一种无人驾驶插秧机自动控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供了农业控制技术领域内的一种无人驾驶插秧机自动控制系统及其控制方法，包括上位机、下位机、通讯单元、北斗差分定位模块、惯性导航模块和施肥控制模块，主变速手柄角度传感器和转向角度传感器分别将检测到的前轮转角信号和主变速手柄转角信号发送给下位机，下位机采集并处理前轮转角信号和主变速手柄转角信号，并将处理后的前轮转角信号和主变速手柄转角信号传输给上位机，上位机将控制步进电机和步进电动推杆的动作指令发送给下位机，下位机控制步进电机和步进电动推杆的动作，使插秧机按照规划的路径行驶，肥箱和排肥器之间连接有肥箱重量传感器，下位机控制排肥电机的转速；本发明专利技术可实现插秧和施肥的同时作业，插秧机可自动驾驶。

An automatic control system and its control method of the unmanned rice transplanter

【技术实现步骤摘要】
一种无人驾驶插秧机自动控制系统及其控制方法
本专利技术属于农业控制
，特别涉及一种无人驾驶插秧机自动控制系统及其控制方法。
技术介绍
目前生产上现有农业机械一般都是采用人工驾驶和手工操作，在人工驾驶插秧机时，土壤条件多变，作业环境艰苦，驾驶员的驾驶水平以及长时间枯燥乏味的跟踪驾驶将对对行的准确性产生很大影响，易产生重行、漏行等缺陷，造成减产；同时，插秧机只能实现插秧作业，插秧结束后再进行施肥，无法边插秧边施肥，工作效率低。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的在于解决现有技术中插秧机无法自动行驶的技术问题，本专利技术提出一种无人驾驶插秧机自动控制系统及其控制方法，本专利技术可实现插秧和施肥的同时作业，插秧机可自动驾驶，排肥量可调节，保证施肥的均匀性，工作效率高。本专利技术的目的是这样实现的：一种无人驾驶插秧机自动控制系统，包括上位机、下位机、通讯单元、北斗差分定位模块、惯性导航模块和施肥控制模块；北斗差分定位模块与惯性导航模块采集插秧机当前的实时定位信息、航向角信息、速度信息和仰俯角信息，并将采集到的信息发送给下位机，下位机将接收到的数据信息经通讯单元发送给上位机，上位机分析得到相应的横向位置偏差、航向角偏差和速度值；转向前轮的转向轴上安装有转向角度传感器，转向角度传感器用于实时检测转向前轮的转角，由步进电机控制转向前轮的转向；手柄轴上安装有主变速手柄角度传感器，通过监测主变速手柄的转动角度与方向来判断主变速手柄所处的档位，对插秧机当前的行驶速度与行驶方向进行实时监测与反馈，由步进电动推杆控制主变速手柄的变速和前后移动方向，主变速手柄对插秧机的前进速度和前进方向进行调节；插秧机的车架上固定连接有推杆支架和手柄挡板，所述推杆支架上固定连接有栽插电动推杆，栽插电动推杆向外伸出的端部连接有栽插离合手柄，手柄挡板上可转动地连接有转轴，所述手柄挡板一端朝外的转轴上连接有栽插角度传感器，手柄挡板另一端朝外的转轴上连接有栽插移动板，栽插离合手柄向下伸出的端部连接在栽插移动板上；主变速手柄角度传感器和转向角度传感器分别将检测到的前轮转角信号和主变速手柄转角信号发送给下位机，下位机采集并处理前轮转角信号和主变速手柄转角信号，并将处理后的前轮转角信号和主变速手柄转角信号传输给上位机，上位机将控制步进电机和步进电动推杆的动作指令发送给下位机，下位机控制步进电机和步进电动推杆的动作，使插秧机按照规划的路径行驶；插秧机车架的后部连接有可上下活动的肥箱，肥箱的下侧排布有若干排肥器，所述施肥控制模块包括若干与排肥器一一对应的排肥单体控制单元，所述排肥单体控制单元包括肥箱重量传感器、固定安装在排肥轴上的排肥转速传感器和控制排肥轴转速的排肥电机，肥箱重量传感器固定连接在肥箱下侧，肥箱重量传感器在肥箱和排肥器之间，排肥转速传感器检测排肥轴的转速，肥箱重量传感器检测肥箱的质量，并将检测到的肥箱质量和排肥轴转速发送给下位机，下位机经通讯单元将肥箱质量和排肥轴转速信号发送给上位机，上位机计算出排肥量并将排肥电机的控制指令发送给下位机，下位机控制排肥电机的转速。为了进一步实现排肥，所述排肥器包括具有开口的排肥壳体，所述肥箱上排布有若干落肥口，每个开口与落肥口一一对应，开口经落肥口与肥箱的内腔连通，排肥壳体上可转动地连接有排肥轴，所述排肥壳体内的排肥轴上连接有窝眼轮，所述窝眼轮的圆周上排布有若干滑动槽，所述滑动槽内安装有推板，所述推板的一端伸进窝眼轮的窝眼内，推板的另一端可沿着滑动槽处的窝眼轮圆周外侧滑动，推板的另一端可抵触在窝眼轮上，推板的一端开有与窝眼相连通的料槽，窝眼与料槽形成用于容纳肥料的空间，推板的外侧与窝眼轮的外侧齐平，推板的位置调节好后，推板与窝眼轮固定连接，排肥壳体的上侧开有进料口；窝眼轮在轴向方向上朝外的一侧连接有调节盘，所述调节盘上排布有若干连接调节件，窝眼轮朝外的一侧排布有与连接调节件位置对应的连接槽，连接调节件可沿着连接槽滑动，调节盘上开有若干与滑动槽位置对应的调节槽，推板同时抵触在调节盘上，推板的位置调节好后，推板伸出窝眼轮的端部与调节盘固定连接。为了进一步提高施肥的均匀性，所述窝眼轮的外侧连接有隔离环，隔离环上开有与所述空间位置对应的隔离槽；此设计中，从空间滑出的肥料落在隔离槽内，提高空间内充肥的充分性。为了方便拆装，所述开口处对应的排肥壳体外侧连接有盖板，盖板在隔离环在轴向方向上朝外的一侧，盖板朝外的一侧固定连接有法兰，排肥轴可转动地连接在法兰上，排肥轴的一端伸出排肥壳体外，排肥轴的另一端伸出法兰外；此设计中，软毛刷将空间外的肥料刷进空间内。为了进一步提高排肥效果，所述壳体内朝下的一侧固定连接有软毛刷，软毛刷朝向窝眼轮且与窝眼轮的轮面相切；此设计中，软毛刷将空间外的肥料刷进空间内。为了将肥料经排肥口排出壳体外，所述排肥壳体内还连接有护肥带，护肥带的带面紧贴在窝眼轮的圆周外侧，护肥带的下部向排肥口延伸；此设计中，护肥带保护空间内的肥料不向外排出，有空间转动至排肥口的位置时，肥料从排肥口落下。为了进一步防止肥料从容纳腔内沿着窝眼轮的外侧滑下，所述排肥壳体内壁的下部设有封闭板，封闭板上开有凹槽，凹槽内连接有密封带，伸出封闭板外的密封带向下倾斜，密封带朝上的一侧与封闭板朝上的一侧齐平，朝下倾斜的密封带上，密封带下部的倾斜度大于密封带上部的倾斜度，倾斜度相对于竖直方向而言，密封带的上部贴合在窝眼轮外侧，密封带上部朝下的一侧开有至少一个定位槽一，封闭板下方的排肥壳体内壁上设有向下倾斜且往窝眼轮排料口所在方向延伸的斜面板，斜面板上开有与定位槽一对应的定位槽二，密封带经定位槽一连接有压缩弹簧，压缩弹簧倾斜向下延伸的端部伸进定对应的位槽二内与斜面板连接，压缩弹簧呈压缩状态，窝眼轮在左右方向上的一侧、封闭板、密封带、排肥壳体内壁和进料口之间形成容纳肥料的容纳腔，窝眼轮在左右方向上的另一侧与排肥壳体内壁之间形成用于安装护肥带的安装腔；；此设计中，密封带的上部在压缩弹簧的作用下紧密贴合在窝眼轮外侧，同时密封带的下部不会贴着窝眼轮，当滑动槽转动至密封带所在位置时，密封带不会伸进滑动槽内，使密封带始终贴合在窝眼轮外侧，保证容纳腔内的肥料不会向外排出，进一步提高施肥的均匀性。使用一种无人驾驶插秧机自动控制系统进行控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）首先采用北斗差分定位模块采集田块的经纬度信息，下位机采集记录经纬度信息，并通过通讯单元传送至上位机，得到田块边界信息，进行田间预定义路径规划，假设田块边界为矩形，画出设定的路径规划路线，生产目标航向；（2）驾驶插秧机至田块一端，给系统上电，下位机采集转向角度传感器和主变速手柄的当前角度位置，并将采集到的转向角和主变速手柄的位置信号发送给上位机，上位机判断转向角度传感器、主变速手柄角度传感器和栽插角度传感器是否处于绝对零位，若不处于绝对零位，上位机根据接收到的各个角度信号计算出当前各个角度传感器与绝对零位的角度差值，上位机将控制指令发送给下位机，下位机控制步进电机、步进电动推杆和栽插电动推杆动作，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人驾驶插秧机自动控制系统，其特征在于，包括上位机、下位机、通讯单元、北斗差分定位模块、惯性导航模块和施肥控制模块；/n北斗差分定位模块与惯性导航模块采集插秧机当前的实时定位信息、航向角信息、速度信息和仰俯角信息，并将采集到的信息发送给下位机，下位机将接收到的数据信息经通讯单元发送给上位机，上位机分析得到相应的横向位置偏差、航向角偏差和速度值；/n转向前轮的转向轴上安装有转向角度传感器，转向角度传感器用于实时检测转向前轮的转角，由步进电机控制转向前轮的转向；/n手柄轴上安装有主变速手柄角度传感器，通过监测主变速手柄的转动角度与方向来判断主变速手柄所处的档位，对插秧机当前的行驶速度与行驶方向进行实时监测与反馈，由步进电动推杆控制主变速手柄的变速和前后移动方向，主变速手柄对插秧机的前进速度和前进方向进行调节；/n插秧机的车架上固定连接有推杆支架和手柄挡板，所述推杆支架上固定连接有栽插电动推杆，栽插电动推杆向外伸出的端部连接有栽插离合手柄，手柄挡板上可转动地连接有转轴，所述手柄挡板一端朝外的转轴上连接有栽插角度传感器，手柄挡板另一端朝外的转轴上连接有栽插移动板，栽插离合手柄向下伸出的端部连接在栽插移动板上；/n主变速手柄角度传感器和转向角度传感器分别将检测到的前轮转角信号和主变速手柄转角信号发送给下位机，下位机采集并处理前轮转角信号和主变速手柄转角信号，并将处理后的前轮转角信号和主变速手柄转角信号传输给上位机，上位机将控制步进电机和步进电动推杆的动作指令发送给下位机，下位机控制步进电机和步进电动推杆的动作，使插秧机按照规划的路径行驶；/n插秧机车架的后部连接有可上下活动的肥箱，肥箱的下侧排布有若干排肥器，所述施肥控制模块包括若干与排肥器一一对应的排肥单体控制单元，所述排肥单体控制单元包括肥箱重量传感器、固定安装在排肥轴上的排肥转速传感器和控制排肥轴转速的排肥电机，肥箱重量传感器固定连接在肥箱下侧，肥箱重量传感器在肥箱和排肥器之间，排肥转速传感器检测排肥轴的转速，肥箱重量传感器检测肥箱的质量，并将检测到的肥箱质量和排肥轴转速发送给下位机，下位机经通讯单元将肥箱质量和排肥轴转速信号发送给上位机，上位机计算出排肥量并将排肥电机的控制指令发送给下位机，下位机控制排肥电机的转速。/n...

【技术特征摘要】
1.一种无人驾驶插秧机自动控制系统，其特征在于，包括上位机、下位机、通讯单元、北斗差分定位模块、惯性导航模块和施肥控制模块；
北斗差分定位模块与惯性导航模块采集插秧机当前的实时定位信息、航向角信息、速度信息和仰俯角信息，并将采集到的信息发送给下位机，下位机将接收到的数据信息经通讯单元发送给上位机，上位机分析得到相应的横向位置偏差、航向角偏差和速度值；
转向前轮的转向轴上安装有转向角度传感器，转向角度传感器用于实时检测转向前轮的转角，由步进电机控制转向前轮的转向；
手柄轴上安装有主变速手柄角度传感器，通过监测主变速手柄的转动角度与方向来判断主变速手柄所处的档位，对插秧机当前的行驶速度与行驶方向进行实时监测与反馈，由步进电动推杆控制主变速手柄的变速和前后移动方向，主变速手柄对插秧机的前进速度和前进方向进行调节；
插秧机的车架上固定连接有推杆支架和手柄挡板，所述推杆支架上固定连接有栽插电动推杆，栽插电动推杆向外伸出的端部连接有栽插离合手柄，手柄挡板上可转动地连接有转轴，所述手柄挡板一端朝外的转轴上连接有栽插角度传感器，手柄挡板另一端朝外的转轴上连接有栽插移动板，栽插离合手柄向下伸出的端部连接在栽插移动板上；
主变速手柄角度传感器和转向角度传感器分别将检测到的前轮转角信号和主变速手柄转角信号发送给下位机，下位机采集并处理前轮转角信号和主变速手柄转角信号，并将处理后的前轮转角信号和主变速手柄转角信号传输给上位机，上位机将控制步进电机和步进电动推杆的动作指令发送给下位机，下位机控制步进电机和步进电动推杆的动作，使插秧机按照规划的路径行驶；
插秧机车架的后部连接有可上下活动的肥箱，肥箱的下侧排布有若干排肥器，所述施肥控制模块包括若干与排肥器一一对应的排肥单体控制单元，所述排肥单体控制单元包括肥箱重量传感器、固定安装在排肥轴上的排肥转速传感器和控制排肥轴转速的排肥电机，肥箱重量传感器固定连接在肥箱下侧，肥箱重量传感器在肥箱和排肥器之间，排肥转速传感器检测排肥轴的转速，肥箱重量传感器检测肥箱的质量，并将检测到的肥箱质量和排肥轴转速发送给下位机，下位机经通讯单元将肥箱质量和排肥轴转速信号发送给上位机，上位机计算出排肥量并将排肥电机的控制指令发送给下位机，下位机控制排肥电机的转速。


2.根据权利要求1所述的一种无人驾驶插秧机自动控制系统及其控制方法，其特征在于，所述排肥器包括具有开口的排肥壳体，所述肥箱上排布有若干落肥口，每个开口与落肥口一一对应，开口经落肥口与肥箱的内腔连通，排肥壳体上可转动地连接有排肥轴，所述排肥壳体内的排肥轴上连接有窝眼轮，所述窝眼轮的圆周上排布有若干滑动槽，所述滑动槽内安装有推板，所述推板的一端伸进窝眼轮的窝眼内，推板的另一端可沿着滑动槽处的窝眼轮圆周外侧滑动，推板的另一端可抵触在窝眼轮上，推板的一端开有与窝眼相连通的料槽，窝眼与料槽形成用于容纳肥料的空间，推板的外侧与窝眼轮的外侧齐平，推板的位置调节好后，推板与窝眼轮固定连接，排肥壳体的上侧开有进料口；窝眼轮在轴向方向上朝外的一侧连接有调节盘，所述调节盘上排布有若干连接调节件，窝眼轮朝外的一侧排布有与连接调节件位置对应的连接槽，连接调节件可沿着连接槽滑动，调节盘上开有若干与滑动槽位置对应的调节槽，推板同时抵触在调节盘上，推板的位置调节好后，推板伸出窝眼轮的端部与调节盘固定连接。


3.根据权利要求2所述的一种无人驾驶插秧机自动控制系统及其控制方法，其特征在于，所述窝眼轮的外侧连接有隔离环，隔离环上开有与所述空间位置对应的隔离槽。


4.根据权利要求3所述的一种无人驾驶插秧机自动控制系统及其控制方法，其特征在于，所述开口处对应的排肥壳体外侧连接有盖板，盖板在隔离环在轴向方向上朝外的一侧，盖板朝外的一侧固定连接有法兰，排肥轴可转动地连接在法兰上，排肥轴的一端伸出排肥壳体外，排肥轴的另一端伸出法兰外。


5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱德泉，王杨，尹俊楠，廖娟，谢传流，薛康，汪鹞，张顺，高可杰，
申请(专利权)人：安徽农业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34