CN109819757B - 一种联合收获机的收获边界定位跟踪系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种联合收获机的收获边界定位跟踪系统及方法。所述定位跟踪系统包括：第一触杆式传感器、第二触杆式传感器、电子罗盘、边界跟踪控制系统和电控液压转向系统，通过第一触杆式传感器、第二触杆式传感器获取第一相对位置信息和第二相对位置信息，通过电子罗盘获得航向信息，通过边界跟踪控制系统根据第一相对位置信息、第二相对位置信息和航向信息产生转向信号，通过电控液压转向系统根据转向信号驱动转向轮转动，实现收获边界的定位与跟踪。本发明的第一触杆式传感器、第二触杆式传感器和电子罗盘成本低廉，而且不易受到环境的影响，提高了工作过程的稳定性。

Description

一种联合收获机的收获边界定位跟踪系统及方法

技术领域

本发明涉及农机装备领域，特别涉及一种联合收获机的收获边界定位跟踪系统及方法。

背景技术

农业机械自动导航是精准农业技术体系中的一项关键技术，它的作用是使农业机械按照优化的作业路径工作，减少重复作业区和遗漏作业区的面积，提高农业机械的田间作业质量和效率、降低驾驶员劳动强度。

农业机械自动导航要解决的首要问题是定位。定位主要有2种方式：一种是绝对定位，即测量农业机械在地理空间中的绝对位置，代表性的是基于全球导航卫星系统(GNSS)的位置定位方法；另一种是相对定位，即测量农业机械与目标路径的相对位置，典型的相对定位方法是基于机器视觉的位置定位方法。

以播种机为例，在播种机进行播种作业前，地块会先经旋耕机进行耕整。播种机在田间进行导航作业时，无明显的参照物，因此播种机导航多采用的是基于绝对定位方式的卫星导航系统。在保证不出现漏播、重播的前提下，播种机导航路径直线度越高，其作业效率越高，同时直线度较高的播种路径，也有利于后续的施肥、除草、收获等农业生产过程。

联合收获机的导航作业与播种机导航作业有较大区别，联合收获机的作业对象为田间生长的农作物，且已作业区与待作业区存在明显的收获边界，因此联合收获机导航多采用的是基于相对定位方式的视觉导航系统。联合收获机在收获作业过程中主要以满幅收割率作为作业质量的评价标准。满幅收割率指的是在联合收获机在收割过程中，保持不漏割的前提下维持满幅收割的比例。

但是现有的卫星导航系统和视觉导航系统购置费用高，高昂的成本阻碍了卫星导航系统和视觉导航系统在联合收获机上的推广应用；并且，卫星导航系统和视觉导航系统易受环境因素影响，工作过程中稳定性不高，影响联合收获机的作业效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种联合收获机的收获边界定位跟踪系统及方法，以解决卫星导航系统和视觉导航系统的成本高昂阻碍其在联合收获机上推广应用的技术缺陷，并提高联合收获机的工作过程的稳定性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种联合收获机的收获边界定位跟踪系统，所述定位跟踪系统包括：第一触杆式传感器、第二触杆式传感器、电子罗盘、边界跟踪控制系统和电控液压转向系统；

所述第一触杆式传感器安装于联合收获机的割台的左侧分禾器的前部，所述第二触杆式传感器安装于焊接在所述联合收获机的底盘右侧的横梁上；所述电子罗盘和所述边界跟踪控制系统安装于所述联合收获机的驾驶室内；所述电控液压转向系统的活塞杆与所述联合收获机的转向轮连接；

所述第一触杆式传感器与所述边界跟踪控制系统连接，所述第一触杆式传感器用于采集所述联合收获机与田间秸秆的第一相对位置信息，并将所述第一相对位置信息发送给所述边界跟踪控制系统；

所述第二触杆式传感器与所述边界跟踪控制系统连接，所述第二触杆式传感器用于采集所述联合收获机与田间秸秆的第二相对位置信息，并将所述第二相对位置信息发送给所述边界跟踪控制系统；

所述电子罗盘与所述边界跟踪控制系统连接，所述电子罗盘用于获取所述联合收获机的航向信息，并将所述航向信息发送给所述边界跟踪控制系统；

所述边界跟踪控制系统与所述电控液压转向系统连接，所述边界跟踪控制系统用于根据所述第一相对位置信息、所述第二相对位置信息和所述航向信息产生转向信号，并将所述转向信号发送给所述电控液压转向系统；

所述电控液压转向系统用于根据所述转向信号驱动所述转向轮转动，进行边界的跟踪。

可选的，所述第一触杆式传感器包括触杆式传感装置、放大电路和第一单片机；

所述触杆式传感装置与所述放大电路的输入端连接，所述触杆式传感装置用于采集所述联合收获机与田间秸秆的相对位置的模拟电压信号，并将所述模拟电压信号输出给所述放大电路；

所述放大电路的输出端与所述第一单片机连接，所述放大电路用于对模拟电压信号放大，并将放大后的模拟电压信号输出给所述第一单片机；所述模拟电压信号包括第一模拟电压信号和第二模拟电压信号；

所述第一单片机与所述边界跟踪控制系统连接，所述第一单片机通过AD端口获取所述放大后的模拟电压信号，对放大后的模拟电压信号进行分级，输出相应的数字信号，得到第一相对位置信息，并将所述第一相对位置信息传输给所述边界跟踪控制系统；所述第一相对位置信息包括第一状态信息和第二状态信息。

可选的，所述触杆式传感装置包括：主梁、底座、分禾器、左侧臂、右侧臂、第一压力传感器、第二压力传感器、第一支撑杆和第二支撑杆、第一电动推杆和第二电动推杆；

所述底座固定连接在所述联合收获机的割台的左侧分禾器的前部；所述底座包括横梁和台阶部，所述横梁位于所述台阶部的右侧，所述横梁和所述台阶部为一体成型结构；

所述主梁的一端与所述分禾器固定连接；所述主梁的另一端与所述底座的台阶部上固定设置的第一轴承座铰接；

所述第一电动推杆的一端与所述底座的横梁上固定设置的第二轴承座铰接，所述第一电动推杆的另一端与所述主梁的右侧面上固定设置的第三轴承座铰接，所述第一电动推杆用于调节所述横梁与所述底座的夹角；

所述左侧臂的一端与所述横梁的左侧面合页连接，所述右侧臂的一端与所述横梁的右侧面合页连接；

所述第二电动推杆的一端通过固定支座固定在所述主梁上，所述第二电动推杆的另一端分别与所述第一支撑杆的一端和所述第二支撑杆的一端铰接，所述第一支撑杆的另一端与所述左侧臂上设置的角铁轴连接，所述第二支撑杆的另一端与所述右侧臂上设置的角铁轴连接；所述第二电动推杆用于调节所述左侧臂和所述右侧臂之间的开度；

所述第一压力传感器设置在所述左侧臂上，所述第一压力传感器的输出端与所述放大电路连接，所述第一压力传感器用于检测田间秸秆对所述左侧臂的压力，得到第一模拟电压信号，并将所述第一模拟电压信号传输给所述放大电路；

所述第二压力传感器设置在所述右侧臂上，所述第二压力传感器的输出端与所述放大电路连接，所述第二压力传感器用于检测田间秸秆对所述右侧臂的压力，得到第二模拟电压信号，并将所述第二模拟电压信号传输给所述放大电路。

可选的，所述左侧臂包括底板和接触板，所述底板与所述接触板的一端合页连接；所述底板和所述接触板的另一端通过轻质弹簧连接，所述第一压力传感器设置在所述接触板和所述底板之间，并固定在所述底板上，当所述接触板受到阻力时，所述轻质弹簧收缩，所述接触板向所述第一压力传感器施加压力，所述第一压力传感器产生第一模拟电压信号。

可选的，所述触杆式传感装置还包括遥控器，所述遥控器分别与所述第一电动推杆和所述第二电动推杆无线连接，所述遥控器用于控制所述第一电动推杆调节所述主梁与所述底座的夹角，控制所述第二电动推杆调节所述左侧臂和所述右侧臂之间的开度。

可选的，所述电控液压转向系统包括功率放大器、电液比例阀、转向液压缸；

所述功率放大器分别与所述边界跟踪控制系统和所述电液比例阀连接，所述功率放大器用于接收所述边界跟踪控制系统发送转向信号，将所述转向信号转换成转向驱动电流，并将所述转向驱动电流发送给所述电液比例阀；

所述电液比例阀设置在所述转向液压缸的液压油入口位置，所述电液比例阀用于根据所述转向驱动电流的驱动控制流入所述转向液压缸的液压油的流量和压力，进而驱动所述转向液压缸的活塞杆进行往复运动带动转向轮转动。

可选的，所述定位跟踪系统还包括角度传感器，所述角度传感器设置在转向轮上，所述角度传感器与所述边界跟踪控制系统连接，所述角度传感器用于检测所述转向轮转动的角度，得到转动角度信号，并将所述转动角度信号反馈给所述边界跟踪控制系统，所述边界跟踪控制系统还用于根据所述转动角度信号调节所述转向信号。

可选的，所述边界跟踪控制系统包括降压整形电路和第二单片机；

所述降压整形电路分别与所述角度传感器和所述第二单片机连接，所述降压整形电路用于对所述转动角度信号进行降压处理，并将处理后的转动角度信号发送给所述第二单片机；所述第二单片机利用AD端口采集所述处理后的转动角度信号，得到转角信息；

所述第二单片机分别与所述第一触杆式传感器、所述第二触杆式传感器、所述电子罗盘和所述电控液压转向系统连接，所述第二单片机用于根据所述第一相对位置信息、所述第二相对位置信息和所述航向信息产生转向信号，并根据所述转角信息调整所述转向信号，并将调整后的转向信号发送给所述电控液压转向系统。

一种联合收获机的收获边界定位跟踪方法，所述定位跟踪方法包括如下步骤：

获取第一相对位置信息、第二相对位置信息和航向信息，所述第一相对位置信息包括第一状态信息和第二状态信息，所述第二相对位置信息包括第三状态信息和第四状态信息；

根据所述第一相对位置信息，获得第一状态信号；根据所述第二相对位置信息，获得第二状态信号；

判断所述第一状态信号的状态与所述第二状态信号的状态是否相同，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示所述第一状态信号的状态与所述第二状态信号的状态相同，则根据所述第一状态信号的状态和所述第二状态信号的状态，产生转向信号，驱动联合收获机的电控液压转向系统；

若所述第一判断结果表示所述第一状态信号的状态与所述第二状态信号的状态不相同，则判断所述第一状态信号的状态与所述航向信息是否相同，得到第二判断结果；

若所述第二判断结果表示所述第一状态信号的状态与所述航向信息相同，则根据所述第一状态信号的状态，产生转向信号，驱动联合收获机的电控液压转向系统；

若所述第二判断结果表示所述第一状态信号的状态与所述航向信息不相同，则判断所述第二状态信号的状态与所述航向信息是否相同，得到第三判断结果；

若所述第三判断结果表示所述第二状态信号的状态与所述航向信息相同，则根据所述第二状态信号的状态，产生转向信号，驱动联合收获机的电控液压转向系统；

若所述第三判断结果表示所述第二状态信号的状态与所述航向信息不相同，则根据所述航向信息，产生转向信号，驱动联合收获机的电控液压转向系统。

可选的，根据所述第一相对位置信息，获得第一状态信号，具体包括：

判断所述第一相对位置信息的第一状态信息是否为高电平，得到第四判断结果；

若所述第四判断结果表示所述第一状态信息为高电平，则判断所述第一相对位置信息的第二状态信息是否为高电平，得到第五判断结果；

若所述第五判断结果表示所述第二状态信息为高电平，则所述第一状态信号的状态设置为左偏；

若所述第五判断结果表示所述第二状态信息不是高电平，则所述第一状态信号的状态设置为直行；

若所述第四判断结果表示所述第一相对位置信息不是高电平，则将所述状态信号的状态设置为右偏。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开了一种联合收获机的收获边界定位跟踪系统及方法，所述定位跟踪系统包括：第一触杆式传感器、第二触杆式传感器、电子罗盘、边界跟踪控制系统和电控液压转向系统，通过第一触杆式传感器、第二触杆式传感器获取第一相对位置信息和第二相对位置信息，通过电子罗盘获得航向信息，通过边界跟踪控制系统根据第一相对位置信息、第二相对位置信息和航向信息产生转向信号，通过电控液压转向系统根据转向信号驱动转向轮转动，实现收获边界的定位与跟踪，以达到辅助驾驶的目的，提高满割幅收割率、作业效率，减轻驾驶员劳动强度、提升智能化水平。本发明无需卫星导航系统和视觉导航系统，而且本发明的第一触杆式传感器、第二触杆式传感器和电子罗盘，成本低廉，不易受到环境的影响，提高了工作过程的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种联合收获机的收获边界定位跟踪系统的结构图；

图2为本发明提供的第一触杆式传感器和第二触杆式传感器的安装位置示意图；

图3为本发明提供的一种联合收获机的收获边界定位跟踪系统的一种优选实施方式的结构图；

图4为本发明提供的触杆式传感装置的结构图；

图5为本发明提供的根据第一相对位置信息进行状态判断的原理图；

图6为本发明提供的一种联合收获机的收获边界定位跟踪方法的流程图；

图7为本发明提供的实现本发明的定位跟踪系统及方法的控制原理图。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种联合收获机的收获边界定位跟踪系统及方法，以解决卫星导航系统和视觉导航系统的成本高昂阻碍其在联合收获机上推广应用的技术缺陷，并提高联合收获机的工作过程的稳定性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对发明作进一步详细的说明。

实施例1

本发明实施例1提供了一种联合收获机的收获边界定位跟踪系统。

如图1，所述定位跟踪系统包括：第一触杆式传感器1、第二触杆式传感器2、电子罗盘3、边界跟踪控制系统4和电控液压转向系统5；如图2所示，所述第一触杆式传感器1安装于联合收获机的割台的左侧分禾器的前部，所述第二触杆式传感器2安装于焊接在所述联合收获机的底盘右侧的横梁上，所述横梁使第二触杆式传感器2离地高度保持与第一触杆式传感器1离地面的高度一致，使第二触杆式传感器2的中心线与联合收获机割台右侧的分禾器的中心线保持一致(重合)；所述电子罗盘3和所述边界跟踪控制系统4安装于所述联合收获机的驾驶室内(驾驶室内的中轴固定板上)；所述电控液压转向系统5的活塞杆与所述联合收获机的转向轮连接；所述第一触杆式传感器1与所述边界跟踪控制系统4连接，所述第一触杆式传感器1用于采集所述联合收获机与田间秸秆的第一相对位置信息，并将所述第一相对位置信息发送给所述边界跟踪控制系统4；所述第二触杆式传感器2与所述边界跟踪控制系统4连接，所述第二触杆式传感器2用于采集所述联合收获机与田间秸秆的第二相对位置信息，并将所述第二相对位置信息发送给所述边界跟踪控制系统4；所述电子罗盘3与所述边界跟踪控制系统连接4，所述电子罗盘3用于获取所述联合收获机的航向信息，并将所述航向信息发送给所述边界跟踪控制系统4；所述边界跟踪控制系统4与所述电控液压转向系统5连接，所述边界跟踪控制系统4用于根据所述第一相对位置信息、所述第二相对位置信息和所述航向信息产生转向信号，并将所述转向信号发送给所述电控液压转向系统5；所述电控液压转向系统5用于根据所述转向信号驱动所述转向轮转动，进行边界的跟踪。

实施例2，本发明实施例2提供一种联合收获机的收获边界定位跟踪系统的优选的实施方式，但是本发明的实施不限于本发明实施例2所限定的实施方式。

如图3所示，所述定位跟踪系统还包括角度传感器，所述角度传感器设置在转向轮上，所述角度传感器与所述边界跟踪控制系统4连接，所述角度传感器用于检测所述转向轮转动的角度，得到转动角度信号，并将所述转动角度信号反馈给所述边界跟踪控制系统4，所述边界跟踪控制系统4还用于根据所述转动角度信号调节所述转向信号。所述电子罗盘3获取的航向信息通过RS485传输给所述边界跟踪控制系统4。所述电控液压转向系统5包括功率放大器、电液比例阀、转向液压缸；所述功率放大器分别与所述边界跟踪控制系统4和所述电液比例阀连接，所述功率放大器用于接收所述边界跟踪控制系统4发送转向信号，将所述转向信号转换成转向驱动电流，并将所述转向驱动电流发送给所述电液比例阀；所述电液比例阀设置在所述转向液压缸的液压油入口位置，所述电液比例阀用于根据所述转向驱动电流的驱动控制流入所述转向液压缸的液压油的流量和压力，进而驱动所述转向液压缸的活塞杆进行往复运动带动转向轮转动。

所述边界跟踪控制系统4包括降压整形电路和第二单片机；所述降压整形电路分别与所述角度传感器和所述第二单片机连接，所述降压整形电路用于对所述转动角度信号(模拟信号)进行降压处理，并将处理后的转动角度信号发送给所述第二单片机(型号为：STM32F4)，所述第二单片机利用AD端口采集所述处理后的转动角度信号，得到转角信息；所述第二单片机分别与所述第一触杆式传感器、所述第二触杆式传感器、所述电子罗盘和所述电控液压转向系统连接，所述第二单片机用于根据所述第一相对位置信息、所述第二相对位置信息和所述航向信息产生转向信号，并根据所述转角信息信号调整所述转向信号，并将调整后的转向信号发送给所述电控液压转向系统。

所述第一触杆式传感器包括触杆式传感装置、放大电路和第一单片机，所述放大电路的输入端分别与所述第一压力传感器106和所述触杆式传感装置连接，所述放大电路的输出端与所述第一单片机连接，所述触杆式传感装置用于采集联合收获机与田间秸秆的相对位置信息并输出模拟电压信号，所述模拟电压信号包括第一模拟电压信号和第二模拟电压信号；所述放大电路用于对模拟电压信号放大，并将放大后的模拟电压信号输出给所述第一单片机；所述第一单片机与所述边界跟踪控制系统连接，所述第一单片机通过AD端口获取所述放大后的模拟电压信号，对信号进行滤波并对模拟电压进行分级，输出相应的数字信号，得到第一相对位置信息，所述第一相对位置信息包括第一状态信息和第二状态信息，并将所述第一相对位置信息传输给所述边界跟踪控制系统。具体的，模拟电压信号经过放大电路处理后传输至STM32F4单片机中，单片机通过AD引脚采集放大后的模拟电压信号，对采集的模拟电压信号进行滤波、分级。电压分为6，(0,0.66]V为5级对应数字信号5，(0.66,1.32]V为4级对应数字信号4，类推至(2.64,3.3]V为1级对应数字信号1，(3.3,4]V为0级对应数字信号0。0级代表触杆式传感装置与田间秸秆无接触，1级代表后轮转角为2°，2级代表后轮转角为4°，类推至5级代表后轮转角为10°，当电压值U∈(0，3.3]V时，表明触杆式传感装置的接触板与田间秸秆接触，此时是低电平；当电压值U为(3.3,4]V时，表明此时接触板与田间秸秆无接触，此时是高电平。单片机完成信号的分级后，将相应的数字信号通过串口发送至STM32F4主控制器中。STM32F4主控制器接收数字信号并根据所述分级关系，对数字信号进行分析，判断此时联合收获机的相对田间秸秆的位置。当联合收获机此时处于直行时，电控液压转向系统不动作。当联合收获机此时处于左偏时，边界跟踪控制器对电控液压转向系统发出指令使转向后轮向左转向；处于右偏时，则转向后轮向右转，使联合收获机重新沿作物收割边界行驶。

如图4所示，所述触杆式传感装置包括：主梁101、底座102、分禾器103、左侧臂104、右侧臂105、第一压力传感器106、第二压力传感器(图4中未示出)、第一支撑杆107和第二支撑杆108、第一电动推杆109和第二电动推杆110；所述底座102固定连接在所述联合收获机的割台的左侧分禾器103的前部；所述底座102包括横梁和台阶部，所述横梁位于所述台阶部的右侧，所述横梁和所述台阶部为一体成型结构；所述主梁的一端与所述分禾器103固定连接；所述主梁的另一端与所述底座102的台阶部上固定设置的第一轴承座铰接；所述第一电动推杆109的一端与所述底座102的横梁上固定设置的第二轴承座铰接，所述第一电动推杆109的另一端与所述主梁的右侧面上固定设置的第三轴承座铰接，所述第一电动推杆109用于调节所述横梁与所述底座102的夹角；所述左侧臂104的一端与所述横梁的左侧面合页(a)连接，所述右侧臂105的一端与所述横梁的右侧面合页(a)连接；所述第二电动推杆110的一端通过固定支座固定在所述主梁上，所述第二电动推杆110的另一端分别与所述第一支撑杆107的一端和所述第二支撑杆108的一端铰接，所述第一支撑杆107的另一端与所述左侧臂104上设置的角铁(b)轴连接，所述第二支撑杆108的另一端与所述右侧臂105上设置的角铁(b)轴连接；所述第二电动推杆110用于调节所述左侧臂104和所述右侧臂105之间的开度；所述第一压力传感器106设置在所述左侧臂104上，所述第一压力传感器106的输出端与所述放大电路连接，所述第一压力传感器106用于检测田间秸秆对所述左侧臂的压力，得到第一模拟电压信号，并将所述第一模拟电压信号传输给所述放大电路；所述第二压力传感器设置在所述右侧臂105上，所述第二压力传感器的输出端与所述放大电路连接，所述第二压力传感器用于检测田间秸秆对所述右侧臂的压力，得到第二模拟电压信号，并将所述第二模拟电压信号传输给所述放大电路。

所述左侧臂104包括底板111和接触板112，所述底板111与所述接触板112的一端合页连接；所述底板111和所述接触板112的另一端通过轻质弹簧连接，所述第一压力传感器106设置在所述接触板111和所述底板112之间，并固定在所述底板111上，当所述接触板112受到阻力时，所述轻质弹簧收缩，所述接触板向所述第一压力传感器106施加压力，所述第一压力传感器106产生第一模拟电压信号。所述右侧臂的结构与所述左侧壁相同。所述触杆式传感装置还包括遥控器，所述遥控器分别与所述第一电动推杆109和所述第二电动推杆110无线连接，所述遥控器用于控制所述第一电动推杆109调节所述主梁与所述底座102的夹角，控制所述第二电动推杆110调节所述左侧臂104和所述右侧臂105之间的开度。

所述第二触杆式传感器传感器的结构与所述第一触杆式传感器的结构相同，所述第二触杆式传感器用于获取第二相对位置信息，所述第二相对位置信息包括第三状态信息和第四状态信息；所述第二触杆式传感器包括设置于左侧臂的第三压力传感器和设置于右侧臂的第四压力传感器，分别用于获取第三模拟电压信号和第四模拟电压信号，所述第三模拟电压信号和所述第四模拟电压信号经所述放大电路和所述第一单片机处理得到第三状态信息和第四状态信息，所述第三状态信息和所述第四状态信息组成所述第二相对位置信息。

所述触杆式传感装置触杆在工作时：如图5所示，当触杆式传感装置不与田间秸秆接触时，触杆式传感装置输出的模拟电压信号经放大电路进行放大，电压放大极限为4V。触杆式传感装置触杆受力越大输出电压越低，受力超过100N时，输出的电压值接近0V。当电压值U∈(0，3.3]V时，表明触杆式传感装置接触杆与田间秸秆接触；当电压值U为(3.3,4]V时，表明此时接触杆与田间秸秆无接触。当触杆式传感装置右侧与田间秸秆接触，左侧与田间秸秆不接触时，将此种情形定义为联合收获机处于直线行驶状态；当触杆式传感装置左右两侧均与田间秸秆接触时，将此种情形定义为联合收获处于右偏；当触杆式传感装置左右两侧均不与田间秸秆接触时，将此种情形定义为联合收获处于左偏。

实施例3

本发明实施例3提供一种联合收获机的收获边界定位跟踪方法。

如图6所示，所述定位跟踪方法包括如下步骤：获取第一相对位置信息、第二相对位置信息和航向信息S3，所述第一相对位置信息包括第一状态信息和第二状态信息，所述第二相对位置信息包括第三状态信息和第四状态信息；根据所述第一相对位置信息，获得第一状态信号S1；根据所述第二相对位置信息，获得第二状态信号S2；判断所述第一状态信号S1的状态与所述第二状态信号S2的状态是否相同，得到第一判断结果；若所述第一判断结果表示所述第一状态信号S1的状态与所述第二状态信号S2的状态相同，则根据所述第一状态信号S1的状态和所述第二状态信号S2的状态，产生转向信号，驱动联合收获机的电控液压转向系统；若所述第一判断结果表示所述第一状态信号S1的状态与所述第二状态信号S2的状态不相同，则判断所述第一状态信号S1的状态与所述航向信息S3是否相同，得到第二判断结果；若所述第二判断结果表示所述第一状态信号S1的状态与所述航向信息S3相同，则根据所述第一状态信号S1的状态，产生转向信号，驱动联合收获机的电控液压转向系统；若所述第二判断结果表示所述第一状态信号S1的状态与所述航向信息S3不相同，则判断所述第二状态信号S2的状态与所述航向信息S3是否相同，得到第三判断结果；若所述第三判断结果表示所述第二状态信号S2的状态与所述航向信息S3相同，则根据所述第二状态信号的状态，产生转向信号，驱动联合收获机的电控液压转向系统；若所述第三判断结果表示所述第二状态信号S2的状态与所述航向信息S3不相同，则根据所述航向信息S3，产生转向信号，驱动联合收获机的电控液压转向系统。

根据所述航向信息S3，产生转向信号，之后还包括，获取转动角度信号，并根据所述转动角度信号调整所述转向信号。

其中，表1为第一触杆式传感器的两个压力传感器获取的第一状态信息和第二状态信息与第一状态信号的对照关系，第二触杆式传感器的两个压力传感器获取的第三状态信息和第四状态信息与第二状态信号的对照关系。根据所述第一相对位置信息，获得第一状态信号，如表1所示，具体包括：判断所述第一相对位置信息的第一状态信息是否为高电平，得到第四判断结果；若所述第四判断结果表示所述第一状态信息为高电平，则判断所述第一相对位置信息的第二状态信息是否为高电平，得到第五判断结果；若所述第五判断结果表示所述第二状态信息为高电平，则所述第一状态信号的状态设置为左偏；若所述第五判断结果表示所述第二状态信息不是高电平，则所述第一状态信号的状态设置为直行；若所述第四判断结果表示所述第一相对位置信息不是高电平，则将所述状态信号的状态设置为右偏。根据所述第二相对位置信息，获得第二状态信号的方式与根据所述第一相对位置信息，获得第一状态信号的方式相同。因为联合收获机按照顺时针的回字形路线在田间进行收获作业，所以不存在触杆式传感装置左侧臂与秸秆接触、右侧臂不与秸秆接触的情形，即表1中不存在的情形，表1中“+”代表高电平，“-”代表低电平。

表1

如图7所示，本发明的联合收获机的收获边界定位跟踪系统及方法，通过第一触杆式传感器、第二触杆式传感器、电子罗盘、角度传感器进行采集；第一触杆式传感器、第二触杆式传感器采集联合收获机与田间秸秆的相对位置信息，触杆式传感器(第一触杆式传感器、第二触杆式传感器)数据采样频率设定为2000Hz，通道数为4，每通道400个点取平均值，作为联合收获机触觉定位的收获边界跟踪参数。在进行联合收获机的自动导航作业前，先手动控制联合收获机在田间进行直线行驶，得到一条利于进行联合收获机触觉定位的收获跟踪边界线，电子罗盘采集此时的航向信息，作为第一条辅助导航信息；在后续的联合收获机自动导航作业中，电子罗盘实时采集航向信息，作为实时辅助导航信息。角度传感器安装在联合收获机转向机构的转向轮桥上，测量转向角信息并以模拟电压信号形式输出，经降压整形电路处理后，输给联合收获机边界跟踪控制器，并基于本发明的定位跟踪方法进行定位跟踪。本发明实现了收获边界的定位与跟踪，以达到辅助驾驶的目的，提高满割幅收割率、作业效率，减轻驾驶员劳动强度、提升智能化水平。本发明无需卫星导航系统和视觉导航系统，而且本发明的第一触杆式传感器、第二触杆式传感器和电子罗盘3，成本低廉，不易受到环境的影响，提高了工作过程的稳定性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种联合收获机的收获边界定位跟踪系统，其特征在于，所述定位跟踪系统包括：第一触杆式传感器、第二触杆式传感器、电子罗盘、边界跟踪控制系统和电控液压转向系统；

所述第一触杆式传感器安装于联合收获机的割台的左侧分禾器的前部，所述第二触杆式传感器安装于焊接在所述联合收获机的底盘右侧的横梁上；所述电子罗盘和所述边界跟踪控制系统安装于所述联合收获机的驾驶室内；所述电控液压转向系统的活塞杆与所述联合收获机的转向轮连接；

所述第一触杆式传感器与所述边界跟踪控制系统连接，所述第一触杆式传感器用于采集所述联合收获机与田间秸秆的第一相对位置信息，并将所述第一相对位置信息发送给所述边界跟踪控制系统；

所述第二触杆式传感器与所述边界跟踪控制系统连接，所述第二触杆式传感器用于采集所述联合收获机与田间秸秆的第二相对位置信息，并将所述第二相对位置信息发送给所述边界跟踪控制系统；

所述电子罗盘与所述边界跟踪控制系统连接，所述电子罗盘用于获取所述联合收获机的航向信息，并将所述航向信息发送给所述边界跟踪控制系统；

所述边界跟踪控制系统与所述电控液压转向系统连接，所述边界跟踪控制系统用于根据所述第一相对位置信息、所述第二相对位置信息和所述航向信息产生转向信号，并将所述转向信号发送给所述电控液压转向系统；

所述电控液压转向系统用于根据所述转向信号驱动所述转向轮转动，进行边界的跟踪；

所述第一触杆式传感器包括触杆式传感装置、放大电路和第一单片机；

所述触杆式传感装置与所述放大电路的输入端连接，所述触杆式传感装置用于采集所述联合收获机与田间秸秆的相对位置的模拟电压信号，并将所述模拟电压信号输出给所述放大电路；

所述放大电路的输出端与所述第一单片机连接，所述放大电路用于对模拟电压信号放大，并将放大后的模拟电压信号输出给所述第一单片机；所述模拟电压信号包括第一模拟电压信号和第二模拟电压信号；

所述第一单片机与所述边界跟踪控制系统连接，所述第一单片机通过AD端口获取所述放大后的模拟电压信号，对放大后的模拟电压信号进行分级，输出相应的数字信号，得到第一相对位置信息，并将所述第一相对位置信息传输给所述边界跟踪控制系统，所述第一相对位置信息包括第一状态信息和第二状态信息；

所述触杆式传感装置包括：主梁、底座、分禾器、左侧臂、右侧臂、第一压力传感器、第二压力传感器、第一支撑杆和第二支撑杆、第一电动推杆和第二电动推杆；

所述底座固定连接在所述联合收获机的割台的左侧分禾器的前部；所述底座包括横梁和台阶部，所述横梁位于所述台阶部的右侧，所述横梁和所述台阶部为一体成型结构；

所述主梁的一端与所述分禾器固定连接；所述主梁的另一端与所述底座的台阶部上固定设置的第一轴承座铰接；

所述第一电动推杆的一端与所述底座的横梁上固定设置的第二轴承座铰接，所述第一电动推杆的另一端与所述主梁的右侧面上固定设置的第三轴承座铰接，所述第一电动推杆用于调节所述横梁与所述底座的夹角；

所述左侧臂的一端与所述横梁的左侧面合页连接，所述右侧臂的一端与所述横梁的右侧面合页连接；

所述第二电动推杆的一端通过固定支座固定在所述主梁上，所述第二电动推杆的另一端分别与所述第一支撑杆的一端和所述第二支撑杆的一端铰接，所述第一支撑杆的另一端与所述左侧臂上设置的角铁轴连接，所述第二支撑杆的另一端与所述右侧臂上设置的角铁轴连接；所述第二电动推杆用于调节所述左侧臂和所述右侧臂之间的开度；

所述第一压力传感器设置在所述左侧臂上，所述第一压力传感器的输出端与所述放大电路连接，所述第一压力传感器用于检测田间秸秆对所述左侧臂的压力，得到第一模拟电压信号，并将所述第一模拟电压信号传输给所述放大电路；

所述第二压力传感器设置在所述右侧臂上，所述第二压力传感器的输出端与所述放大电路连接，所述第二压力传感器用于检测田间秸秆对所述右侧臂的压力，得到第二模拟电压信号，并将所述第二模拟电压信号传输给所述放大电路。

2.根据权利要求1所述的联合收获机的收获边界定位跟踪系统，其特征在于，所述左侧臂包括底板和接触板，所述底板与所述接触板的一端合页连接；所述底板和所述接触板的另一端通过轻质弹簧连接，所述第一压力传感器设置在所述接触板和所述底板之间，并固定在所述底板上，当所述接触板受到阻力时，所述轻质弹簧收缩，所述接触板向所述第一压力传感器施加压力，所述第一压力传感器产生第一模拟电压信号。

3.根据权利要求1所述的联合收获机的收获边界定位跟踪系统，其特征在于，所述触杆式传感装置还包括遥控器，所述遥控器分别与所述第一电动推杆和所述第二电动推杆无线连接，所述遥控器用于控制所述第一电动推杆调节所述主梁与所述底座的夹角，控制所述第二电动推杆调节所述左侧臂和所述右侧臂之间的开度。

4.根据权利要求1所述的联合收获机的收获边界定位跟踪系统，其特征在于，所述电控液压转向系统包括功率放大器、电液比例阀、转向液压缸；

所述功率放大器分别与所述边界跟踪控制系统和所述电液比例阀连接，所述功率放大器用于接收所述边界跟踪控制系统发送转向信号，将所述转向信号转换成转向驱动电流，并将所述转向驱动电流发送给所述电液比例阀；

所述电液比例阀设置在所述转向液压缸的液压油入口位置，所述电液比例阀用于根据所述转向驱动电流的驱动控制流入所述转向液压缸的液压油的流量和压力，进而驱动所述转向液压缸的活塞杆进行往复运动带动转向轮转动。

5.根据权利要求1所述的联合收获机的收获边界定位跟踪系统，其特征在于，所述定位跟踪系统还包括角度传感器，所述角度传感器设置在转向轮上，所述角度传感器与所述边界跟踪控制系统连接，所述角度传感器用于检测所述转向轮转动的角度，得到转动角度信号，并将所述转动角度信号反馈给所述边界跟踪控制系统，所述边界跟踪控制系统还用于根据所述转动角度信号调节所述转向信号。

6.根据权利要求5所述的联合收获机的收获边界定位跟踪系统，其特征在于，所述边界跟踪控制系统包括降压整形电路和第二单片机；

所述降压整形电路分别与所述角度传感器和所述第二单片机连接，所述降压整形电路用于对所述转动角度信号进行降压处理，并将处理后的转动角度信号发送给所述第二单片机，所述第二单片机利用AD端口采集所述处理后的转动角度信号，得到转角信息；

所述第二单片机分别与所述第一触杆式传感器、所述第二触杆式传感器、所述电子罗盘和所述电控液压转向系统连接，所述第二单片机用于根据所述第一相对位置信息、所述第二相对位置信息和所述航向信息产生转向信号，并根据所述转角信息调整所述转向信号，并将调整后的转向信号发送给所述电控液压转向系统。

7.一种联合收获机的收获边界定位跟踪方法，其特征在于，所述定位跟踪方法包括如下步骤：

获取第一相对位置信息、第二相对位置信息和航向信息，所述第一相对位置信息包括第一状态信息和第二状态信息，所述第二相对位置信息包括第三状态信息和第四状态信息；所述第一相对位置信息为安装于联合收获机的割台的左侧分禾器的前部的第一触杆式传感器采集的联合收获机与田间秸秆的相对位置信息，第一状态信息和第二状态信息分别为第一触杆式传感器的触杆式传感装置的第一压力传感器和第二压力传感器采集得到的压力信息；所述第二相对位置信息为安装于联合收获机的底盘右侧的横梁上的第二触杆式传感器采集的联合收获机与田间秸秆的相对位置信息，第三状态信息和第四状态信息分别为第二触杆式传感器的触杆式传感装置的第一压力传感器和第二压力传感器采集得到的压力信息；

根据所述第一相对位置信息，获得第一状态信号；根据所述第二相对位置信息，获得第二状态信号；

判断所述第一状态信号的状态与所述第二状态信号的状态是否相同，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示所述第一状态信号的状态与所述第二状态信号的状态相同，则根据所述第一状态信号的状态和所述第二状态信号的状态，产生转向信号，驱动联合收获机的电控液压转向系统；

若所述第一判断结果表示所述第一状态信号的状态与所述第二状态信号的状态不相同，则判断所述第一状态信号的状态与所述航向信息是否相同，得到第二判断结果；

若所述第二判断结果表示所述第一状态信号的状态与所述航向信息相同，则根据所述第一状态信号的状态，产生转向信号，驱动联合收获机的电控液压转向系统；

若所述第二判断结果表示所述第一状态信号的状态与所述航向信息不相同，则判断所述第二状态信号的状态与所述航向信息是否相同，得到第三判断结果；

若所述第三判断结果表示所述第二状态信号的状态与所述航向信息相同，则根据所述第二状态信号的状态，产生转向信号，驱动联合收获机的电控液压转向系统；

若所述第三判断结果表示所述第二状态信号的状态与所述航向信息不相同，则根据所述航向信息，产生转向信号，驱动联合收获机的电控液压转向系统。

8.根据权利要求7所述的联合收获机的收获边界定位跟踪方法，其特征在于，根据所述第一相对位置信息，获得第一状态信号，具体包括：

判断所述第一相对位置信息的第一状态信息是否为高电平，得到第四判断结果；

若所述第四判断结果表示所述第一状态信息为高电平，则判断所述第一相对位置信息的第二状态信息是否为高电平，得到第五判断结果；

若所述第五判断结果表示所述第二状态信息为高电平，则所述第一状态信号的状态设置为左偏；

若所述第五判断结果表示所述第二状态信息不是高电平，则所述第一状态信号的状态设置为直行；

若所述第四判断结果表示所述第一相对位置信息不是高电平，则将所述状态信号的状态设置为右偏。

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