一种玉米联合收获机偏差检测传感装置及自动对行方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种玉米联合收获机偏差检测传感装置及自动对行方法，通过本发明专利技术可以实时准确地检测玉米联合收获机相对于玉米行之间的偏差，相对于应用相机检测的方法，该装置对天气和复杂环境的适应性更好；同时本申请可以适用于多种类型的玉米联合收获机，加工成本低，易于安装。本发明专利技术提出的自动对行系统可以利用偏差检测传感装置进行航向角计算，在降低成本的前提下进行准确航向角计算，通过模糊控制调节前视距离，使得该自动对行系统可以模仿人类驾驶员习惯进行转向控制。在保证安全作业的前提下，可以实现玉米联合收获机的自动对行功能，保证了自动对行系统的准确性与可靠性。保证了自动对行系统的准确性与可靠性。保证了自动对行系统的准确性与可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种玉米联合收获机偏差检测传感装置及自动对行方法


[0001]本专利技术涉及农业自动化领域，具体说是一种玉米联合收获机偏差检测传感装置及自动对行方法。

技术介绍

[0002]随着我国玉米收获机械化的逐步实现，提高玉米收获的质量和效率已成为国内高校和科研院所研究的热点问题。玉米收获过程特点为时间紧、任务重、工作环境恶劣，驾驶员长时间驾驶玉米收获机进行作业，很容易感到疲劳。除此之外，在夜间能见度降低的情况下作业，也会降低玉米收获的质量和效率。国外农机公司已推出搭载自动对行传感器的自动对行系统，国内也有一些学者开展了应用于玉米收获机上的自动对行系统的研究工作，并取得了一些成果，但总体技术还不完善。
[0003]为了降低玉米收获的劳动强度，实现智能收获，针对玉米收获过程中对行困难的问题，提出一种能够实时检测玉米收获机相对于玉米行间横向偏差的偏差检测传感装置，并设计了自动对行系统与控制方法。

技术实现思路

[0004]玉米收获机的收获质量与效率受到对行质量的影响，需要实时调整玉米收获机的前进方向以保证对行质量。目前我国对于玉米联合收获机自动对行系统的研究较为缺少，采用的传感器多为相机或组装的机械式传感器，存在环境适应性不强和易于损坏等问题。
[0005]为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0006]针对上述问题，本专利技术设计了一种基于玉米联合收获机的自动对行系统，包括：偏差检测传感装置10、控制器30、收获机状态检测传感器20和转向执行机构40；
[0007]所述偏差检测传感装置10与收获机状态检测传感器20分别与控制器30连接，所述控制器30与转向执行机构40连接；
[0008]所述偏差检测传感装置10用于检测玉米联合收获机相对于待收获玉米行的横向偏差值E并通过CAN总线发送给控制器30，所述控制器30根据获得的横向偏差值E计算航向偏角ψ；
[0009]所述收获机状态检测传感器20用于检测玉米联合收获机行驶状态数据并发送给控制器30，所述控制器30根据获得的玉米联合收获机行驶状态数据与航向偏角ψ进行期望转向轮转角θ的计算；
[0010]所述转向执行机构40用于根据控制器30计算得到的期望转向轮转角θ控制转向轮转动；
[0011]所述偏差检测传感装置10包括左对行传感器和右对行传感器；
[0012]所述左对行传感器和右对行传感器相对安装于同一割道两侧的分禾器底部，所述控制器30安装在驾驶室内副驾驶座下，所述转向执行机构40设置在驾驶室下方；
[0013]所述左对行传感器和右对行传感器用于在玉米联合收获机偏离时与玉米行接触，
检测两者间的横向偏差，并将横向偏差值E通过CAN总线发送至控制器30。
[0014]所述收获机状态检测传感器20包括：车速传感器201、后轮转角传感器202、转向比例阀芯位置传感器203和方向盘位置传感器204；
[0015]所述车速传感器201安装于玉米收获机前轮的轴上，用于采集玉米联合收获机的行驶速度；
[0016]所述后轮转角传感器202通过四边形连杆结构与车轮相连，用于采集玉米联合收获机后轮转角角度；
[0017]所述转向比例阀芯位置传感器203设置在驾驶室下方，用于获取阀芯位置；
[0018]所述方向盘位置传感器204安装于方向盘内部转轴上，用于获取玉米联合收获机方向盘转角数据；
[0019]所述偏差检测传感装置10包括：传感器外壳101、信号采集板102、内壳端盖103、弹簧挡板104、复位弹簧105、弹簧座106、内壳107、磁钢108、滚动轴承109、轴用挡圈110、旋转轴111和触碰杆112；
[0020]所述触碰杆112固定于旋转轴111头部，旋转轴111的底部穿过滚动轴承109和轴用挡圈110后与弹簧座106连接，复位弹簧105的端部搭在弹簧座106上，弹簧挡板104的左端穿过复位弹簧105，所述弹簧挡板104的右端与内壳端盖103连接，磁钢108安装于旋转轴111的底部，用于为信号采集板102提供磁场，信号采集板102固定在内壳端盖103上，滚动轴承109一端与内壳107上设有的凸台接触，另一端通过轴用挡圈110限制滚动轴承109的轴向运动；
[0021]在上述方案的基础上，所述触碰杆112垂直于割台中心线并通过螺栓固定于旋转轴111头部，所述旋转轴111与弹簧座106通过内六角螺钉连接，信号采集板102通过铜柱固定在内壳端盖103上。
[0022]在上述方案的基础上，所述信号采集板包括：电源模块、信号预处理模块、霍尔芯片、微控制器和CAN收发模块；
[0023]所述电源模块分别与信号预处理模块、霍尔芯片、微控制器和CAN收发模块连接，用于为信号预处理模块、霍尔芯片、微控制器和CAN收发模块供电；
[0024]所述霍尔芯片与信号预处理模块连接，所述信号预处理模块与微控制器连接，所述微控制器与CAN收发模块连接；
[0025]所述磁钢108用于为霍尔芯片提供磁场，所述霍尔芯片用于检测磁场变化，当检测到磁场变化时，霍尔芯片用于将磁场变化转换为模拟电压发送至信号预处理模块，信号预处理模块用于对模拟电压进行分压、稳压和滤波得到的模拟电压值输出至微控制器，微控制器用于将模拟电压值转换为横向偏差值E，通过CAN收发模块将横向偏差值E发送至CAN总线，所述控制器30通过CAN总线接收横向偏差信息。
[0026]在上述方案的基础上，所述转向执行机构40包括转向开关阀401、转向比例电磁阀402、转向液压缸403；转向开关阀401用于控制转向液压缸403液压油的供给；转向比例电磁阀402根据控制器30计算得到的期望转向轮转角θ通过控制液压油供给流量的大小控制车轮转动速度。
[0027]一种基于玉米联合收获机的自动对行方法应用上述系统，具体包括如下步骤：
[0028]步骤1：启动玉米联合收获机，确认是否开启自动对行系统，若开启，玉米联合收获机进入自动对行模式并进入步骤2，若不开启，进入步骤10；
[0029]步骤2：通过转向比例阀芯位置传感器203获取阀芯位置，若处于中心位置，进入步骤3，若不处于中心位置，进入步骤10；
[0030]步骤3：读取后轮转角传感器202的后轮转角角度，若读取到后轮转角角度数值时，进入步骤4，若无法读取角度数值进入步骤10；
[0031]步骤4：读取方向盘位置传感器204数据，判断方向盘转向角度是否发生转动，当没有发生转动时，进入步骤5，若发生转动进入步骤10；
[0032]步骤5：读取偏差检测传感器10、车速传感器201、后轮转角传感器202数据，得到玉米联合收获机的横向偏差值E、实际车速V和后轮转角θ，然后进入步骤6；
[0033]步骤6：控制器30通过航向偏角估算公式计算航向偏角ψ，然后进入步骤7；
[0034]步骤7：根据步骤6计算得到的航向偏角ψ及横向偏差值E，通过模糊控制模型计算前视距离D，然后进入步骤8；
[0035本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于玉米联合收获机的自动对行系统，其特征在于，包括：偏差检测传感装置(10)、控制器(30)、收获机状态检测传感器(20)和转向执行机构(40)；所述偏差检测传感装置(10)与收获机状态检测传感器(20)分别与控制器(30)连接，所述控制器(30)与转向执行机构(40)连接；所述偏差检测传感装置(10)用于检测玉米联合收获机相对于待收获玉米行的横向偏差值E并通过CAN总线发送给控制器(30)，所述控制器(30)根据获得的横向偏差值E计算航向偏角ψ；所述收获机状态检测传感器(20)用于检测玉米联合收获机行驶状态数据并发送给控制器(30)，所述控制器30根据获得的玉米联合收获机行驶状态数据与航向偏角ψ计算期望转向轮转角θ；所述转向执行机构(40)用于根据控制器(30)计算得到的期望转向轮转角θ控制转向轮转动；所述偏差检测传感装置(10)包括左对行传感器和右对行传感器；所述左对行传感器和右对行传感器相对安装于同一割道两侧的分禾器底部，所述控制器(30)安装在驾驶室内副驾驶座下，所述转向执行机构(40)设置在驾驶室下方；所述左对行传感器和右对行传感器用于在玉米联合收获机偏离时与玉米行接触，检测两者间的横向偏差，并将横向偏差值E通过CAN总线发送至控制器(30)；所述收获机状态检测传感器(20)包括：车速传感器(201)、后轮转角传感器(202)、转向比例阀芯位置传感器(203)和方向盘位置传感器(204)；所述车速传感器(201)安装于玉米收获机前轮的轴上，用于采集玉米联合收获机的行驶速度；所述后轮转角传感器(202)通过四边形连杆结构与车轮相连，用于采集玉米联合收获机后轮转角角度；所述转向比例阀芯位置传感器(203)设置在驾驶室下方，用于获取阀芯位置；所述方向盘位置传感器(204)安装于方向盘内部转轴上，用于获取玉米联合收获机方向盘转角数据；所述偏差检测传感装置(10)包括：传感器外壳(101)、信号采集板(102)、内壳端盖(103)、弹簧挡板(104)、复位弹簧(105)、弹簧座(106)、内壳(107)、磁钢(108)、滚动轴承(109)、轴用挡圈(110)、旋转轴(111)和触碰杆(112)；所述触碰杆(112)固定于旋转轴(111)头部，旋转轴(111)的底部穿过滚动轴承(109)和轴用挡圈(110)后与弹簧座(106)连接，复位弹簧(105)的端部搭在弹簧座(106)上，弹簧挡板(104)的左端穿过复位弹簧(105)，所述弹簧挡板(104)的右端与内壳端盖(103)连接，磁钢(108)安装于旋转轴(111)的底部，用于为信号采集板(102)提供磁场，信号采集板(102)固定在内壳端盖(103)上，滚动轴承(109)一端与内壳(107)上设有的凸台接触，另一端通过轴用挡圈(110)限制滚动轴承(109)的轴向运动。2.如权利要求1所述的基于玉米联合收获机的自动对行系统，其特征在于，所述触碰杆(112)垂直于割台中心线并通过螺栓固定于旋转轴(111)头部，所述旋转轴(111)与弹簧座(106)通过内六角螺钉连接，信号采集板(102)通过铜柱固定在内壳端盖(103)上。3.如权利要求1所述的基于玉米联合收获机的自动对行系统，其特征在于，所述信号采
集板包括：电源模块、信号预处理模块、霍尔芯片、微控制器和CAN收发模块；所述电源模块分别与信号预处理模块、霍尔芯片、微控制器和CAN收发模块连接，用于为信号预处理模块、霍尔芯片、微控制器和CAN收发模块供电；所述霍尔芯片与信号预处理模块连接，所述信号预处理模块与微控制器连接，所述微控制器与CAN收发模块连接；所述磁钢(108)用于为霍尔芯片提供磁场，所述霍尔芯片用于检测磁场变化，当检测当磁场变化时，霍尔芯片用于将磁场变化转换为模拟电压发送至信号预处理模块，信号预处理模块用于对模拟电压进行分压、稳压和滤波得到的模拟电压值输出至微控制器，微控制器用于将模拟电压值转换为横向偏差值E，通过CAN收发模块将横向偏差值E发送至CAN总线，所述控制器(30)通过CAN总线接收横向偏差信息。4.如权利要求1所述的基于玉米联合收获机的自动对行系统，其特征在于，所述转向执行机构(40)包括转向开关阀(401)、转向比例电磁阀(402)、转向液压缸(403)；转向开关阀(401)用于控制转向液压缸(403)供给液压油，转向比例电磁阀(402)根据控制器(30)计算得到的期望转向轮转角θ，通过控制液压油供给流量的大小控制车轮转动速度。5.一种基于玉米联合收获机的自动对行方法应用如权利要求1～4任一权利要求所述的自动对行系统，具体包括如下步骤：步骤1：启动玉米联合收获机，确认是否开启自动对行系统，若开启，玉米联合收获机进入自动对行模式并进入步骤2，若不开启，进入步骤10；步骤2：通过转向比例阀芯位置传感器(203)获取阀芯位置，若处于中心位置，进入步骤3，若不处于中心位置，进入步骤10；步骤3：读取后轮转角传感器(202)的后轮转角角度，若读取到后轮转角角度数值时，进入步骤4，若无法读取角度数值进入步骤10；步骤4：读取方向盘位置传感器(204)数据，判断方向盘转向角度是否发生转动，若没有发生转动时，进入步骤5，若发生转动进入步骤10；步骤5：读取偏差检测传感器(10)、车速传感器(201)、后轮转角传感器(202)数据，得到玉米联合收获机的横向偏差值E、实际车速V和后轮转角θ，然后进入步骤6；步骤6：控制器(30)通过航向偏角估算公式计算航向偏角ψ，然后进入步骤7；步骤7：根据步骤6计算得到的航向偏角ψ及横向偏差值E，通过模糊控制模型计算前视距离D，然后进入步骤8；步骤8：根据步骤6计算得到的航向偏角ψ及横向偏差值E，步骤7计算得到的前视距离计算期望转向轮转角θ，然后进入步骤9；步骤9：根据步骤8得到的期望转向轮转角θ，控制器(30)通过PID算法计算控制电压，向转向比例电磁阀发送电压形式的控制信号，进而驱动车轮偏转，实现一次车身姿态的调整，然后返回步骤3；步骤10：关闭玉米联合收获机的自动对行系统。6.如权利要求5所述的基于玉米联合收获机的自动对行方法，其特征在于，步骤6所述的通过航向偏角估算公式计算航向偏角ψ，具体包括如下步骤：通过在时间间隔Δt内读取两次连续偏差检测传感器数据，得到E1和E2，通过E1和E2判断玉米收获机车身位姿状态，并通过公式(1)计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：迟瑞娟，董乃希，杜岳峰，张真，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：