CN105911985B - 基于北斗导航的农业机械自动驾驶控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了农业机械控制技术领域内的基于北斗导航的农业机械自动驾驶控制装置，包括差分基准站和自动驾驶仪，差分基准站上设有与测量天线一连接的测量接收机一，测量接收机一连接有发射电台；自动驾驶仪包括车载导航仪、车载显示控制器、电动方向盘控制器和导向轮控制器，车载导航仪与车载显示控制器连接，方向盘转向控制器分别与车载显示控制器和导向轮控制器连接；本发明能获得农机位置信息和土壤耕作阻力参数，存储测量参数并自动规划耕作面积，可应用于农业机械自动驾驶耕作路线的控制工作中。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动驾驶控制装置，特别涉及一种农业机械自动驾驶控制装置。
背景技术
农业是国家基础，关系着国家政治、经济的稳定性，随着我国农业化的发展，会由分散型农业生产方式逐渐向集中型农业转变。农业的机械化是衡量一个国家农业发展的重要指标，伴随着三农政策的不断推进，对农业机械化提出了迫切的要求。
农业机械具有人工无法比拟的劳动效率，不仅降低了劳动强度，而且还可解放很大一部分劳动力，进而从事其他行业，因此发展农业机械利国利民。农业机械主要用于完成土地的耕耘、播种、收割等作业，现有的农业机械绝大部分均为人工驾驶，对于大面积的田地来说，驾驶人员需要长时间的驾驶作业，十分容易疲劳。而且，最为重要的是，农业机械的使用均是阶段性的，只有在耕耘、播种、收割的时间段才需要，这样，在外工作或从事其他行业的驾驶员，不得不在农忙季节返乡，或者是大型土地承包者不等不在农忙时节雇佣大量的驾驶人员，进行农活作业，这无疑会带来加大的人员使用成本。
随着卫星定位技术（如我国的北斗卫星系统）、通信技术、计算机技术以自动控制技术的成熟，根据接收的卫星信号可准确确定出车辆的位置信息，通过对车辆当前状态的检测和分析，制定出合理的自动驾驶方案，以控制车辆按照规定路线运行，可将这种自动驾驶技术应用于农业机械上，以降低生产成本和提高工作效率。现有技术中，采用单天线接收卫星信号兼容差分技术，控制精度较低，对于需要几种耕作机械同时耕作的田地无法规划各种农机的耕作面积，耕作效率低。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足之处，提供一种基于北斗导航的农业机械自动驾驶控制装置，此装置采用双天线接收卫星传过来的导航信号，提高控制精度；使用土壤耕作阻力检测装置检测土壤耕作阻力并实时存储，根据阻力大小分配各块田地或同块田地中不同农机的耕作面积，提高耕作效率。
本发明的目的是这样实现的：一种基于北斗导航的农业机械自动驾驶控制装置，包括差分基准站和自动驾驶仪，所述差分基准站包括测量天线一，测量天线一上连接有测量接收机一，测量接收机一通过RS232接口连接有发射电台，所述自动驾驶仪包括车载导航仪、车载显示控制器、电动方向盘控制器和和导向轮转向角度传感器，所述车载导航仪的输出口、电动方向盘控制器的输入口和导向轮转向角度传感器的输出口分别与车载显示控制器连接。
作为本发明的进一步改进，所述自动驾驶控制装置还包括土壤耕作阻力检测装置，土壤耕作阻力检测装置包括控制器、电机和丝杆，电机上设有输出轴，输出轴与丝杆传动连接，丝杆上连接有螺母，丝杆下端连接有圆锥头，丝杆上端连接有扭矩传感器，电机和扭矩传感器均与控制器通信连接，此设计实现农机耕作时土壤耕作阻力的检测工作。
作为本发明的进一步改进，所述输出轴上连接有主动齿轮，主动齿轮上啮合连接有从动齿轮，从动齿轮与丝杆连接，螺母相对从动齿轮轴向中心对称设置在上支撑板和下支撑板间的丝杆上，上支撑板和下支撑板与壳体连接，上支撑板和下支撑板与壳体连接，此设计有利于实现土壤耕作阻力的检测工作。
为了进一步提高传动的可靠性，电机固定在支撑板上，螺母和从动齿轮通过销子或定位键连接。
作为本发明的进一步改进，所述控制器的输出口与车载显示控制器连接，此设计实现土壤耕阻力实时存储于车载显示控制器及根据土壤耕阻力的田地分块规划，有利于田地的管理。
为了进一步获得农机更精确的位置速度信息，所述车载导航仪包括测量天线二、三轴姿态传感器和接收电台，测量天线二上连接有测量接收机二，所述三轴姿态传感器和接收电台均通过RS232接口与测量接收机二的输入口连接，测量接收机二的输出口与车载显示控制器连接。
为了进一步提高方向盘的可控性，所述方向盘转向控制器包括电动方向盘、转向控制驱动器和方向盘角度传感器，所述车载显示控制器与电动方向盘连接，电动方向盘与方向盘角度传感器的输入口连接，方向盘角度传感器的输出口与转向控制驱动器连接。
作为本发明的进一步改进，所述电动方向盘与导向轮相对连接，导向轮转角传感器安装在导向轮上。
本发明工作时，测量天线一接收BDS、GPS星座的导航信号，导航信号传输给测量接收机一，测量接收机一对接收到的导航信号进行捕获跟踪和定位解算，并获得高精度的伪距与载波相位观测数据，定位解算结果、伪距和载波相位观测数据通过RS232接口传送给发射电台，发射电台将数据向外部广播，广播处的数据被接受电台接收，测量接收机二接收BDS星座的导航信号，测量接收机二对接收到的导航信号进行捕获跟踪、定位解算，进行捕获跟踪、定位解算，定位解算后与从基准站上传输过来的数据做融合解算，获取车辆自身精确位置速度信息，通过三轴姿态传感器获取车辆自身的三向姿态信息，车载导航仪将车辆的位置速度信息发送给车载显示控制器，车载显示控制器将车辆的位置与原来设定好的路径作对比，车载显示控制器通过电动方向盘控制器控制电动方向盘的转向，电动方向盘的转动带动导向轮的转动，通过导向轮转角传感器检测导向轮的转向角，导向轮转角传感器将导向轮的转向角信号传输给车载显示控制器，车载显示控制器根据转向角信号继续通过转向驱动控制器控制电动方向盘的转动，循环以上动作，直至车辆位置与原先设定的路径一致，电动方向盘和导向轮不再做调整动作；农机工作前，圆锥头与地面刚好接触，农机开始工作时，给电机通电，输出轴旋转，输出轴的转动带动主动齿轮的转动，主动齿轮的转动带动从动齿轮的转动，从动齿轮的转动带动丝杆的转动，丝杆在螺母的作用下相对地面平行面的垂直方向向下移动，车载显示控制器上实时显示丝杆的下降距离，并发送控制信号给控制器来控制电机的正反转，当电机反转时，丝杆相对地面平行面的垂直方向上移动，扭矩传感器检测出圆锥头往田地里下钻时的实时转矩，转矩跟土壤阻力成线性关系，即转矩的大小反应土壤耕作阻力大小，控制器实时接收并处理由扭矩传感器传输的扭矩信号和电机的转速信号，处理后的扭矩信号为土壤耕作阻力数据信号，控制器将土壤耕作阻力数据信号传输给车载显示控制器，车载显示控制器实时存储传输过来的土壤耕作阻力，将不同大小的土壤耕作阻力根据阻力范围进行分类，并实时绘制行走路径且与土壤耕作阻力分类相对应，实现田地的规划；本发明使用基准站和车载导航仪获取车辆精确的位置速度信息，提高农机的定位精度，使用土壤阻力检测装置实时检测土壤耕作阻力，根据土壤耕作阻力选择农机机型，均衡利用农机资源，车载显示控制器中存储有各类土壤耕作阻力的田地地图，即将一块田地分成不同的小块，各类农机根据车载显示控制器中规划好的田地进行耕作，保证每小块的耕作效率最高，解决了人们一直想解决的技术难题，可用于农机耕作时自动驾驶的控制工作中。
附图说明
图1为本发明的控制结构连接框图。
图2为本发明中土壤耕作阻力检测装置的一种结构示意图。
图3为本发明中土壤耕作阻力检测装置的另一种结构示意图。
其中，1圆锥头，2丝杆，3销子，301定位键，4从动齿轮，5主动齿轮，6输出轴，7电机，8扭矩传感器，9上支撑板，10螺母，11下支撑板，12壳体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例1
如图1和图2所示的基于北斗导航的农业机械自动驾驶控制装置，包括差分基准站、自动驾驶仪和土壤耕作阻力检测装置，差分基准站包括测量天线一，测量天线一上连接有测量接收机一，测量接收机一通过RS232接口连接有发射电台，自动驾驶仪包括车载导航仪、车载显示控制器、电动方向盘控制器和导向轮控制器，车载导航仪包括测量天线二、三轴姿态传感器和接收电台，测量天线二上连接有测量接收机二，所述三轴姿态传感器和接收电台均通过RS232接口与测量接收机二的输入口连接，测量接收机二与车载显示控制器连接，方向盘转向控制器包括电动方向盘、转向控制驱动器和方向盘角度传感器，车载显示控制器与电动方向盘连接，电动方向盘与方向盘角度传感器的输入口连接，方向盘角度传感器的输出口与转向控制驱动器的输入口连接；土壤耕作阻力检测装置包括控制器、电机7和丝杆，电机7上设有输出轴6，输出轴6上连接有主动齿轮5，主动齿轮5上啮合连接有从动齿轮4，从动齿轮4与丝杆连接，丝杆2上连接有螺母10，丝杆2下端连接有圆锥头1，丝杆2上端连接有扭矩传感器8，电机7和扭矩传感器8均与控制器电连接，螺母10相对从动齿轮4轴向中心对称设置在上支撑板9和下支撑板11间的丝杆2上，螺母10与从动齿轮4通过销子3连接，上支撑板9和下支撑板11连接在壳体12的内壁上，控制器的输出口与车载显示控制器连接。
本发明工作时，测量天线一接收BDS、GPS星座的导航信号，导航信号传输给测量接收机一，测量接收机一对接收到的导航信号进行捕获跟踪和定位解算，并获得高精度的伪距与载波相位观测数据，定位解算结果、伪距和载波相位观测数据通过RS232接口传送给发射电台，发射电台将数据向外部广播，广播处的数据被接受电台接收，测量接收机二接收BDS星座的导航信号，测量接收机二对接收到的导航信号进行捕获跟踪、定位解算，进行捕获跟踪、定位解算，定位解算后与从基准站上传输过来的数据做融合解算，获取车辆自身精确位置速度信息，通过三轴姿态传感器获取车辆自身的三向姿态信息，车载导航仪将车辆的位置速度信息发送给车载显示控制器，车载显示控制器将车辆的位置与原来设定好的路径作对比，车载显示控制器通过电动方向盘控制器控制电动方向盘的转向，电动方向盘的转动带动导向轮的转动，通过导向轮转角传感器检测导向轮的转向角，导向轮转角传感器将导向轮的转向角信号传输给车载显示控制器，车载显示控制器根据转向角信号继续通过转向驱动控制器控制电动方向盘的转动，循环以上动作，直至车辆位置与原先设定的路径一致，电动方向盘和导向轮不再做调整动作；农机工作前，圆锥头1与地面刚好接触，农机开始工作时，给电机7通电，输出轴6旋转，输出轴6的转动带动主动齿轮5的转动，主动齿轮5的转动带动从动齿轮4的转动，从动齿轮4的转动带动丝杆2的转动，丝杆2在螺母10的作用下相对地面平行面的垂直方向下移动，车载显示控制器上实时显示丝杆2的下降距离，并发送控制信号给控制器来控制电机7的正反转，当电机7反转时，丝杆2相对地面平行面的垂直方向上移动，扭矩传感器8检测出圆锥头1往田地里下钻时的实时转矩，转矩跟土壤阻力成线性关系，即转矩的大小反应土壤耕作阻力大小，控制器实时接收并处理由扭矩传感器8传输的扭矩信号和电机7的转速信号，处理后的扭矩信号为土壤耕作阻力数据信号，控制器将土壤耕作阻力数据信号传输给车载显示控制器，车载显示控制器实时存储传输过来的土壤耕作阻力，将不同大小的土壤耕作阻力根据阻力范围进行分类，并实时绘制行走路径且与土壤耕作阻力分类相对应，实现田地的规划；本发明使用基准站和车载导航仪获取车辆精确的位置速度信息，提高农机的定位精度，对于不同田地相同农机机型耕作时，由于土壤耕作阻力的不同，导致耕作效率也不同，土壤耕作阻力大的田地，农机耕作效率相对较低；对于需要几辆农机同时耕作的田地来说，一整块田地中由于潮湿度不均匀，同一田地各个地块的土壤耕作阻力也不尽相同，当大功率的农机耕作土壤耕作阻力小的地块，小功率的农机耕作土壤耕作阻力大的地块，这将导致由于农机资源的分配不当而降低整体的耕作效率，为了均衡农机资源使农机耕作效率达到最高，本发明中采用土壤耕作阻力检测装置和自动驾驶仪的配合使用，根据土壤耕作阻力的分类选择农机机型，均衡利用农机资源，车载显示控制器中存储有各类土壤耕作阻力的田地地图，即将一块田地分成不同的小块，各类农机根据车载显示控制器中规划好的田地进行作业，有效保证每小块的耕作效率最高，从而使整块田地的耕作效率最高，解决了人们一直想解决的技术难题，可用于农机耕作时自动驾驶的控制工作中。
实施例2
如图3所示的基于北斗导航的农业机械自动驾驶控制装置，与实施例1的不同之处在于，螺母10与从动齿轮4通过定位键301连接。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明保护范围内。
Claims (6)
1.基于北斗导航的农业机械自动驾驶控制方法，其特征在于，实施自动驾驶控制方法使用的控制装置包括差分基准站、自动驾驶仪和土壤耕作阻力检测装置，所述差分基准站包括测量天线一，测量天线一上连接有测量接收机一，测量接收机一通过RS232接口连接有发射电台，所述自动驾驶仪包括车载导航仪、车载显示控制器、电动方向盘控制器和导向轮转向角度传感器，所述车载导航仪与车载显示控制器连接，所述电动方向盘控制器和导向轮转向角度传感器的输出口分别与车载显示控制器连接，土壤耕作阻力检测装置包括控制器、电机和丝杆，电机中设有输出轴，输出轴与丝杆传动连接，丝杆上连接有螺母，丝杆下端连接有圆锥头，丝杆上端连接有扭矩传感器，电机和扭矩传感器均与控制器的输入口连接；所述输出轴上连接有主动齿轮，主动齿轮上啮合连接有从动齿轮，从动齿轮与丝杆连接，螺母相对从动齿轮轴向中心对称设置在上支撑板和下支撑板间的丝杆上，上支撑板和下支撑板与壳体连接；自动驾驶控制方法包括以下步骤：
（1）农机工作前，先调整圆锥头的位置，使圆锥头与地面刚好接触；
（2）农机开始工作时，给电机通电，输出轴旋转，输出轴的转动带动主动齿轮的转动，主动齿轮的转动带动从动齿轮的转动，从动齿轮的转动带动丝杆的转动，丝杆在螺母的作用下相对地面平行面的垂直方向向下移动，车载显示控制器上实时显示丝杆的下降距离，并发送控制信号给控制器来控制电机的正反转，当电机反转时，丝杆相对地面平行面的垂直方向上移动，扭矩传感器检测出圆锥头往田地里下钻时的实时转矩，转矩跟土壤阻力成线性关系，即转矩的大小反应土壤耕作阻力大小，控制器实时接收并处理由扭矩传感器传输的扭矩信号和电机的转速信号，处理后的扭矩信号为土壤耕作阻力数据信号；
（3）测量天线一接收BDS、GPS星座的导航信号，导航信号传输给测量接收机一，测量接收机一对接收到的导航信号进行捕获跟踪和定位解算，并获得高精度的伪距与载波相位观测数据，定位解算结果、伪距和载波相位观测数据通过RS232接口传送给发射电台，发射电台将数据向外部广播，广播处的数据被接受电台接收，测量接收机二接收BDS星座的导航信号，测量接收机二对接收到的导航信号进行捕获跟踪、定位解算，进行捕获跟踪、定位解算，定位解算后与从基准站上传输过来的数据做融合解算，获取车辆自身精确位置速度信息，通过三轴姿态传感器获取车辆自身的三向姿态信息，车载导航仪将车辆的位置速度信息发送给车载显示控制器，车载显示控制器将车辆的位置与原来设定好的路径作对比，车载显示控制器通过电动方向盘控制器控制电动方向盘的转向，电动方向盘的转动带动导向轮的转动，通过导向轮转角传感器检测导向轮的转向角，导向轮转角传感器将导向轮的转向角信号传输给车载显示控制器，车载显示控制器根据转向角信号继续通过转向驱动控制器控制电动方向盘的转动，循环以上动作，直至车辆位置与原先设定的路径一致，电动方向盘和导向轮不再做调整动作；
（4）控制器将土壤耕作阻力数据信号传输给车载显示控制器，车载显示控制器实时存储传输过来的土壤耕作阻力，将不同大小的土壤耕作阻力根据阻力范围进行分类，并实时绘制行走路径且与土壤耕作阻力分类相对应，实现田地的规划，根据土壤耕作阻力的分类选择农机机型。
2.根据权利要求1所述的基于北斗导航的农业机械自动驾驶控制方法，其特征在于：螺母和从动齿轮通过销子或定位键连接。
3.根据权利要求1或2所述的基于北斗导航的农业机械自动驾驶控制方法，其特征在于：所述控制器的输出口与车载显示控制器连接。
4.根据权利要求1所述的基于北斗导航的农业机械自动驾驶控制方法，其特征在于：所述车载导航仪包括测量天线二、三轴姿态传感器和接收电台，测量天线二上连接有测量接收机二，所述三轴姿态传感器和接收电台均通过RS232接口与测量接收机二的输入口连接，测量接收机二的输出口与车载显示控制器连接。
5.根据权利要求4所述的基于北斗导航的农业机械自动驾驶控制方法，其特征在于：所述方向盘转向控制器包括电动方向盘、转向控制驱动器和方向盘角度传感器，所述车载显示控制器与电动方向盘的输入口连接，电动方向盘与方向盘角度传感器的输入口连接，方向盘角度传感器的输出口与转向控制驱动器。
6.根据权利要求5所述的基于北斗导航的农业机械自动驾驶控制方法，其特征在于：所述电动方向盘与导向轮相对连接，导向轮转角传感器安装在导向轮上。
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Application publication date: 20160831 Assignee: Jiangsu Changfa Agricultural Equipment Co., Ltd. Assignor: Yangzhou University Contract record no.: 2019320000058 Denomination of invention: Automatic driving of agricultural machinery control method based on Beidou navigation Granted publication date: 20190301 License type: Exclusive License Record date: 20190322 |