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专利号: 2023112290273
申请人: 安徽农业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种高地隙可变轮距植保机作业控制方法,其特征在于,所述方法用于控制一种高地隙可变轮距植保机,所述植保机包括有底盘(1),所述底盘(1)中心位置处安装有主旋转臂(3),所述主旋转臂(3)包括有旋转架(301),所述旋转架(301)转动安装在底盘(1)上,所述旋转架(301)两端设置有旋臂延长柱固定壳体(302),所述旋臂延长柱固定壳体(302)内伸缩连接有旋臂延长柱(303),所述旋臂延长柱(303)末端设置有第一旋转关节(304);所述主旋转臂(3)下方设置有传动支撑架(4),所述传动支撑架(4)包括有第二旋转关节(401)和支撑柱(402),所述第二旋转关节(401)与第一旋转关节(304)相连接,所述支撑柱(402)固定连接在支撑柱(402)底端;所述传动支撑架(4)上连接有转向系统(7)和驱动模块(8),所述转向系统(7)由转向减速箱(701)和转向电机(702)构成;所述驱动模块(8)包括电机安装架(801)、驱动电机(802)和轮子(803);所述底盘(1)上表面固定连接有四个连接柱,所述连接柱顶端固定安装有圆环形滑轨(2);所述圆环形滑轨(2)上连接有副旋转臂(5),所述副旋转臂(5)与传动支撑架(4)相匹配,所述副旋转臂(5)由第三旋转关节及带轨圆柱构成,所述带轨圆柱上设置有滑轨;所述底盘(1)上还设置有轮距调节系统系统(6),所述轮距调节系统系统(6)包括有调节电机(601)、齿轮箱(602)、丝杆(603)和滑套(604),其中,所述齿轮箱(602)固定安装在底盘(1)上的机架上,所述滑套(604)通过滑轨与副旋转臂(5)相连;所述底盘(1)上还固定安装有药箱(9),所述底盘(1)一侧固定安装有喷药装置(10),所述喷药装置(10)与药箱(9)相匹配;

所述方法包括以下步骤:

S1、利用工业相机拍摄植保机工作区域内的实时田垄图像信息,并对所拍摄的图像进行处理,拟合田垄轨迹线,通过田垄轨迹线曲率判断植保机是否处于行末转向区域;若处于行末转向区域,则进入S3,否则进入S2;

S2、进入直行模块,利用工业相机检测左右行距,利用位移传感器采集当前两个副旋转臂(5)之间的交叉夹角,并通过位移传感器输出的信号计算当前植保机的轮距、轴距信息,结合所得的左右行距信息获取最小转弯半径,计算当前作物行距与当前轮距的比值,判断比值是否等于1,若等于,则不进行轮距调节;不等于,则得到第一工作指令;

所述第一工作指令,具体包括以下内容:

L_err=target‑L_measure

L_out=P*L_err+I*L_err+D*(L_err‑pre_err)R_err=target‑R_measure

R_out=P*R_err+I*R_err+D*(R_err‑pre_err)其中:

L_err为左侧车轮中线与摄像头拟合轨迹线的差值;R_err为左侧车轮中线与摄像头拟合轨迹线的差值;target为摄像头拟合的田垄轨迹线,理想情况下为田垄的中线;L_measure为左侧车轮中线在图像中的像素位置;R_measure为左侧车轮中线在图像中的像素位置;pre_err为上一次偏差;P指Proportion,为比例常数;I指Integral,为积分常数;D指Differential,为微分常数;out为得到的偏差;

在植保机直行过程中,通过转向与调整轮距确保植保机在田垄中间行走,该过程分为以下阶段:(1)通过转向调整:

①target‑m

②target‑mtarget‑m该条件成立则植保机通过右转向调整车轮位置;

③target‑mtarget‑m该条件成立则植保机通过左转向调整车轮位置;

④target‑m

(2)通过调整轮距调整:

①L_err=target+m且R_err

该条件成立则植保机左轮固定不动,右轮转向90°与植保机前进方向垂直,通过向右扩大轮距使右轮在[target‑m,target+m]范围内;

②L_err>target+m且R_err=target‑m

该条件成立则植保机右轮固定不动,左轮转向90°与植保机前进方向垂直,通过向左扩大轮距使左轮在[target‑m,target+m]范围内;

③L_err>target+m且R_err

该条件成立则植保机左右轮同时转向90°与植保机前进方向垂直,通过向左右扩大轮距使左右轮在均[target‑m,target+m]范围内;

④L_errtarget‑m

该条件成立则植保机左右轮同时转向90°与植保机前进方向垂直,通过向左右减小轮距使左右轮在均[target‑m,target+m]范围内;

上式中,m=x+w/2;其中,x为车轮与苗带之间的缓冲区宽度;w为车轮宽度;

S3、进入转向模块,利用工业相机检测作物行末端与农田边界距离,结合车身长度与轮距计算得出临界转弯半径,判断最小转弯半径是否小于临界转弯半径;若小于,进入S5;否则得到第二工作指令,进入S4;

S4、根据S3中的第二工作指令,对转弯半径进行调整;

S5、植保机开始转向,并进入S6;

S6、利用工业相机检测植保机转向是否完成,若完成转向则进入S7,否则返回S3;

S7、利用工业相机检测当前行作物是否发生变化;若发生变化则进入S1,否则返回S2;

S8、根据S3中的第二工作指令,对植保机轮距进行调整,并返回S1。

2.根据权利要求1所述的一种高地隙可变轮距植保机作业控制方法,其特征在于,S2中所述植保机两个副旋转臂(5)之间的交叉夹角测量,具体包括以下操作:A1、将位移传感器固定安装于交叉机架旋转中心轴上,利用位移传感器采集当前交叉机架夹角;

A2、计算植保机轮距、轴距和最小转弯半径,具体计算公式如下:

式中:B为植保机轮距;为交叉机架长度;α为交叉机架夹角;R为最小转弯半径;L为植保机轴距;φ 为前轮最大转角。

3.根据权利要求1所述的一种高地隙可变轮距植保机作业控制方法,其特征在于,其特征在于,S2、S3中所述作物行距测量、作物行末端与农田边界距离测量,具体包括以下操作:B1、将工业相机固定安装于高地隙底盘车上表面,通过工业相机测量作物行距及作物行末端与农田边界距离;

B2、在植保机直行时,利用B1中所得的当前作物行距计算当前作物行距与当前植保机轮距比,具体计算公式如下:式中:b为当前作物行距与当前植保机轮距比;a为作物行距;B为植保机轮距;

B3、在植保机转向时,利用B1中所得的作物行末端与农田边界距离计算临界转向半径,具体计算公式如下:d=μR

式中:d为临界转向半径;μ为转向冗余系数;R为最小转弯半径。

4.根据权利要求1所述的一种高地隙可变轮距植保机作业控制方法,其特征在于,其特征在于,S4中所述转弯半径调整具体指:若当前转弯半径大于临界转向半径,则减小前后轮轴距;若当前转弯半径小于临界转向半径,则增大前后轮轴距。