非接触式农机具偏移误差自适应补偿方法、系统及拖拉机技术方案

本发明专利技术公开了一种非接触式农机具偏移误差自适应补偿方法、系统及拖拉机，方法为：对360度单线激光雷达组件接收的数据进行预处理；根据预处理后的数据，对计算偏移误差d，通过平移目标行驶直线使得机具中心轨迹对准厢面中心，偏移值大小就是偏移误差d，经过偏移农机具中心能够沿厢面中心移动，从而保持左右厢间距一致，目标直线平移方程：y＝kx+b+kd，y为Y轴坐标，x为X轴坐标，k为斜率，b为截距，d为偏移误差；通过目标直线平移方程实现对农机具偏移误差自适应补偿。本发明专利技术能够精确获取农机具偏移误差，测量精度达到厘米级，避免了反复尝试调整期望路径和机具摆动导致自动导航系统实用性下降的问题。

Adaptive compensation method, system and tractor for offset error of non-contact agricultural implements

【技术实现步骤摘要】
非接触式农机具偏移误差自适应补偿方法、系统及拖拉机
本专利技术属于农机自动导航、农机自动化
，具体涉及非接触式农机具偏移误差自适应补偿方法、系统及拖拉机。
技术介绍
农业现代化智能化发展势不可挡，农业全程智能化控制已经可以实用化。全自动农业工程技术得到广泛应用，其中对耕、种、管、收四个环节等田间作业进行自动化控制，使农资投入的利用精准化，效率最大化。其中自动导航技术是关键基础技术之一，在新疆棉花播种作业中广泛应用自动导航技术，提高了作业效率，作业质量，降低了农民的作业劳动强度。现在国内广泛应用的自动导航技术能够辅助农机手实现直线路径的跟踪，跟踪精度达到2.5cm，一般情况下，播种行成平行线形式分布，定义的目标播种直线间距是相等的，希望行间间隔的距离能够一致。以棉花播种为例，厢面的边缘由圆盘犁开出，第一行的圆盘犁沟和第二行的圆盘犁沟之间的距离为厢间距。但是在自动导航棉花播种作业中存在机具会产生偏移现象，目标行驶路径等间距但是机具左右不对称，该现象导致厢间距不一致的问题，影响后续的田间管理，对后期机收也造成很大困扰，传统解决办法为人工校准，需要测试较长时间，出现变化之后又得重新校准，费时费力效果也不好，所以开发一种非接触式农机具偏移误差自适应补偿系统及农机具偏移误差自适应补偿具有实际意义。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种非接触式农机具偏移误差自适应补偿方法、系统及拖拉机，替代了人工校准的繁琐工作，省工省力，具有自适应能力，能够自动检测农机具中心的偏移，并实时补偿偏移造成的误差。采用非接触式测量方法，解决了农机设备运行振动大易劳损的问题，提高了系统的耐用性。。本专利技术的第一目的在于，提供一种非接触式农机具偏移误差自适应补偿方法。本专利技术的第二目的在于，提供一种非接触式农机具偏移误差自适应补偿系统。本专利技术的第三目的在于，提供一种具有自动导航功能的拖拉机。本专利技术的第一目的可以通过下述技术方案实现：一种非接触式农机具偏移误差自适应补偿方法，基于360度单线激光雷达组件和画行器的几何关系计算机具中心偏移误差，定义基于360度单线激光雷达组件的中心为A点，定义两个画行器的中心分别为B、C点，激光测量平面能够获取AB、AC的长度和相关角度，车辆的行驶目标直线也就是拖拉机中心线定义为L1，农机具的作业轨迹中心线定义为L2，拖拉机中心线L1和作业轨迹中心线L2之间的距离为偏移误差d，使用该偏移误差d进行误差补偿；具体下述步骤：对360度单线激光雷达组件接收的数据进行预处理；根据预处理后的数据，对计算偏移误差d，通过平移目标行驶直线使得机具中心轨迹对准厢面中心，偏移值大小就是偏移误差d，经过偏移农机具中心能够沿厢面中心移动，从而保持左右厢间距一致，目标直线平移方程：y＝kx+b+kd，y为Y轴坐标，x为X轴坐标，k为斜率，b为截距，d为偏移误差；通过目标直线平移方程实现对农机具偏移误差自适应补偿。作为优选的技术方案，所述对360度单线激光雷达组件接收的数据进行预处理的步骤，具体为：接受360度单线激光雷达组件的数据；对设定时间内的同角度360度单线激光雷达数据进行均值处理：使用k-聚类方法对上述数据进行有限范围的聚类处理；对获得的聚类结果进行圆形Hough变换计算获得最大概率的画行器测量中心；进一步计算出AB和AC的距离。作为优选的技术方案，其中角α和β通过360度单线激光雷达组件获得，α和β是划行器中心与雷达中心连线与路径方向的夹角，测量精度达到0.33°，并测量获得AB和AC的距离，精度达到0.5厘米，其中B点到L1的距离定义为l3，C点到L2的距离定义为l4，其中D为机具中心点。作为优选的技术方案，所述根据预处理后的数据，对计算偏移误差d的步骤，具体为：依据相似三角形原理得到：l3+d＝l4；由两个画行器和360度单线激光雷达组件的几何关系可得：d+l4＝ACsinβl3＝ABsinα联立方程获得计算偏移误差d的方程：本专利技术的第二目的可以通过下述技术方案实现：一种非接触式农机具偏移误差自适应补偿系统，包括360度单线激光雷达组件、画行器、农机辅助导航控制器，所述360度单线激光雷达组件通过串口的方式与农机辅助导航控制器连接，所述画行器垂直锁定，其高度高于激光测量平面，使得激光测量平面能够测量到划行器的位置；所述农机辅助导航控制器中存储有非接触式农机具偏移误差自适应补偿方法。作为优选的技术方案，所述360度单线激光雷达组件数据通过串口传递到农机辅助导航控制器，集成偏移误差自适应补偿方法的程序加载于农机辅助导航控制器之中，所述360度单线激光雷达组件的能量通过电源线由农机辅助导航控制器提供。作为优选的技术方案，所述360度单线激光雷达组件将发射旋转激光束形成激光测量平面，该激光测量平面能够测量到与激光面相交的物体，获得物体表面点到360度单线激光雷达组件的距离和角度，激光平面测量到画行器的具体位置，再依据测量到的数据通过偏移误差自适应补偿方法计算出机具偏移的值，传回农机辅助导航控制器进行偏移误差自适应补偿。作为优选的技术方案，所述360度单线激光雷达组件包括360度单线激光雷达、安装件和安装螺丝，所述360度单线激光雷达通过螺丝设置在安装件上，所述安装件通过螺丝设置在拖拉机车顶后边缘中心。本专利技术的第三目的可以通过下述技术方案实现：一种具有自动导航功能的拖拉机，包括拖拉机本体、360度单线激光雷达组件、画行器、农机具，所述农机具采用三点悬挂的方式挂接在拖拉机本体上，所述画行器设置在农机具的两端，所述360度单线激光雷达组件通过串口的方式连接有农机辅助导航控制器，所述有自动导航功能的拖拉机执行工作时，所述农机辅助导航控制器实现上述偏移误差自适应补偿方法。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：(1)本专利技术的偏移误差自适应补偿系统，替代了人工校准的繁琐工作，省工省力，具有自适应能力，能够自动检测农机具中心的偏移，并实时补偿偏移造成的误差。(2)本专利技术的偏移误差自适应补偿系统，误差测量精度高，测量误差小于测量目标距离的1％。(3)本专利技术的偏移误差自适应补偿系统，采用非接触式测量方法，解决了农机设备运行振动大易劳损的问题，提高了系统的耐用性。(4)本专利技术的针对激光平面测量法，设计了数据预处理方法，解决了激光测距存在测量误差的问题，能够有效的减少测量噪声，提高测量精度。(5)本专利技术针对三点式悬挂农机具和激光平面的计划关系，设计了偏移误差自适应补偿算法，解决了测量数据传化为目标结果的问题，该算法能够实时计算获得偏移误差，用于补偿机具中心偏移。(6)本专利技术所设计的自适应补偿算法具有较高的效率，能够为系统的实时性提供可靠的基础。(7)本专利技术的偏移误差自适应补偿系统，结构精简，安装便捷，具有较高的实用性。附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非接触式农机具偏移误差自适应补偿方法，其特征在于，基于360度单线激光雷达组件和画行器的几何关系计算机具中心偏移误差，定义基于360度单线激光雷达组件的中心为A点，定义两个画行器的中心分别为B、C点，激光测量平面能够获取AB、AC的长度和相关角度，车辆的行驶目标直线也就是拖拉机中心线定义为L

【技术特征摘要】
1.一种非接触式农机具偏移误差自适应补偿方法，其特征在于，基于360度单线激光雷达组件和画行器的几何关系计算机具中心偏移误差，定义基于360度单线激光雷达组件的中心为A点，定义两个画行器的中心分别为B、C点，激光测量平面能够获取AB、AC的长度和相关角度，车辆的行驶目标直线也就是拖拉机中心线定义为L1，农机具的作业轨迹中心线定义为L2，拖拉机中心线L1和作业轨迹中心线L2之间的距离为偏移误差d，使用该偏移误差d进行误差补偿；具体下述步骤：
对360度单线激光雷达组件接收的数据进行预处理；
根据预处理后的数据，对计算偏移误差d，
通过平移目标行驶直线使得机具中心轨迹对准厢面中心，偏移值大小就是偏移误差d，经过偏移农机具中心能够沿厢面中心移动，从而保持左右厢间距一致，目标直线平移方程：y＝kx+b+kd，y为Y轴坐标，x为X轴坐标，k为斜率，b为截距，d为偏移误差；
通过目标直线平移方程实现对农机具偏移误差自适应补偿。


2.根据权利要求1所述非接触式农机具偏移误差自适应补偿方法，其特征在于，所述对360度单线激光雷达组件接收的数据进行预处理的步骤，具体为：
接受360度单线激光雷达组件的数据；
对设定时间内的同角度360度单线激光雷达数据进行均值处理：
使用k-聚类方法对上述数据进行有限范围的聚类处理；
对获得的聚类结果进行圆形Hough变换计算获得最大概率的画行器测量中心；
进一步计算出AB和AC的距离。


3.根据权利要求2所述非接触式农机具偏移误差自适应补偿方法，其特征在于，其中角α和β通过360度单线激光雷达组件获得，α和β是划行器中心与雷达中心连线与路径方向的夹角，测量精度达到0.33°，并测量获得AB和AC的距离，精度达到0.5厘米，其中B点到L1的距离定义为l3，C点到L2的距离定义为l4，其中D为机具中心点。


4.根据权利要求1所述非接触式农机具偏移误差自适应补偿方法，其特征在于，所述根据预处理后的数据，对计算偏移误差d的步骤，具体为：
依据相似三角形原理得到：l3+d＝l4；
由两个画行器和3...

【专利技术属性】
技术研发人员：张闻宇，张智刚，胡炼，何杰，罗锡文，丁凡，岳斌斌，张帆，朱启明，陈亚宜，冉金毅，吴潼，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44