CN103869831B - 一种平地机控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种平地机控制系统，包括：平地机及控制器；所述平地机具有平地铲；所述控制器用于控制所述平地铲的位置，所述控制系统还包括三维扫描装置，用于扫描所述平地铲的作业面，以形成作业面地形信息，并将所述作业面地形信息发送至所述控制器；所述控制器根据所述作业面地形信息调整所述平地铲的位置，使经所述平地铲作业后的所述作业面平整。采用上述技术方案后，控制系统内的平地机能扫描整个平地面的地形，实时地调节平地铲的位置，在竖直和水平方向上同时提高整平精度。
Description
技术领域
本发明涉及农业设备领域，尤其涉及一种平地机控制系统及其控制方法。
背景技术
当今农田耕作中平地机的使用已经十分普遍，激光整平系统对于改造盐碱地为耕地的实际作用已经在内蒙、宁夏等地区获得了实践。现如今的平地机只对平地铲的高度作控制，提高田间土地平整的精度，但在对高差较大的土地面进行整平操作时，需要根据作业过程中不同的地面高度调整平地铲的位置，在平地铲多次调节后，平地铲的水平位置极易发生变化，造成整平后的土地满足平整度的要求却在水平位置上无法满足要求，致使平地机整出的土地相对于水平位置存在一倾角，经过不同的整平过程整平后的土地水平度大相径庭，致使平地效果不佳，精度降低。且由于平地过程中作业面无法精确确定，平地完成后的作业面常常与使用者所期望的作业面要求不符合，而再次平地的话原本已经把握准确的作业面的水平方位和竖直方位又要重新调整，大大降低了工作效率。
所以，农田平整领域急需一种平地机，能扫描整个作业面的地形，实时地调节平地铲的水平位置，在竖直和水平方向上同时提高整平精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种平地机控制系统，通过对整个作业面的地形的检测提高具有该控制系统的平地机的平地效果及工作效率。
本发明公开了一种平地机控制系统，包括：平地机及控制器；所述平地机具有平地铲；所述控制器用于控制所述平地铲的位置，所述控制系统还包括三维扫描装置，用于扫描所述平地铲的作业面，以形成作业面地形信息，并将所述作业面地形信息发送至所述控制器；所述控制器根据所述作业面地形信息调整所述平地铲的位置，使经所述平地铲作业后的所述作业面平整。
优选地，所述三维扫描装置为3D扫描器，所述3D扫描器设于所述平地机上。
优选地，所述作业面信息包括所述平地机未工作时所述作业面的初始面信息，及所述平地机工作后所述作业面的工作面信息，所述控制器计算所述初始面信息及工作面信息间的差值，控制所述平地铲以所述差值作业。
优选地，所述控制系统还包括角度传感器，用于判断平地铲水平位置，并将水平位置信息发送至所述控制器。
优选地，所述平地机为激光平地机。
优选地，所述激光平地机包括激光发射器、激光接收器、桅杆、液压系统及执行装置；所述激光发射器向所述激光接收器发射激光；所述激光接收器设置在所述桅杆上，用于向所述控制器发送指令；所述桅杆的一端与所述平地铲连接，直立在所述激光平地机上，使所述激光接收器与所述平地铲的竖直方向上的位置差通过所述桅杆固定；所述液压系统根据所述控制器发送的操作指令驱动所述执行装置对所述平地铲的竖直方向位置调整。
优选地，所述激光发射器为激光扫平仪。
本发明又公开了一种平地机控制系统的控制方法，包括如下步骤：步骤A：所述三维扫描装置扫描作业面，形成初始作业面信息；步骤B：所述激光发射器向所述激光接收器发射激光，并根据所述初始作业面信息设置一基准作业面并将所述基准作业面信息发送至所述控制器；步骤C：所述控制器控制所述平地铲进行平地操作。
优选地，还包括步骤D：所述平地产平地操作完成后，所述三维扫描装置扫描作业面，判断所述作业面与基准作业面的水平及竖直方向上的差值，并将所述差值发送至控制器；步骤E：所述控制器控制所述平地铲进行二次平地操作，以使所述作业面与所述基准作业面一致。
采用上述技术方案后，通过三维扫描装置对作业面的两次或多次扫描检测，使得平地机的平地铲在平地过程中可针对预先设定好的作业面进行实时的调整，且作业完成后还可比较作业面与基准面的差值，针对该差值，平地机可二次修正，大幅度提高了平地效果及工作效率。
附图说明
图1为本发明一优选实施例中平地机控制系统工作原理图；
图2为本发明平地机结构示意图。
附图标记：1激光发射器、2平地铲、3三维扫描装置、4桅杆、5激光接收器、6控制器、7执行装置、液压系统8。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。
参阅图1，为本发明平地机控制系统工作原理图。该实施例中，本发明的平地机控制系统用于激光平地机上。该平地机控制系统包括：在作业面上开动的平地机，平地机还包括对作业面直接平整的平地铲、及对平地铲进行控制的控制器，为了对作业面进行实时的扫描分析，控制系统内还包括了三维扫描装置，可扫描平地机作业面的每一部分，并同时建立一套作业面地形的三维坐标云信息，建立完毕后，该作业面地形的三维坐标云信息被发送至控制器。控制器接收到该信息后，实施调整平地铲的水平和竖直位置，使经所述平地铲作业后的所述作业面平整。
该三维扫描装置建立的三维坐标云信息可理解为对作业面地形的检测后的检测结果。该信息一般包括作业面的外轮廓形状、最低地势信息、最高地势信息及平地机所处地势信息。
一优选实施例中，三维扫描装置为3D扫描器，设置在平地机上，靠近需要测量的作业面，可创建作业面的几何表面，原理是利用了每次扫描的点用来插补成作业面的表面形状，越密集的点云便可以创建越精确的作业面模型。
由于三维扫描装置可以多次测量作业面，因此，该控制系统中，可利用三维扫描装置的多次测量结果形成多个工作面信息，其中主要需要的可以是平地机尚未工作时，原本作业面的初始面信息，及平地机在工作后作业面的工作面信息。在获得了上述两个信息后，控制器可对两者作比较，计算初始面信息及工作面信息间的差值，控制平地铲以差值作业，以提高平地机的平整效果，具体比对方法将在后文详述。
为了在平整过程中可实时判断平地铲的位置，控制系统还包括角度传感器，专用于判断平地铲的水平位置，其与平地铲连接，并将水平位置信息发送至激光接收器，激光接收器接收到水平位置信号后，在原有指令中添加平地铲的水平方向控制指令，所述控制器根据激光发射器发来的平地铲的竖直方向控制指令及水平方向控制指令对平地铲分别作上述两方向上的位置调整。
更优选地，角度传感器设置在激光接收器内部，避免其他如震动、人工调整等因素造成的角度传感器发出的水平信号数据不准确。同时，将角度传感器整合至激光接收器内部，节省了所述控制系统的空间，在为原控制系统增添新功能的基础上不影响控制系统的结构。
当然，本领域技术人员可以理解的是，本发明的平地机控制系统可用于除激光平地机外的所有常规平地机，可帮助常规的平地机在原有人工测量或其他仪器测量平整度的基础上进一步控制作业面的平整情况。
参阅图2，为本发明平地机结构示意图。本发明还涉及一种使用上述平地机控制系统的平地机，其中平地机为激光平地机，所述平地机包括激光发射器1、激光接收器5、平地铲2、桅杆4、液压系统8及执行装置7，还包括角度传感器和三维扫描装置3。本优选实施例中，激光发射器1为激光扫平仪，激光扫平仪固定安装在整平土地的外边一侧，向平地机发射一激光平面。平地铲2上直立一桅杆4，桅杆4一端应高于激光扫平仪发射的激光平面的高度，所述激光接收器5与所述角度传感器设置在桅杆4上，即平地铲2在竖直方向上的位移变量等于激光接收器5在竖直方向上的位移变量，角度传感器直接判断当前平地铲2的水平方向位置。激光扫平仪发射的激光平面打在激光接收器5后，激光接收器5计算出当前平地铲2与作业基准面的位移变量，同时根据角度传感器发来的平地铲水平方向位置信息整合一指令发送至所述液压系统8，由液压系统8统一控制驱动执行装置7对平地铲2进行位置调整，使所述平地铲2在竖直及水平方向回到初始工作基准面。
在角度传感器对平地铲2的位置进行判断的同时，三维扫描装置3也对平地铲2的水平位置与设定的基准面位置作比较，实时地调整平地铲2的水平与竖直位置。具体地来说，三维扫描装置3用于判断平地铲2的水平位置与基准面的水平位置是否一致，及平地铲2平地后的作业面与设定的基准面是否一致，而角度传感器则用于检测平地铲2的各个位置是否在同一水平面上，若不是，则通过控制对平地铲2本身的平地面做调整，使得整个平地面水平。因此，三维扫描装置3发出的指令对平地铲2的控制与角度传感器发出的指令对平地铲2的控制并不相悖，反而是进一步的在两个方面保证了平地机对作业面的作业平整度。
对于上述平地机的控制方法，可描述为包括以下步骤：
-步骤A：建立初始作业面信息。当在平地机上设置好三维扫描装置后，三维扫描装置对待平整的作业面进行扫描，以形成一未平整时的初始作业面信息。
-步骤B：激光发射器向激光接收器发射激光，并根据初始作业面信息设置一基准作业面并将基准作业面信息发送至控制器，用以告知控制器使用者所期望完成的作业面的平整度及平整深度。
-步骤C：控制器得到上述信息后，实时判断平地铲的竖直方向是否对应基准作业面，若是，便继续控制平地铲以该竖直位置平整地面；若否，则利用三维扫描装置计算平地铲在竖直方向上与基准面的差值，并通过控制器控制平地铲回复到基准面的竖直高度。同样地，平地铲的水平位置也以该方式操作。
对于使用者来说，该平地机的控制方法还可包括以下步骤，以确保平整后的地面符合要求：
-步骤D：在平地铲对地面平整后，三维扫描装置再次扫描作业面，再次判断所述作业面与基准作业面的水平及竖直方向上的差值，并将差值发送至控制器；
-步骤E：控制器在得到命令后控制平地铲进行二次或多次平地操作，以保证作业面与使用者期望的基准面一致。
采用上述技术方案后，通过三维扫描装置对作业面的两次或多次扫描检测，使得平地机的平地铲在平地过程中可针对预先设定好的作业面进行实时的调整，且作业完成后还可比较作业面与基准面的差值，针对该差值，平地机可二次修正，大幅度提高了平地效果及工作效率。
另外，平地机在具有该控制系统后具有自动识别地形的功能，在平整过程中实时修正平整的精度，保证了平地机在不同工作状态时作业面始终水平或根据使用者的要求，达到一定的倾斜度。
应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种平地机控制系统，包括：平地机及控制器；所述平地机具有平地铲；
所述控制器用于控制所述平地铲的位置，其特征在于：
所述控制系统还包括三维扫描装置，用于扫描所述平地铲的作业面，以形成作业面地形信息，并将所述作业面地形信息发送至所述控制器；其中
所述作业面地形信息包括：所述平地机未工作时所述作业面的初始面信息、所述平地机工作后所述作业面的工作面信息，且所述控制器内设一基准面信息，
所述控制器根据所述作业面地形信息，计算所述初始面信息及工作面信息间的差值调整所述平地铲的位置，使经所述平地铲作业后的所述作业面信息对应所述基准面信息而平整。
2.如权利要求1所述的平地机控制系统，其特征在于：
所述三维扫描装置为3D扫描器，所述3D扫描器设于所述平地机上。
3.如权利要求1或2所述的平地机控制系统，其特征在于：
所述控制系统还包括角度传感器，用于判断平地铲水平位置，并将水平位置信息发送至所述控制器。
4.如权利要求1所述的平地机控制系统，其特征在于：
所述平地机为激光平地机。
5.如权利要求4所述的平地机控制系统，其特征在于：
所述激光平地机包括激光发射器、激光接收器、桅杆、液压系统及执行装置；
所述激光发射器向所述激光接收器发射激光；
所述激光接收器设置在所述桅杆上，用于向所述控制器发送指令；
所述桅杆的一端与所述平地铲连接，直立在所述激光平地机上，使所述激光接收器与所述平地铲的竖直方向上的位置差通过所述桅杆固定；
所述液压系统根据所述控制器发送的操作指令驱动所述执行装置对所述平地铲的竖直方向位置调整。
6.如权利要求5所述的平地机控制系统，其特征在于：
所述激光发射器为激光扫平仪。
7.一种用于如权利要求5所述平地机控制系统的控制方法，其特征在于：
包括如下步骤：
步骤A：所述三维扫描装置扫描作业面，形成初始作业面信息；
步骤B：所述激光发射器向所述激光接收器发射激光，并根据所述初始作业面信息设置一基准作业面并将所述基准作业面信息发送至所述控制器；
步骤C：所述控制器控制所述平地铲进行平地操作。
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于：
还包括步骤D：所述平地铲平地操作完成后，所述三维扫描装置扫描作业面，判断所述作业面与基准作业面的水平及竖直方向上的差值，并将所述差值发送至控制器；
步骤E：所述控制器控制所述平地铲进行二次平地操作，以使所述作业面与所述基准作业面一致。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |