一种联合收获机履带底盘对行调控系统及调控方法技术方案

本发明专利技术提供了一种联合收获机履带底盘对行调控系统及调控方法，该系统包括：履带式底盘行走机构、割台、对行检测单元和对行控制单元，对行检测单元包括CCD图像获取装置、图像处理装置和履带位置测量装置，CCD图像获取装置获取成熟水稻图像、田埂及田块边界等信息，传给图像处理装置处理；履带位置测量装置包括两个测量组，每个测量组均包括角位移传感器、摆杆、扭簧和固定杆；对行控制单元包括履带轨迹决策单元和转向控制单元，履带轨迹决策单元用于规划行走路径、确定偏转方向并计算出所期望车身转向角，传输给转向控制单元，以控制调整车身，实现对行调控，本发明专利技术能够在基于宽窄行栽植的再生稻田地中实现自动对行调控，避免对留茬碾压损伤，提高再生季的产量。

A Control System and Method for Track Chassis of Combine Harvester

The invention provides a control system and control method for the track chassis of a combine harvester. The system includes a track chassis walking mechanism, a cutting table, a line detection unit and a line control unit. The line detection unit includes a CCD image acquisition device, an image processing device and a track position measurement device. The CCD image acquisition device obtains mature rice images, ridges and field edges. Information such as boundaries is transmitted to the image processing device for processing; the crawler position measuring device includes two measuring groups, each of which includes angular displacement sensor, pendulum rod, torsion spring and fixed rod; the line control unit includes crawler trajectory decision-making unit and steering control unit, and the track trajectory decision-making unit is used to plan the trajectory, determine the deflection direction and calculate the desired body steering angle. It is transmitted to the steering control unit to control and adjust the car body and realize the line control. The invention can realize automatic line control in the regenerated paddy field based on wide and narrow row planting, avoid the damage of stubble rolling and improve the yield of the regenerated season.

【技术实现步骤摘要】
一种联合收获机履带底盘对行调控系统及调控方法
本专利技术涉及联合收获机
，尤其涉及一种联合收获机履带底盘对行调控系统。
技术介绍
再生稻种植具有十分优越的资源与环境优势，目前再生稻的生产在我国光热资源一季有余、二季不足的地区日益得到重视，其种植面积迅速增加，种植效益显著提高。从发展的角度来看，联合收获机的收获性能以及自动化智能化程度已经成为再生稻头季机械化收获的一个重要衡量指标。这就迫切需要相应的实时调控系统对联合收获机的工作状况进行监测，从而做出相应的调整，以有利于提高再生稻收获的工作效率，提高作业性能和生产效率。然而我国目前对于再生稻头季履带式的联合收获机研究较少，较为缺乏对工作参数监测和调整的系统，尤其是对于履带式底盘对行调控的研究较少。与常规水稻相比，再生稻头季收割有低碾压、高留茬等农艺要求。目前，对于普遍所应用的水稻栽植方式，履带式联合收获机在收割时易成行碾压稻荘，再生季的产量将会大打折扣。现有技术公开了一种驱动轮可变轮距再生稻收获机及其控制方法，通过在底盘前端底部两侧分别设置有控制对应侧前轮侧向移动的伸缩机构，实现轮距可变以改善低碾压作业，其轮式行走系统在深泥脚田作业时易打滑、下陷，通过性差，作业田块受到限制，同时缺乏具体轮系和水稻植株之间相互位置的检测与调控系统，难以实现精准行间行走。“宽窄行”栽植方法是指采用宽行和窄行相间排列，能够改善通风透光环境，经过多年的试验研究表明能够实现高密、足穗、增产，优于等行距种植方式。如果收获时再生稻联合收获机两侧的履带在宽行中行走，在直线行驶段可实现对留茬的零碾压，对于大幅减少头季收获过程中的留茬的碾压面积，提高再生产量有着重要的意义，但同时提出了再生稻联合收获机要具有在宽行中精准对行行走的能力。虽然机手可以通过反复手动调整左右转向操纵杆实现履带在宽行重点的对行行走，但是实际作业时，机手还需要不断调整割台高度、割幅宽度、收获机行进速度等参数，这不仅需要操作者具有丰富的收获经验和高产的驾驶技术，同时极大的增加了驾驶员的操纵强度、显著影响了作业效率。因此，在“宽窄行”的种植模式下对于履带式联合收获机自动对行行走已成为提高头季再生稻收获效率核心问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种联合收获机履带底盘对行调控系统及调控方法，应用于宽窄行模式种植下的头季再生稻收获，能够在基于宽窄行栽植的再生稻田地中实现自动对行调控，避免对留茬碾压损伤，进而提高再生季的产量。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种联合收获机履带底盘对行调控系统，应用于宽窄行模式种植下的头季再生稻收获，所述宽窄行模式中宽行行距为Lk，窄行行距为Lz，在两条宽行之间有n段窄行，包括：履带式底盘行走机构，所述履带式底盘行走机构中的履带宽度l满足l＜Lk，履带轨距Ls满足Ls＝Lk+nLz；割台，所述割台的宽度Lg满足：Lg≥(2Lk+2nLz)；对行检测单元，包括CCD图像获取装置、图像处理装置和履带位置测量装置，所述CCD图像获取装置安装在联合收获机驾驶舱的前端，所述CCD图像获取装置朝所述割台的正前方拍摄，将获得的成熟水稻图像、田埂及田块边界等信息传送给所述图像处理装置处理，所述履带位置测量装置包括两个测量组，每个测量组均包括角位移传感器、摆杆、扭簧和固定杆，所述固定杆的底端固定于所述履带式底盘行走机构前端的支架上，所述摆杆的一端通过扭簧与所述固定杆的顶端连接，所述角位移传感器安装于所述摆杆的另一端，两个测量组分别位于一个履带的前端左右两侧，并且相互对称安装；对行控制单元，包括履带轨迹决策单元和转向控制单元，所述履带轨迹决策单元与所述图像处理装置以及所述履带位置测量装置连接，所述履带轨迹决策单元根据图像处理装置传递的信息规划行走路径，再根据履带位置测量装置传递的信息确定偏转方向，最后基于所述履带式转向模型计算出所期望车身转向角，并传输给所述转向控制单元，所述转向控制单元中转向控制器通过控制收获机中的转向阀调整车身转角实现对行调控。优选地，所述履带式转向模型的转向情况有以下几种：当收割机需要保持直线行驶时，vinner＝vouter；当收割机需要向右转向时，vinner＞vouter；当收割机需要向左转向时，vinner＜vouter；其中，vinner为收获机的内侧履带速度，vouter为收获机的外侧履带速度。优选地，所述履带式转向模型中，其中假设联合收获机两履带的中心位置为收获机的质心Ov，收获机转弯过程中有转弯时的理论转向中心Osteer、两履带中心的转弯半径Rsteer、收获机内侧履带转弯半径Rinner、外侧履带转弯半径Router、履带转向角速度ω，则有：vinner＝ω×Rinner，vouter＝ω×Router，收获机内侧转弯时，外侧履带速度不变，内侧履带降低速度，其计算公式为：优选地，所述摆杆与所述固定杆垂直，两个所述摆杆位于同一条直线上，且两个所述角位移传感器均位于所述履带的外侧。优选地，所述履带位置测量装置的个数为两个，所述履带位置测量装置与所述履带一一对应，并分别位于对应履带的正前方。一种联合收获机履带底盘对行调控系统的调控方法，包括：S1：在履带决策单元中设定宽行行距Lk、窄行行距Lz、割台的长度Lg、履带的宽度l、履带轨距Ls；履带位置测量装置中的两个摆杆的初始角分别为α0和β0(α0≈β0)，每侧的履带初始位置与两侧再生稻的距离分别为l1和l2，摆杆长度为l0；S2：通过CCD图像获取装置获得割台前方局部成熟水稻图像，经图像处理装置处理后，获得宽行水稻、窄行水稻的分布、田块图像等信息，经图像处理装置处理后，获得宽行水稻、窄行水稻的分布、田埂和田块边界信息，如果到达田块边界则直接结束对行调控；S3：通过履带位置测量装置测量摆杆摆动角度的变化，由履带轨迹决策系统基于履带式转向模型计算出期望的车身偏转方向和调整角度；S4：通过转向控制单元中的转向控制器调节转向阀实现车身姿态的调整，从而实现自动对行；S5：返回步骤S2直至收获机工作结束。优选地，所述步骤S3具体为：每个所述履带位置测量装置中的左右摆杆的初始角度α0≈β0；每侧的履带初始距两侧再生稻l1≈l2＝l0sinα0；收获机工作过程中中每个所述履带位置测量装置中的左右摆杆转角为α和β，每侧的履带距离两侧再生稻为l′1＝l0sinα，l′2＝l0sinβ。当且时，左右两侧的履带位于宽行中部偏左，调整车身转向角使其向右偏转，实现对行；当且时，左右两侧的履带均位于宽行中部，车身不需要调整；当且时，左右两侧的履带位于宽行中部偏右，应调整车身转向角使其向左偏转，实现对行。优选地，若转向控制器控制转向阀调整车身姿态时，机手人工干预，则履带底盘对行调控系统直接结束。本专利技术的有益效果：1)本专利技术能在基于宽窄行种植模式的再生稻田地中，通过履带位置测量装置实时监测履带与再生稻茎秆的局部相对位置，并通过CCD图像获取装置拍摄履带前方田间未割区再生稻图像有图像处理装置实时处理，履带轨迹决策单元根据图像处理装置传递的信息规划行走路径，再根据履带位置测量装置传递的信息确定偏转方向，最后基于所述基于履带式转向模型计算出所期望车身转向角，并传输给转向控制单元，转向控制单元中转向控制器通过控制收获机中的转向阀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种联合收获机履带底盘对行调控系统，应用于宽窄行模式种植下的头季再生稻收获，所述宽窄行模式中宽行行距为Lk，窄行行距为Lz，在两条宽行之间有n段窄行，其特征在于，包括：履带式底盘行走机构，所述履带式底盘行走机构中的履带宽度l满足l＜Lk，履带轨距Ls满足Ls＝Lk+nLz；割台，所述割台的宽度Lg满足：Lg≥(2Lk+2n Lz)；对行检测单元，包括CCD图像获取装置、图像处理装置和履带位置测量装置，所述CCD图像获取装置安装在联合收获机驾驶舱的前端，所述CCD图像获取装置朝所述割台的正前方拍摄，将获得的成熟水稻图像、田埂及田块边界的信息传送给所述图像处理装置处理，所述履带位置测量装置包括两个测量组，每个测量组均包括角位移传感器、摆杆、扭簧和固定杆，所述固定杆的底端固定于所述履带式底盘行走机构前端的支架上，所述摆杆的一端通过扭簧与所述固定杆的顶端连接，所述角位移传感器安装于所述摆杆的另一端，两个测量组分别位于一个履带的前端左右两侧，并且相互对称安装；对行控制单元，包括履带轨迹决策单元和转向控制单元，所述履带轨迹决策单元与所述图像处理装置以及所述履带位置测量装置连接，所述履带轨迹决策单元根据图像处理装置传递的信息规划行走路径，再根据履带位置测量装置传递的信息确定偏转方向，最后基于所述履带式转向模型计算出所期望车身转向角，并传输给所述转向控制单元，所述转向控制单元中转向控制器通过控制收获机中的转向阀调整车身转角实现对行调控。...

【技术特征摘要】
1.一种联合收获机履带底盘对行调控系统，应用于宽窄行模式种植下的头季再生稻收获，所述宽窄行模式中宽行行距为Lk，窄行行距为Lz，在两条宽行之间有n段窄行，其特征在于，包括：履带式底盘行走机构，所述履带式底盘行走机构中的履带宽度l满足l＜Lk，履带轨距Ls满足Ls＝Lk+nLz；割台，所述割台的宽度Lg满足：Lg≥(2Lk+2nLz)；对行检测单元，包括CCD图像获取装置、图像处理装置和履带位置测量装置，所述CCD图像获取装置安装在联合收获机驾驶舱的前端，所述CCD图像获取装置朝所述割台的正前方拍摄，将获得的成熟水稻图像、田埂及田块边界的信息传送给所述图像处理装置处理，所述履带位置测量装置包括两个测量组，每个测量组均包括角位移传感器、摆杆、扭簧和固定杆，所述固定杆的底端固定于所述履带式底盘行走机构前端的支架上，所述摆杆的一端通过扭簧与所述固定杆的顶端连接，所述角位移传感器安装于所述摆杆的另一端，两个测量组分别位于一个履带的前端左右两侧，并且相互对称安装；对行控制单元，包括履带轨迹决策单元和转向控制单元，所述履带轨迹决策单元与所述图像处理装置以及所述履带位置测量装置连接，所述履带轨迹决策单元根据图像处理装置传递的信息规划行走路径，再根据履带位置测量装置传递的信息确定偏转方向，最后基于所述履带式转向模型计算出所期望车身转向角，并传输给所述转向控制单元，所述转向控制单元中转向控制器通过控制收获机中的转向阀调整车身转角实现对行调控。2.根据权利要求1所述的联合收获机履带底盘对行调控系统，其特征在于，所述履带式转向模型的转向情况有以下几种：当收割机需要保持直线行驶时，vinner＝vouter；当收割机需要向右转向时，vinner＞vouter；当收割机需要向左转向时，vinner＜vouter；其中，vinner为收获机的内侧履带速度，vouter为收获机的外侧履带速度。3.根据权利要求2所述的联合收获机履带底盘对行调控系统，其特征在于，所述履带式转向模型中，其中假设联合收获机两履带的中心位置为收获机的质心Ov，收获机转弯过程中转弯时的理论转向中心Osteer、两履带中心的转弯半径Rsteer、收获机内侧履带转弯半径Rinner、外侧履带转弯半径Router、履带转向角速度ω，则有：vinner＝ω...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐立章，孙贻新，李耀明，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32