一种用于单行农作物植株株顶轨迹自动跟踪控制方法技术

本发明专利技术涉及农业装备电子控制技术，尤其涉及玉米去雄机和棉花去顶机的田间单行植株株顶轨迹自动跟踪控制方法。其特征在于：通过光电识别延时手段搜索植株株顶位置目标，经信息处理及放大模块对采集到的目标轨迹信息与期望雄顶轨迹对比放大后向电磁液压阀块发出指令，电磁液压阀块根据位置偏移指令控制跟踪机构油缸的伸缩方向和延时时间，跟踪机构带动连接其下的执行机构、调速支架机构和安装在支架前端的株顶位置监测器同步运动。变化后的株顶位置监测器继续在当前位置搜索当前的株顶目标，再将信息发送到信息处理模块。采取适时调整预描距离和平行四杆机构倾斜运动综合措施，补偿跟踪滞后产生的仿形偏移，可有效降低漏除率。

Automatic tracking control method for single row crop plant top track

The present invention relates to agricultural equipment and electronic control technology, in particular to corn and cotton emasculation machine to the top machine field single plant top tracing control method. It is characterized in that the top position of the target search plant by means of photoelectric identification delay, the information processing and amplification module of the collected information and the expected target trajectory trajectory contrast amplification to the top male electromagnetic hydraulic valve block command, electromagnetic hydraulic valve block according to the position offset control that tracking mechanism for the expansion of the cylinder direction and the delay time the tracking mechanism, drives the connecting actuator, under the control and support mechanism mounted on the bracket at the front end of the top line position monitor synchronous motion. After the change, the plant top position monitor continues to search the current top target at the current position, and then sends the information to the information processing module. It is effective to reduce the leakage rate by adjusting the offset distance and adjusting the movement of the parallel four bar mechanism in a timely manner to compensate for the distortion of the profile.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及农业装备电子控制技术，尤其涉及玉米去顶机和棉花去顶机的田间植株株顶轨迹跟踪控制。
技术介绍
玉米种子田间去顶作业通常是在农作物株高为1.5米～2.0米的抽雄阶段进行，工期短，环境恶劣，任务重，去顶作业质量要求高。棉花田间去顶期间，工期短，作业量大，需要投入在量的人力。在欧美一些农业发达国家已实现机械化去顶作业，例如法国Bourgoin公司的去雄喷药机、美国Hagie公司204去雄机、美国BigJohn公司PDF752D去雄机等，其技术成熟，具有利用机器视觉定位农作物雄穗高度的自动跟踪功能。在中国玉米去雄仍然是以人工为主，近年有少量进口去顶机投入生产作业，国内已有自主研制的去雄机样机进入田间试验阶段，但对以植株株顶轨迹跟踪为核心的去顶机控制系统的研制才刚刚起步，远远落后于发达国家。这直接制约着中国玉米去雄机的发展。同时国内玉米制种田的种植水平和习惯与国外发达国家有很大差距，这就增加了机械化去顶作业的难度，尤其是植株株顶轨迹跟踪的难度。中国是棉花生产在国，棉花田间去顶还完全靠人工作业。目前，对连续曲线的轨迹跟踪技术已经达到非常成熟的阶段，在一些领域得到广泛的应用，对类似单行若干农作物植株株顶的非连续目标顶点位置的精确跟踪控制仍然是有待于攻关的技术瓶颈。集成运用传感技术、计算机技术、控制技术等高新技术，能够解决植株株顶轨迹跟踪难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是使农作物去顶机能够在田间自动控制单体去顶部件跟踪单行植株株顶去顶作业，满足去顶工作部件相对植株株顶位置的精度要求，提高去顶率，提出了一种用于单行农作物植株株顶轨迹自动跟踪控制方法。为了实现上述目的，本专利技术农作物去顶机去顶工作装置的株顶轨迹跟踪方法采用如下步骤：步骤1：将单行各个农作物植株株顶位置点描述为以株距间隔为水平坐标、以株高差异为垂直坐标的若干折线所构成的连续多段折线，所述连续多段折线就是单行去顶部件工作点的期望跟踪轨迹；步骤2：所述单行去顶机工作点的期望跟踪轨迹是运动轨迹，参数包括：单行去顶部件工作点坐标Xo、期望跟踪轨迹的垂直速度v、期望跟踪轨迹的水平速度u，所述植株株顶期望跟踪轨迹的位置坐标(XP、YP)是相对去顶机工作点Xo的位置坐标，所述期望跟踪轨迹的垂直速度v是平行四杆跟踪机构的垂直分速度，所述期望跟踪轨迹的水平速度u是机车的行驶速度；步骤3：采用上下光电传感器作为识别植株株顶位置的感应元件，设上传感器未发现目标时无信号输出，发现目标时有信号输出并延时T时间；下传感器发现目标时无信号输出并延时T时间，未发现目标时有信号输出；步骤4：在去顶机工作点X0当前位置的前进方向一侧设定上、下光电传感器识别区间Yab，所述设定的识别区间Yab包含居中的株顶期望位置点YP及上下相邻合理区间，株顶期望位置点YP与去顶部件工作点Xo处于同一水平线上，上传感器坐标Ya是反映上临界点的坐标、下传感器坐标Yb是反映下临界点的坐标；Yab＝V上T+V下T＝2vt其中V上——垂直上升速度是平行四杆跟踪机构的垂直上升分速度V下——垂直下降速度是平行四杆跟踪机构的垂直下降分速度步骤5：所述的轨迹跟踪还包括光电传感器识别区间Yab距去顶机工作点X0向前方伸出距离L；L=Lmin,uuminu·TuminuumaxLmaxu>umax]]>步骤6：。把相关信息存储到信息处理模块和速度控制器中。步骤7：去顶机开始工作，去顶工作部件与连接一体的光电识别器一起向前运动，光电识别传感器在识别区内搜索株顶目标，实时采集植株株顶当前位置信息，把当前信息发送到信息处理模块和速度控制器中，信息处理模块和速度控制器将当前信息与预置存储信息进行比较后向平行四杆跟踪机构发出工作指令，当识别器搜索到的株顶目标P位于期望区间时，信息处理模块指令平行四杆跟踪机构静止不动并延时T时间；在当前位置或上个T延时时间内，识别器搜索到的株顶目标超出期望区间上临界点Ya时，信息处理模块指令平行四杆跟踪机构向上运动并延时T时间；在当前位置或上个T延时时间内，识别器搜索到的株顶目标超出期望区间下临界点Yb时，信息处理模块指令平行四杆跟踪机构向下运动并延时T时间。本专利技术所述的延时时间T的取值范围是依据植株的株距S和去顶机的行驶速度u确定的，国内目前制种田种植水平的S取值范围为0.21m～0.27m，中型拖拉机田间行驶速度u的取值范围为3.6km～9km，故延时时间的取值范围为0.1s～0.3s。以当前速度u行驶当前确定的延时时间T所得距离St应大于当单行平均植株的株距S。本专利技术植株株顶轨迹自动跟踪控制方法，其特征在于所述植株株顶的期望识别区间Yab与去顶部件入禾面垂直高度相同，依据去顶农艺要求确定，一般为8cm左右。本专利技术株顶轨迹跟踪控制方法所述期望跟踪轨迹的垂直速度v由期望识别区间Yab宽度和延时时间T确定，V≈Yab/T上升时V上＝0.125～0.25m/s下降时V下＝0.075～0.15m/s。本专利技术农作物植株株顶轨迹自动跟踪控制方法，其特征在于所述光电传感器识别区间Yab距去顶机工作点Xo向前方伸出距离L，由去顶机作业速度和延时时间确定，L=Lmin,uuminu·TuminuumaxLmaxu>umax]]>中型拖拉机田间行驶速度u的取值范围为1m/s～2.5m/s，延时时间的取值范围为0.1s～0.3s，伸出距离L为500mm～900mm，大型拖拉机田间行驶速度u的取值范围为1.5m/s～3m/s，延时时间的取值范围为0.05s～0.15s，伸出距离L为800mm～1200mm，速度u越快，伸出距离L越大；株距S越大，伸出距离L越小，L伸出距离L长短由速度控制器调节，用以消除水平方向的跟踪滞后。本专利技术植株株顶轨迹自动跟踪控制方法所述步骤7中在当前位置或上个T延时时间内，识别器搜索到的株顶目标超出期望区间上临界点Ya时，信息处理模块指令平行四杆跟踪机构向上运动并延时T时间，此时向上纠偏距离Y偏移＝Y上·T；在当前位置或上个T延时时间内，识别器搜索到的株顶目标超出期望区间下临界点Yb时，信息处理模块指令平行四杆跟踪机构向下运动并延时T时间，此时向下纠偏距离Y偏移＝V上·T；每个延时的纠偏距离为本专利技术农作物植株株顶轨迹自动跟踪控制方法，其特征在于所述平行四杆跟踪机构固定竖臂下端向后倾斜，使得活动竖杆在向上运动的同时也向前运动，向下运动的同时也向后运动；具有跟踪滞后的补偿功效，当倾斜角度设为45°时，其运动速度当四杆机构向下运动时，期望跟踪轨迹水平速度u与平行四杆跟踪机构的水平运动速度V水平方向一致，相当于速度增加，可补偿下降过程中的跟踪滞后；当四杆机构向上运动时，期望跟踪轨迹水平速度u与平行四杆跟踪机构的水平运动速度V水平方向相反，可补偿上升过程中的跟踪滞后。本专利技术提出的单行农作物植株株顶轨迹自动跟踪控制方法基于扫描延时跟踪技术，适用于任何具有前悬挂功能的高架拖拉机、任何需要去顶的垅作植物和各种工况下的株顶轨迹的仿形跟踪控制，采用本跟踪控制办法的去顶机进行玉米去雄、棉花去顶作业，对提高作业的质量和效率，减轻人工作业的劳动强度具有重要意义。本方法的优点和积极效果在于：解决了非连续目标的高度位置跟踪方法；采用适时调整预描距离和平行四杆机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于单行农作物植株株顶轨迹自动跟踪控制方法，其特征在于，该方法具有如下步骤：步骤1：将单行各个农作物植株株顶位置点描述为以株距间隔为水平坐标、以株高差异为垂直坐标的若干折线所构成的连续多段折线，所述连续多段折线就是单行去顶部件工作点的期望跟踪轨迹；步骤2：所述单行去顶机工作点的期望跟踪轨迹是运动轨迹，参数包括：植株株顶位置点P、单行去顶部件工作点坐标Xo、期望跟踪轨迹的垂直速度v、期望跟踪轨迹的水平速度u，所述植株株顶期望跟踪轨迹的位置坐标(XP、YP)是相对去顶机工作点Xo的位置坐标，所述期望跟踪轨迹的垂直速度v是平行四杆跟踪机构的垂直分速度，所述期望跟踪轨迹的水平速度u是机车的行驶速度；步骤3：采用上下光电传感器做为识别植株株顶位置P的感应元件，设上传感器未发现目标时无信号输出，发现目标时有信号输出并延时T时间；下传感器发现目标时无信号输出并延时T时间，未发现目标时有信号输出；步骤4：在去顶机工作点X0当前位置的前进方向一侧设定上、下光电传感器识别区间Yab，所述设定的识别区间Yab包含居中的株顶期望位置点YP及上下相邻合理区间，株顶期望位置点YP与去顶部件工作点X0处于同一水平线上，上传感器坐标Ya是反映上临界点的坐标、下传感器坐标Yb是反映下临界点的坐标；Yab＝V上T+V下T＝2vt其中V上——垂直上升速度是平行四杆跟踪机构的垂直上升分速度V下——垂直下降速度是平行四杆跟踪机构的垂直下降分速度步骤5：所述的轨迹跟踪还包括光电传感器识别区间Yab距去顶机工作点X0向前方伸出距离L；L=Lmin,u<uminu·T,umin<u<umaxLmaxu>umax]]>步骤6：。把相关信息存储到信息处理模块和速度控制器中。步骤7：去顶机开始工作，去顶工作部件与连接一体的光电识别器一起向前运动，光电识别传感器在识别区内搜索株顶目标，实时采集植株株顶当前位置信息，把当前信息发送到信息处理模块和速度控制器中，信息处理模块和速度控制器将当前信息与预置存储信息进行比较后向平行四杆跟踪机构发出工作指令，当识别器搜索到的株顶目标P位于期望区间时，信息处理模块指令平行四杆跟踪机构静止不动并延时T时间；在当前位置或上个T延时时间内，识别器搜索到的株顶目标超出期望区间上临界点Ya时，信息处理模块指令平行四杆跟踪机构向上运动并延时T时间；在当前位置或上个T延时时间内，识别器搜索到的株顶目标超出期望区间下临界点Yb时，信息处理模块指令平行四杆跟踪机构向下运动并延时T时间。...

【技术特征摘要】
1.一种用于单行农作物植株株顶轨迹自动跟踪控制方法，其特征在于，该方法具有如下步骤：步骤1：将单行各个农作物植株株顶位置点描述为以株距间隔为水平坐标、以株高差异为垂直坐标的若干折线所构成的连续多段折线，所述连续多段折线就是单行去顶部件工作点的期望跟踪轨迹；步骤2：所述单行去顶机工作点的期望跟踪轨迹是运动轨迹，参数包括：植株株顶位置点P、单行去顶部件工作点坐标Xo、期望跟踪轨迹的垂直速度v、期望跟踪轨迹的水平速度u，所述植株株顶期望跟踪轨迹的位置坐标(XP、YP)是相对去顶机工作点Xo的位置坐标，所述期望跟踪轨迹的垂直速度v是平行四杆跟踪机构的垂直分速度，所述期望跟踪轨迹的水平速度u是机车的行驶速度；步骤3：采用上下光电传感器做为识别植株株顶位置P的感应元件，设上传感器未发现目标时无信号输出，发现目标时有信号输出并延时T时间；下传感器发现目标时无信号输出并延时T时间，未发现目标时有信号输出；步骤4：在去顶机工作点X0当前位置的前进方向一侧设定上、下光电传感器识别区间Yab，所述设定的识别区间Yab包含居中的株顶期望位置点YP及上下相邻合理区间，株顶期望位置点YP与去顶部件工作点X0处于同一水平线上，上传感器坐标Ya是反映上临界点的坐标、下传感器坐标Yb是反映下临界点的坐标；Yab＝V上T+V下T＝2vt其中V上——垂直上升速度是平行四杆跟踪机构的垂直上升分速度V下——垂直下降速度是平行四杆跟踪机构的垂直下降分速度步骤5：所述的轨迹跟踪还包括光电传感器识别区间Yab距去顶机工作点X0向前方伸出距离L；L=Lmin,u<uminu·T,umin<u<umaxLmaxu>umax]]>步骤6：。把相关信息存储到信息处理模块和速度控制器中。步骤7：去顶机开始工作，去顶工作部件与连接一体的光电识别器一起向前运动，光电识别传感器在识别区内搜索株顶目标，实时采集植株株顶当前位置信息，把当前信息发送到信息处理模块和速度控制器中，信息处理模块和速度控制器将当前信息与预置存储信息进行比较后向平行四杆跟踪机构发出工作指令，当识别器搜索到的株顶目标P位于期望区间时，信息处理模块指令平行四杆跟踪机构静止不动并延时T时间；在当前位置或上个T延时时间内，识别器搜索到的株顶目标超出期望区间上临界点Ya时，信息处理模块指令平行四杆跟踪机构向上运动并延时T时间；在当前位置或上个T延时时间内，识别器搜索到的株顶目标超出期望区间下临界点Yb时，信息处理模块指令平行四杆跟踪机构向下运动并延时T时间。2.根据权利要求1一种用于单行农作物植株株顶轨迹自动跟踪控制方法，其特征在于所述延时时间T的取值范围是依据植株的株距S和去顶...

【专利技术属性】
技术研发人员：祖元丁，
申请(专利权)人：祖元丁，
类型：发明
国别省市：吉林;22