CN103149914B - 一种多机器协作小麦收割系统的控制系统 - Google Patents
一种多机器协作小麦收割系统的控制系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种多机器协作小麦收割系统的控制系统。该系统包括一个领航小麦收割机的协作控制模块、若干跟随小麦收割机的协作控制模块、若干小麦运输车的协作控制模块和无线通信系统。本发明使用一台领航小麦收割机的协作控制模块作为主要的控制器，通过无线通信系统与其他车体的控制器相联系，构成一个控制网络，结合环境信息，实现了系统的协作配合，以实现小麦的收割。该系统提高了多机器协作收割系统的自动化程度，有利于避免干扰和碰撞，降低了多机器人系统驾驶的复杂性；采用故障报警等待维修的方式具有很好的可行性。
Description
技术领域
本发明涉及一种小麦收割系统的控制系统，特别是涉及一种多机器协作小麦收割系统的控制系统。
背景技术
小麦收割机的发展，从功能分离的收割机，到联合收割机，再到自走式收割机，到现在已有人开始研究多机器协作的小麦收割系统，这将大大提高收割机的作用效率，对农忙时的抢收具有很大的意义。在多机器协作的小麦收割系统中，各个机器的协调配合、避免相互干扰和碰撞是其核心问题，因此设计一种可行的控制系统是解决多机器协作的小麦收割系统的关键。
发明内容
针对上述多机器协作的小麦收割系统面临的问题，本发明利用无线通信技术，通过采用多种传感器、多个控制模块、多个功能模块，设计了该控制系统。
本发明是通过如下方案实现的，一种多机器协作小麦收割系统的控制系统，包括：一个领航小麦收割机的协作控制模块、若干跟随小麦收割机的协作控制模块、若干小麦运输车的协作控制模块和无线通信系统；所述的领航小麦收割机的协作控制模块负责搜集领航小麦收割机周围的环境信息，接收周围车辆的状态信息，在该车显示器上显示这些信息，为驾驶员提供参考，同时负责向其它车辆发送控制命令；所述的若干跟随小麦收割机的协作控制模块根据接收到的领航机器人的状态信息、控制信息以及相邻机器人的状态信息，自动控制该车辆跟随领航收割机运动；所述的若干小麦运输车所述的控制模块根据各个收割机小麦收割量，控制该车靠近收割机并与其配合，装载、运输和卸载小麦；各个车辆的无线通信模块共同组成了该系统的无线通信系统；
所述的领航小麦收割机的协作控制模块，包括：协作控制器、显示模块、无线通信模块、GPS、速度传感器、角度传感器、距离传感器、小麦装载量传感器、电磁铁、自动装载模块、故障检测与报警模块，其中，所述的GPS、速度传感器、角度传感器、距离传感器、小麦装载量传感器分别测定领航收割机的位置、速度、车轮转向角度、与相邻车辆的距离、收割机收割并存储小麦的数量；所述的无线通信模块负责发送和接收车辆间的状态信息和控制信息；所述的显示模块以列表的形式显示领航小麦收割机的各种状态信息、以图像的形式显示各个车辆的位置和队形，以辅助驾驶员对收割机的驾驶；所述的协作控制器接收各个传感器测定的信息、接收从无线通信模块传输来的其它机器的状态信息，进行信息融合和处理，一方面在显示器上显示各个车辆的位置及状态信息，一方面形成对跟随收割机和运输车的控制命令并通过无线通信模块发送出去；所述的电磁铁的吸合与断开、自动装载模块的开与关，是协作控制器根据收割机中的小麦装载量、与运输车的距离而控制的；所述的故障检测与报警模块时刻监测领航小麦收割机的状态，判断其是否发生了故障，若有则打开警报器报警；
所述的跟随小麦收割的机协作控制模块，包括：协作控制器、无线通信模块、GPS、速度传感器、角度传感器、距离传感器、小麦装载量传感器、电磁铁、自动驾驶模块、故障检测与报警模块，其中，所述的GPS、速度传感器、角度传感器、距离传感器、小麦装载量传感器分别测定跟随收割机的位置、速度、车轮转向角度、与相邻车辆的距离、其收割并存储小麦的装载量；所述的无线通信模块负责发送和接收车辆间的状态信息和接收领航收割机的控制信息；所述的协作控制器接收各个传感器测定的状态信息、无线通信模块传输来的其它机器的状态信息，进行信息融合和处理，并通过无线通信模块发送给领航收割机，同时它也通过无线通信模块接收来自领航收割机的控制命令，通过控制自动驾驶模块，实现自身的运动控制；所述的电磁铁的吸合与断开、自动装载模块的开与关，是协作控制器根据收割机中的小麦装载量、与运输车的距离而控制的；所述的故障检测与报警模块时刻监测跟随小麦收割机的状态，判断其是否发生了故障，若有则打开警报器报警；
所述的小麦运输车的协作控制模块，包括：协作控制器、无线通信模块、GPS、速度传感器、角度传感器、距离传感器、小麦装载量传感器、自动驾驶模块、自动卸载模块、故障检测与报警模块，其中，所述的GPS、速度传感器、角度传感器、距离传感器、小麦装载量传感器分别测定运输车的位置、速度、车轮转向角度、与相邻车辆的距离、运输车存储小麦的装载量；所述的无线通信模块负责发送和接收车辆间的状态信息和接收收割机的控制信息；所述的协作控制器接收各个传感器测定的状态信息、无线通信模块传输来的其它车辆的状态信息，进行信息融合和处理，并通过无线通信模块发送给收割机，同时它也通过无线通信模块接收来自收割机的控制命令，实现自身的运动控制；自动驾驶模块根据接收到的控制命令负责控制运输车的自动驾驶；自动卸载模块负责在指定地点卸载小麦；所述的故障检测与报警模块时刻监测跟随小麦收割机的状态，判断其是否发生了故障，若有则打开警报器报警；
所述的状态信息包括：收割机和运输车的位置、速度、车轮转角、小麦装载量信息以及与其它相邻的收割机或运输车的距离信息、故障信息；
所述的控制信息包括：速度控制信息、转角控制信息、前进倒退信息、装载与卸载信息、队形信息。
本发明具有的有益效果：1、该控制系统系统应用于小麦收割多机器系统可以使得多台机器协同工作，大大提高了工作效率。2、该控制系统系统提高了收割系统的自动化程度，编队形式的控制方式有利于避免干扰和碰撞，大大降低多机器人系统驾驶的复杂性。3、考虑到自动维修不容易实现，采用了故障报警等待维修的方式具有很好的可行性。
附图说明
图1是多机器协作的小麦收割系统的控制系统结构图。
图2是领航小麦收割机协作控制模块的结构示意图。
图3是跟随小麦收割机协作控制模块的结构示意图。
图4是小麦运输车协作控制模块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式进一步详细说明：
具体实施方式一：
如图1所示，本实施例包括：一个领航小麦收割机的协作控制模块、若干跟随小麦收割机的协作控制模块、若干小麦运输车的协作控制模块和无线通信系统。领航小麦收割机的协作控制模块负责搜集领航小麦收割机周围的环境信息，接收周围车辆的状态信息，在该车显示器上显示这些信息，为驾驶员提供参考，同时负责向其它车辆发送控制命令。若干跟随小麦收割机的协作控制模块根据接收到的领航机器人的状态信息、控制信息以及相邻机器人的状态信息，自动控制该车辆跟随领航收割机运动。所述的若干小麦运输车控制系统根据各个收割机小麦收割量，控制该车靠近收割机并与其配合，装载、运输和卸载小麦。
具体实施方式二：
如图2所述的领航小麦收割机的协作控制模块包括：协作控制器、显示模块、无线通信模块、GPS、速度传感器、角度传感器、距离传感器、小麦装载量传感器、电磁铁、自动装载模块、故障检测与报警模块。其中，GPS、速度传感器、角度传感器、距离传感器、小麦装载量传感器分别测定领航收割机的位置、速度、车轮转向角度、与相邻车辆的距离、收割机收割并存储小麦的数量；无线通信模块负责发送和接收车辆间的状态信息和控制信息；显示模块显示领航小麦收割机的各种状态信息、以图像的形式显示各个车辆的位置和队形，以辅助驾驶员对收割机的驾驶；协作控制器接收各个传感器测定的信息、接收从无线通信模块传输来的其它机器的状态信息，进行信息融合和处理，一方面在显示器上显示各个车辆的位置及状态信息，一方面形成对跟随收割机和运输车的控制命令并通过无线通信模块发送出去；电磁铁的吸合与断开、自动装载模块的开与关，是协作控制器根据收割机中的小麦装载量、与运输车的距离而控制的。故障检测与报警模块时刻监测领航小麦收割机的状态，判断其是否发生了故障，若有则打开警报器报警，同时整个编队停止作业，等待维修。领航小麦收割机由人工驾驶，驾驶员根据小麦地块的地形和面积，将领航小麦收割机驾驶到一定的位置，所述的各个传感器(GPS、速度传感器、角度传感器、距离传感器、小麦装载量传感器)实时的收集信息并传递给协作控制器，同时通过无线通信模块，由所有收割机、运输车建立的动态无线通信网络将会把跟随收割机、运输车的位置信息和状态信息传送个给领航收割机，于是在领航收割机的显示屏上可以以列表的形式显示领航收割机的各种状态信息，以图形的形式显示跟随收割机、运输车与领航收割机的相对位置。驾驶员根据小麦收割的需要来选择工作的跟随收割机、运输车的个数，并且在控制面板上设定其初始队形(根据可选的队形库选择)，于是各个车辆自动驾驶调整位置以达到设定队形。收割机的队形为固定队形，下次调整命令之前将会大体上保持初始队形；运输车的队形则为可变队形，设定为初始队形后可以改变。故障检测与报警模块时刻监测领航小麦收割机的状态，判断其是否发生了故障，若发生则打开警报器报警，整个编队停止作业，等待维修。
具体实施方式三：
如图3所示，所述的跟随收割机的协作控制模块，包括：协作控制器、无线通信模块、GPS、速度传感器、角度传感器、3个距离传感器、小麦装载量传感器、电磁铁、自动驾驶模块、自动装载模块、故障检测与报警模块。其中，GPS、速度传感器、角度传感器、距离传感器、小麦装载量传感器分别测定跟随收割机的位置、速度、车轮转向角度、与相邻车辆的距离、收割机收割并存储小麦的数量。无线通信模块负责发送和接收车辆间的状态信息和接收领航收割机的控制信息；自动驾驶模块负责控制跟随收割机的自动驾驶。电磁铁的吸合与断开、自动装载模块的开与关，是协作控制器根据收割机中的小麦装载量、与运输车的距离而控制的。协作控制器接收各个传感器测定的状态信息、无线通信模块传输来的其它机器的状态信息，并通过无线通信模块将该状态信息发送给领航收割机，同时它通过无线通信模块接收来自领航收割机的控制命令，包括队形命令、领航收割机的速度、转角、位置信息，进行信息融合和处理，规划下一个行走路径，避免了碰撞，又在整体上大体保持了队形，即每越过一个障碍物跟随收割机又将保持队形。故障检测与报警模块时刻监测跟随小麦收割机的状态，判断其是否发生了故障，若发生则打开警报器报警，同时将信息传递给领航机器人，整个编队停止作业，等待维修。
具体实施方式四：
如图4所述，小麦运输车协作控制模块包括：协作控制器、无线通信模块、GPS、速度传感器、角度传感器、距离传感器、小麦装载量传感器、自动驾驶模块、自动卸载模块、故障检测与报警模块。其中，GPS、速度传感器、角度传感器、距离传感器、小麦装载量传感器分别测定运输车的位置、速度、车轮转向角度、与相邻车辆的距离、运输车存储小麦的装载量。无线通信模块负责发送和接收车辆间的状态信息和接收收割机的控制信息。协作控制器接收运输车上各个传感器测定的状态信息、无线通信模块传输来的其它车辆的状态信息，进行信息融合和处理，并通过无线通信模块发送给收割机，同时它也通过无线通信模块接收来自收割机的控制命令，实现自身的运动控制。自动驾驶模块根据接收到的控制命令负责控制运输车的自动驾驶。自动卸载模块负责在指定地点卸载小麦。小麦装载和卸载的过程为：首先为每台工作的运输车设定卸载地点；当一台行驶的收割机通过小麦装载量传感器发现其小麦收割存储量达到了规定的量，则其协作控制器通过无线通信模块将该指令发送给领航机器人。该信息在领航收割机显示器上显示，并通过扬声器语言提示驾驶员，驾驶员根据上述信息，发出命令，使得小麦装载量达到了规定的值的收割机和附近的小麦运输车直接建立无线链接。然后，小麦装载量达到了规定的值的收割机发出控制命令，该运输车以倒档的形式自动向该收割机尾部(安装有自动卸载装置)行驶，当运输车尾部距离收割机尾部距离达到阀值时，收割机协作控制器打开电磁铁将运输车吸附在其尾部，此时该运输车与收割机保持同步运动，随后自动卸载装置打开，小麦滑落到运输车里。当运输车上的小麦装载量达到其装载容量，小麦运输车的协作控制器将该信息发送给该收割机，该收割机关闭自动卸载装置，运输车则驶往卸载地点；运输车行驶到指定地点后安设按设定姿态打开自动卸载装置卸下小麦。若同时有三台以上的收割机达到规定的收割量，则整个收割机编队需要全部停下，等待运输车完全卸载后，方可继续行驶。故障检测与报警模块时刻监测小麦运输车的状态，判断其是否发生了故障，若发生故障，则打开警报器报警，该运输车停止作业，等待维修。
根据上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更与修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种多机器协作小麦收割系统的控制系统，其特征在于，包括：一个领航小麦收割机的协作控制模块、若干跟随小麦收割机的协作控制模块、若干小麦运输车的协作控制模块和无线通信系统；所述的领航小麦收割机的协作控制模块，负责搜集领航小麦收割机周围的环境信息，接收周围车辆的状态信息，在该车显示模块上显示这些信息，为驾驶员提供参考，同时负责向其它车辆发送控制信息；所述的若干跟随小麦收割机的协作控制模块根据接收到的领航小麦收割机的状态信息、控制信息以及相邻收割机或运输车的状态信息，自动控制该车辆跟随领航小麦收割机运动；所述的若干小麦运输车所述的控制模块根据各个收割机小麦收割量，控制该车靠近收割机并与其配合，装载、运输和卸载小麦；各个车辆的无线通信模块共同组成了该系统的无线通信系统；
所述的领航小麦收割机的协作控制模块，包括：协作控制器、显示模块、无线通信模块、GPS、速度传感器、角度传感器、距离传感器、小麦装载量传感器、电磁铁、自动装载模块、故障检测与报警模块，其中，所述的GPS、速度传感器、角度传感器、距离传感器、小麦装载量传感器分别测定领航小麦收割机的位置、速度、车轮转向角度、与相邻车辆的距离、收割机收割并存储小麦的数量；所述的无线通信模块负责发送和接收车辆间的状态信息和控制信息；所述的显示模块以列表的形式显示领航小麦收割机的各种状态信息、以图像的形式显示各个车辆的位置和队形，以辅助驾驶员对收割机的驾驶；所述的协作控制器接收各个传感器测定的信息、接收从无线通信模块传输来的其它机器的状态信息，进行信息融合和处理，一方面在显示模块上显示各个车辆的位置及状态信息，一方面形成对跟随小麦收割机和运输车的控制信息并通过无线通信模块发送出去；所述的电磁铁的吸合与断开、自动装载模块的开与关，是协作控制器根据收割机中的小麦装载量、与运输车的距离而控制的；所述的故障检测与报警模块时刻监测领航小麦收割机的状态，判断其是否发生了故障，若有则打开警报器报警；
所述的跟随小麦收割机的协作控制模块，包括：协作控制器、无线通信模块、GPS、速度传感器、角度传感器、距离传感器、小麦装载量传感器、电磁铁、自动驾驶模块、故障检测与报警模块、自动装载模块，其中，所述的GPS、速度传感器、角度传感器、距离传感器、小麦装载量传感器分别测定跟随小麦收割机的位置、速度、车轮转向角度、与相邻车辆的距离、其收割并存储小麦的装载量；所述的无线通信模块负责发送和接收车辆间的状态信息和接收领航小麦收割机的控制信息；所述的协作控制器接收各个传感器测定的状态信息、无线通信模块传输来的其它机器的状态信息，进行信息融合和处理，并通过无线通信模块发送给领航小麦收割机，同时它也通过无线通信模块接收来自领航小麦收割机的控制信息，通过控制自动驾驶模块，实现自身的运动控制；所述的电磁铁的吸合与断开、自动装载模块的开与关，是协作控制器根据收割机中的小麦装载量、与运输车的距离而控制的；所述的故障检测与报警模块时刻监测跟随小麦收割机的状态，判断其是否发生了故障，若有则打开警报器报警；
所述的小麦运输车的协作控制模块，包括：协作控制器、无线通信模块、GPS、速度传感器、角度传感器、距离传感器、小麦装载量传感器、自动驾驶模块、自动卸载模块、故障检测与报警模块，其中，所述的GPS、速度传感器、角度传感器、距离传感器、小麦装载量传感器分别测定运输车的位置、速度、车轮转向角度、与相邻车辆的距离、运输车存储小麦的装载量；所述的无线通信模块负责发送和接收车辆间的状态信息和接收收割机的控制信息；所述的协作控制器接收各个传感器测定的状态信息、无线通信模块传输来的其它车辆的状态信息，进行信息融合和处理，并通过无线通信模块发送给收割机，同时它也通过无线通信模块接收来自收割机的控制信息，实现自身的运动控制；自动驾驶模块根据接收到的控制信息负责控制运输车的自动驾驶；自动卸载模块负责在指定地点卸载小麦；所述的故障检测与报警模块时刻监测小麦运输车的状态，判断其是否发生了故障，若有则打开警报器报警；
所述的状态信息包括：收割机和运输车的位置、速度、车轮转角、小麦装载量信息以及与其它相邻的收割机或运输车的距离信息、故障信息；
所述的控制信息包括：速度控制信息、转角控制信息、前进倒退信息、装载与卸载信息、队形信息；
所述的领航小麦收割机由人工驾驶，驾驶员根据小麦地块的地形和面积，将领航小麦收割机驾驶到一定的位置，所述的GPS、速度传感器、角度传感器、距离传感器、小麦装载量传感器实时收集信息并传递给协作控制器，同时通过无线通信模块，由所有收割机、运输车建立的动态无线通信网络将会把跟随小麦收割机、运输车的位置信息和状态信息传送给领航小麦收割机，于是在领航小麦收割机的显示模块上可以以列表的形式显示领航小麦收割机的各种状态信息，以图形的形式显示跟随小麦收割机、运输车与领航小麦收割机的相对位置。
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