CN103425134A - 高速插秧机的卫星导航自动驾驶系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种高速插秧机的卫星导航自动驾驶系统，由RTK-GPS、姿态仪、里程计、转角传感器、电控方向盘、GPS数据转发ECU、姿态仪数据转发ECU、里程计ECU、方向盘ECU和嵌入式导航计算机EGC等组成。电控方向盘替换传统的手操方向盘，RTK-GPS和姿态仪位于秧盘支架上面的横跨支架的中间位置处，里程计置于左、右车轮的行走减速器处，转角传感器置于主减速器底部的转向机构处，各ECU位于传感器附近，EGC安装在秧盘架边侧，EGC与ECU之间通过串行通讯网络连接。EGC内含人机接口、前置数据处理、姿态估计和驾驶控制模块。在插秧时，采用目标点方法实现行跟踪自动驾驶，在转弯时，采用绕转弯中心调整姿势的方法实现自动驾驶。该系统由计算机驾驶插秧机作业，使得机载作业人员减少为仅需一名补秧工。

Description

高速插秧机的卫星导航自动驾驶系统及其方法

技术领域

本发明专利属于导航控制领域，具体涉及农机的自动驾驶系统及方法。。

背景技术

我国农业生产机械化的作业面积已经超过80％，农业机械化极大地提高了农业的生产效率，保障了我国的粮食持续增产，但当前劳动力极度紧张，而且即使驾驶农机作业，工作环境依然比较恶劣，还需新技术继续提高农业机械化的效率、减轻作业人员的劳动强度、减少作业人员的用工需求。目前，机械化插秧已经得到较为广泛的应用，乘坐式高速插秧机、步行式插秧机、抛秧机等各种机型均得到了作业应用，其中乘坐式高速插秧机工作效率高、工作条件较为舒适，受到广大农民的欢迎。然而，当前的乘坐式插秧机需配备1名司机和1名补秧工，当连续数日作业时，工作单调，难以吸引年轻一代继续从事农业生产。

针对插秧机械化作业的单调、乏味的工作，国内外的研究者已经开始研究插秧机的自动驾驶技术。日本国家农业研究中心的Nagasaka等在《Autonomous guidance for ricetransplanting using global positioning and gyroscopes》(Computers and Electronicsin Agriculture，2004，43：223-234)一文中对井关6行水稻插秧机改装，用电子液压缸和限位开关控制离合器和制动器踏板，用电机转动铁线带动油门踏板，用带有正时皮带的电机和电磁离合器控制方向盘，并在插秧机上安装了主计算机、Trimble MS750 RTK-GPS和JG-35FD光纤陀螺仪及无线调制解调器对插秧机进行导航。在稻田进行直线和转弯实验，直线行走速度为0.7m/s时的偏差为5.5em，转弯时偏差为10.0cm。国内的胡炼等在《插秧机电控操作机构和控制算法设计》(农业工程学报，Vol.25(4)：118-125)一文中，提出了一种插秧机的电控方向盘方案，该方案采用在直流电机输出轴上安装摩擦轮，通过拉簧使其紧靠方向盘外延，利用摩擦轮与方向盘之间的摩擦力带动方向盘转动。伟利国等在《XDNZ630型水稻插秧机GPS自动导航系统》(农业机械学报，Vol.42(7)：186-190)一文中，采用RTK-GPS导航，电控方向盘使用直流伺服电机，并增加一套离合机构实行手操与自动驾驶之间的切换，使用PD控制器驾驶车辆作业。上述系统均实现了插秧机的计算机辅助驾驶，但距离实际应用还存在一定的差距。例如，自动驾驶仅在作业时进行，而边块作业、田块转移还需人工驾驶，如需从自动驾驶模式切换到手动模式，无论是直流电机，还是伺服电机，其离合机构增加了电控方向盘的复杂程度。胡炼摩擦轮方案虽然可把电控机构与方向盘脱开以便手操与自动之间的切换，但由于摩擦轮突出在方向盘的外部，可能会干扰驾驶员对方向盘的控制，且依靠摩擦传递扭矩，传动的功率损失较大。伟利国的系统只配备了一个ECU，车载计算机直接接收5HZ的RTK-GPS数据，负荷较重，且车载计算机体积较大，不便于农业应用。日本Nagasaka的系统采用了昂贵的光纤陀螺仪，难以推广应用。

发明内容

为了克服当前劳动力紧张、驾驶高速插秧机工作单调乏味、自动导航驾驶系统科研性较强的缺点，本发明专利针对现有的高速插秧机提供了一种较有推广价值的卫星导航自动驾驶系统，采用分布式解决方案，即由一台嵌入式导航计算机(EGC)与若干ECU组成导航系统，以步进电机为主构成电控方向盘，通过CAN总线网络连接EGC与各ECU，EGC内含人机接口、前置数据处理、姿态估计和驾驶控制软件模块。

本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：首先，为高速插秧机增加导航导航传感器、ECU、EGC和电控方向盘。安装一套RTK-GPS接收器和姿态仪于秧盘支架上面的横跨支架的中间位置处，安装一只转角传感器于高速插秧机主减速器底部的转向机构下面，分别安装左里程计和右里程计于左、右后轮的行走减速器的外侧，改造方向盘为电动形式。GPS数据转发ECU和姿态仪数据转发ECU位于相应的传感器的旁边，里程计ECU位于行走平台的下面，方向盘ECU位于方向盘电控机构的旁边，EGC位于秧盘支架的内侧，连接EGC与各ECU的CAN通讯线沿机架布置。一组蓄电池位于右秧盘支架的下面作为嵌入式系统的电源。

其中，里程计位于行走减速器的外侧，打开行走减速器，焊接圆轴到行走减速器的中间传动轴的外端面上，通过车床加工使该圆轴中心线与中间传动轴同心，同时，在该轴的外侧壳体上开孔，以该孔为中心，一块圆柱体焊接在外侧壳体上，再次通过车床加工使圆柱体的端面与外侧壳体的主端面平行、中心孔轴线与中间传动轴同心，一只光电编码器被里程计的壳体和端盖密封起来，只有光电编码器的伸出轴穿过端盖、信号线穿过防水接头，O型密封圈确保里程计的密封性，圆轴外侧的“一”字型凸端与光电编码器伸出轴的“一”字型凹端面相互啮合。当中间传动轴转动时，光电编码器输出脉冲信号，由里程计ECU捕获信号即可准确地测量出脉冲数，通过进一步换算，可计算出左、右后轮的行程及转速，两后轮之间的中点的速度即可认为是插秧机重心点的速度。

转角传感器位于主减速器底部的转向构件的正下方，它由壳体、端盖、电位器、密封圈、弹性联轴器和支架组成，电位器被转角传感器壳体和端盖密封起来，只有电位器的伸出轴穿过端盖、信号线穿过防水接头，在端盖与电位器的伸出轴之间配置密封圈，弹性联轴器连接电位器的伸出轴和一段短轴，而短轴固定在与车架构件固定连接的支架上。当前轮转动时，电位器的本体随之转动，但其伸出轴一直静止不转动，由方向盘ECU的A/D转换模块可测出该电位器的输出值，通过进一步换算，可计算出前轮的转角。

电控方向盘的结构已在实用新型专利“201020681017.5”中详细阐述。

其次，设计自动导航驾驶软件，建立EGC与各ECU之间的CAN总线网络。当EGC发送广播指令，各ECU立即开始采集信号，完成后通过CAN总线发送信息到EGC中。其中，里程计ECU同时采集左里程计和右里程计的脉冲信号，计算每次间隔时间内的脉冲数并转换为该时间段内的行程和速度。GPS数据转发ECU接收GPS的数据，提取经、纬度数值，该装置的工作原理已在实用新型发明专利“201120315191.2”中详细阐述。姿态仪数据转发ECU接收姿态仪的数据，提取航向角、横滚角和俯仰角，该装置的工作原理与GPS数据转发ECU类似。方向盘ECU的硬件包括8位单片机、CAN通讯电路、数据采集电路、信号隔离输出电路，当方向盘ECU接收到广播指令后，立即采集当前的前轮的转角，通过CAN通讯电路发出数据；当接收到前轮转角设定值的控制指令后，采集当前的前轮的转角，与设定值比较获得旋转方向，由一路I/O口输出信号给出旋转方向，另一路I/O口输出PWM波控制方向盘电控机构运行，同时监测前轮的转角，当转角达到设定值时，停止PWM波。

EGC的硬件由ARM核心板、CAN接口、电源接口、按钮和LCD构成，ARM核心板安装嵌入式操作系统，EGC的自动导航驾驶软件包括：人机接口、前置数据处理、姿态估计和驾驶控制软件模块。

EGC内部的前置处理模块接收GPS数据转发ECU的数据，以田块的西南角点为原点(O点)、纬度向东为x轴、经度向北为y轴建立平面直角坐标系，则任意点A的经、纬度值可转换成平面直角坐标系下的坐标(x_GPS，y_GPS)。EGC的前置处理模块接收姿态仪数据转发ECU的信息，提取航向角、横滚角和俯仰角信息，使用横滚角和俯仰角校正航向角和当前的位置。

EGC的前置处理模块还接收里程计ECU的信息，计算出行程及车速。

EGC内部的姿态估计模块设置了两个滤波器：一个全传感器Kalman滤波器和一个航位推测Kalman滤波器，它们具有相同的状态变量，全传感器Kalman滤波器在RTK GPS信号有效时运行，通过Kalman滤波处理获得更为准确的车体的位置和航向角，同时更新航位推测Kalman滤波器的状态变量，当RTK-GPS信号无效时，航位推测Kalman滤波器运行，输出车体的位置和航向角的估计量，并可在RTK-GPS信号有效时切换回全传感器Kalman滤波器。

EGC内部的驾驶控制模块由行跟踪模块、PID控制器和地头自动转向模块组成。当Kalman滤波处理得到插秧机当前位姿后，计算出预定轨迹前方瞄准点的坐标位置，然后计算由出瞄准点与插秧机当前位置构成的直线与预定轨迹直线之间的角度(目标角)，当前目标角及其前2次的目标角值输入到PID控制器中，计算出插秧机当前直行过程中需要实时调整的转向角度。

当插秧机在行跟踪模式时一直在计算是否需要进入转弯程序，当条件满足时，首先动态确定当前平面坐标系下转弯的圆心坐标，预先设定圆的半径R、调整转向的基础角度Q和掉头转向的航向角变化量P，然后实时计算插秧机当前坐标点到圆心的距离D，如果距离小于设定的圆半径，则方向盘往圆外侧转Q*D/R角度，否则方向盘往圆内侧转Q*D/R角度，并同时更新航向角，当航向角变化量到达P值后，退出地头自动转向模块，切换到行跟踪模块，继续进行行跟踪作业。

集成以上各功能模块之后，系统操作与运行过程如下：从人机界面启动系统，EGC立即开始接收来自GPS数据转发ECU的数据帧，接收结束后，立即发送广播指令到CAN网络线上，待各ECU采集完数据，并发回来后，EGC进行数据的前置处理，转换为具有物理意义的数据，然后进入姿态估计模块，计算出状态量(x，y，Ψ)的估计值，然后切换到控制模块，判别运行模式为行跟踪，还是自动转弯，调用相应的软件模块。如果收到结束指令，则系统退出运行循环。

如此改进之后，高速插秧机的机载人员仅保留一名补秧工，他/她只需点击EGC的LCD屏上的启动按钮，推动速度手柄到一定位置，放下插值台，启动插秧机构，高速插秧机即可自动按照设定的路径插秧作业，严格控制秧苗行与行之间的间距，并在到达预定的行末端自动转弯，并提醒升起插值台，自动控制对行进入下一作业行，并提醒放下插值台，当回到补秧地点时，仅需回拨调速手柄到停止位，补秧结束后重新提升速度手柄，高速插秧机又进入自动作业状态。

本发明专利的有益效果是，能减少一名技术劳动力的需求，把单调的驾驶任务交给计算机，并具有实用价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。

图1为本发明的一个传感器与测控系统在高速插秧机上布置的实施例的正视图；

图2为该实施例的俯视图；

图3为本发明的一个里程计的实施例的纵剖视图；

图4为本发明的一个转角传感器的实施例的纵剖视图；

图5为本发明的一个系统结构的实施例图；

图6为本发明的一个嵌入式导航计算机硬件布置的实施例图；

图7为本发明的一个双滤波器姿态估计的实施例的流程图；

图8为本发明的一个行跟踪控制的实施例的流程图；

图9为本发明的一个自动转弯控制的实施例的流程图；

图10为本发明的一个完整运行实施例的流程图。

图中，1.里程计ECU，2.行走平台，3.插值台，4.RTK-GPS，5.姿态仪，6.GPS数据转发ECU，7.姿态仪数据转发ECU，8.横跨支架，9.秧盘支架，10.方向盘，11.方向盘ECU，12.方向盘电控机构，13.蓄电池，14.主减速器，15.转向机构，16.转角传感器，17.前轮，18.右后轮，19.右里程计，20.右行走减速器，21.左行走减速器，22.左里程计，23.左后轮，24.EGC，25.中间传动轴，26.轴承，27.外侧壳体，28.圆轴，29.圆柱体，30.螺栓，31.螺栓，32.端盖，33.O型密封圈，34.光电编码器，35.壳体，36.防水接头，37.螺栓，38.密封垫，39.防水接头，40.端盖，41.螺栓，42.电位器，43.壳体，44.螺栓，45.转向构件，46.车架构件，47.螺栓，48.支架，49.O型密封圈，50.弹性联轴器，51.紧定螺钉，52.短轴，53.CAN网络线，54.按钮，55.ARM核心板，56.CAN接口，57.电源接口，58.LCD屏

具体实施方式

在图1和图2的实施例中，导航传感器的布置方式是：一只RTK GPS接收器(4)和姿态仪(5)位于秧盘支架(9)上面的横跨支架(8)的中间位置处，转角传感器(16)位于高速插秧机主减速器(14)底部的转向机构(15)下面，左里程计(22)和右里程计(19)分别位于左、右后轮(23，18)的行走减速器(21，20)的外侧。GPS数据转发ECU(6)和姿态仪数据转发ECU(7)位于相应的传感器(4，5)的旁边，里程计ECU(1)位于行走平台(2)的下面，方向盘ECU(11)位于方向盘电控机构(12)的旁边。EGC(24)位于秧盘支架(9)的内侧，连接EGC(24)与各ECU(1，6，7，11)的CAN通讯线(53)沿机架布置。一组蓄电池(13)位于右秧盘支架(9)的下面作为嵌入式系统的电源。

在图3里程计的一个实施例中，右里程计(19)位于右行走减速器(20)的外侧，圆轴(28)焊接到右行走减速器(20)的中间传动轴(25)的右端，通过车床加工使该圆轴(25)中心线与中间传动轴(25)同心，同时，在该轴的外侧壳体(27)上开孔，以该孔为中心，一块圆柱体(29)焊接在外侧壳体(27)上，再次通过车床加工使圆柱体(29)的端面与外侧壳体(27)的主端面平行、中心孔轴线与中间传动轴(25)同心，光电编码器(34)被壳体(35)和端盖(32)密封起来，只有光电编码器(34)的伸出轴穿过端盖(32)、信号线穿过防水接头(36)，在端盖(32)与光电编码器(34)的伸出轴之间配置O型密封圈(33)，圆轴(28)右侧的“一”字型凸端与光电编码器(34)伸出轴的“一”字型凹端面相互啮合。当中间传动轴(25)转动时，光电编码器(34)输出脉冲信号，由里程计ECU(1)捕获信号即可准确地测量出脉冲数，通过进一步换算，可计算出右后轮(18)的行程及转速，同理可计算出左后轮(23)的行程及转速，两后轮(18，23)之间的中点的速度即可认为是插秧机重心点的速度。

在图4转角传感器的一个实施例中，转角传感器(16)位于转向构件(45)的正下方，并随转向构件(45)一起定轴转动，电位器(42)被壳体(43)和端盖(40)密封起来，只有电位器(42)的伸出轴穿过端盖(40)、信号线穿过防水接头(39)，在端盖(40)与电位器(42)的伸出轴之间配置O型密封圈(49)，弹性联轴器(50)连接电位器(42)的伸出轴和短轴(52)，而短轴(52)固定在与车架构件(46)固定连接的支架(48)上。当前轮(17)转动时，电位器(42)的本体随之转动，但其伸出轴一直静止不转动，由方向盘ECU(11)的A/D转换模块可测出该电位器(42)的输出值，通过进一步换算，可计算出前轮(17)的转角。

在图5系统结构的一个实施例中，ECU(1，6，7，11)与EGC(24)通过CAN总线(53)连接，EGC(24)发送广播指令，各ECU(1，6，7，11)立即开始采集信号，完成后通过CAN总线发送信息到EGC(24)。其中，里程计ECU(1)同时采集左里程计(22)和右里程计(19)的脉冲信号，计算每次间隔时间内的脉冲数并转换为该时间段内的行程和速度。GPS数据转发ECU(6)接收GPS(4)的数据，提取经、纬度数值，该装置的工作原理已在实用新型发明专利“201120315191.2”详细阐述。姿态仪数据转发ECU(7)接收姿态仪(5)的数据，提取航向角、横滚角和俯仰角，该装置的工作原理与ECU(6)的类似。方向盘ECU(11)接收广播指令，采集当前的前轮(17)的转角，通过CAN总线(53)发出数据；当接收到前轮转角设定值的控制指令后，采集当前的前轮(17)的转角，与设定值比较获得前轮(17)的旋转方向，由一路I/O口输出信号到步进电机驱动器，另一路I/O口输出PWM波控制方向盘电控机构(12)运行，同时监测前轮(17)的转角，当转角达到设定值时，停止PWM波。

在图6EGC(24)的一个硬件设计实施例中，EGC(24)的由ARM核心板(55)、CAN接口(56)、电源接口(57)、按钮(54)和LCD屏(58)构成，ARM核心板(55)安装嵌入式Linux系统，自动导航驾驶软件包括：人机接口、前置数据处理、姿态估计和驾驶控制模块。

EGC(24)内部的前置处理模块接收GPS数据转发ECU(6)的数据，以田块的西南角点为原点(O点)、纬度向东为x轴、经度向北为y轴建立平面直角坐标系，则任意点A的经、纬度值转换成平面直角坐标系的计算如下：

$x_0=\frac{a^2}{\sqrt{a^2+b^2{\mathrm{tg}}^2{B}_0}}---\left(1\right)$

$y_0=\frac{b^2}{\sqrt{b^2+a^2{\mathrm{ctg}}^2{B}_0}}---\left(2\right)$

$x_A=\frac{a^2}{\sqrt{a^2+b^2{\mathrm{tg}}^2{B}_A}}---\left(3\right)$

$y_A=\frac{b^2}{\sqrt{b^2+a^2{\mathrm{ctg}}^2{B}_A}}---\left(4\right)$

$Y=\sqrt{{(x_A-x_O)}^2+{(y_A-y_O)}^2}---\left(5\right)$

X＝x_O(L_A-L_O)                (6)

上式中：a-地球椭球长半轴；

b-地球椭球短半轴；

B_O，B_A-分别为A点和O点的纬度；

L_O，L_A-分别为A点和O点的经度

X平面直角坐标系中，A点的x坐标值(单位：米)

Y平面直角坐标系中，A点的y坐标值(单位：米)

EGC(24)的前置处理模块接收姿态仪数据转发ECU(7)的信息，提取航向角、横滚角和俯仰角信息，使用横滚角和俯仰角校正航向角和当前的位置：

${\mathrm{\ψ}}_r=\frac{\mathrm{\ψ}}{\cos \sqrt{{\mathrm{\θ}}_R^2+{\mathrm{\θ}}_P^2}}---\left(7\right)$

x_r＝X(1-h sinθ_R)    (8)

y_r＝Y(1-h sinθ_P)    (9)

上式中：h-GPS接收器距离水面的高度；

ψ_r-校正后的航向角；

θ_R-横滚角；

θ_P-俯仰角；

x_r-校正后的x坐标值；

y_r-校正后的y坐标值。

EGC(24)的前置处理模块还接收里程计ECU(11)的信息，计算出行程及车速。

在图7中，由于在EGC(24)内部的姿态估计模块设置了两个滤波器：一个全传感器Kalman滤波器和一个航位推测Kalman滤波器，因此具有较强的适应性。例如，某些基于虚拟机站的RTK-GPS的数据刷新率只能达到1Hz，更新频率比较低，因此插秧机在高速行驶时定位误差比较大，为了满足插秧机高速行驶的要求，通过设置一个200ms的定时器来提高自动控制所需的姿态信息的更新频率，相当于进行插值操作。此时，全传感器Kalman滤波器在RTK-GPS信号有效时(约间隔1s)运行，通过Kalman滤波处理获得更为准确的车体的位置和航向角，同时更新航位推测Kalman滤波器的状态变量，200ms后，EGC(24)发送广播指令，收集ECU(1，6，7，11)的信息，运行航位推测Kalman滤波器，估计出车体的位置和航向角，然后发出控制指令到方向盘电控机构(12)，进行自动驾驶控制。此后，每隔200ms进行一次数据采集、姿态估计与自动控制，当RTK-GPS(4)信号到来时切换回全传感器Kalman滤波器。

EGC(24)内部的驾驶控制模块由行跟踪模块、PID控制器和地头自动转向模块组成。在图8所示的行跟踪自动导航驾驶实施例中，Kalman滤波处理得到插秧机当前位姿后，计算出预定轨迹前方瞄准点的坐标位置，然后计算由出瞄准点与插秧机当前位置构成的直线与预定轨迹直线之间的角度(目标角)，当前目标角及其前2次的目标角值输入到PID控制器中，计算出插秧机当前直行过程中需要实时调整的转向角度。

在图9所示的自动转弯实施例中，插秧机在行跟踪模式时一直在计算是否需要进入转弯程序，当条件满足时，首先动态确定当前平面坐标系下转弯的圆心坐标，预先设定圆的半径R、调整转向的基础角度Q和掉头转向的航向角变化量P，然后实时计算插秧机当前坐标点到圆心的距离D，如果距离小于设定的圆半径，则方向盘往圆外侧转Q*D/R角度，否则方向盘往圆内侧转Q*D/R角度，并同时更新航向角，当航向角变化量到达P值后，退出地头自动转向模块，切换到行跟踪模块，继续进行行跟踪作业。

在图10的高速插秧机自动导航驾驶系统的一个完整运行实施例中，从人机界面启动系统，EGC(24)立即开始接收来自GPS数据转发ECU(6)的数据帧，接收结束后，立即发送广播指令到CAN网络线(53)上，待各ECU(1，6，7，11)采集完数据，并发回来后，EGC(24)进行数据的前置处理，转换为具有物理意义的数据，然后进入姿态估计模块，计算出状态量(x，y，Ψ)的估计值，然后切换到控制模块，判别运行模式为行跟踪，还是自动转弯，调用相应的软件模块。如果收到结束指令，则系统退出运行循环。

Claims (7)

1.一种高速插秧机的卫星导航自动驾驶系统，包括导航传感器、分布式测控ECU、总线式串行通信网络、嵌入式导航计算机和电控方向盘，其特征在于：

导航传感器由RTK-GPS、姿态仪、里程计、转角传感器等组成，RTK-GPS和姿态仪置于秧盘支架上面的横跨支架的中间位置处，里程计置于左、右车轮的行走减速器处，转角传感器置于主减速器底部的转向构件下面；

分布式测控ECU由GPS数据转发ECU、姿态仪数据转发ECU、里程计ECU、方向盘ECU等组成，方向盘ECU置于方向盘电控机构的旁边，其他ECU位于相应的传感器附近；

嵌入式导航计算机构建在嵌入式32位单片机和嵌入式操作系统平台上，并具有串行通讯接口和人机界面，内含人机接口、前置数据处理、姿态估计和驾驶控制软件模块。

2.按照权利要求1所述的高速插秧机的卫星导航自动驾驶系统，其特征是：里程计由壳体、密封圈、光电或磁电传感器组成，壳体固定在左、右行走减速器的中间传动轴的外侧，通过联轴器连接里程计的伸出轴与中间传动轴，或里程计位于行走减速器的内部，通过里程计伸出轴上的齿轮与行走减速器内的齿轮啮合，或里程计的磁电传感器距离减速器输入侧齿轮的齿顶1～2mm固定，输出频率与内部齿轮转速成正比的脉冲信号。

3.按照权利要求1所述的高速插秧机的卫星导航自动驾驶系统，其特征是：转角传感器由壳体、端盖、电位器、密封圈、弹性联轴器和支架组成，电位器被转角传感器壳体和端盖密封起来，只有电位器的伸出轴穿过端盖、信号线穿过防水接头，在端盖与电位器的伸出轴之间配置密封圈，弹性联轴器连接电位器的伸出轴和一段短轴，而该短轴固定在与车架构件固定连接的支架上，电位器的本体可随转角传感器一起转动，但其伸出轴一直静止不转动，输出幅值与车轮转角成正比的模拟信号。

4.按照权利要求1所述的高速插秧机的卫星导航自动驾驶系统，其特征是：方向盘ECU的硬件包括8位单片机、CAN通讯电路、数据采集电路、信号隔离输出电路，当方向盘ECU接收到广播指令后，立即采集当前的前轮的转角，通过CAN通讯电路发出数据；当接收到前轮转角设定值的控制指令后，采集当前的前轮的转角，与设定值比较获得旋转方向，由一路I/O口输出信号到步进电机驱动器，另一路I/O口输出PWM波控制方向盘电控机构运行，同时监测前轮的转角，当转角达到设定值时，停止PWM波。

5.按照权利要求1所述的高速插秧机的卫星导航自动驾驶系统，其特征是：嵌入式导航计算机内部的前置处理模块接收GPS数据转发ECU的数据，以田块的西南角点为原点(O点)、纬度向东为x轴、经度向北为y轴建立平面直角坐标系，任意点A的经、纬度值转换成该平面直角坐标系下的坐标(x_GPS，y_GPS)；接收姿态仪数据转发ECU的信息，提取航向角、横滚角和俯仰角信息，使用横滚角和俯仰角校正航向角和当前的位置；接收里程计数据信息，计算出行程及车速。

6.按照权利要求1所述的高速插秧机的卫星导航自动驾驶系统，其特征是：嵌入式导航计算机装置内部的姿态估计模块由一个全传感器Kalman滤波器和一个航位推测Kalman滤波器组成，它们具有相同的状态变量，全传感器Kalman滤波器在RTK-GPS信号有效时运行，通过Kalman滤波处理获得更为准确的车体的位置和航向角，同时更新航位推测Kalman滤波器的状态变量，当RTK-GPS信号无效时，航位推测Kalman滤波器运行，输出车体的位置和航向角的估计量，并可在RTK-GPS信号有效时切换回全传感器Kalman滤波器。

7.按照权利要求1所述的高速插秧机的卫星导航自动驾驶系统，其特征是：嵌入式导航计算机装置内部的驾驶控制模块由行跟踪模块、PID控制器和地头自动转向模块组成，在行跟踪行驶过程中，当通过Kalman滤波处理得到插秧机当前位姿后，计算出预定轨迹前方瞄准点的坐标位置，然后计算由出瞄准点与插秧机当前位置构成的直线与预定轨迹直线之间的角度(目标角)，当前目标角及其前2次的目标角值输入到PID控制器中，计算出插秧机当前直行过程中需要实时调整的转向角度；在插秧机开始掉头转弯时首先动态确定当前平面坐标系下转弯的圆心坐标，预先设定圆的半径R、调整转向的基础角度Q和掉头转向的航向角变化量P，然后实时计算插秧机当前坐标点到圆心的距离D，如果距离小于设定的圆半径，则方向盘往圆外侧转Q*D/R角度，否则方向盘往圆内侧转Q*D/R角度，并同时更新航向角，当航向角变化量到达P值后，退出地头自动转向模块，切换到行跟踪模块，继续进行行跟踪作业。

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