CN107256024A - 一种通用型农业机械自动驾驶控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通用型农业机械自动驾驶控制装置，针对现有技术中农用机械在实际应用中，无法实现自动驾驶，占用人力，工作效率不高的问题，提出如下方案：包括GPS/BD定位模块、智能化控制器和农机管理平台服务器，所述GPS/BD定位模块用于获取车辆的位置信息，智能化控制器用于采集农业即系的运行参数并可对其控制，农业机械的位置信息和运行参数经GPRS网络上传至农机管理平台服务器，服务器决策农业机械的运行数据，智能化控制器根据运行数据实现对农业机械的自动驾驶控制。本发明通过获取的车辆位置和运行参数，可自动控制农业机械按照制定的路径作业，减少了人力的投入，有益效果显著，便于应用推广。
Description
技术领域
本发明涉及农业机械领域，尤其涉及一种通用型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。
随着卫星定位技术的成熟，越来越多的车企开始研发带有自动驾驶功能的私家车辆，也开始有人想到将这种无人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，但是现如今仍然处于摸索阶段，没有行之有效的方案可供实施。
申请号为201110332912.5的专利提出了一种方向盘式农业机械自动驾驶转向控制装置，能够执行其他装置的转向指令，既能够应用在液压式转向农业机械上，也可以应用在机械式转向农业机械上，同时安装简便，执行转向动作智能高效。该专利能够自动完成指令中所要求的转向操作，可以用作农业机械自主导航系统中的转向控制装置。但是目前应用于农用机械的自动驾驶技术领域仍然处于空白期，该专利无法有效应用于实际生产中，实际应用价值不大。
申请号为201620427348.3的专利提出了一种农业机械的自动驾驶控制装置，包括差分基准站、自动驾驶仪和导向轮转角测量装置，差分基准站包括测量天线一，测量天线一连接有测量接收机一，测量接收机一通过RS485232接口连接有发射电台；自动驾驶仪包括车载导航仪、车载显示控制器和转向驱动器，导向轮转角测量装置包括前桥，前桥上设有角位移传感器，角位移传感器与摆杆一端连接，摆杆另一端与连杆一端铰接，连杆另一端铰接有连接板，连接板连接在前桥前束上；车载导航仪与车载显示控制器连接，转向驱动器和角位移传感器分别与车载显示控制器连接，转向驱动器还连接有方向盘。通过上述装置协同工作提高工作精度。但是该专利结构过于复杂，投入使用成本过高，难度太大。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中农用机械在实际应用中，无法实现自动驾驶，占用人力，工作效率不高的问题，而提出了一种通用型农业机械自动驾驶控制装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种通用型农业机械自动驾驶控制装置，包括GPS/BD定位模块、智能化控制器和电液比例液压控制装置，所述GPS/BD定位模块与智能化控制器均设置于农业机械的驾驶室中，其特征在于，所述GPS/BD定位模块由卫星信号接收模块、GPRS网络通信模块和RS485通信接口组成；所述智能化控制器由微控制器及与其相连接的MEMS陀螺仪、速度传感器、液晶显示屏和RS485通信接口组成；
所述智能化控制器的微控制器的输出端连接有电液比例液压控制装置，所述电液比例液压控制装置包括主阀进油口、主阀出油口、单向阀、压力补偿阀、电磁截止阀、比例方向阀、直动式溢流阀、梭阀、第一号平衡阀、第二号平衡阀和油缸，所述主阀进油口与单向阀的出油口连通，主阀进油口与压力补偿阀的进油口连通，单向阀的进油口与主阀出油口连通，直动式溢流阀的一端与主阀出油口连通，直动式溢流阀的另一端与压力补偿阀的出油口连通，压力补偿阀的工作口与梭阀一端连通，压力补偿阀的工作口与电磁截止阀的进油口连通，电磁截止阀的出油口与比例方向阀的进油口连通，比例方向阀的出油口与主阀出油口连通，比例方向阀的两个工作口分别与梭阀的两端连通，比例方向阀的工作口与第一号平衡阀进油口连通，比例方向阀的工作口与第二号平衡阀进油口连通，第一号平衡阀的出油口与油缸一端连通，第二号平衡阀的出油口与油缸另一端连通。
优选地，所述智能化控制器的微控制器的输出端还连接有燃油表，输出控制端与农业机械的液压方向盘、离合控制器、刹车控制器和加速控制器，分别实现对农业机械的转向角度、驱动力离合、刹车系统和给油系统进行控制。
优选地，所述单向阀包括顶部为入口、底部为出口的管状壳体，所述管状壳体内部从上至下依次设有阀塞、弹簧和弹簧座；所述阀塞由圆锥形头部和圆柱形尾部组成；通过圆锥形头部和圆柱形尾部同时对管状壳体进行密封。
优选地，所述圆柱形尾部上表面设有密封垫，密封垫为橡胶材质。
优选地，所述弹簧座为圆盘形，弹簧座上均匀开有多个通孔。
优选地，所述弹簧座顶部设有圆环柱形弹簧安装槽。
优选地，所述弹簧座中心轴线和弹簧安装槽中心轴线相重，弹簧安装槽的内径略大于弹簧的直径。
优选地，所述弹簧座的直径大于管状壳体的出口直径。
优选地，所述圆锥形头部的中心轴线和圆柱形尾部的中心轴线相重合，圆柱形尾部的直径大于圆锥形头部的最大直径。
优选地，所述圆锥形头部的最大直径略大于管状壳体入口直径。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过获取的车辆位置和运行参数，有效地实现了农业机械自动运行的控制，可自动控制农业机械按照制定的路径作业，减少了人力的投入，有益效果显著，便于应用推广。
2、电液比例液压控制装置的结构简单，采用插装阀，集成度高，外型体积小，无泄露，操作控制精确简便，维修方便，工作稳定可靠，车辆运行平稳，节约能耗，减少空气污染，降低车辆运营成本。
3、单向阀的阀塞包括圆锥形头部和圆柱形尾部组成，通过圆锥形头部和圆柱形尾部同时对管状壳体进行密封，密封效果好。圆柱形尾部上表面设有密封垫，密封垫为橡胶材质，密封垫增加了阀塞与管状壳体之间的密封性。弹簧座为圆盘形，弹簧座上均匀开有多个通孔，设有多个通孔的弹簧座可增加阀体流量。
附图说明
图1为本发明提出的一种通用型农业机械自动驾驶控制装置的结构示意图；
图2为本发明提出的一种通用型农业机械自动驾驶控制装置的电液比例液压控制装置的结构示意图；
图3为本发明提出的一种通用型农业机械自动驾驶控制装置的单向阀的结构示意图；
图4为本发明提出的一种通用型农业机械自动驾驶控制装置的单向阀阀塞的结构示意图；
图5为本发明提出的一种通用型农业机械自动驾驶控制装置的单向阀弹簧座的结构示意图。
图中：1、主阀进油口，2、主阀出油口，3、单向阀，31、管状壳体，32、阀塞，33、弹簧，34、弹簧座，35、圆锥形头部，36、圆柱形尾部，37、密封垫，38、通孔，39、弹簧安装槽，4、压力补偿阀，5、电磁截止阀，6、比例方向阀，7、直动式溢流阀，8、梭阀，9、第一平衡阀，10、第二平衡阀，11、油缸。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例一
参照图1-2，一种通用型农业机械自动驾驶控制装置，可以使常规农用机械实现自动驾驶功能，通过获取的车辆位置和运行参数，有效地实现了农业机械自动运行的控制，可自动控制农业机械按照制定的路径作业，减少了人力的投入。
本装置由GPS/BD定位模块、智能化控制器和农机管理平台服务器组成，GPS/BD定位模块实现对农业机械的定位，智能化控制器不仅可采集农业机械的运行参数，而且还可自动控制农业机械的运行。农机管理平台服务器用于接收上传的农业机械的地理位置和运行状态参数，并可将制定的运行路径信息下发至智能化控制器，以控制农业机械按照制定的路径运行。
所述GPS/BD定位模块由卫星信号接收模块、RS485通信接口和GPRS485网络通信模块组成，卫星信号接收模块用于接收北斗卫星发送的定位信号，以确定出农业机械的经度、纬度数据；在北斗卫星不可用的情况下，其可通过接收GPS卫星信号进行定位。GPS/BD定位模块通过RS485通信接口与智能化控制器相连接，以实现GPS/BD定位模块与智能化控制器之间的数据传输。GPS网络通信模块经网关实现与农机管理平台服务器之间的通信，以实现相互之间的数据传输。
所述智能化控制器由微控制器及与其相连接的MEMS陀螺仪、速度传感器、燃油表、液晶显示屏和RS485通信接口组成，微控制器具有信号采集、数据运算和控制输出的作用。微控制器通过MEMS(微电子机械系统)陀螺仪来测量农业机械的转向角，改变了以往采用编码器必须采用连杆的弊端，延长了使用寿命。通过速度传感器、燃油表可分别采集农业机械的速度和剩余燃油量；通过液晶显示屏可对农业机械的运行参数进行显示，以便于驾驶室内的辅助驾驶人员观察车辆当前的运行状态。
智能化控制器通过RS485通信接口实现与GPS/BD定位模块的通信，以便上传所采集的车辆运行参数和接收农机管理平台服务器下发的运行路径数据。智能化控制器的微控制器的输出端与液压方向盘、离合控制器、刹车控制器、加速控制器、电液比例液压控制装置相连接，通过对液压方向盘的控制，可控制农业机械的转向角，以实现农业机械的转弯、掉头以及变更作业车道等。通过离合控制器、刹车控制器和加速控制器的控制，可分别实现农业机械的传动离合、刹车和给油控制，以确保农业机械的正常驾驶。通过对电液比例液压控制装置的控制，可以保证农用机械运行平稳，并且节约能耗，降低使用成本。
农业生产中，GPS/BD定位模块获取农业机械的经度、纬度坐标，智能化控制器采集车辆的各项运行参数，通过GPRS485网络通信模块将农业机械的位置坐标和运行参数上传至农机管理平台服务器中，农机管理平台服务器对接收到的数据进行存储、运算和管理，并下发农业机械的运动路径信息。智能化控制器根据接收到的运行路径信息，首先判断农业机械是否在规划的运行路径上，如果不在则作出适应性调整；智能化控制器根据规划的路径实现对农业机械的自动驾驶控制。
所述电液比例液压控制装置包括主阀进油口1、主阀出油口2、单向阀3、压力补偿阀4、电磁截止阀5、比例方向阀6、直动式溢流阀7、梭阀8、第一平衡阀9、第二平衡阀10和油缸11，所述主阀进油口1与单向阀3的出油口连通，主阀进油口1与压力补偿阀4的进油口连通，单向阀3的进油口与主阀出油口2连通，直动式溢流阀7的一端与主阀出油口2连通，直动式溢流阀7的另一端与压力补偿阀4的出油口连通，压力补偿阀4的工作口与梭阀8一端连通，压力补偿阀4的工作口与电磁截止阀5的进油口连通，电磁截止阀5的出油口与比例方向阀6的进油口连通，比例方向阀6的出油口与主阀出油口2连通，比例方向阀6的两个工作口分别与梭阀8的两端连通，比例方向阀6的工作口与第一平衡阀9进油口连通，比例方向阀6的工作口与第二平衡阀10进油口连通，第一平衡阀9的出油口与油缸11一端连通，第二平衡阀10的出油口与油缸11另一端连通。
在使用运行时，发动机发动后，农业机械前进时，液压泵输出的压力油进入主阀进油口1内，压力油通过压力补偿阀4进入电磁截止阀5内，当电磁截止阀5不得电时，压力油被截止，当电磁截止阀5得电时，压力油通过电磁截止阀5进入比例方向阀6内，当农业机械按照设定的方向行驶时，比例方向阀6不工作，当农业机械偏离给定的方向行驶时，智能化控制器就会发给比例方向阀6信号以纠正农业机械前进方向，当比例方向阀6的左侧电磁铁得电时，比例方向阀6处于交叉位，比例方向阀6将根据信号的大小确定比例方向阀6工作口的开口大小，实现压力油的比例控制，压力油经过第一平衡阀9、进入油缸11的右侧杆腔，从而控制油缸11的活塞向左移动，当比例方向阀6的右侧电磁铁得电时，比例方向阀6处于平行位，压力油经过平衡阀、第二平衡阀10进入油缸11的左侧杆腔，控制油缸11的活塞向右移动，油缸11控制农业机械的前进方向，达到农业机械按照设定的方向行驶；当油缸11活塞移动遇到较大的阻力时，此时压力升高，压力油通过梭阀8进入压力补偿阀4的工作口，切断压力补偿阀4的进油，避免压力持续升高而损坏农业机械。
实施例二
参照图3-5，所述单向阀3包括顶部为入口、底部为出口的管状壳体31，所述管状壳体31内部从上至下依次设有阀塞32、弹簧33和弹簧座34。所述阀塞32由圆锥形头部35和圆柱形尾部36组成，所述圆锥形头部35的中心轴线和圆柱形尾部36的中心轴线相重合，圆柱形尾部36的直径大于圆锥形头部35的最大直径。所述圆锥形头部35的最大直径略大于管状壳体31入口直径。通过圆锥形头部35和圆柱形尾部36同时对管状壳体31进行密封，密封效果好。
所述圆柱形尾部36上表面设有密封垫37，密封垫37为橡胶材质，密封垫37增加了阀塞32与管状壳体31之间的密封性。
所述弹簧座34为圆盘形，弹簧座34的直径大于管状壳体31的出口直径，弹簧座34上均匀开有多个通孔38，设有多个通孔38的弹簧座34可增加阀体流量。所述弹簧座34顶部设有圆环柱形弹簧安装槽39，弹簧座34中心轴线和弹簧安装槽39中心轴线相重，弹簧安装槽39的内径略大于弹簧33的直径。
工作过程中，液体从单向阀3的入口进入，阀塞32被顶开，液体流进管状壳体31内，并从弹簧座34上的通孔38流出。当要关闭单向阀3时,液体停止从入口进入,阀塞32在弹簧33的作用下,其圆锥形头部35堵住入口,此时,圆柱形尾部36的上表面与阀体侧壁紧贴,设置在圆柱形尾部36上表面的密封垫37增加了阀塞32与管状壳体31之间的密封性,彻底地防止了液体倒流,提高了阀体的控制精度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种通用型农业机械自动驾驶控制装置，包括GPS/BD定位模块、智能化控制器和电液比例液压控制装置，所述GPS/BD定位模块与智能化控制器均设置于农业机械的驾驶室中，其特征在于，所述GPS/BD定位模块由卫星信号接收模块、GPRS网络通信模块和RS485通信接口组成；所述智能化控制器由微控制器及与其相连接的MEMS陀螺仪、速度传感器、液晶显示屏和RS485通信接口组成；
所述智能化控制器的微控制器的输出端连接有电液比例液压控制装置，所述电液比例液压控制装置包括主阀进油口(31)、主阀出油口(32)、单向阀(33)、压力补偿阀(4)、电磁截止阀(5)、比例方向阀(6)、直动式溢流阀(7)、梭阀(8)、第一号平衡阀(9)、第二号平衡阀(10)和油缸(11)，所述主阀进油口(1)与单向阀(3)的出油口连通，主阀进油口(1)与压力补偿阀(4)的进油口连通，单向阀(3)的进油口与主阀出油口(2)连通，直动式溢流阀(7)的一端与主阀出油口(2)连通，直动式溢流阀(7)的另一端与压力补偿阀(4)的出油口连通，压力补偿阀(4)的工作口与梭阀(8)一端连通，压力补偿阀(4)的工作口与电磁截止阀(5)的进油口连通，电磁截止阀(5)的出油口与比例方向阀(6)的进油口连通，比例方向阀(6)的出油口与主阀出油口(2)连通，比例方向阀(6)的两个工作口分别与梭阀(8)的两端连通，比例方向阀(6)的工作口与第一号平衡阀(9)进油口连通，比例方向阀(6)的工作口与第二号平衡阀(10)进油口连通，第一号平衡阀(9)的出油口与油缸(11)一端连通，第二号平衡阀(10)的出油口与油缸(11)另一端连通。
2.根据权利要求1所述的一种通用型农业机械自动驾驶控制装置，其特征在于，所述智能化控制器的微控制器的输出端还连接有燃油表，输出控制端与农业机械的液压方向盘、离合控制器、刹车控制器和加速控制器，分别实现对农业机械的转向角度、驱动力离合、刹车系统和给油系统进行控制。
3.根据权利要求1所述的一种通用型农业机械自动驾驶控制装置，其特征在于，所述单向阀(3)包括顶部为入口、底部为出口的管状壳体(31)，所述管状壳体(31)内部从上至下依次设有阀塞(32)、弹簧(33)和弹簧座(34)；所述阀塞(32)由圆锥形头部(35)和圆柱形尾部(36)组成；通过圆锥形头部(35)和圆柱形尾部(36)同时对管状壳体(31)进行密封。
4.根据权利要求3所述的一种通用型农业机械自动驾驶控制装置，其特征在于，所述圆柱形尾部(36)上表面设有密封垫(37)，密封垫(37)为橡胶材质。
5.根据权利要求3所述的一种通用型农业机械自动驾驶控制装置，其特征在于，所述弹簧座(34)为圆盘形，弹簧座(34)上均匀开有多个通孔(38)。
6.根据权利要求3所述的一种通用型农业机械自动驾驶控制装置，其特征在于，所述弹簧座(34)顶部设有圆环柱形弹簧安装槽(39)。
7.根据权利要求3或6所述的一种通用型农业机械自动驾驶控制装置，其特征在于，所述弹簧座(34)中心轴线和弹簧安装槽(39)中心轴线相重，弹簧安装槽(39)的内径略大于弹簧(33)的直径。
8.根据权利要求3所述的一种通用型农业机械自动驾驶控制装置，其特征在于，所述弹簧座(34)的直径大于管状壳体(31)的出口直径。
9.根据权利要求3所述的一种通用型农业机械自动驾驶控制装置，其特征在于，所述圆锥形头部(35)的中心轴线和圆柱形尾部(36)的中心轴线相重合，圆柱形尾部(36)的直径大于圆锥形头部(35)的最大直径。
10.根据权利要求3所述的一种通用型农业机械自动驾驶控制装置，其特征在于，所述圆锥形头部(35)的最大直径略大于管状壳体(31)入口直径。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108052106A (zh) * | 2018-01-19 | 2018-05-18 | 东南大学 | 一种基于ros的无人驾驶农机路径跟踪系统 |
| CN109238284A (zh) * | 2018-08-29 | 2019-01-18 | 北京农业智能装备技术研究中心 | 一种农机自动导航中机具作业点的确定方法及系统 |
-
2017
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108052106A (zh) * | 2018-01-19 | 2018-05-18 | 东南大学 | 一种基于ros的无人驾驶农机路径跟踪系统 |
| CN109238284A (zh) * | 2018-08-29 | 2019-01-18 | 北京农业智能装备技术研究中心 | 一种农机自动导航中机具作业点的确定方法及系统 |
| CN109238284B (zh) * | 2018-08-29 | 2021-03-02 | 北京农业智能装备技术研究中心 | 一种农机自动导航中机具作业点的确定方法 |
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