无人化系统包含功能_无人系统无人化需求

2021年10月份开始，设计现在车载版的农机系统架构。

之前演示项目基于 ROS 开发，毋庸置疑，ROS系统是较为流行的机器人设计架构，其分布式架构设计在满足稳定性上也可方便扩展，并且其提供的丰富的功能库也是极大的方便了研发进度。其提供的仿真环境也为算法设计提供了直观的调试环境。

作为演示和学习使用，ROS是非常合适的选择。但是作为产品化开发，ROS也是有其无法忽视的缺点：

        1. 缺乏构建多机器人系统的标准方法；

        2. 在Windows、MacOS、RTOS等系统上无法应用或者功能有限；

        3. 缺少实时性方面的设计；

        4. 需要良好的网络环境保证数据的完整性，而且网络没有数据加密、安全防护等功能；

        5. ROS 1的稳定性欠佳，研究开发与上市产品之间的过渡艰难；

         6. 产品定制化开发困难

出于以上等因素考虑，重新开发一套无人化系统框架，满足我们自己产品的需求。

现在实现的功能：

一、GPS 定位

精度误差在10cm范围内

系统启动后会检查GPS信号接受情况，并在主界面中有指示灯提示（红色表示GPS接受失败）

在作业过程中，当丢失GPS信号5s ,车辆会暂停作业

在无GPS信号时，车辆不会自动驾驶

二、车辆驱动控制

使用Can总线控制

系统启动后会检查CAN中线连接情况和通信情况（主界面有指示灯提示）

通过CAN总线接受车辆状态信息并把控制指令发给农机

三、路径规划

提供作业路径规划功能

丰富的算法设计

四、路径跟踪

LQR + PID 控制算法

五、 毫米波避障

目前只有前毫米波检测，当检测到障碍时自动停车并鸣笛，障碍物离开后继续前行

检测距离：20米

检测到5s后有碰撞的可能，便停车

六、作业流程控制（AI模块）

当前程序共有：待机、导航、作业 三个主要流程

通过行为树控制整个作业流程

提供行为树编辑器，设计人员可以通过编辑器设计作业流程，并生成自动化控制脚本

不同的作业模式或是农机农具，只要选择对应的脚本就可执行

后续作业需求，可以不需要开发人员编码，只需要设计人员设计出流程图即可

七、通信功能

与平台交互通过MQTT协议连接

同物理机上通过 命名管道实现进程间通信

通过HTTP协议与算法服务器连接并得到路径规划的数据

八、灵活的变量话作业功能

在植保作业中，无人系统需要与同机执行的植保软件通信，在收到停车信号时停车，可以接受植保程序的控制信号

该技术通过命名管道来实现进程间的通信

因此需要两程序运行在同一台物理机上

后续开发中的功能：

1. 服务器架构重构和逻辑开发

（1）服务器功能拆分：

        主逻辑控制服务器，算法服务器，数据库服务器，网关服务器

        主逻辑服务器：负责平台相关和控制相关的逻辑处理，比如作业控制。以后的集群控制也会在逻辑服务器中处理

        算法服务器：提供算法服务，路径规划算法，地图服务，导航路径算法等都在此类服务器中完成

        数据库服务器：顾名思义，较难设计的部分。因为是分布式架构设计，数据库可能是独立部署，如何设计缓存结构，并确保多节点之间的数据同步，想想都头疼

        网关服务器：负责外部连接通信的服务器，其主要是桥梁作用，所有的用户或农机都与网关服务器直接连接，从而避免与逻辑服务直接通信。同时负载均衡策略也在网关服务器中实现

（2）采用分布式架构设计

        解决同步问题

        采用何种分布式设计跟集群设计

2. 开发移动控制平台

        将遥控器功能在移动端实现，通过平板电脑或手机终端控制农机

        实现一对一控制， 和一对多绑定