CN109997508A - 一种采棉机地形绘制方法 - Google Patents

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刘景平
张明华
李凯胜
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    • A01D—HARVESTING; MOWING
    • A01D46/00—Picking of fruits, vegetables, hops, or the like; Devices for shaking trees or shrubs
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Abstract

本发明属于采棉机控制领域，公开了一种采棉机地形绘制方法，所述的方法通过采棉机的采棉头前部的传感器收集数据并通过处理器处理；所述的方法为：步骤1：在采棉机行进的过程中，通过传感器采集地面的相对于基准面的高度数据；步骤2：将收集到的高度数据绘制成为地形图，并在地形图上标注任意位置的相对于基准面的高度；该方法将地形中遇到坑洼的地方予以评估，为采棉机的动作提供参考，避免采棉头触地损坏。

Description

一种采棉机地形绘制方法
技术领域
本发明属于采棉机控制领域，具体涉及一种采棉机地形绘制方法。
背景技术
采棉机大多在棉花集中种植区或棉花种植大省广泛使用，如新疆等地，采棉机的结构可以参考石河子大学的实用新型专利申请CN 201720317933.2公开了一种采棉机，包括：机架，机架上分别设置采摘部和箱体，采摘部与箱体之间设置输棉管，用于将采摘部采摘的棉花输送至箱体内。
采摘部也可以称作为采摘头，采摘头上设有多排摘锭，摘锭的结构可以参考星光正工(江苏)采棉机有限公司的发明专利申请CN 201610606669.4公开了一种采棉机摘锭，包括摘锭齿轮、摘锭杆、锥形摘锭头，所述摘锭齿轮连接于摘锭杆的一端，摘锭头连接于摘锭杆的另一端，摘锭齿轮、摘锭杆、摘锭头形成共轴线连接成整体，所述摘锭齿轮为锥形齿轮，摘锭齿轮的外周面均匀分布有若干个弧形齿，所述弧形齿沿着摘锭齿轮的轴线方向布置于摘锭齿轮外周，弧形齿沿着摘锭齿轮轴线方向的中心线与摘锭齿轮轴线在同一平面上。
现有的采棉机大多具有应对地形变化的智能控制系统，但是现在的智能控制系统在控制采摘头的时候，在遇到障碍物或长度较短的凹坑时，采摘头容易和障碍物碰撞，遇到深坑时，又不容易对植株进行全面采集，往往只采到棉花植株的上部。
综合来看，产生该缺陷的原因在于：对于采摘头对地形的适应能力不够，采摘头对地形仿形的控制程序算法模型不准确。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采棉机地形绘制方法，该方法将地形中遇到坑洼的地方予以评估，为采棉机的动作提供参考，避免采棉头触地损坏。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种采棉机地形绘制方法，所述的方法通过采棉机的采棉头前部的传感器收集数据并通过处理器处理；所述的方法的执行主体为处理器，处理器可以为机载处理器，也可以是远程处理器，通过适当的通信方式和采棉机进行通信。
所述的方法为：
步骤1：在采棉机行进的过程中，通过传感器采集地面的相对于基准面的高度数据；
步骤2：将收集到的高度数据绘制成为地形图，并在地形图上标注任意位置的相对于基准面的高度；
在步骤2中，若在地形图的某一区域低于基准面的高度，则判断该区域的长度是否小于等于L+L1+X2；若是，则将该区域相对于基准面的高度调整为0；若否，则按照传感器所采集的数据对该区域相对于基准面的高度进行标注；
L为传感器距离第一排摘锭的距离；L1为第一排摘锭至最后一排摘锭的距离；X1为用户自设定的长度保险系数值。
一般情况下，采棉头距离基准面的高度为100mm左右，比如50mm或70mm或120mm，根据各个不同厂家的机器设计而定。
在上述的采棉机地形绘制方法中，在步骤2中，若在地形图的某一区域为连续的上坡时，则判断该上坡的最大高度Hx是否小于Hc，若是，则将该区域相对于基准面的高度调整为0；若否，则按照传感器所采集的数据对该区域相对于基准面的高度进行标注；
其中，Hc为用户自设定的上坡面高度最低值。
在上述的采棉机地形绘制方法中，在步骤2中，若在地形图的某一区域为连续的下坡时，则判断该下坡的最大深度Ha是否小于Hd，若是，则将该区域相对于基准面的高度调整为0；若否，则按照传感器所采集的数据对该区域相对于基准面的高度进行标注；
其中，Hd为用户自设定的下坡面深度最低值。
在上述的采棉机地形绘制方法中，所述的传感器安装在距最前排第一个摘锭500mm～700mm的前方，用于检测采摘头前方的地形信息，传感器直接与地面接触，直接感应地面高低。
在上述的采棉机地形绘制方法中，所述的X1＝20～200mm。如40、60、80、100、150、170mm。
在上述的采棉机地形绘制方法中，Hc和Hd独立的选自10～50mm。可以为15、20、25、30、35、40、45mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的方法主要是为采棉机的采棉头提供地形的参考，并预先将地形中禁止或者不宜让采棉机动作的地形变动予以优化，使最后得到的地形即为采棉头动作的参考。
当然，在实际的操作过程中，采棉机的动作并不是唯一以该地形图作为参考，下文的实施例为着重描述。在本发明中，核心点在于，将不适宜采棉机动作的坑洼地形予以滤除，避免损害采棉头，即判断该区域的长度是否小于等于L+L1+X2来确定采棉头动作与否。
附图说明
图1为本发明的实施例1的采棉车的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。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。
实施例1
一种采棉机地形绘制方法，所述的方法通过采棉机的采棉头前部的传感器收集数据并通过处理器处理；其特征在于，所述的方法为：
步骤1：在采棉机行进的过程中，通过传感器采集地面的相对于基准面的高度数据；
步骤2：将收集到的高度数据绘制成为地形图，并在地形图上标注任意位置的相对于基准面的高度；
所述的传感器安装在距最前排第一个摘锭500mm～700mm的前方，用于检测采摘头前方的地形信息，传感器直接与地面接触，直接感应地面高低。
在步骤2中，需要判断一些地形变化是否适于采棉头动作。对于不适合采棉头动作的地形，应当予以过滤掉，将其标注为相对于基准面的高度为0。
下面逐一进行说明：
情况一：
在步骤2中，若在地形图的某一区域低于基准面的高度(判断某一区域的深度的方法根据传感器检测得到的数据与基准面的高度的差值可以得出，该区域可以是一个V字形的凹部，也可以是一个船型凹部)，则判断该区域的长度是否小于等于L+L1+X2；若是，则将该区域相对于基准面的高度调整为0；若否，则按照传感器所采集的数据对该区域相对于基准面的高度进行标注；
L为传感器距离第一排摘锭的距离；L1为第一排摘锭至最后一排摘锭的距离；X1为用户自设定的长度保险系数值。
一般情况下，采棉头距离基准面的高度为100mm左右，比如50mm或70mm或120mm，根据各个不同厂家的机器设计而定。
X1＝20～200mm。如40、60、80、100、150、170mm。
这种情况所代表的具体场景为：该坑洼长度较小，如果采棉头向下动作，则可能导致采棉头触地，因此应当严格避免这种情况出现。
情况二：
在步骤2中，若在地形图的某一区域为连续的上坡时(判断为连续上坡的依据在于传感器检测到一个区域的高度持续上升，本实施例所述的连续的上坡也包括突然出现的竖直障碍物。本实施例所述的连续的上坡的判断基准在于能够测得一个物体的最高点，如坡面的最高点、障碍物的最高点)，则判断该上坡的最大高度Hx是否小于Hc，若是，则将该区域相对于基准面的高度调整为0；若否，则按照传感器所采集的数据对该区域相对于基准面的高度进行标注；
其中，Hc为用户自设定的上坡面高度最低值。
Hc选自10～50mm；可以为15、20、25、30、35、40、45mm。
这种情况所代表的具体场景为：上坡的坡面高度明显不够采棉头距离地面的高度；这样采棉头动作将毫无疑义。
这种情况的设置目的在于：将小型坡面或障碍物予以去除。
情况三：
在步骤2中，若在地形图的某一区域为连续的下坡时(判断为连续下坡的依据在于传感器检测到一个区域的高度持续下降或者陡降，本实施例所述的连续的上坡的判断基准在于能够测得一个坡面的最低点，如坡面的最低点)，则判断该下坡的最大深度Ha是否小于Hd，若是，则将该区域相对于基准面的高度调整为0；若否，则按照传感器所采集的数据对该区域相对于基准面的高度进行标注；
其中，Hd为用户自设定的下坡面深度最低值。
Hd选自10～50mm。可以为15、20、25、30、35、40、45mm。
这种情况所代表的具体场景为：下坡的坡面高度明显不够采棉头距离地面的高度；这样采棉头动作将毫无疑义。
这种情况的设置目的在于：将小型下坡面予以去除。
此外，在步骤1中，描述了基准面，基准面一般是指车辆在启动的状态下的地面高度作为基准面，基准面的高度记为0。
但是在某些特殊情况下，涉及到基准面的调整，具体来说：
如果在步骤2的地形图上测得一端足够长(Lmax)的距离区域的高度高于或低于当前的基准面的高度且该高度保持在固定值；那么我们会重新设置基准面，将该足够长的距离区域内的地面高度设置在基准面。
这个足够长的长度Lmax应当远大于L+L1+X2。如若L+L1+X2为500mm，则我们可以将Lmax设定为1000-10000mm；如1米，当传感器持续的检测到一个区域的高度相对基准面低100mm，并且该区域的长度有10米，那么当传感器检测到该区域1米的位置时，则将步骤1中的基准面下调100mm，以该区域的地面作为基准面。
这种情况是为了应对阶梯式的农田而存在的设计。
当然这只是极其特殊的情况，在新疆、内蒙等地区，农田一般比较平整，这种情况不太可能存在。
并且本发明也不太建议该方法用于山区或丘陵地区，但是并不排斥这种情况出现。
下面结合多个实施例对本发明的地形绘制方法予以具体的详细说明
实施例2
参考图1，一种采棉机地形智能自适应方法，所述的采棉车1的采摘头4上由前而后设置多排摘锭2，所述的采摘头4上设有用于检测采棉机前方地形的传感器3；所述的方法为：
当传感器3检测到采棉机前方为上坡时，在T1秒后采摘头执行上升动作；其中，T1＝(L-X1)/V；
当传感器3检测到采棉机前方为下坡时，在T2秒后采摘头执行下降动作；其中，T2＝(L+L1+X2)/V；
L为传感器3距离第一排摘锭2的距离；L1为第一排摘锭2至最后一排摘锭2的距离；X1和X2为用户自设定的长度保险系数值：即上升动作提前量和下降动作滞后量；V为采棉机的车速。
上升动作的上升高度为H1＝Hx+Hy；
下降动作的下降高度为H2＝Ha-Hb；
其中Hx为传感器3检测到的上坡的竖直高度；Hy为用户自设定的高度值；
Ha为传感器3检测到的下坡的深度；Hb为用户自设定的高度值；Hb和Hy可以相同也可以不同
其中，X1、X2可以设置为30、50、80、100、150、200mm等。
1、X1的设计原则为根据液压系统的响应速度，在最前排的第一个摘锭2距离障碍物还有X1距离时，采棉头即上升到超过障碍物的高度，以避免碰撞障碍物，X1的设定方法为摘锭2不碰撞障碍物的条件下越小越好；
2、X2的设定为最后一个摘锭2经过障碍物后再经过X2的距离后，采棉头才开始下降动作，从而避免采摘头还没有完全进入到下坡面时就动作，进而避免碰撞。X2的设定原则是最后一个摘锭2经过凹坑或下坡边沿后，在不至使摘锭2碰撞障碍物的前提下越小越好。
Hy为10mm，Hb为20mm；Hy和Hb的设定原则为摘锭2高出障碍物或高于地面凹坑的深度位置，两个参数的设定原则是在摘锭2不碰撞障碍物的条件下越小越好；
本实施例采用了一个预设长度值X1、X2以提高设备的响应速度和合理性，其中在上升动作中，X1的存在可以使摘锭2在没有到达障碍物之前提前上升到超过障碍物的高度，以避免碰撞障碍物；在下降动作中，X2的存在可以延长响应时间，即在最后一个摘锭2经过障碍物后再经过X2的距离后，采棉头才下降，从而避免采摘头还没有完全进入到下坡面时就动作，进而避免碰撞。
在下坡的过程中，充分考虑到第一排摘锭2和最后一排摘锭2的距离L1，这是普通技术人员一直没有注意到的地方，如果不设置L1，则采摘头在面临下坡时非常容易和地面擦碰。
下坡和上坡的动作也利于采摘头对植株进行全面采摘。
实施例3
本实施例是对实施例2的进一步具体，本实施例主要描述当采棉机遇到地面凹坑的应对策略。
如果传感器3检测前方地形是一个凹坑，首先传感器3需要判断，这个坑是否足够深，如果只是很浅的一个坑，则采摘头动作是多余的，即当Ha小于Hd，说明这个坑不够深，则采棉机不执行下降动作；反之则需要进行下一步判断；
还需要判断这个凹坑是否足够长，如果坑太短，那么采摘头动作就没有任何意义，甚至于盲目的动作导致采摘头受损。
判断的依据在于，若坑的长度小于或等于L+L1+X2；则在经过该坑的下坡和上坡时采摘头均不执行上升动作和下降动作，即当传感器3检测到下坡信息，且在执行下降动作前传感器3已经感应到上坡信号，则采棉机不执行下降动作；若凹坑的长度大于L+L1+X2，则在经过该凹坑的下坡和上坡阶段时采摘头按照实施例2所述的方法执行。
如果坑的长度大于L+L1+X2，则动作过程为：
由于凹坑肯定是由下坡和上坡组成，即使垂直的上坡在本实施例中也归为上坡。
所以采摘头如实施例2所述方法进行完整的下坡的下降动作和上坡的上升动作。
实施例4
本实施例是对实施例2的进一步具体，本实施例主要描述当采棉机遇到障碍物的应对策略。
遇到障碍物所需要注意的仅一个方面，即这个障碍物是否够高，如果障碍物只是正常的地面轻微起伏，则采摘头的动作也没有任何意义。
具体的判断方法为，若Hx小于Hc，如障碍物低于10cm，则说明障碍物不够高，不执行任何动作保持原动作即可，反之则要按照实施例2的方法实施。
实施例5
本实施例是对实施例2的进一步具体，本实施例主要描述当采棉机遇到台阶的应对策略。
本实施例所述的台阶是指经过上坡或下坡后地面为较长的平面。
在这种情况下，分为两种策略应对。
策略1：若前方为上坡且上坡后是平地，则传感器3检测到采棉机前方为上坡时，在T1秒后采摘头执行上升动作；其中，T1＝(L-X1)/V，如实施例1；当上坡结束后，采摘头恢复到预设的平地采摘的高度H0，比如H0为10cm。
策略2：若前方为下坡且下坡后是平地，当传感器3检测到采棉机前方为下坡时，在T2秒后采摘头执行下降动作；其中，T2＝(L+L1+X2)/V，如实施例1；当下坡结束后，采摘头恢复到预设的平地采摘的高度H0，比如H0为10cm。
本实施例5和实施例3实际上可以结合起来分析。
在实施例3中，凹坑也可能会存在一种情况，即这个凹坑并不是V字形剖面结构，其可能是个下表面很平的结构，这个时候实施例3可以借鉴本实施例5，即当凹坑特别长时，可以在处于凹坑内的平地后将采摘头恢复到预设的平地采摘的高度H0。同理实施例4也可借鉴本实施例，如果障碍物长度较长，其上表面为平面，也可以结合本实施例4来进行实施。
为了更为清楚的描述什么情况下为平地，我们一般建议当连续的平面的长度大于L+L1+X2时，为平地。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种采棉机地形绘制方法，所述的方法通过采棉机的采棉头前部的传感器收集数据并通过处理器处理；其特征在于，所述的方法为：
步骤1：在采棉机行进的过程中，通过传感器采集地面的相对于基准面的高度数据；
步骤2：将收集到的高度数据绘制成为地形图，并在地形图上标注任意位置的相对于基准面的高度；
在步骤2中，若在地形图的某一区域低于基准面的高度，则判断该区域的长度是否小于等于L+L1+X2；若是，则将该区域相对于基准面的高度调整为0；若否，则按照传感器所采集的数据对该区域相对于基准面的高度进行标注；
L为传感器距离第一排摘锭的距离；L1为第一排摘锭至最后一排摘锭的距离；X1为用户自设定的长度保险系数值。
2.根据权利要求1所述的采棉机地形绘制方法，其特征在于，在步骤2中，若在地形图的某一区域为连续的上坡时，则判断该上坡的最大高度Hx是否小于Hc，若是，则将该区域相对于基准面的高度调整为0；若否，则按照传感器所采集的数据对该区域相对于基准面的高度进行标注；
其中，Hc为用户自设定的上坡面高度最低值。
3.根据权利要求1所述的采棉机地形绘制方法，其特征在于，在步骤2中，若在地形图的某一区域为连续的下坡时，则判断该下坡的最大深度Ha是否小于Hd，若是，则将该区域相对于基准面的高度调整为0；若否，则按照传感器所采集的数据对该区域相对于基准面的高度进行标注；
其中，Hd为用户自设定的下坡面深度最低值。
4.根据权利要求1-3任一所述的采棉机地形绘制方法，其特征在于，所述的传感器安装在距最前排第一个摘锭500mm～700mm的前方，用于检测采摘头前方的地形信息，传感器直接与地面接触，直接感应地面高低。
5.根据权利要求4所述的采棉机地形绘制方法，其特征在于，所述的X1＝20～200mm。
6.根据权利要求4所述的采棉机地形绘制方法，Hc和Hd独立的选自10～50mm。
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