感器322、324还可以根据车轮相对于其它车轮的相对速度向ADV转向提供输入。
ACS VCU 308从LiDAR传感器348和GPS数据352接收信息，以检测通过相邻植物(例如树木或藤蔓或作物)的当前路径和计划的未来路径。在许多情况下，由于GPS的不精确性、树冠密度和信号多径，LiDAR可以提供比GPS更精确的路径确定。利用LiDAR进行目标识别是本领域公知的。前视LiDAR传感器系统348可以用于识别其环境中的对象，例如一行或多行树、树干的位置以及相对于树的前向路径。前视LiDAR传感器系统348还提供安全输入，诸如当路径中的对象到达距离ADV 110的前方预定距离内时。由前视LiDAR传感器系统348引起的LiDAR接近止动件防止ADV与对象(例如，倒下的树枝、人或迷路的农场动物)之间的意外碰撞。VCU 308通过CAN总线362耦接至发动机ECM 302和ACS ECU 304。VCU 308感测输入到发动机ECM 302、ACS ECU 304和VCU 308的数据和从发动机ECM 302、ACS ECU 304和VCU308输出的数据，并通过链路358将该数据通过无线电356引导回控制箱360。VCU 308还可以将摄像机视频反馈350路由回移动控制中心120。
离合器压力传感器320感测液压离合器215的当前状态，并且与节气门控制340协作，ADV离合器接合342可以被致动或停用。除了LiDAR接近止动件之外，ADV所具有的安全特征包括前保险杠接触止动件346和后紧急止动按钮316。当接触346前保险杠264时，ACS ECU304使发动机(例如ADV发动机214)关闭并接合驻车制动器。因此，前保险杠接触止动件可以起到碰撞缓解能力的作用。类似地，当用户按下后紧急停止按钮316时，ADV发动机214被关闭，并且驻车制动器344可以接合。
来自GPS子系统352和LiDAR子系统的所有上述数据348可以经由无线电子系统356通过无线电链路358提供给移动控制中心360。来自视频子系统350的数据流也可以通过无线电链路358经由无线电子系统356提供给移动控制中心360。此外，来自流量计312、压力传感器314、转向传感器318、离合器压力传感器320和轮速(左/右)322、324的感测数据被发送到移动控制中心360。前保险杠264接触停止激活状态也被发送到移动控制中心360。
移动控制中心360还通过链路358从CAN总线接收关于ACS ECU 304和VCU 308的信息。因此，移动控制中心360可以监测由ACS 300创建的信息、命令和控制数据。此外，移动控制中心360可以通过链路358向VCU 308发出命令和控制指令，这反过来可以使ACS ECU行动以控制ADV。在传送到ADV系统的那些指令中，包括喷雾控制326、328、压力控制330、转向332、334、推进336、338、节气门控制340、离合器位置(接合/脱开)342和驻车制动位置(开/关)344。
转到图4，示出遥控界面400的图示。界面400可以类似于图3中的远程控制界面310。遥控界面400可以具有多位置操纵杆402和拨动开关面板404。多位置操纵杆402可以具有使远程操作员(未示出)能够利用向前推进406或向后推进410命令信号以及向右转向408或向左转向412命令信号来操作ADV 110的选择。操纵杆从中间点的位移用于增加推进速度或转向的程度。例如，在界面400的中间可以设置显著的机器停止控制开关414，以启动机器停机和停车制动设置。开关414的功能和操作可以类似于图3中的紧急停止按钮316。
拨动开关面板404可以包括喷雾右开/关开关416和喷雾左开/关开关418，其使各自的喷雾阀222、224打开或关闭。喷雾控制还可以包括使用PSI增加/减少开关420来增加或减少喷雾压力。离合器接合/分离开关422可以分别使ADV 110离合器(未示出)接合和分离。节气门升/降开关424可以致动发动机214的节气门以增大或减小，从而分别增大或减小发动机214的速度。辅助#1/辅助#2开关426。也可以使用其它类型和布置的开关。可以在显示器428上提供操纵杆和开关相关的视觉确认。来自界面400的ADV 110的无线电控制可以通过使用来自美国密歇根州韦德曼的LOR制造企业的4370型无线电收发机来实现。
图5示出了ADV定位系统(APS)500。图5可以在图1、图2和图3的环境中理解。APS500可以从机载子系统接收用于LiDAR 348和GPS 352的定位信号；可以处理用于ADV 110在预定义区域内定位的信号；可以将信号从视频350传递到移动控制中心120；并且可以使用由定位信号提供的引导来自主导航预定义区域内的预定义路径。具体地，GPS 352子系统可以包括耦接至GPS接收机504的前GPS天线502和后GPS天线503。GPS子系统352可以从全球GPS卫星星座(未示出)中的多个接收输入的GPS定位信号，并且可以向VCU 518提供水平和垂直定位数据。VCU 518确认ADV 110在GPS指定的预选区域内。在某些实施例中，GPS子系统352可以在1厘米精度内提供水平和垂直定位数据。预定义区域可以是例如果园、葡萄园或行间作物的至少一部分，但也可以是ADV 110提供合适的喷雾溶液的任何其它作业场所。
VCU 518处理输入的GPS数据并将其与预定义的GPS数据进行比较以为ADV 110找到正确的路径。天线502、503和GPS接收机504之间的连接可以是同轴型连接。从GPS接收机504到VCU 518的连接可以是串行数据连接，诸如RS-232型或IEEE 802.3型串行数据连接。在果园应用中，GPS子系统352向VCU 518提供定位数据，该定位数据可以与先前由测绘车辆130记录的预定义区域信息进行比较。可以将预先记录的GPS数据与感测的GPS数据进行比较，并且可以进行校正以保持ADV 110真实到预期路径。
此外，还可以使用LiDAR(光雷达)子系统348来提供ADV 110前向路径识别和验证，其可以包括使用以太网类型的连接耦接至障碍物检测/障碍物避免(OD/OA)处理器512的平面激光器510(传感器)。平面激光器510可以以IEEE 802.3格式与OD/OA处理器512通信。在果园应用示例中，OD/OA处理器512使平面激光器510照射ADV 110的前向路径，识别果园中的入射目标(例如，树干)，并处理来自平面激光器510的反射返回信号以提供目标和ADV110的位置信息，该信息通过IP-67额定值的高可靠性(HI-REL)分组交换机516传输到VCU518。
虽然位置信息可以由GPS子系统352提供，但是来自LiDAR子系统348的位置信息可以减轻由于卫星遮蔽(例如，树冠和其他干扰)引起的GPS导航中的误差。VCU 518解释由OD/OA处理器512提供的数据，以确定果园树的位置，找到树之间的中心路径，并验证当前路径与测绘车辆130提供给VCU 518的预定义路径数据一致。预定义的路径信息可以包括预定义区域内的目标(诸如树的行)的位置，以及预定义区域内的目标(树)的簇(行)之间要遵循的路径。此外，VCU 518可以使用来自OD/OA处理器512的数据来检测在ADV 110的路径中是否存在障碍物，并且如果存在障碍物，则关闭ADV发动机214。因此，LiDAR子系统348也可以充当碰撞避免子系统。
视频子系统350可以包括前摄像机506和后摄像机507，前摄像机506和后摄像机507向照相机交换机508提供分组视频信号。分组视频信号可以表示ADV 110附近的各自的视觉区域。此外，照相机交换机508可以是启用以太网供电(POE)的交换机，向照相机506、507提供操作电力。视频子系统350还可以使用DC/DC转换器(12V/48V)，诸如来自美国俄勒冈州波特兰的E BEST TRADE有限责任公司的型号Supernight，LC-123。从照相机506、507发送的视频分组可以通过路由器520路由，然后通过HI-REL分组交换机516到VCU 518。VCU518又将视频流路由到无线电收发机524，并且然后路由到移动控制中心120。视频分组可以是以太网格式。
GPS天线502、503可以是Zephyr2(加固)天线，且GPS收发机504可以是型号BX982，所有这些都来自美国加利福尼亚州森尼维尔的Trimble Navigation Limited。照相机506、507可以是来自瑞典隆德的Axis Communications AB的型号M-3114。照相机交换机(POE)508可以是来自美国宾夕法尼亚州莫尔文的Rajant公司的型号VHDC-24V-50W。HI-REL交换机516可以是来自德国巴登-伍特姆伯格内卡滕斯林根的Hirschmann(Belden公司)的5TX-EEC型章鱼交换机。NAT路由器520可以是来自美国加利福尼亚州米尔皮塔斯的AdvantechAmerica的型号EKI-6528TPI NAT路由器。平面激光器510可以是来自美国加利福尼亚州摩根希尔的Velodyne LiDARTM的VLP-16型3D LiDAR传感器。可选地，可以使用来自德国布赖斯高瓦尔德基希的型号LMS-151。
耦接至OD/OA处理器512的可以是事件记录器514。事件记录器514记录来自OD/OA处理器512的数据，以及来自ACS VCU 304的CAN总线馈送。事件记录器514可以具有以太网连接(例如，RJ-45、M-4和M-12)、串行连接(例如，RS-232和USB)、CAN连接(例如，J1939)和SVGA连接。类似于商用飞机中的驾驶舱数据记录器，事件记录器514可以在预定的时间窗口上收集和保存预定的事件数据，并且可以在随后的时间窗口期间在保存的数据上进行记录。事件记录器514数据可以不被手动操纵，并且可以在灾难或不幸的情况下提供关于ADV110系统状态的有用信息。无线电子系统356可以包括收发机分组交换机(POE)522，收发机分组交换机(POE)522耦接至无线电收发机524并向无线电收发机524提供功率。无线电收发机524能够在多个频带中发射和接收信号。因此，无线电收发机524可以包括多个天线，诸如900MHz天线526、2.4GHz天线527和5.8GHz天线528。多频率收发允许ADV ACS 300和APS 500与移动控制中心360之间的高可靠性、鲁棒性和冗余通信。POE收发机分组交换机522可以是来自美国宾夕法尼亚州莫尔文的Ajant公司的型号VHDC-24V-50W。无线电收发机524可以是来自美国宾夕法尼亚州莫尔文的Rajant公司的型号LX-4。900MHz天线526可以是来自美国俄亥俄州伊利里亚的MP Antennas有限责任公司的型号08-ANT-0922。2.4GHz天线527可以是型号TRAB24003P，且5.8GHz天线528可以是型号TRAB58003P，两者均来自美国密苏里州地球城的Laird USA。
当蜂窝覆盖允许时，数字蜂窝无线电网络可以用于车辆间通信。根据现行规定，根据蜂窝电话公司的特别订购计划，每辆车可由一个小型收发机提供蜂窝覆盖。因为商业蜂窝公司被联邦通信委员会许可从蜂窝塔提供强大的信号，例如，每个扇区500瓦(有效辐射功率)，蜂窝信号穿透树冠几乎没有困难。由第一本地蜂窝塔从发射车辆接收发射的无线电信号。可以从第二本地蜂窝塔向所选择的接收车辆发射返回无线电信号。第一本地蜂窝塔可以与第二本地蜂窝塔相同或不同，使用蜂窝系统的“惩罚”是发射和接收无线电之间的轻微时间延迟(例如，250毫秒)(反之亦然)。
可选地，当蜂窝服务不可用或不可靠时，可以在给定工作地点使用模拟网状无线电网络。网状无线网络允许所有车辆彼此直接通信，而不是通过基站(点对点网络)发送信号。网状网络可以更快，因为信号可以直接从发送方到达接收方。网状网络还允许更大的无线电覆盖，因为消息不必直接到达所需的接收机车辆。网状网中的每个无线电都可以充当中继器，因此如果第一和第二车辆没有强连接，则可以通过第三车辆(或更多车辆)路由信号以到达期望的目的地。在实施例中，无线电可以根据需要自主重新路由信号，而不需要人工交互。
一个网状无线电的供应商可以是美国宾夕法尼亚州莫尔文的Rajant公司。Rajant无线电通常被设计为满足军事标准，以及恶劣的环境，例如石油、采矿和公用事业服务，因此它们适合在恶劣、多尘和潮湿的农业应用环境中使用。作为一个示例，可以使用RajantKinetic
Figure BDA0001974934990000203
网络，其优点是可以与其他基于因特网协议(IP)的设备(包括GPS、视频馈送和计算机信号)进行互操作。例如，请参阅http://www.rajant.com/technology/what-is-rajant-kinedc-wireless-mesh/中有关Rajant Kinetic
Figure BDA0001974934990000201
网络的信息，以及http://www.rajant.com/technology/breadcrumb-wireless-nodes/中有关
Figure BDA0001974934990000202
无线节点的信息。当然，也可以使用其它网络和无线节点。这样的无线电可以在900MHz、2.4GHz和5.8GHz的未许可频带上操作，并且本实施例的车辆可以包括能够在多个频率上操作的无线电系统。例如，工作在900MHz的无线电系统可以用于穿透树冠，例如，在果园操作中，而如果存在视距通信(例如，葡萄园应用)，则5.8GHz信号可以传播得更远。用于发射信号的功率越大，穿透树冠的效果越好。然而，使用网状网络的“惩罚”可以产生于当前联邦通信委员会对未许可RF频率(例如，约1瓦)上的单元所使用的功率的限制。
图6是示出ADV液压系统(AHS)600的框图。图6将在图2的辅助下进行描述。AHS 600是支持ADV 110运动、转向和喷雾系统的子系统。ADV 110的四个车轮202a-d中的每一个都可以由液压马达204a-d驱动，液压马达204a-d由液压泵210加压。液压泵210还向驻车制动器608、609提供压力。当液压泵运行时，驻车制动器608、609被加压为关闭。然而，当液压泵210停止运行时，诸如通过紧急制动，驻车制动器608、609可以被降压并使用机械的，诸如弹簧(未示出)的装置设置为启动。其他驻车制动装置也是可行的。通常，当柴油发动机运行时，制动器可以通过开关设置为启动或关闭。如果没有前进或倒车指令，开关将对制动系统降压，设置制动器启动。然而，如果接收到前进或倒退命令，则开关将被设置成对制动系统加压，设置制动器关闭，并允许车轮202a-d转动。液压辅助泵211可以对前分配块602和后分配块610加压。液压辅助泵211可以提供液压以操作转向缸206、通过前分配块602操作搅拌器马达604且通过后分配块610操作风扇离合器612。尽管在图2中描述的实施例中使用单端转向缸，但是转向缸可以是单端或双端液压转向缸。搅拌器马达604向系统中的水箱提供化学品或添加剂的均匀混合物，使得喷雾达到一致的浓度。搅拌器马达604可以是来自美国俄亥俄州特斯柏罗的Permco公司的型号no.2100(P/N：P2100C486GDZA07-87)。过滤器606从液压流体中提取灰尘、碎屑和金属屑。过滤器606可以是来自美国宾夕法尼亚州利茨代尔的Schroeder Industries的过滤器系列RT(P/N：RT2K10P24NNYZ)。过滤器606可以使用同样来自Schroeder Industries的KZ5型过滤器插件。风扇离合器612控制分散风扇230和溶液泵220的操作。当风扇离合器612接合时，可以使分散风扇230和溶液泵220工作，而当风扇离合器612分离时，分散风扇230和溶液泵220不工作。
图7是机具致动器的实施例的框图，该机具致动器例如是水性雾化器子系统，诸如图2中的子系统217。机具致动器是用于移动或控制构造成执行预定农业功能的机构的液压或机械的任何子系统。图7可以在图2的环境中描述。罐填充阀702用于使水溶液712进入贮存罐218。罐218可以是600加仑不锈钢罐。水溶液712可以是预混合的水溶液，但也可以使用其它类型的溶液。水溶液712可以是化学溶液，诸如肥料、杀虫剂、杀菌剂或其功能性组合。在使用中，预混合溶液712可以通过水过滤器706汲取，水过滤器706耦接至溶液泵220的入口端口。过滤器706可以具有20目筛(约0.0331英寸)。压力调节阀704可以用于调节在泵220的出口端口处产生的压力。压力调节阀704可以是来自美国内布拉斯加州格林伍德的KZValve的型号LOEWS-DF1(1.5英寸)。当阀704完全打开时，泵220可以将预混合溶液712再循环到罐218、通过过滤器706并到泵入口，提供可忽略的输出压力。当阀704完全关闭时，泵220的所有输出被提供到其出口端口，提供全压。典型地，可以操纵压力调节阀704，使得可以在预选压力下向流量计226提供预混合溶液712的测量量。流量计226可以用于测量从泵220的出口提供到打开/关闭型左喷雾阀222和右喷雾阀224的预混合溶液712的流速或量。当左喷雾阀222打开时，预混合溶液712可以通过阀222泵送到滤网708，并且然后泵送到左侧喷嘴228。滤网708过滤来自泵送的预混合水溶液712的任何夹带的灰尘和碎屑，使得左侧喷嘴228不会因此受损。滤网708可以是30目筛(0.0234英寸)。关于滤网708和喷嘴228，右喷雾阀224的操作在功能上可以与左喷雾阀222相同。阀222或224的操作，或这两者的操作，将预定溶液体积的预混合溶液712输送到喷嘴228。强制预混合溶液712的预定溶液体积通过喷嘴228，使得预混合溶液712变得雾化。机具可以是工具、装置、或设备，被配置和用于执行预定农业任务。这样，分散风扇230可以用于将预定空气量吸入输送管道232中。通过将预定溶液体积与预定空气体积混合，所得雾化混合溶液能够以适合于例如处理树木710或711或这两者的速率侧向分散。当ADV 110在两行树710、711之间操作时，典型地使用双面喷洒。单面喷雾可以用于将雾化混合溶液施加到设置在ADV 110的一侧或另一侧上的单行树710或711。如前所述，可以例如使用ADV 110的语料库来实现预定农业任务，该语料库可以耦接至机具致动器，该机具致动器反过来耦接至被配置和用于执行预定农业任务的机具。ADV 110可以实施为具有配置为执行多个预定农业任务的可互换机构的单用途设备或多用途设备。
转向图8，描述用于ADV 110的总体遥控控制系统800的实施例。系统800中使用的总线的标准包括描述局域网组成和操作的标准集合的标准IEEE 802.3(为了方便，称为“以太网”)和串行控制和通信车辆网络的推荐实施规程的标准SAE J1939(CAN)，其是用于车辆部件之间的通信和诊断的车辆总线推荐实施规程。这两项标准全部并入本文件。然后，系统800采用两种类型的总线，每种总线耦接至VCU 802、以太网连接805和CAN总线连接810、825。照相机804耦接至VCU 802，并因此耦接至无线电808，并且提供操作监督员(例如，面包车操作员)对ADV 110操作的区域(前方和后方)的远程观察。GNSS系统806识别ADV 110在果园的预定义区域内的水平和垂直位置以及定位，并且在ADV 110驱动由VCU 802选择和识别的其他预定义路径时提供ADV 110的跟踪能力。定位和路径信息以及ADV 110操作参数通过无线电808中继到移动控制中心120。无线电808从移动控制中心120接收命令和控制信息，这可使VCU 802开始、修改或终止在所选子系统中的操作。照相机804、GPS 806和无线电808可以使用以太网交换分组总线805耦接至VCU 802。
VCU 802还通过与硬件自主化接口、CAN总线控制器810通信来接收输入并向ADV110的机械部分发送输入。控制器810可以耦接至ECU 812，ECU 812可以在功能上类似于ACSECU 304。ECU 812向机械部件发出命令，监测ADV 110物理系统的状态，并从ADV 110物理系统接收响应和状态数据。特别地，ECU 812可以增加、减少或关闭节气门814，使发动机816(其可类似于发动机214)分别加速、减速或停止。变速器818和驱动链(传动系统)820可以在操作期间并响应于离合器操作发送回状态信息。响应于节气门814，可以通过驱动链820的操作使轮胎824向前或向后转动。此外，ECU 812可以响应于来自ECU 812或VCU 802的命令而使驻车制动器822被设置或释放。
图9描绘了包括若干总线的控制总线结构900，其可用于在ADV 110内通信，具体地包括VCU 802和ACS ECU 812。自主/远程按钮902可以作为标准I/O布置与车辆开/关904和紧急停止按钮906一起有线连接到VCU Estop CPLD 910中。VCU Estop CPLD 910经由I/O总线向VCU自主电源总线912提供动作。当ADV 110被激活时，VCU自主电源总线912经由I/O总线激活外部自主信标914，指示ADV 110处于操作模式。前GPS天线916和后GPS天线918可以分别经由串行链路耦接至GPS接收机920，GPS接收机920反过来例如使用RS-232串行链路耦接至VCU控制单元925。惯性测量单元(IMU)926也可以使用RS-232串行链路耦接至VCU控制单元925。IMU 926可以是一个3DM-GX4-25型来自佛蒙特州威利斯顿的Lord SensingSystems的
Figure BDA0001974934990000241
惯性测量单元。IMU 926包括三轴加速度计、陀螺仪、磁力计、温度传感器和压力高度计。IMU 926确定ADV 110的俯仰、翻滚、偏航和航向，用作静态和动态姿态、航向和参考系统。如上所述，可使用以太网的前后照相机928、930可以由照相机/POE交换机932供电和切换。车辆POE/交换机934可以双向地传送来自照相机/POE交换机932的以太网信号，以及通过POE总线936从无线电938传送的以太网信号。车辆POE/交换机934使用IEEE802.3协议与网络集线器940双向通信。可以将来自网络集线器940的信息发送到“黑盒”事件记录器942。事件记录器942还从VCU控制单元925接收数据。在VCU控制单元925内有几个控制器，它们通过CAN总线944向ADV 110的机械系统提供操作控制。
基于来自GPS接收机920、IMU 926、前后照相机928、930和无线电938的输入数据，VCU控制单元925可以提供命令和控制信号以将ADV 110保持在预定路径上。这种命令和控制信号可以包括但不限于转向控制器946、制动控制器948、离散控制器950、变速器控制器952、节气门控制器954和点火接口956。来自VCU控制单元925的信号可以通过J1939接口958通过CAN总线960传送到ECU接口961，ECU接口961也可以是J1939接口。来自VCU控制器925的命令和控制信号可以为转向966、灯968、点火970、驻车制动器972、发动机速度974和变速器状态976提供命令和控制。
图10描绘了移动控制中心1000的实施例。移动控制中心1000在功能上可以类似于控制中心120。控制中心1000的组件除其他外可以包括至少配备有命令和控制软件的计算机1020，以及诸如GPS的地理定位系统。此外，控制中心1000可以配备多个显示器以用于有效的监测、手持式语音收音机、触摸屏界面和基本的办公用品。移动控制中心1000可以是具有可伸展气动桅杆1002的预配置车辆，该桅杆1002可以伸展到约60英尺。这个高度可以在浓密的树冠中给出一个自由视线范围约3英里，或约0.75英里的范围。果园内的通信范围可以由于预定义的区域大小、树木密度、植被郁闭度、天气、多径、桅杆高度、传输频率和其它因素而变化。其他配置和频率是可能的。移动控制中心1000的这种配置适合于与一个或多个ADV 110双向通信，ADV 110可以分散在果园的预定义区域上。移动控制中心1000可以容纳监督整个操作的操作员。此外，移动控制中心1000可以包含命令和控制软件，可以在自主模式下控制一个或多个ADV，并且可以监测一个或多个ADV的状态。移动控制中心1000上可以具有单独的7kW发电机1004，以向移动控制中心1000中的电子设备、计算机和无线电设备提供电力。可以提供其它发电机供电能力。加热和空调设备1006可以设置在移动控制中心1000中以使操作员舒适。也可以提供内部和外部AC连接。
移动控制中心1000可以使用计算机1020使用单个人工操作员(未示出)一次操作多个车辆(例如ADV 110)。操作员可以远程地改变所选车辆的操作参数，并且可以远程地监测与所选车辆有关的所有仪表。控制中心1000的操作员可以但不限于监测所有车辆液位、关键部件温度、无线电信号强度和速度。如果这些项中的任何一个超出公差，则操作员可以从计算机1020关闭、减慢或暂停车辆，从而可以采取必要的动作。此外，操作员可以使用计算机1020来监测外部车辆上的许多电子部件，诸如照相机、GPS、计算机和单个传感器。同样，它们能够采取任何必要的行动来解决出现的任何问题。虽然移动控制中心1000可以使用简单的膝上型计算机1020，但是例如可以使用定制的可编程电子控制器。在膝上型计算机1020的示例中，计算机可以耦接至网络路由器/集线器以无线地连接到远程车辆的网络。命令和控制软件可以以多种方式(例如，在现场，或者在现场商店处)下载到膝上型计算机1020上。膝上型计算机1020可以在现场的整个任务期间保持运行。代替膝上型计算机，也可以使用“塔式”或“台式”计算机配置。在自定义控制器的示例中，可以将所有电子部件耦接至该控制器中。只运行控制车辆所需的软件。
在移动控制中心1000中运行的命令和控制软件可以被设计成与诸如ADV 110的每个单独车辆上的软件协同工作。移动控制中心1000将向车辆发送特定的路径、速度和动作命令。然后，车辆接受这些命令并使用命令控制物理车辆，包括但不限于转向、推进、最大功率转速、开/关等。典型地，移动控制中心1000发出通用命令，而单个车辆软件控制实际车辆以服从控制站给出的命令。这允许在每个车辆中进行更改，并易于更改实现，都同时保持相同的控制中心软件。可以在控制中心1000的计算机1020中使用的命令和控制软件可以在向车辆发送命令之前设置预定路径，该预定路径包括车辆的速度、最大功率转速和动作。该路径将高度依赖于服务区域内的车辆数量。如果未排除，则可以基本上避免单个车辆(例如，ADV 110)动作的重叠。路径重叠可能会导致所应用材料的过度喷雾或过度输送。例如，在派车辆去工作之前设置路径是防止重叠的第一步，并且车辆以尽可能有效的方式覆盖现场，例如，通过最小化在行尾转弯所花费的时间。预定路径还将确定每个车辆的精确开始时间，因此一旦两个车辆到达一行的末尾，它们就不会试图同时转弯而导致碰撞。一辆车会在另一辆车准备转弯之前到达终点并转弯。一旦规划了路径并且车辆正在移动，移动命令中心1000中的命令和控制软件可以补偿可能发生的任何异常，诸如车辆故障并且必须从现场移除。如果发生这种情况，操作员将使用软件“重新规划”剩余车辆的路径。然后，命令和控制软件将考虑已覆盖哪些行、仍然需要覆盖哪些行、剩余车辆的数量以及这些车辆的位置，以决定最有效的路径。
移动控制中心1000可以根据现场的条件在可选择的频率上进行发射或接收，例如在900MHz频带或2.4GHz频带或5.8GHz频带上。用于移动控制中心无线电的天线1008可以设置在桅杆1002上。当然，也可以使用其他频率。除了ADV 110之外，移动控制中心1000可以与测绘车辆130双向通信，典型地，以收集关于预定义区域的测绘信息(例如，GPS和LiDAR测绘信号)。在从测绘车辆130接收到之后，移动控制中心1000可以存储至少预定义区域(例如，果园或果园的一部分)的所有测绘数据。控制中心1000可以根据ADV 110的VCU中可用的内存量，针对预定义区域的至少一部分或者针对至少一个预定义区域，实时地向ADV 110发送测绘数据。
在一些实施例中，移动控制中心1000可以与一个或多个中继器卡车(未示出)配对，中继器卡车可以沿着预定义区域的周边设置，例如，在预定义区域中，一个或多个ADV正在处理它们各自的预定义区域。中继器卡车可以是诸如移动控制中心1000之类的厢式货车，或者将被布置在现场的一些其它车辆。护理车140可以具有无线电中继器，在由于距离、信号强度、多径、树冠密度、树木密度、天气或信号受损的其它原因而产生低电平或受损信号的情况下，无线电中继器可以用于将信号从ADV 110或测绘车辆130中继和接收到移动控制中心120。移动控制中心1000可以具有GPS接收机，并且GPS天线1010可以设置在厢式货车外部的三脚架上，例如直至25英尺远，并且通过同轴电缆耦接至GPS接收机。在一些实施例中，控制中心1000可以是永久性结构(例如建筑物)，或者可以是完全可移动的(例如卡车或货车)。
图11示出不包括驾驶室的移动控制中心1000的内部视图的实施例。移动控制中心1000容纳至少触摸屏计算机监测器(例如，32英寸)1102、高清晰度监测器(例如，24英寸)1104a-c和承载基站无线电1106、以太网集线器1108、移动控制中心计算机1110和移动控制中心备用电池1112的机架安装的框架。还可以看到供暖和空调装置1006的内部视图1114。触摸屏监测器1102允许移动控制中心操作员/监管员对ADV 110的操作进行实时改变，包括但不限于停止、速度(例如，节气门升/降)、离合器(接合/脱开)、航向、转向、喷雾侧、流量和流速以及ADV灯配置。所有系统警报和警告都被接收并显示在监测器1102上。此外，高清晰度监测器1104a可以由移动控制中心操作员/监管员使用，以所选显示配置显示来自ADV110的前/后照相机240、242的实时视频馈送，允许移动控制中心操作员/监管员对包括ADV110的系统100的状态具有完全的情境感知。
在某些实施例中，基站无线电1106可以用于与系统100的所有车辆通信。特别地，基站无线电1106从ADV 110接收无线电馈送，其包括由ADV 200发送的视频、以太网、CANnet和LiDAR信息。基站无线电接收由计算机1110存储的关于预定义区域的GPS和LiDAR地理定位信息，并且该信息创建要由ADV 110采取的预定义路径。基站无线电1106还可以在测绘车辆130和护理车140的操作员之间以及在现场的其它手持无线电之间双向地传送语音信号。计算机1110可以是使用64位操作系统，具有
Figure BDA0001974934990000281
7-4790CPU@3.60GHz、8GB RAM和1TB硬盘驱动器的塔式Hewlett-Packard Z230工作站。当然，也可以使用其他类似的计算机，并且随着技术的进步，规格可以改变。
移动控制中心1000还可以具有视频监测功能。此视频监测功能可以用于在操作时或例如在紧急停车或系统错误期间查看远程车辆(诸如ADV 110)及其直接周围环境。操作员能够使用例如来自图9中的前后照相机928、930的视频馈送来目视检查所选车辆是否存在导致紧急停车或系统错误的故障，以及查看ADV 110在其给定路径上的正确进展。这减少了人工操作员对车辆进行物理检查的需要。可以使用基于IP的照相机网络，并且可以通过专用网状无线电网络以及商业蜂窝网络来流式传输来自ADV 110的视频馈送。虽然存在许多合适的视频系统，但是本文中的实施例可以使用由瑞典隆德的Axis Communications AB生产的室外视频系统。因为视频馈送，特别是多个ADV 110的视频馈送可以使用大量带宽，所以实施例允许选择性地关断视频流以帮助最大化无线电带宽。在一些实施例中，网状无线电网络可以被配置为两个单独的LAN(局域网)，以将命令和控制信号与视频流分离。在其它实施例中，使用组合的无线电和视频馈送，无线电将自主丢弃视频馈送以释放用于更重要的命令和控制信号的带宽，一旦信号强度劣化到预定水平，ADV 110的不利事件监测是可能的，因为系统从触发紧急停止之前和之后的设置时间自主记录视频馈送。然而，视频馈送在监测工作中的ADV 110的可接受进度方面可能是重要的，因为一旦车辆ADV 110被树冠吞没，GPS地理定位就成为沿期望路径移动车辆的主要方法。由于有可能出现错误的GPS信号以及由此产生的错误移动，因此可以使用视频来检查车辆ADV 110是否沿行的中心向下行驶，而不是向一侧偏移。
图12示出了移动控制中心1000的通信和定位系统1200的实施例。系统由发电机1202供电，发电机1202可以类似于7kW发电机1004。发电机1202可以向备用电池1204供电，备用电池1204在图11中被描绘为电池1112。发电机1202和电池1204可以用作计算机1206的电源平台，计算机1206接收和处理从以太网集线器1208接收的信息。进而，以太网集线器1208双向地与计算机1206、以太网供电1218(其传送无线电信号)、GPS接收机1232和紧急停止1234中的每一个通信。以太网供电1218向无线电收发机1216提供电力，无线电收发机1216通过900MHz天线1210、2.4GHz天线1212或5.8GHz天线1214中的至少一个来传送信号。这些信号可以在ADV 110、测绘车辆130、护理车140或现场的手持无线电之间传送。类似地，GPS天线1230接收相对于移动控制中心1000的位置的实时GIS信号。这些GPS信号由GPS接收机以以太网格式传送到以太网集线器1218。计算机1206可以与触摸屏输入和显示监测器1220通信，触摸屏输入和显示监测器1220类似于显示器1102，以从整个系统发送命令和接收数据。可以类似于监测器1104a的监测器1222靠近监测器1220安装。监测器1222可被配置为显示来自ADV 110的实时视频信号，使得控制操作员可以在ADV 110工作时知晓ADV 110的位置。监测器1224和监测器1226可以用于显示与ADV 110、测绘车辆130或护理车140以及移动控制中心120相关的信息。
图13是测绘车辆1300的图示，其在物理上和功能上类似于测绘车辆130。测绘车辆1300用于识别、选择和创建例如果园的预定义区域中的预定义路径的地图。测绘车辆1300可以是全地形车辆(ATV)，以容易地导航经常密集和曲折的果园树间路径。测绘车辆1300可以包括前GPS接收机1302和后GPS接收机1303，其可以为RTK-DGPS接收机，以获得可用的最精确位置信息。然而，因为果园树木的树冠可能非常密集，产生多径并衰减进入的卫星信号，所以测绘车辆1300可以采用LiDAR传感器1306。LiDAR传感器1306提供在果园的选定部分中树木的精确树干位置以及相对于树干的实际位置的精确路径描述。该信息可以帮助ADV 110识别、选择、验证和遵循预定义的路径。由测绘车辆1300感测到的GPS和LiDAR信息可以通过测绘车辆1300无线电发送到移动控制中心1000，测绘车辆1300无线电分别耦接至900MHz天线、2.4GHz天线和5.8GHz天线。测绘车辆1300还可以是用于现场操作的支持车辆，其承载柴油燃料、液压油、机油(在1320处为油箱)以及基本机具和部件(未示出)以利于现场修理。测绘车辆1300包括具有软件的平板型计算机，以监测正在进行的喷雾操作。平面激光器1306可以是来自美国加利福尼亚州摩根希尔的Velodyne LiDAR的VLP-16型3D LiDAR传感器。可选地，可以使用来自德国布赖斯高瓦尔德基希的型号LMS-151。测绘车辆1300的非限制性示例可以是使用Kohler 1028cc、3汽缸、24马力发动机的
Figure BDA0001974934990000301
Ranger CrewDiesel 4x4全地形车辆。此外，膝上型计算机可以与测绘车辆1300一起使用，以帮助实时测绘并减少为创建地图而执行的后处理的量。膝上型计算机可以具有类似于移动控制中心计算机1110的规格。
图14是可以在测绘车辆1300中使用的测绘车辆定位系统1400的实施例的图示。测绘车辆定位系统1400与移动控制中心120通信，以提供果园测绘和路径数据。系统1400可以被配置为与测绘车辆(诸如测绘车辆130或测绘车辆1300)一起使用。系统1400可以包括前GPS天线1402和后GPS天线1403，用于由GPS接收机1404检测GPS信号。如果在系统1400中可用的话，GPS信号可以由VCU 1406以类似于VCU 518的方式接收。VCU 1406可以生成可以在ADV 110的移动中使用的GPS相关命令。平面激光器1410产生LiDAR信号1411，其提供表示现场的预定义区域中的预定义路径的扫描图像。LiDAR信号1411可以在OD/OA处理器(如果可用的话)中处理，OD/OA处理器可以类似于OD/OA处理器512。如果需要，HI-REL以太网交换机1408可以与GPS接收机1404双向通信信号，并且如果可用，则可以与VCU 1406和OD/OA处理器1412双向通信信号。HI-REL交换机1408可以与收发机以太网供电交换机1414双向通信所接收的信号，并且然后与无线电收发机1416双向通信，无线电收发机1416通过900MHz天线1418、2.4GHz天线1419或5.8GHz天线1420表示的几个频率中的一个频率来传送信号。使用无线电收发机1416，测绘车辆无线电可以用作辅助中继站，以在现场进行更大的无线电覆盖。如上所述，POE收发机分组交换机522可以是来自美国宾夕法尼亚州莫尔文的Ajant公司的型号VHDC-24V-50W。无线电收发机524可以是来自美国宾夕法尼亚州莫尔文的Rajant公司的型号LX-4。900MHz天线526可以是来自美国俄亥俄州伊利里亚的MP Antennas有限责任公司的型号08-ANT-0922。2.4GHz天线527可以是型号TRAB24003P，且5.8GHz天线528可以是型号TRAB58003P，两者均来自美国密苏里州地球城的Laird USA。GPS天线502、503可以是Zephyr2(加固)天线，且GPS收发机504可以是型号BX982，所有这些都来自美国加利福尼亚州森尼维尔的Trimble Navigation Limited。
图15示出了护理车1500的实施例，其上还可以配置有无线电中继器，以协助移动控制中心120进行现场通信。护理车1500可以在物理上和功能上类似于护理车140。护理车1500可以用于在泵处混合预选材料以提供预混合溶液。护理车1500可以用于在现场操作期间填充/再填充ADV 110。因此，护理车1500可以具有三个箱：一个用于燃料1502的箱、一个用于预混合溶液1504的箱和一个用于液压流体1506的箱。护理车1500的该实施例的总容量约是2400加仑。当然，也可以使用容量和箱布置不同的其他罐车。护理车1500典型地部署在预定的护理车区域中，即“停机坪”，其可以靠近由ADV 110喷雾的区域。当ADV 110感测到其燃料、液压溶液或预混合溶液不足时，ADV 110向控制车辆120发送信号，控制车辆120向护理车1500发送信号(文本、语音或数字数据)以去帮助ADV 110。可选地，ADV 110可以移动自身至停机坪附近。护理车1500还包含机具和备件(未示出)，以方便现场维修。护理车1500还可以具有无线电中继器通信网络(图16)，以进一步利于操作现场内的无线电覆盖。
图16示出无线电中继器通信网络1600的实施例，其可以由护理车140使用以增强移动控制中心120与系统100中的其他车辆，以及操作现场内具有手持无线电的人员之间的无线电覆盖。无线电中继器通信网络1600可以具有GPS天线1602和GPS接收机1604，其向移动控制中心120提供其在现场的位置。接收机1604将GPS信号发送到以太网集线器1606，以太网集线器1606将位置信息运载到收发机POE 1608。收发机1610典型地以以太网格式从POE 1608接收位置信息信号。然后，使用多个频带中的一个频带，通过900MHz 1612、2.4GHz1614或5.8GHz 1618的对应无线电天线，将位置信息信号发送到移动控制中心120。当然，如果在系统100内使用一个或多个其他频率，则无线电中继器通信网络1600将采用收发机和能够使用其他频率的相应天线。如上所述，POE收发机分组交换机522可以是来自美国宾夕法尼亚州莫尔文的Ajant公司的型号VHDC-24V-50W。无线电收发机524可以是来自美国宾夕法尼亚州莫尔文的Rajant公司的型号LX-4。900MHz天线526可以是来自美国俄亥俄州伊利里亚的MP Antennas有限责任公司的型号08-ANT-0922。2.4GHz天线527可以是型号TRAB24003P，且5.8GHz天线528可以是型号TRAB58003P，两者均来自美国密苏里州地球城的Laird USA。GPS天线502、503可以是Zephyr2(加固)天线，且GPS收发机504可以是型号BX982，所有这些都来自美国加利福尼亚州森尼维尔的Trimble Navigation Limited。
图17示出了可以与护理车140一起使用的自主混合系统1700的实施例。系统1700可以设置在护理车140上并耦接至护理车140，或者可以是分离的。此外，虽然系统1700描绘了具有三个化学输入的混合系统，但是混合系统1700可以具有更多或更少的化学输入。自主混合系统1700可包括三个化学物质输入罐1702a-c，来自化学物质输入罐的流量由可变输出阀1704a-c控制。每个阀1704a-c的输出可以分别由控制输入1705a-c独立地控制。阀1704a-c分别排放到测量装置1706a-c中，在测量装置1706a-c中可以测量排放的流体量。测量装置1706a-c可以是刻度，或者可以是连续流量计。测量装置1706a-c向计算机控制器1708提供反馈信号，其中可以确定和调节通过阀1704a-c的流量。护理车罐1710可以类似于图15中的罐1504，可以接收独立测量的溶液以提供将由ADV 110施用的预混合溶液。
图18示出了系统1800在其中操作的果园环境。系统1800可以在功能和物理上类似于系统100。即，ADV 1810a、1810b可以类似于ADV 110；移动控制中心1820可以类似于移动控制中心120；测绘车辆1830可以类似于测绘车辆130；且护理车1840可以类似于护理车140。护理车1840包括在系统1800中用于喷雾任务，但也可用于其它农业任务。移动控制中心1820可以从测绘车辆1830收集果园的勘测信息，并且可以为每个ADV生成各自的预定义的非重叠区域和各自的预定义的非重叠路径。因此，ADV 1810a可以被编程为在例如林果园1802的各自的预定义的非重叠区域1806中遵循各自的预定义的非重叠路径1808。ADV1810a可以使用LiDAR来验证其路径，并且使用GPS来验证其区域。各自的预定义的非重叠路径1808可以是蜿蜒穿过各自的预定义的非重叠区域1806的蛇形前向路径。当ADV 1810a遵循蛇形前向路径的直线前进时，它到达一个之字形路，在此期间ADV 1810a执行一个转弯。典型地，在转弯期间，喷雾可以暂时停止，并且在转弯完成或接近完成时恢复。类似地，ADV1810b可以在对应的各自的预定义的非重叠区域中遵循对应的各自的预定义的非重叠路径。为了提高效率，分配给ADV 1810a的区域和分配给ADV 1810a的路径(如由测绘车辆1830识别的，并且如由移动控制中心1820中的命令和控制软件形成的)不与分配给ADV 1810b的区域和分配给ADV 1810b的路径重叠。GPS和LiDAR分别验证特定各自的预定义的非重叠区域和特定各自的预定义的非重叠路径正被各自的ADV遵循。使用系统1800，可以在大型果园中部署多个ADV 1810x，以自主将至少一个预混合解决方案应用于果园内的树木。ADV可以使用到移动控制中心1820的LiDAR或视频馈送来验证其路径和沿着该路径的定位。显然，系统1800可以用于一个或多个果园或果园的一部分。
ADV 1810a和ADV 1810b都可以由移动控制中心1820监测和控制。当ADV 1810a、ADV 1810b将预混合溶液喷雾到果园1802上时，护理车1840在停机坪1812上等待，以满足由ADV 1810a、ADV 1810b指示的和在移动控制中心1820中确定的需要。移动控制中心1820可以监测ADV 1810a、ADV 1810b，并且可以向护理车1840发送命令以满足ADV 1810a，例如，在停机坪1812的指定部分处，使得可以根据需要补充ADV 1810a中的预混合溶液、燃料或液压流体的添加。对于ADV 1810来说，在停机坪1812上遇到护理车1840比使护理车1840在果园1802的树之间移动更省事。
测绘车辆1830可以设置在果园1802的未测绘区域1814中。测绘车辆1830可以使用GPS和LiDAR在区域1814的行上下移动，以确定和识别新的预定义区域1814中即将到来的预定义路径1816。当测绘车辆在区域1814周围移动时，它向移动控制中心1820发送关于区域1814的相应的GPS和LiDAR信息，直到完成区域1814或其一部分的测绘。
图19A至图19F示出典型ADV 110的物理配置。在图19A中，示出ADV 110的右侧面轮廓1900(前、右)；在图19B中，示出ADV 110的左侧面轮廓1910(前、左)。在图19C中，ADV 110被示出为前正面轮廓1920；在图19D中，ADV 110由直插式后轮廓1930示出。在图19E中，ADV110由左前斜视轮廓1940示出；在图19F中，ADV 110由右后斜视轮廓1950示出。通常，ADV110可以是约102"宽、约276"长和约67"高。通常，主体的部分近似为圆柱形。在轮廓1900、1910、1930、1940和1950中，前部1960被示出为从车辆底盘的前端1980朝向圆柱形主体1970的顶部明显地向上倾斜。该特征旨在转向稠密的植被冠层，如在商业林果园中可以看到的，从而缓和ADV 110的前进，特别是在非常稠密的植被冠层中，例如杏林果园、葡萄园或行间作物的开阔田地中。此外，细长的车身提供了车辆构造，该车辆构造最大化了可以用于流体箱和操作设备的空间，同时保持具有有利于ADV 110通过植被覆盖层的向上倾斜的前部的光滑轮廓。后机具致动器和机具可以被修改为包括任何农业田间作业，包括但不限于喷雾、施肥、耙地、犁、耕或撒播。
适用于葡萄园的ADV 110的改进版本可以是约84"宽和225"长，具有类似的外形，并使用4缸涡轮增压柴油发动机。它还可以有一个600加仑不锈钢预混合溶液罐、一个60加仑柴油燃料箱和一个60加仑液压燃料箱。与全尺寸ADV 110一样，发动机驱动液压泵，该液压泵驱动车轮202a-d。改进的ADV 110的后分散风扇230壳体和输送管道232可以被配置为完全喷雾两排相邻的葡萄藤，允许隔行移动通过葡萄园的预定区域，提高效率。ADV 110的其它实施例可以被制造成满足几乎任何栽培作物的行宽。其它结构、控制和功能可以类似于全尺寸ADV 110，其可以用于林果园或露地作物应用，包括一年生或多年生作物。
方法实施例可以从上述导出，包括但不限于，使用前视传感器自主确定前向路径；自主遵循前向路径；并且在遵循前向路径的同时，在前向路径上自主执行预定农业任务。前向路径可以是与一排或多排树木、藤蔓或作物相邻的前向路径。遵循前向路径可以遵循相邻一排或多排树木或藤本植物或行间作物之间的前向路径。确定前向路径可以包括使用GPS传感器确定包含前向路径的区域。该方法可以包括使用自主运载车辆来执行预定的农业车辆，以及将自主运载车辆的前向路径的位置传送到移动控制中心。利用前视传感器确定前向路径可以由测绘车辆执行。此外，该方法可以包括下载预先识别的前向路径，将当前前向路径与下载的前向路径进行比较，以及使用前视传感器和GPS传感器自主校正与下载的前向路径相对应的航向。该方法还可以包括下载预定义蛇形前向路径，预定义蛇形前向路径具有在预定义区域内的转弯，自主沿着所述预定义蛇形前向路径移动，除了在转弯期间之外自主执行预定农业任务，其中预定义蛇形前向路径由前视LiDAR传感器识别，并且预定义区域由GPS传感器识别。
本文中使用的示例仅旨在促进对可以实践本发明的方式的理解，并进一步使本领域技术人员能够实践本发明的实施例。因此，本文中的示例和实施例不应被解释为限制本发明的范围，本发明的范围仅由所附权利要求和适用法律限定。此外，要注意的是，在附图的几个视图中，相同的附图标记表示相似的部件，尽管不是每个附图都可以重复已经在另一个附图中示出的每个特征，以便不模糊某些特征或用重复的标记覆盖该图。应当理解，本发明不限于本文中描述的具体方法、装置、设备、材料、应用等，因为这些可以变化。还应理解，本文中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不是旨在限制本发明的范围。

Claims (18)

1.一种机器人农业系统，包括：
自主运载车辆，每个自主运载车辆被配置为在各自的预定义的非重叠区域内的各自的预定义的非重叠路径上自主执行各自的预定农业任务，
控制中心，被配置为向所述自主运载车辆无线地通知所述各自的预定义的非重叠路径和所述各自的预定义的非重叠区域；
其中，所述各自的预定义的非重叠路径由各自的自主运载车辆前视传感器、或各自的自主运载车辆视频馈送、或这两者来验证，并且
其中，所述各自的预定义的非重叠区域由各自的自主运载车辆地理定位传感器来验证，
所述机器人农业系统还包括：
测绘车辆，被配置为识别各自的预定义的非重叠区域中的预定义的非重叠路径；并且所述测绘车辆被配置为向所述控制中心传送关于所述各自的预定义的非重叠路径和所述各自的预定义的非重叠区域的信息，并且
其中，所述测绘车辆沿着与所述自主运载车辆在操作期间要采取的相同路径驱动，并且继续测绘直到测绘了预定义区域。
2.根据权利要求1所述的机器人农业系统，其中，每个自主运载车辆还包括：
具有前部和后部的车辆底盘，其中，前部车辆底盘具有向上倾斜的前部轮廓；
附接到所述车辆底盘的液压马达，其中，所述液压马达在选定方向上激励所述自主运载车辆；
液压泵，附接到所述车辆底盘，并且流体耦接以驱动所述液压马达；
动力发动机，机械地耦接至所述液压泵，并构造成驱动所述液压泵，并且附接到所述车辆底盘；
机具致动器，附接到所述车辆底盘，并且耦接至所述动力发动机；以及
耦接至所述机具致动器的机具，其中，所述机具致动器可以是机械致动器或液压机具致动器。
3.根据权利要求1所述的机器人农业系统，还包括固定控制中心。
4.根据权利要求1所述的机器人农业系统，还包括移动控制中心。
5.根据权利要求2所述的机器人农业系统，每个自主运载车辆还包括：
各自的车辆控制单元VCU，耦接至各自的自主运载车辆ADV前视LiDAR传感器和ADV GPS传感器，各自的VCU基于感测所述预定义的非重叠路径的各自的ADV前视LiDAR传感器和感测包含所述预定义的非重叠路径的预定义的非重叠区域的各自的ADV GPS传感器生成车辆命令，所述车辆命令包括转向命令、推进命令、节气门控制命令、离合器命令、驻车制动命令、预定农业任务命令和压力控制命令中的至少一个，所述各个自主运载车辆响应于至少一个车辆命令。
6.根据权利要求5所述的机器人农业系统，其中，所述各自的车辆控制单元从转向传感器、速度传感器、离合器压力传感器、机具致动器传感器和机具传感器中的至少一个接收至少一个感测到的输入，其中，所述车辆命令包括转向命令、推进命令、节气门控制命令、离合器命令、驻车制动命令、压力控制命令和预定农业任务命令中的至少一个，所述车辆控制单元响应于所述至少一个感测到的输入发出车辆命令，并且所述各个自主运载车辆响应于所述车辆命令。
7.根据权利要求6所述的机器人农业系统，还包括：
包括命令和控制软件的碰撞避免系统，使各自的预定义的路径不重叠并且各自的预定义的区域不重叠。
8.根据权利要求7所述的机器人农业系统，还包括：
包括命令和控制系统软件的碰撞缓解系统，使两个相邻的自主运载车辆彼此接近时转弯而不发生碰撞。
9.根据权利要求8所述的机器人农业系统，还包括：
遥控器，独立于所述各自的自主运载车辆ADV的底盘，所述遥控器无线地且可选择地耦接至所述各自的ADV，所述遥控器被配置为超控自主动作并操作转向功能、推进功能、离合器功能、喷雾系统压力功能、喷雾功能和紧急停止功能中的至少一个。
10.根据权利要求1所述的机器人农业系统，还包括：每个自主运载车辆具有
具有前部和后部的车辆底盘，其中，前部的车辆底盘具有向上倾斜的前部轮廓；
附接到所述车辆底盘的动力发动机；
机具致动器，附接到所述底盘并耦接至所述动力发动机；以及
耦接至所述底盘和所述机具致动器的机具，并由所述机具致动器激励。
11.根据权利要求1所述的机器人农业系统，还包括：
移动控制中心，被配置为向所述各个自主运载车辆无线地通知所述各自的预定义的非重叠区域内的所述各自的预定义的非重叠路径，并且确认所述自主运载车辆正遵循所述各自的预定义的非重叠区域内的所述各自的预定义的非重叠路径；以及
测绘车辆，所述测绘车辆生成所述各自的预定义的非重叠区域内的所述各自的预定义的非重叠路径；并且所述测绘车辆被配置为向所述移动控制中心传送关于所述各自的预定义的非重叠路径和所述预定义的非重叠区域的信息，其中，所述测绘车辆利用测绘车辆前视LiDAR传感器感测所述各自的预定义的非重叠路径，并且利用测绘车辆GPS传感器感测所述各自的预定义的非重叠区域。
12.一种用于农业机器人系统的命令和控制网络，包括：
无线电网络，将至少一个自主运载车辆耦接至控制中心；以及
视频网络，将至少一个自主运载车辆耦接至所述控制中心，
其中，所述至少一个自主运载车辆经由所述无线电网络发送视频馈送到所述控制中心；
其中，所述控制中心经由所述无线电网络发送命令和控制指令到所述至少一个自主运载车辆；并且
其中，所述无线电网络是因特网协议网络，且所述视频网络是因特网协议网络，
所述命令和控制网络还包括：
控制中心，被配置为向所述自主运载车辆无线地通知各自的预定义的非重叠路径和各自的预定义的非重叠区域；
测绘车辆，被配置为识别各自的预定义的非重叠区域中的预定义的非重叠路径；并且所述测绘车辆被配置为向所述控制中心传送关于所述各自的预定义的非重叠路径和所述各自的预定义的非重叠区域的信息，并且
其中，所述测绘车辆沿着与自主运载车辆在操作期间要采取的相同路径驱动，并且继续测绘直到测绘了预定义区域。
13.根据权利要求12所述的命令和控制网络，其中，所述无线电网络是集成所述视频网络并将所述视频网络的视频馈送和无线电信号发送到所述控制中心的网状网络。
14.根据权利要求12所述的命令和控制网络，其中，所述无线电网络是与所述视频网络分开的网状网络。
15.根据权利要求12所述的命令和控制网络，其中，所述无线电网络是蜂窝网络。
16.一种用于机器人农业系统的方法，包括：
自主确定非重叠前向路径；
自主遵循所述非重叠前向路径；
将所述非重叠前向路径的位置传送到控制中心；以及
在遵循所述非重叠前向路径的同时，在所述非重叠前向路径上自主和选择性地执行预定农业任务，
所述机器人农业系统还包括：
测绘车辆，被配置为识别各自的预定义的非重叠区域中的预定义的非重叠路径；并且所述测绘车辆被配置为向所述控制中心传送关于所述各自的预定义的非重叠路径和所述各自的预定义的非重叠区域的信息，并且
其中，所述测绘车辆沿着与自主运载车辆在操作期间要采取的相同路径驱动，并且继续测绘直到测绘了预定义区域。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，自主执行预定农业任务还包括：
使用自主运载车辆选择性地执行所述预定农业任务。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
将预定的非重叠前向路径下载到所述自主运载车辆；
将当前前向路径与下载的预先识别的非重叠前向路径进行比较；以及
使用所述自主运载车辆上的前视传感器自主校正与下载的非重叠前向路径相对应的航向。
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