CN111766874B - 作业设备的控制方法及相关装置 - Google Patents

Abstract

本申请的实施例提供了一种作业设备的控制方法及相关装置，涉及设备导引领域。该方法包括：获取作业设备的当前位置；当当前位置与作业设备的作业路径之间的距离大于制导距离时，在当前位置和作业路径之间确定参考路径；在参考路径上确定参考点；根据参考点的位置和当前位置，控制作业设备向参考点移动。本申请能够平滑地引导作业设备向作业路径靠近，提高作业设备返回作业路径的效率，并降低成本。

Description

作业设备的控制方法及相关装置

技术领域

本申请涉及设备导引领域，具体而言，涉及一种作业设备的控制方法及相关装置。

背景技术

随着科技的发展，人们越来越多的使用自动作业设备来替代人工作业，提高生产效率。目前，作业设备可以沿着设定好的作业路径进行作业，但是在作业设备沿作业路径作业之前，或者作业设备因故障意外地偏离作业路径后，作业设备的当前位置往往不在作业路径上，此时需要高效地使得作业设备返回到作业路径上。

现有的方法在控制作业设备返回到作业路径时，通常会在作业设备上安装角度传感器，并通过角度传感器检测作业设备转向轮的转角来实时控制作业设备的转向，实现作业设备回归到作业路径。由于角度传感器成本较高，这种方法不利于降低成本。

另外，目前还可以通过简单的转向控制方法来使得作业设备向作业路径回归。但是，这些方法会导致作业设备在实际回归时，轨迹不平滑，停止变向的次数过多，或者回归轨迹太长，效率不高。

发明内容

本申请的目的包括，例如，提供了一种作业设备的控制方法及相关装置，其能够平滑地引导作业设备向作业路径靠近，提高作业设备返回作业路径的效率，并降低成本。

本申请的实施例可以这样实现：

第一方面，本申请实施例提供一种作业设备的控制方法，包括：获取所述作业设备的当前位置；当所述当前位置与所述作业设备的作业路径之间的距离大于制导距离时，在所述当前位置和所述作业路径之间确定参考路径；在所述参考路径上确定参考点；根据所述参考点的位置和所述当前位置，控制所述作业设备向所述参考点移动。

在可选的实施方式中，所述根据所述参考点的位置和所述当前位置，控制所述作业设备向所述参考点移动的步骤包括：获取作业设备的当前方向；根据所述参考点的位置和所述当前位置确定跟踪朝向；根据所述跟踪朝向和所述当前方向控制所述作业设备移动，以使所述作业设备向所述参考点移动；判断所述作业设备的当前位置与所述作业路径之间的距离是否大于制导距离；当所述当前位置与所述作业设备的作业路径之间的距离大于制导距离时，返回执行所述获取所述作业设备的当前位置的步骤。

在可选的实施方式中，当所述当前位置与所述作业路径之间的距离小于或等于所述制导距离时，所述方法还包括：采用L1制导方法控制所述作业设备移动至所述作业路径。

在可选的实施方式中，所述采用L1制导方法控制所述作业设备移动至所述作业路径的步骤，包括：更新所述作业设备的当前位置，并获取所述作业设备的当前移动速度和当前方向；在所述作业路径上确定回归参考点；根据所述回归参考点的位置、所述当前位置、所述当前方向和所述当前移动速度，控制所述作业设备向所述回归参考点移动，以使所述作业设备移动至所述作业路径，以及使所述作业设备的方向与所述作业路径的方向一致。

在可选的实施方式中，所述在所述作业路径上确定回归参考点的步骤包括：在所述作业路径上，获取与所述当前位置的距离为所述制导距离的至少一个待选点；从所述至少一个待选点中确定出靠近所述作业路径的终点的待选点作为所述回归参考点。

在可选的实施方式中，所述在所述参考路径上确定参考点的步骤包括：在所述参考路径上获取与所述当前位置的距离为所述制导距离的至少一个待选点；从所述至少一个待选点中确定出靠近所述参考路径的终点的待选点作为所述参考点。

在可选的实施方式中，所述参考路径与所述作业路径平行，所述参考路径与所述当前位置的距离小于或等于所述制导距离。

第二方面，本申请实施例提供还一种作业设备的控制方法，应用于农业无人机，所述方法包括：判断所述农业无人机是否位于作业路径上；当所述农业无人机离开所述作业路径时，采用L1制导方法控制所述农业无人机移动至所述作业路径。

第三方面，本申请实施例提供一种作业设备的控制装置，应用于农业无人机，包括：获取模块，用于获取所述作业设备的当前位置；跟踪模块，用于当所述当前位置与所述作业设备的作业路径之间的距离大于制导距离时，在所述当前位置和所述作业路径之间确定参考路径；优选地，所述参考路径与所述当前位置的距离小于或等于所述制导距离；所述跟踪模块，还用于在所述参考路径上确定参考点；所述跟踪模块，还用于根据所述参考点的位置和所述当前位置，控制所述作业设备向所述参考点移动。

在可选的实施方式中，所述跟踪模块用于获取作业设备的当前方向；所述跟踪模块还用于根据所述参考点的位置和所述当前位置确定跟踪朝向；所述跟踪模块还用于根据所述跟踪朝向和所述当前方向控制所述作业设备移动，以使所述作业设备向所述参考点移动；所述跟踪模块还用于判断所述作业设备的当前位置与所述作业路径之间的距离是否大于制导距离；所述跟踪模块还用于当所述当前位置与所述作业设备的作业路径之间的距离大于制导距离时，通知所述获取模块执行所述获取所述作业设备的当前位置的步骤。

在可选的实施方式中，当所述当前位置与所述作业路径之间的距离小于或等于所述制导距离时，所述跟踪模块还用于采用L1制导方法控制所述作业设备移动至所述作业路径。

在可选的实施方式中，所述跟踪模块用于更新所述作业设备的当前位置，并获取所述作业设备的当前移动速度和当前方向；所述跟踪模块还用于在所述作业路径上确定回归参考点；所述跟踪模块还用于根据所述回归参考点的位置、所述当前位置、所述当前方向和所述当前移动速度，控制所述作业设备向所述回归参考点移动，以使所述作业设备移动至所述作业路径，以及使所述作业设备的方向与所述作业路径的方向一致。

在可选的实施方式中，所述跟踪模块用于在所述作业路径上，获取与所述当前位置的距离为所述制导距离的至少一个待选点；所述跟踪模块还用于从所述至少一个待选点中确定出靠近所述作业路径的终点的待选点作为所述回归参考点。

在可选的实施方式中，所述跟踪模块用于在所述参考路径上获取与所述当前位置的距离为所述制导距离的至少一个待选点；所述跟踪模块还用于从所述至少一个待选点中确定出靠近所述参考路径的终点的待选点作为所述参考点。

第四方面，本申请实施例还提供一种作业设备的控制装置，包括：判断模块，用于判断所述农业无人机是否位于作业路径上；制导模块，用于当所述农业无人机离开所述作业路径时，采用L1制导方法控制所述农业无人机移动至所述作业路径。

第五方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述实施方式中任一项所述的作业设备的控制方法。

第六方面，本申请实施例提供一种作业设备控制单元，包括处理器和存储器，所述存储器存储有机器可读指令，所述处理器用于执行所述机器可读指令，以实现如前述实施方式中任一项所述的作业设备的控制方法。

第七方面，本申请实施例提供一种作业设备，包括：机体；动力设备，安装在所述机体，用于为所述作业设备提供动力；以及作业设备控制单元；所述作业设备控制单元包括处理器和存储器，所述存储器存储有机器可读指令，所述处理器用于执行所述机器可读指令，以实现如前述实施方式中任一项所述的作业设备的控制方法。

本申请实施例的有益效果包括，例如：通过在作业设备的当前位置和作业路径之间确定一个与当前位置的距离小于或等于制导距离的参考路径，以及确定参考路径上的一个参考点，并控制作业设备向该参考点移动，可以使得作业设备以确定的一个转向向参考点移动。重复上述过程即可在作业设备和作业路径之间确定出一个个逐渐靠近作业路径的参考点，使得作业设备无需停止变向就可以不断地根据这些参考点边移动边转向地向作业路径靠近，从而让作业设备回归作业路径的轨迹更加平滑，提高作业设备的回归效率。并且，由于该方法不需要角度传感器，进而还降低了实现的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为现有的作业设备的回归轨迹的一种场景示意图；

图2为现有的作业设备的回归轨迹的另一种场景示意图；

图3为本申请实施例所提供的作业设备控制单元的结构框图；

图4为本申请实施例所提供的作业设备的结构框图；

图5为本申请实施例所提供的作业设备的控制方法的一种流程图；

图6为本申请实施例所提供的作业设备的控制方法的一种应用场景示意图；

图7为本申请实施例所提供的作业设备的控制方法的另一种流程图；

图8为本申请实施例所提供的作业设备的控制方法的另一种流程图；

图9为本申请实施例所提供的作业设备的控制方法的另一种应用场景示意图；

图10为本申请实施例所提供的作业设备的控制方法的另一种流程图；

图11为本申请实施例所提供的作业设备的控制方法的另一种应用场景示意图；

图12为本申请实施例所提供的图10中作业设备的控制方法的S140B的流程图；

图13为本申请实施例所提供的作业设备的控制方法的另一种应用场景示意图；

图14为本申请实施例所提供的作业设备的控制方法的控制示意图；

图15为本申请实施例所提供的作业设备的控制装置的一种功能模块图；

图16为本申请实施例所提供的另一种作业设备的控制方法的一种流程图；

图17为本申请实施例所提供的另一种作业设备的控制装置的功能模块图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互结合。

在本申请实施例的实现过程中，本申请的发明人发现：

在作业设备上安装角度传感器，并通过角度传感器检测作业设备转向轮的转角来实时控制作业设备的转向，实现作业设备回归到作业路径的方法中，目前主要包括：基于运动学的控制方法和基于动力学的控制方法。

其中，对于基于运动学的控制方法，比较有代表性的是纯路径追踪法(PurePursuit)和前轮反馈法(Stanley)。以作业设备为汽车为例，纯路径追踪法以汽车当前后轮的中心位置为准，通过设置的一段预瞄距离Ld，得到作业路径上的前向预瞄点，然后借助预瞄点和运动学模型解算出转向轮的目标转角，最终通过控制转向轮转动引导汽车向作业路径运动。前轮反馈法是利用前轮中心相对于作业路径的偏差量来计算转向轮转角，最终也是通过控制转向轮转动来引导车体向作业路径运动，该方法中转向轮的转动角度由两部分组成，第一部分是确保当前横向偏差不增大所需要的转角，第二部分是缩小这个误差(当前横向偏差)所需要的转向轮转角。

对于基于动力学的控制方法，其通常应用在高速行驶情景下的作业路径的跟踪场合，是一种横向控制方法。主要思想是根据轮胎的倾斜角，对车辆的轮胎进行受力分析，建立车辆的动力学模型(得到整个系统的状态方程：描述转向轮转角与车辆横向位移，横向速度，车辆转角和角速度的关系)。并进一步得到路径跟踪偏差状态方程(描述转向轮转角和横向距离偏差，距离偏差变化率，车辆转角，转角偏差变化率的关系)。在实际的控制中，通常希望横向偏差快速稳定收敛的同时，转向轮的输入又比较小。因此，在这个基础上还引入了多目标优化，例如LQR最优控制，最终得到目标转向轮转角，并通过控制该转向轮角度引导车体向作业路径运动。

可见，上述的两种方法均需要通过角度传感器检测作业设备转向轮的转角来实时控制作业设备的转向，才能实现作业设备回归到作业路径。而由于角度传感器成本较高，这种方法不利于降低成本，并且角度传感器也容易出现故障，不利于作业设备的正确回归。此外，车辆控制系统是一种时滞较大的系统，自动驾驶车辆控制通常会采用模型预测(MPC)的方法，而MPC计算量大，需要存储的数据也相对较多，对控制器硬件的资源要求高，因此，现有的方法还存在着计算量大，占用计算资源高的问题。

对于简单的路径规划方法，现有的方法在控制作业设备向作业路径回归时，由于并未考虑到一些作业设备的方向变动与作业设备的位置移动是同时发生的(例如，使用阿卡曼型转向机构的车辆，其只能边行驶边控制转向轮转动才能实现转向，行驶的轨迹总是平滑的)，所规划出的过渡路径常常存在多个方向突变点(即过渡路径形状上不平滑)，如图1所示，作业设备需要在D1和D2处停止变向才能回归到作业路径，这会导致作业设备的回归轨迹不平滑，停止变向的次数过多。

此外，现有的技术在控制作业设备向作业路径回归时，会导致作业设备返回作业路径时无法一次就正确回归到作业路径(第一次回到作业路径时朝向与作业路径方向不一致)，而是需要不断调整朝向，出现回归轨迹过长的现象。(如图2所示)作业设备第一次回归到该参考点时，朝向与作业路径的方向不一致。作业设备不得不越过该参考点多次绕行后回到该点才能确保朝向与作业路径的方向一致，这会导致回归轨迹过长。

故，上述方法会导致作业设备在实际回归时，轨迹不平滑，停止变向的次数过多，或者回归轨迹太长，效率不高。

进而，为了改善上述现有技术中的种种缺陷，本申请实施例提出了一种作业设备的控制方法及相关装置，其能够平滑地引导作业设备向作业路径靠近，提高作业设备返回作业路径的效率，并降低成本。

需要说明的是，以上现有技术中的技术方案所存在的种种缺陷，均是发明人经过仔细的实践研究后得出的结果，因此，上述问题的发现过程以及下文中本申请实施例针对上述问题所提出的解决方案，都应该是发明人在实现本申请过程中对本申请做出的贡献。

首先，本申请实施例提供了一种能够使得作业设备平滑地靠近作业路径的作业设备控制单元。请参考图3，为本申请实施例所提供的作业设备控制单元的结构框图。该作业设备控制单元100可以包括：存储器110、处理器120，该存储器110、处理器120可以与通信接口130之间直接地或间接地电性连接，以实现数据的传输以及交互。例如，这些元件相互之间可通过总线和/或信号线实现电性连接。

处理器120可以处理与作业设备的控制有关的信息和/或数据，以执行本申请描述的一个或多个功能。例如，处理器120可以获取作业设备的当前位置、当前方向，并根据上述信息或数据进行作业设备的控制，能够平滑地引导作业设备向作业路径靠近，提高作业设备返回作业路径的效率，并降低成本。

其中，上述的存储器110可以是但不限于：固态硬盘(Solid State Disk，SSD)、机械硬盘(Hard Disk Drive，HDD)、只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable ProgrammableRead-Only Memory，EPROM)，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。

上述的处理器120可以是但不限于：中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是但不限于：专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。因此，上述的处理器120可以是一种具有信号处理能力的集成电路芯片。

可以理解的是，图3所示的作业设备控制单元100的结构仅为一种示意结构，该作业设备控制单元100还可以包括比图3中所示的结构更多或者更少的组件或模块，或者具有与图3中所示的结构不同的配置或构造。并且，图3中所示的各组件可通过硬件、软件或两者的组合来实现。此外，还应理解的是，根据实际应用时的需求的不同，本申请提供的作业设备控制单元100可以采用不同的配置或构造，例如，本申请所提供的作业设备控制单元100可以是作业设备的控制核心器件(例如农业用拖拉机、无人机、无人车、无人船等内部的控制器)，也可以是具有通信、计算和存储功能的电子设备(例如服务器、云平台、计算机、手机、平板等)。

因此，当本申请实施例所提供的作业设备控制单元100为作业设备的控制核心器件时，本申请还提供了一种作业设备，其能够全自动地在作业地块上作业，提高作业设备的工作效率。其中，由于本申请所提供的方法所应用的作业设备的类型并不仅限于使用阿卡曼型转向机构的车辆，还可以应用于无人机、农机、无人车、各种类型的载具、无人船等作业设备，为更好地阐述本申请，下面以作业设备的类型为农业用拖拉机为例，对本申请实施例所提供的作业设备进行阐述。

请参照图4，为本申请实施例所提供的作业设备200的结构框图，该作业设备200可以包括机体210、动力设备220以及上述的作业设备控制单元100。

其中，动力设备220可以安装在上述的机体210，用于为作业设备200提供动力。由于该作业设备可以采用农业用拖拉机的构造，动力设备220可以是拖拉机的驱动模块(包括发动机、底盘等)，机体210可以是拖拉机的车身。作业设备控制单元100的存储器110存储有与作业设备的控制方法相关的机器可读指令，处理器120可以执行该机器可读指令，进而获取作业设备的当前位置、当前方向，并根据上述数据平滑地引导作业设备200向作业路径靠近，提高作业设备返回作业路径的效率，并降低成本。

需要说明的是，图4所示的结构仅为一种示意，该作业设备200还可包括比图4中所示更多或者更少的组件，或者具有与图4所示不同的配置。

进一步的，当本申请所提供的作业设备控制单元100为具有通信、计算和存储功能的电子设备时，这些电子设备可以获取作业设备的当前位置、当前方向，根据这些数据平滑地引导作业设备200向作业路径靠近，提高作业设备返回作业路径的效率，并降低成本，实现本申请提供的作业设备的控制方法。

下面为了便于理解，本申请以下的实施例将以图4所示的作业设备200为例并结合附图，对本申请实施例提供的作业设备的控制方法进行阐述。

请参照图5，图5示出了本申请实施例提供的作业设备的控制方法的一种流程图。该作业设备的控制方法可以应用于上述的作业设备200，该作业设备的控制方法可以包括以下步骤：

S100，获取作业设备的当前位置。

在一些可能的实施例中，作业设备200可以通过GPS、wifi、蓝牙、基站等定位技术获取到作业设备200的当前位置和当前方向。或者，作业设备200也可以从其他电子设备(例如，服务器、中转服务器、后台服务器、云服务器等电子设备)的存储器处获取到当前位置和当前方向。本申请对于如何获取当前位置、当前方向的方式不做限制。

还需要说明的是，本申请实施例所提供的作业设备的控制方法可以在二维平面或三维空间中实现，进而本申请所提供的示意图中所展示的作业设备的控制过程仅仅只是一种示意，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下可以容易地将其应用至三维空间中。

S110，当当前位置与作业设备的作业路径之间的距离大于制导距离时，在当前位置和作业路径之间确定参考路径；

优选地，参考路径与当前位置的距离小于或等于制导距离。在本发明的一些可能的实施例中，参考路径与当前位置的距离是指当前位置与参考路径最近的距离，即可以通过当前位置对参考路径做垂线来确定参考路径与当前位置的距离。

在一些可能的实施例中，作业设备的当前位置与作业路径之间的距离可以是作业设备与作业路径之间的最短距离(可以参考点到线的最短距离)。上述的制导距离可以是预先设定的距离，也可以是最优回归距离(也即是L1制导方法中的L1制导距离)。

该L1制导距离是根据作业设备的实时移动速度计算出来的距离，具体计算方式可以参考L1制导方法，在此不再赘述。其中，在L1制导距离内可以找到一个点，作业设备可以以边行驶边控制转向轮转动的方式向该点靠近，进而能够平滑地移动到该点或者该点附近，无需停止变向。

参照图6，假设作业设备的当前位置为P，当前方向为向量PQ，制导距离为L1，作业路径为AB。并且，在图6中，作业设备的当前位置P与作业路径PQ之间的距离e大于了制导距离L1。此时，可以在当前位置P和作业路径AB之间确定一参考路径(如图6中的ab1)，且该参考路径ab1与当前位置的距离小于或等于制导距离L1。

其中，所生成的参考路径的形状可以是直线、曲线等。或者，该参考路径的形状可以与作业路径的形状一致且与作业路径不相交。可以理解，不同形状的参考路径会影响所选择的参考点的位置是否合理，为了使得所生成的参考点的位置更优，所生成的参考路径的形状还可以与作业路径的形状一致，且与作业路径平行。

需要说明的是，作业设备200可以获取自己生成的作业路径，也可以从其他电子设备的存储器处获取到作业路径，本申请对此不作限定。

S120，在参考路径上确定参考点。

在一些可能的实施例中，该参考点的选择方式可以是随机选择或是按预设规则进行选择。其中，按预设规则进行选择的方式可以是在参考路径上将距离作业设备当前位置最近的点作为参考点，也可以将参考路径上距离作业设备当前位置的距离恰好为L1制导距离的点作为参考点，本申请对此不做限定。

S130，根据参考点的位置和当前位置，控制作业设备向参考点移动。

再以图6所示的场景为例，假设在参考路径上确定的参考点为Y，则可以根据参考点Y的位置、作业设备的当前位置和当前方向，控制作业设备以边行驶边控制转向轮转动的方式向该参考点Y靠近，显然，在这个过程中作业设备的移动轨迹是平滑的，且没有停止变向的动作就能靠近参考点，移动效率高。

进而还可以理解，在作业设备当前位置与作业设备的作业路径之间的距离大于制导距离时，为了使得作业设备不断地向作业路径靠近，最终正确地返回到作业路径，可以不断地重复上述S100至S130步骤，在作业设备和作业路径之间确定出一个个逐渐靠近作业路径的参考点。进而使得作业设备无需停止变向就可以不断地根据这些参考点边移动边转向地向作业路径靠近，让作业设备回归作业路径的轨迹更加平滑，提高作业设备的回归效率。并且，由于在本方法中不需要角度传感器，进而还降低了实现的成本。

进一步的，为了使得作业设备成功地回归到作业路径，在图5的基础上，本申请提供了一种可行的实施方式中，请参照图7，本申请实施例所提供的方法还可以包括：

S140，当当前位置与作业路径之间的距离小于或等于制导距离时，采用L1制导方法控制作业设备移动至作业路径。

在当前位置与作业路径之间的距离小于或等于制导距离时，此时可以在作业路径上确定出一个点作为参考点，采用L1制导方法控制作业设备向该参考点。最终使得作业设备回归到作业路径，且使得作业设备的方向与作业路径的方向一致。

应理解，由于L1制导方法能够避免在控制过程中需要检测转向轮转角的缺点，取消了转角传感器，同时还能够避免模型预测控制时需要大量计算的缺点。因此，在作业设备的当前位置与作业路径之间的距离小于或等于制导距离时，采用L1制导方法控制作业设备移动至作业路径，可以进一步提高作业设备的返回效率。

在一些可能的实施例中，为了使得作业设备进一步更高效率地返回作业路径，对于如何在参考路径上确定参考点，在图7的基础上，请参照图8，S120可以包括如下子步骤：

S120A，在参考路径上获取与当前位置的距离为制导距离的至少一个待选点。

在参考路径与当前位置的距离小于或等于制导距离时，可以在参考路径上可以获取到与当前位置的距离为制导距离的至少一个待选点。如图9所示，假设参考路径为ab1，则在该参考路径上的待选点包括y1、y2。

应理解，该待选点的数量因参考路径的形状决定，例如当参考路径为直线段时，则该待选点的数量为两个待选点；当参考路径为曲线段时，则该待选点的数量则需要根据实际情况确定。

S120B，从至少一个待选点中确定出靠近参考路径的终点的待选点作为参考点。

在一些可能的实施例中，作业路径通常包括起点和终点，而为了使得所生成的参考点的位置更优，参考路径的形状最好与作业路径的形状一致。参考路径的起点和终点也与作业路径一致。

如图9所示，假设对于作业路径AB，起点为A终点为B(也即是，作业路径AB的方向为由A向B)，对于待选点y1、y2，y2为靠近参考路径的终点的待选点，故可以将待选点y2作为返回参考点。

应理解，由于上述的S120A、S120B实际所确定出的参考点与作业设备的当前位置的距离为制导距离，且更靠近参考路径的终点(相当于靠近作业路径的终点)。由于参考点与作业设备的当前位置的距离为制导距离可以确保作业设备平滑地移动到该点，参考点靠近参考路径的终点可以使得作业设备返回时的方向更与作业路径的方向一致，避免最后回归时朝向不正确。进而上述的S120A、S120B能够使得作业设备进一步更高效率地返回作业路径。

此外，为了进一步提高作业设备返回作业路径的效率，还可以“分别确定出每个待选点、作业设备的当前位置以及当前方向形成的夹角大小；然后将夹角最小的待选点作为参考点”。由于将夹角最小的待选点作为参考点，作业设备在向该参考点移动时需要转动的角度最小，轨迹最流畅，进而使得作业设备返回作业路径的效率最高。

在一些可能的实施例中，为了使得作业设备更高效率地返回作业路径，对于如何根据参考点的位置和当前位置，控制作业设备向参考点移动，在图7的基础上，请参照图10，S130可以包括如下子步骤：

S130A，获取作业设备的当前方向。

S130B，根据参考点的位置和当前位置确定跟踪朝向。

S130C，根据跟踪朝向和当前方向控制作业设备移动，以使作业设备向参考点移动。

参照图9，参考点的位置为y2，当前位置为P，则跟踪朝向可以确定为Py2。在确定出跟踪朝向后，即可根据跟踪朝向和当前方向控制作业设备以边行驶边控制转向轮转动的方式向该参考点y2靠近。

需要补充的是，对于如何“根据跟踪朝向和当前方向控制作业设备移动，以使作业设备向参考点移动”，可以：“根据跟踪朝向和作业设备的当前方向、当前位置确定出一个初始转向角度，然后根据作业设备的当前移动速度调整该初始转向角度的值，使得作业设备向参考点移动，且当前朝向向作业路径的朝向靠近”。

应理解，由于当作业设备在以边移动边转向的方式向参考点移动的过程中，在同样的行驶距离和同样的转向角度条件下，速度越小的作业设备方向变化越大。因此，通过上述过程可以使得作业设备在向参考点移动的过程中，当前方向更符合作业路径的朝向，进而提高作业设备的回归效率。

S130D，判断作业设备的当前位置与作业路径之间的距离是否大于制导距离；在当前位置与作业设备的作业路径之间的距离大于制导距离时，则返回执行S100。

在一些可能的实施例中，可以在经过预设周期时长后，触发判断作业设备的当前位置与作业路径之间的距离是否大于制导距离。例如，假设预设周期为2s，则如图11所示，2s后作业设备移动至R，此时，作业设备与作业路径之间的距离仍大于制导距离，故还需要返回依次执行S100-S130。

应理解，通过执行S130D的判断，可以实现在当前位置与作业设备的作业路径之间的距离大于制导距离时，不断地重复上述S100至S130步骤，达到在作业设备和作业路径之间确定出一个个逐渐靠近作业路径的参考点，使得作业设备无需停止变向就可以不断地根据这些参考点边移动边转向地向作业路径靠近的效果。让作业设备回归作业路径的轨迹更加平滑，提高作业设备的回归效率。

可以理解，为了更好地应用本申请所提供的方法，该预设周期时长可以根据实际应用场景进行适应性的更改。

进一步的，在一些可能的实施例中，请继续参照图10，在当前位置与作业路径之间的距离小于或等于制导距离时，为了使得作业设备正确高效地返回到作业路径上，S140可以包括如下子步骤：

S140A，更新作业设备的当前位置，并获取作业设备的当前移动速度和当前方向。

由于作业设备不断地在移动和变向，故在本申请中的作业设备的当前位置、当前方向和当前移动速度是实时获取的。

S140B，在作业路径上确定回归参考点。

该回归参考点的选择方式可以是随机选择或是按预设规则进行选择。其中，按预设规则进行选择的方式可以是在作业路径上将距离作业设备当前位置最近的点作为回归参考点，也可以将作业路径上距离作业设备当前位置的距离恰好为L1制导距离的点作为回归参考点，本申请对此不做限定。

其中，为了使得作业设备进一步更高效率地返回作业路径，对于在作业路径上确定回归参考点，在图10的基础上，请参照图12，S140B可以包括如下子步骤：

S140B-1，在作业路径上，获取与当前位置的距离为制导距离的至少一个待选点。

由于作业路径与当前位置的距离小于或等于制导距离，因此在作业路径上可以获取到与当前位置的距离为制导距离的至少一个待选点。如图13所示，假设作业路径为AB，则在该作业路径上的待选点包括x1和x2。

应理解，该待选点的数量因作业路径的形状决定，例如当作业路径为直线段时，则该待选点的数量为两个待选点；当作业路径为曲线段时，则该待选点的数量则需要根据实际情况确定。

S140B-2，从至少一个待选点中确定出靠近作业路径的终点的待选点作为回归参考点。

如图13所示，假设对于作业路径AB，起点为A终点为B(也即是，作业路径AB的方向为由A向B)，对于该作业路径上的待选点x1和x2，x1为靠近作业路径的终点的待选点，故可以将待选点x1作为回归参考点。

应理解，由于上述的S140B-1、S140B-2实际所确定出的回归参考点与作业设备的当前位置的距离为制导距离，且更靠近作业路径的终点。由于回归参考点与作业设备的当前位置的距离为制导距离可以确保作业设备平滑地移动到该点，回归参考点靠近作业路径的终点可以使得作业设备返回时的方向更与作业路径的方向一致，避免最后回归时朝向不正确。进而上述的S140B-1、S140B-2能够使得作业设备进一步更高效率地返回作业路径。

此外，为了进一步提高作业设备返回作业路径的效率，还可以“分别确定出每个待选点、作业设备的当前位置以及当前方向形成的夹角大小；然后将夹角最小的待选点作为回归参考点”。由于将夹角最小的待选点作为回归参考点，作业设备在向该回归参考点移动时需要转动的角度最小，轨迹最流畅，进而使得作业设备返回作业路径的效率最高。

请再参照图10，S140C，根据回归参考点的位置、当前位置、当前方向和当前移动速度，控制作业设备向回归参考点移动，以使作业设备移动至作业路径，以及使作业设备的方向与作业路径的方向一致。

在一些可能的实施例中，首先，可以根据回归参考点的位置和作业设备的当前位置确定引导朝向；然后根据该引导朝向和作业设备的当前方向、当前位置、当前移动速度控制作业设备向回归参考点移动。

进一步的，为了使得作业设备回归到作业路径的过程更加流畅，并确保作业设备移动至作业路径时作业设备的方向与作业路径的方向一致，在“根据该引导朝向和作业设备的当前方向、当前位置控制作业设备向回归参考点移动”的过程中，还可以参照上述的重复执行S100至S130的过程。

即，可以在预设时间段后，判断作业设备是否正确回归到作业路径；若作业设备未正确回归到作业路径，则返回执行S140。以使作业设备无需停止变向就可以不断地根据这些回归参考点边移动边转向地向作业路径靠近并最终回归到作业路径，从而让作业设备回归作业路径的轨迹更加平滑，提高作业设备的回归效率。

其中，上述S140A至S140C中的步骤过程也可以参考如下的控制示意图14。

需要补充的是，对于如何“根据该引导朝向和作业设备的当前方向、当前位置、当前移动速度控制作业设备向回归参考点移动”，可以：“根据该引导朝向和作业设备的当前方向、当前位置确定出一个初始转向角度，然后根据作业设备的当前移动速度调整该初始转向角度的值，使得作业设备向回归参考点移动，且当前朝向向作业路径的朝向靠近”。

应理解，由于当作业设备在以边移动边转向的方式向回归参考点移动的过程中，对于速度不同的作业设备在以同样的转向角度移动时，一段距离内的方向变化大小是不一样的。在同样的行驶距离和同样的转向角度条件下，速度越小的作业设备方向变化越大。因此，通过上述过程可以使得作业设备在向回归参考点移动的过程中，朝向更符合作业路径的朝向，提高作业设备的回归效率。

为了执行上述实施例及各个可能的方式中的相应步骤，下面给出一种作业设备的控制装置的实现方式，请参阅图15，图15示出了本申请实施例提供的作业设备的控制装置的一种功能模块图。需要说明的是，本实施例所提供的作业设备的控制装置300，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。该作业设备的控制装置300可以包括：获取模块310、跟踪模块320。

可选地，上述模块可以软件或固件(Firmware)的形式存储于存储器中或固化于本申请提供的作业设备的操作系统(Operating System，OS)中，并可由作业设备中的处理器执行。同时，执行上述模块所需的数据、程序的代码等可以存储在存储器中。

获取模块310可以用于获取作业设备的当前位置。

可以理解的是，获取模块310可以用于支持作业设备执行上述S100等，和/或用于本文所描述的技术的其他过程。

跟踪模块320可以用于当当前位置与作业设备的作业路径之间的距离大于制导距离时，在当前位置和作业路径之间确定参考路径。

可以理解的是，跟踪模块320可以用于支持作业设备执行上述S110等，和/或用于本文所描述的技术的其他过程。

跟踪模块320还可以用于在参考路径上确定参考点。

可以理解的是，跟踪模块320可以用于支持作业设备执行上述S120等，和/或用于本文所描述的技术的其他过程，例如，S120A、S120B。

跟踪模块320还可以用于根据参考点的位置和当前位置，控制作业设备向参考点移动。

可以理解的是，跟踪模块320可以用于支持作业设备执行上述S130等，和/或用于本文所描述的技术的其他过程，例如，S130A-S130D。

跟踪模块320还可以用于当当前位置与作业路径之间的距离小于或等于制导距离时，采用L1制导方法控制作业设备移动至作业路径。

可以理解的是，跟踪模块320可以用于支持作业设备执行上述S140等，和/或用于本文所描述的技术的其他过程，例如，S140A-S140C，S140B-1、S140B-2。

进一步的，当上述的作业设备200为农业无人机时，本申请实施例还提供了一种作业设备的控制方法，请参照图16，该方法可以包括如下步骤：

S200，判断农业无人机是否位于作业路径上。

例如，农业无人机实时根据当前位置和作业路径之间的关系，在当前位置位于作业路径上时，确定农业无人机位于作业路径；在当前位置不位于作业路径上时，确定农业无人机离开作业路径。

S210，当农业无人机离开作业路径时，采用L1制导方法控制农业无人机移动至作业路径。

可以理解，S210可以参照上述的S140及其可能包括的子步骤，在此不再赘述。

为了执行上述实施例及各个可能的方式中的相应步骤，下面给出另一种作业设备的控制装置的实现方式，请参阅图17，图17示出了本申请实施例提供的另一种作业设备的控制装置的功能模块图。需要说明的是，本实施例所提供的另一种作业设备的控制装置400，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。该另一种作业设备的控制装置400可以包括：判断模块410、制导模块420。

可选地，上述模块可以软件或固件(Firmware)的形式存储于存储器中或固化于本申请提供的作业设备的操作系统(Operating System，OS)中，并可由作业设备中的处理器执行。同时，执行上述模块所需的数据、程序的代码等可以存储在存储器中。

判断模块410可以用于判断农业无人机是否位于作业路径上。

可以理解的是，判断模块410可以用于支持作业设备执行上述S200等，和/或用于本文所描述的技术的其他过程。

制导模块420可以用于当农业无人机离开作业路径时，采用L1制导方法控制农业无人机移动至作业路径。

可以理解的是，制导模块420可以用于支持作业设备执行上述S210等，和/或用于本文所描述的技术的其他过程。

基于上述方法实施例，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述作业设备的控制方法的步骤。

具体地，该存储介质可以为通用的存储介质，如移动磁盘、硬盘等，该存储介质上的计算机程序被运行时，能够执行上述作业设备的控制方法，从而解决现有技术存在着作业设备在实际回归时，轨迹不平滑，停止变向的次数过多，或者回归轨迹太长，效率不高的问题，实现平滑地引导作业设备向作业路径靠近，提高作业设备返回作业路径的效率，并降低成本的目的。

综上所述，本申请实施例提供了一种作业设备的控制方法及相关装置，其能够平滑地引导作业设备向作业路径靠近，提高作业设备返回作业路径的效率，并降低成本。该方法包括：获取作业设备的当前位置；当当前位置与作业设备的作业路径之间的距离大于制导距离时，在当前位置和作业路径之间确定参考路径；在参考路径上确定参考点；根据参考点的位置和当前位置，控制作业设备向参考点移动。

通过在作业设备的当前位置和作业路径之间确定一个与当前位置的距离小于或等于制导距离的参考路径，以及确定参考路径上的一个参考点，并控制作业设备向该参考点移动，可以使得作业设备以确定的一个转向向参考点移动。重复上述过程即可在作业设备和作业路径之间确定出一个个逐渐靠近作业路径的参考点，使得作业设备无需停止变向就可以不断地根据这些参考点边移动边转向地向作业路径靠近，从而让作业设备回归作业路径的轨迹更加平滑，提高作业设备的回归效率。并且，由于该方法不需要角度传感器，进而还降低了实现的成本。而在作业设备的当前位置与作业路径之间的距离小于或等于制导距离时，采用L1制导方法控制作业设备移动至作业路径，可以进一步提高作业设备的返回效率。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种作业设备的控制方法，其特征在于，包括：

获取所述作业设备的当前位置；

当所述当前位置与所述作业设备的作业路径之间的距离大于制导距离时，在所述当前位置和所述作业路径之间确定参考路径；所述参考路径与所述当前位置的距离小于或等于所述制导距离；所述参考路径的形状与所述作业路径的形状一致且二者不相交；

在所述参考路径上确定参考点；所述参考点与所述当前位置之间的距离小于或等于所述制导距离；

根据所述参考点的位置和所述当前位置，控制所述作业设备向所述参考点移动；

在经过预设周期后，判断所述作业设备的当前位置与所述作业路径之间的距离是否大于制导距离；

当所述当前位置与所述作业设备的作业路径之间的距离大于制导距离时，返回执行所述获取所述作业设备的当前位置的步骤；

当所述当前位置与所述作业路径之间的距离小于或等于所述制导距离时，采用L1制导方法控制所述作业设备移动至所述作业路径。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述参考点的位置和所述当前位置，控制所述作业设备向所述参考点移动的步骤包括：

获取作业设备的当前方向；

根据所述参考点的位置和所述当前位置确定跟踪朝向；

根据所述跟踪朝向和所述当前方向控制所述作业设备移动，以使所述作业设备向所述参考点移动。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用L1制导方法控制所述作业设备移动至所述作业路径的步骤，包括：

更新所述作业设备的当前位置，并获取所述作业设备的当前移动速度和当前方向；

在所述作业路径上确定回归参考点；

根据所述回归参考点的位置、所述当前位置、所述当前方向和所述当前移动速度，控制所述作业设备向所述回归参考点移动，以使所述作业设备移动至所述作业路径，以及使所述作业设备的方向与所述作业路径的方向一致。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述在所述作业路径上确定回归参考点的步骤包括：

在所述作业路径上，获取与所述当前位置的距离为所述制导距离的至少一个待选点；

从所述至少一个待选点中确定出靠近所述作业路径的终点的待选点作为所述回归参考点。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述在所述参考路径上确定参考点的步骤包括：

在所述参考路径上获取与所述当前位置的距离为所述制导距离的至少一个待选点；

从所述至少一个待选点中确定出靠近所述参考路径的终点的待选点作为所述参考点。

6.一种作业设备的控制装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取所述作业设备的当前位置；

跟踪模块，用于当所述当前位置与所述作业设备的作业路径之间的距离大于制导距离时，在所述当前位置和所述作业路径之间确定参考路径；所述参考路径与所述当前位置的距离小于或等于所述制导距离；所述参考路径的形状与所述作业路径的形状一致且二者不相交；

所述跟踪模块，还用于在所述参考路径上确定参考点；所述参考点与所述当前位置之间的距离小于或等于所述制导距离；

所述跟踪模块，还用于根据所述参考点的位置和所述当前位置，控制所述作业设备向所述参考点移动；

所述跟踪模块还用于在经过预设周期后，判断所述作业设备的当前位置与所述作业路径之间的距离是否大于制导距离；

所述跟踪模块还用于当所述当前位置与所述作业设备的作业路径之间的距离大于制导距离时，通知所述获取模块执行所述获取所述作业设备的当前位置的步骤；

所述跟踪模块还用于当所述当前位置与所述作业路径之间的距离小于或等于所述制导距离时，采用L1制导方法控制所述作业设备移动至所述作业路径。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述跟踪模块用于获取作业设备的当前方向；

所述跟踪模块还用于根据所述参考点的位置和所述当前位置确定跟踪朝向；

所述跟踪模块还用于根据所述跟踪朝向和所述当前方向控制所述作业设备移动，以使所述作业设备向所述参考点移动。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述跟踪模块用于更新所述作业设备的当前位置，并获取所述作业设备的当前移动速度和当前方向；

所述跟踪模块还用于在所述作业路径上确定回归参考点；

所述跟踪模块还用于根据所述回归参考点的位置、所述当前位置、所述当前方向和所述当前移动速度，控制所述作业设备向所述回归参考点移动，以使所述作业设备移动至所述作业路径，以及使所述作业设备的方向与所述作业路径的方向一致。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述跟踪模块用于在所述作业路径上，获取与所述当前位置的距离为所述制导距离的至少一个待选点；

所述跟踪模块还用于从所述至少一个待选点中确定出靠近所述作业路径的终点的待选点作为所述回归参考点。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述跟踪模块用于在所述参考路径上获取与所述当前位置的距离为所述制导距离的至少一个待选点；

所述跟踪模块还用于从所述至少一个待选点中确定出靠近所述参考路径的终点的待选点作为所述参考点。

11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一项所述的方法。

12.一种作业设备控制单元，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有机器可读指令，所述处理器用于执行所述机器可读指令，以实现如权利要求1-5中任一项所述的方法。

13.一种作业设备，其特征在于，包括：

机体；

动力设备，安装在所述机体，用于为所述作业设备提供动力；

以及作业设备控制单元；所述作业设备控制单元包括处理器和存储器，所述存储器存储有机器可读指令，所述处理器用于执行所述机器可读指令，以实现如权利要求1-5中任一项所述的方法。