一种基于AI技术的插秧机实用调头系统及方法技术方案

发明专利技术涉及AI领域，具体为一种基于AI技术的插秧机实用调头系统及方法，所述系统包括上位机显示模块、GNSS控制器模块、惯导模块、转向电机控制模块以及控制器，所述惯导模块和GNSS控制器模块用于采集插秧机当前的位置信息，并通过计算车身姿态，控制电机转向；本发明专利技术通过对插秧机各部分的电气智能化改造，结合GNSS智能农机驾驶系统，完成自主操作，实现插秧机自动行走，视觉系统识别地头，电机驱动转弯，电机控变速，无须人工干预识别；按键模式下，人工调头可在后方完成，无须在上苗同的时，再转身控制方向盘实现调头操作，降低工作强度，提高工作效率，本发明专利技术可应用于各种插秧作业。本发明专利技术可应用于各种插秧作业。本发明专利技术可应用于各种插秧作业。

【技术实现步骤摘要】
一种基于AI技术的插秧机实用调头系统及方法


[0001]本专利技术涉及AI领域，具体为一种基于AI技术的插秧机实用调头系统及方法。

技术介绍

[0002]我国为农业大国，人口数量庞大，但从事农业种植的青年少之又少，为保农业发展的可持续性，我国精细农业和农业智能化正在迅速发展。
[0003]传统的插秧机种植方面，通常配备2至3个人手，一个驾驶员，两个上苗员，而装载了GNSS(Global navigation satellite system)高精度农机自动驾驶系统的，可实现两个配备人手种植即可，免去了驾驶员的配备人手，目前该系统已相当成熟，各家市场表现稳定，仅需打AB点设直线即可使用，但换挡调头及插植部升降方面，仍需人工干预及提前识别，存在缺陷和不便利性。为了实现农机驾驶真正的全自动化，并令其精确识别地头种植点和收编点，让农田得到更大的利用，农田种植更为标准化，使人力成本得到更大优化，因此设计基于视觉识别、自动电控换挡、电控提升、边界自动识别、报警转弯的系统方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于AI技术的插秧机实用调头系统及方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种基于AI技术的插秧机实用调头系统及方法，其特征在于，所述系统包括上位机显示模块、GNSS控制器模块、惯导模块、转向电机控制模块以及控制器：
[0007]所述上位机显示模块用于显示车辆在线状态、在线精度、作业面积以及故障问题；
[0008]所述转向电机控制模块由扭矩电机、花键套和方向盘组成，卸下原车方向盘安装扭矩电机方向盘，通过花键套齿轮与车辆的转向齿轮轴匹配啮合，线束连接至GNSS高精度控制器，在通过RTK技术将车辆车顶卫星控制器接收到的当前定位信息与当前作业设定的AB点连线的直线距离进行比较，通过计算，控制扭矩电机旋转角度，从而实时控制车辆，使车辆保持在线精度，以及实现转弯功能，其中AB点表示插秧机需要完成插秧工作的田地位置，线束表示负载源组提供服务设备的总体，即控制系统；
[0009]所述惯导模块和GNSS控制器模块用于采集插秧机当前的位置信息，并通过计算车身姿态，控制电机转向；
[0010]所述控制器用于对插秧机实现驱动控制功能。
[0011]进一步的，所述控制器包括语音播报喇叭模块、档位检测模块、一键控制模块、VCU控制器模块以及视觉识别模块：
[0012]所述档位检测模块用于实时识别插秧机档位情况；
[0013]所述VCU控制器模块用于对开关信号进行监测，识别状态码处理，再输出到插秧机控制器中，实现插秧机插植部上升或下降控制；
[0014]所述一键控制模块与语音播报喇叭模块固定在插秧机后侧扶手位置，与VCU连接，
通过CAN信号传输信号，其中一键控制模块用于单人作业情况下，在上下苗期间，无需转身向前，按上位机屏幕进行制动操作，拓展功能用于插秧机在行驶时执行半自动模式，语音播报喇叭模块用于通过CAN信号传输信号，设计该按键模块的一个按钮为开始/停止标称按键，按键默认为自复位类型，ID码为0X18A，字节为Byte1,当按键按下表示1，按键松开表示0。按键模块的设计既可以避免驾驶员手脏去进行屏幕操作，同时又实现车辆后方可完成所有理想化操作；喇叭模块同理通过CAN信号线与VCU连接，当车辆识别即将到达田头时候，准备自动转弯，可通过此提醒上苗员注意安全，调整站姿，避免意外事故发生；
[0015]所述视觉识别模块固定安装于前侧扶手的横置管体上，通过田头围栏，设定标定点与围栏的距离，将标定点的定位坐标发送给北斗GNSS控制器，GNSS控制器将定位的坐标点作处理连线，连线成为围栏区域，屏幕上位机端设定好固定的转弯识别距离，最后通过比较定位点与围栏点的距离，当车辆行驶至接近距离后，由电机控制调头。
[0016]进一步的，所述档位检测模块包括角度调节单元和变速调节单元：
[0017]所述角度调节单元根据电机编码器位置信息，即通过转动角度与方向来判断主变速手柄所处的档位，对插秧机当前行驶速度与行驶方向进行实时监测与反馈，根据监测数据控制扭矩电机转动，控制插秧机HST变速箱，从而实现对插秧机行驶速度和行驶方向的调节；
[0018]所述变速调节单元用于根据主变速箱的电机位置信息，通过对变速推杆上固定角度传感器进行检测，当主变速推杆手柄推动时，该传感器的转角信号传送到VCU控制模块，控制器对该信号进行处理后转化输出，使插秧机HST变速箱上齿合的齿盘电机旋转到提前标好的对应位置，让插秧机提速或减速、变向。
[0019]进一步的，所述计算车身姿态，输出控制电机转向的方法包括以下步骤：
[0020]SA1、根据惯导模块和GNSS控制器模块采集的数据，提取插秧机定位信息、速度信息、航向角信息、横滚角和俯仰角信息，其中航向角记为γ，横滚角记为α，俯仰角记为β，速度记为ω；
[0021]SA2、构建旋转矩阵，表达式为R
ωb
＝(R
x
(α)+R
y
(
‑
β)+R
z
(γ))
T
其中x、y、z分别表示旋转方向为前、左、上；
[0022]SA3、根据公式得到横滚角向前旋转矩阵；
[0023]SA4、根据公式得到俯仰角向左旋转矩阵；
[0024]SA5、根据公式得到航向角向上旋转矩阵；
[0025]SA6、通过分析旋转矩阵得到欧拉角为
[0026]SA7、基于旋转矩阵实时调整插秧机欧拉角度，实现车身姿态实时更新，在插秧机运行时，根据插秧机最佳姿态对应的航向角、横滚角、俯仰角进行实时更新。
[0027]本专利技术通过获取插秧机定位信息、速度信息、航向角信息、横滚角和俯仰角信息，根据获取的数据进行构建旋转矩阵，通过对旋转矩阵进行分析得到对应欧拉角计算公式，为后续分析插秧机执行转弯、调头功能提供数据参照。
[0028]进一步的，所述比较定位点与围栏点的距离，当车辆行驶至接近距离后，由电机控制调头的方法包括以下步骤：
[0029]SB1、实时获取插秧机前进方向的环境图像，并对获取的环境图像进行预处理；
[0030]SB2、根据预处理后的环境图像信息进行边界分析；
[0031]SB3、通过计算拟合直线边界线，并作为转向基准线，发送至GNSS高精度控制器作参考计算，实现插秧机调头操作。
[0032]进一步的，所述对获取的环境图像进行预处理的方法包括以下步骤：
[0033]SC1、实时获取插秧机前进方向的环境图像；
[0034]SC2、获取环境图像R,G,B信息，并根据公式将获取的彩色环境图像进行去色，得到环境图像灰度图，其中G
ray
表示灰度图像，R表示环境图像中红色深度值，G表示环境图像中绿色深度值，B表示环境图像中蓝色深度值；
[0035]S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于AI技术的插秧机实用调头系统及方法，其特征在于，所述系统包括上位机显示模块、GNSS控制器模块、惯导模块、转向电机控制模块以及控制器：所述上位机显示模块用于显示车辆在线状态、在线精度、作业面积以及故障问题；所述转向电机控制模块由扭矩电机、花键套和方向盘组成，卸下原车方向盘安装扭矩电机方向盘，通过花键套齿轮与车辆的转向齿轮轴匹配啮合，线束连接至GNSS高精度控制器，在通过RTK技术将车辆车顶卫星控制器接收到的当前定位信息与当前作业设定的AB点连线的直线距离进行比较，通过计算，控制扭矩电机旋转角度，从而实时控制车辆，使车辆保持在线精度，以及实现转弯功能，其中AB点表示插秧机需要完成插秧工作的田地位置；所述惯导模块和GNSS控制器模块用于采集插秧机当前的位置信息，并通过计算车身姿态，控制电机转向；所述控制器用于对插秧机实现驱动控制功能。2.根据权利要求1所述一种基于AI技术的插秧机实用调头系统及方法，其特征在于，所述控制器包括语音播报喇叭模块、档位检测模块、一键控制模块、VCU控制器模块以及视觉识别模块：所述档位检测模块用于实时识别插秧机档位情况；所述VCU控制器模块用于对开关信号进行监测，识别状态码处理，再输出到插秧机控制器中，实现插秧机插植部上升或下降控制；所述一键控制模块与语音播报喇叭模块固定在插秧机后侧扶手位置，与VCU连接，通过CAN信号传输信号，其中一键控制模块用于单人作业情况下，在上下苗期间，无需转身向前，按上位机屏幕进行制动操作，拓展功能用于插秧机在行驶时执行半自动模式，语音播报喇叭模块用于通过CAN信号传输信号；所述视觉识别模块固定安装于前侧扶手的横置管体上，通过田头围栏，设定标定点与围栏的距离，将标定点的定位坐标发送给北斗GNSS控制器，GNSS控制器将定位的坐标点作处理连线，连线成为围栏区域，屏幕上位机端设定好固定的转弯识别距离，最后通过比较定位点与围栏点的距离，当车辆行驶至接近距离后，由电机控制调头。3.根据权利要求2所述一种基于AI技术的插秧机实用调头系统及方法，其特征在于，所述档位检测模块包括角度调节单元和变速调节单元：所述角度调节单元根据电机编码器位置信息，即通过转动角度与方向来判断主变速手柄所处的档位，对插秧机当前行驶速度与行驶方向进行实时监测与反馈，根据监测数据控制扭矩电机转动，控制插秧机HST变速箱，从而实现对插秧机行驶速度和行驶方向的调节；所述变速调节单元用于根据主变速箱的电机位置信息，通过对变速推杆上固定角度传感器进行检测，当主变速推杆手柄推动时，该传感器的转角信号传送到VCU控制模块，控制器对该信号进行处理后转化输出，使插秧机HST变速箱上齿合的齿盘电机旋转到提前标好的对应位置，让插秧机提速或减速、变向。4.根据权利要求1所述一种基于AI技术的插秧机实用调头系统及方法，其特征在于，所述计算车身姿态，输出控制电机转向的方法包括以下步骤：SA1、根据惯导模块和GNSS控制器模块采集的数据，提取插秧机定位信息、速度信息、航向角信息、横...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨广超，王清泉，
申请(专利权)人：上海易罗信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：