CN110836655B - 机具作业姿态检测装置、农业作业机械及贴地作业方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机具作业姿态检测装置、农业作业机械及贴地作业方法，装置包括支架和用于与行走底盘连接的安装板，安装板上安装有一能上下移动的旋转部件，支架与旋转部件相连并能通过旋转部件转动调节倾斜角度，支架的两侧均设有用于支撑支架行走的地轮，检测装置还包括用于检测旋转部件高度的高度检测组件和用于检测支架倾斜角度的倾角检测组件。机械包括行走底盘、能调节高度和倾斜角度的作业机具以及机具作业姿态检测装置。方法包括获取高度差值和角度差值、依据高度差值和角度差值与预设阈值的比较结果调节作业机具高度和角度的步骤。本发明具有其结构简单紧凑、成本低、易于制作装配、工作稳定可靠、检测精准，可提高作业效果等优点。

Description

机具作业姿态检测装置、农业作业机械及贴地作业方法
技术领域
本发明涉及农业作业技术领域，具体涉及一种机具作业姿态检测装置、农业作业机械及贴地作业方法。
背景技术
油菜直播等旱地作业机械在田间行驶作业时，由于旱地对机具的支撑性好，行走底盘易受到地形变化的影响改变行驶姿态，进而影响后方作业机具的作业姿态。如行走底盘行驶至左右轮高度差较大的地块，而后方作业机具所处地块仍处在平地状态时，由于后方作业机具与前方行走底盘采用三点悬挂硬性连接，车身的侧倾将会通过连接部件传递至作业机具，导致作业机具的左右两侧离地高度出现高度差，作业时贴地性能较差，影响最终作业效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种结构简单紧凑、成本低、易于制作装配、工作稳定可靠、检测精准的机具作业姿态检测装置，还相应提供一种采用该机具作业姿态检测装置的农业作业机械以及该农业作业机械的贴地作业方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种机具作业姿态检测装置，包括支架和用于与行走底盘连接的安装板，所述安装板上安装有一能上下移动的旋转部件，所述支架与所述旋转部件相连并能通过旋转部件转动调节倾斜角度，所述支架的两侧均设有用于支撑支架行走的地轮，所述检测装置还包括用于检测旋转部件高度的高度检测组件和用于检测支架倾斜角度的倾角检测组件。
上述的机具作业姿态检测装置，优选的，所述高度检测组件包括距离传感器，所述距离传感器安装在安装板上并检测距离传感器与旋转部件之间的间距，所述倾角检测组件包括转角传感器，所述转角传感器与旋转部件相连并检测旋转部件的转动角度。
上述的机具作业姿态检测装置，优选的，所述支架上设有测量支架水平度的水平仪。
上述的机具作业姿态检测装置，优选的，所述安装板上设有一滑槽，所述旋转部件的转轴滑设安装在所述滑槽中。
一种农业作业机械，包括行走底盘和作业机具，所述作业机具通过升降组件以能调节高度的方式安装在行走底盘后方，所述作业机具的两侧均设有用于支撑作业机具行走的支撑轮，各支撑轮通过高度调节组件以能调节高度的方式安装在作业机具上，所述行走底盘后方还安装有上述的机具作业姿态检测装置，且机具作业姿态检测装置的两个所述地轮分别对应位于两个所述支撑轮的正前方。
一种上述农业作业机械的贴地作业方法，该贴地作业方法是，在行走底盘带着作业机具和机具作业姿态检测装置行进作业过程中，按照以下步骤控制升降组件和高度调节组件动作，以调整作业机具的高度和各支撑轮的高度：
（S1）高度检测组件检测旋转部件的高度值并获得代表支架高度变化量的高度差值，倾角检测组件检测支架的倾斜角度值并获得代表支架倾斜角度变化量的角度差值；
（S2）将高度差值与一预设高度阈值进行比较，将角度差值与一预设角度阈值进行比较，依据比较结果，采用以下方式控制升降组件和高度调节组件动作：
当高度差值大于预设高度阈值、且角度差值大于预设角度阈值时，升降组件调节作业机具的高度至使高度差值等于预设高度阈值，同时高度调节组件调节两个支撑轮的高度将作业机具的倾角调整至使角度差值等于预设角度阈值；
当高度差值大于预设高度阈值、且角度差值小于等于预设角度阈值时，升降组件调节作业机具的高度至使高度差值等于预设高度阈值，高度调节组件不动作；
当高度差值小于等于预设高度阈值、且角度差值大于预设角度阈值时，升降组件不动作，高度调节组件调节两个支撑轮的高度将作业机具的倾角调整至使角度差值等于预设角度阈值；
当高度差值小于等于预设高度阈值、且角度差值小于等于预设角度阈值时，升降组件和高度调节组件均不动作。
上述的贴地作业方法，优选的，在作业开始时，在作业机具处于水平且两个支撑轮均接地状态下，将高度检测组件检测的旋转部件的高度值作为预设初始高度值，将倾角检测组件检测的支架的倾斜角度值作为预设初始倾斜角度值；所述行走底盘上安装有用于检测行走底盘高度变化量和倾角变化量的传感器；所述高度差值是先将高度检测组件所检测旋转部件的高度值与所述预设初始高度值比较后获得高度差异值、再将该高度差异值与传感器所检测行走底盘的高度变化量比较后获得的差值；所述角度差值是先将倾角检测组件所检测支架的倾斜角度值与所述预设初始倾斜角度值比较后获得倾角差异值、再将该倾角差异值与传感器所检测行走底盘高的倾角变化量比较后获得的差值。
上述的贴地作业方法，优选的，所述步骤（S2）中，将支撑轮和地轮前后间距除以行走底盘的瞬时车速获得执行延后时间，使升降组件调节和高度调节组件的动作在该执行延后时间后执行。
上述的贴地作业方法，优选的，所述升降组件包括安装在行走底盘上由液压顶杆驱动升降的悬挂，所述作业机具连接于所述悬挂上；所述高度调节组件包括安装在作业机具上的电动推杆，所述支撑轮安装在电动推杆的伸缩杆上。
上述的贴地作业方法，优选的，所述升降组件调节作业机具的高度是通过控制液压顶杆长度变化执行时间来控制，所述高度调节组件调节两个支撑轮的高度是通过控制电动推杆长度变化执行时间来控制。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的机具作业姿态检测装置采用安装板、旋转部件和带有地轮的支架组合，形成使支架能随地形变化而相应改变高度和倾斜角度的路面信息感应机构，采用高度检测组件检测旋转部件高度变化、倾角检测组件检测支架倾斜角度变化，即可获得支架高度和倾斜角度的变化，进而获得路面地形变化信息，为机具的姿态调整提供真实可靠的数据。该机具作业姿态检测装置结构简单紧凑，对行走底盘负荷影响小，还具有成本低、易于制作装配、工作稳定可靠、检测精准的优点。
本发明的农业作业机械采用了本发明的机具作业姿态检测装置，其也具备该机具作业姿态检测装置所具备的优点，并且能够准确的响应地形对作业机具姿态的影响情况，其检测一致性好，能够为后续作业机具姿态调整提供真实可靠的数据。
本发明的贴地作业方法依据检测的旋转部件高度值和支架倾斜角度值，获得支架高度变化量和支架倾斜角度变化量，并将高度变化量与预设高度阈值比较、将倾斜角度变化量与预设角度阈值比较后，通过升降组件和高度调节组件调节作业机具的高度和倾斜角度与地形相适应，能够使作业机具始终贴地作业，保证农业作业机械作业稳定可靠，提高作业效果。
附图说明
图1为机具作业姿态检测装置的立体结构示意图。
图2为作业机具的局部立体结构示意图。
图3为贴地作业方法的流程图。
图例说明：
1、支架；11、地轮；2、安装板；21、滑槽；3、旋转部件；4、距离传感器；5、转角传感器；6、水平仪；100、作业机具；101、支撑轮；102、电动推杆。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本实施例的机具作业姿态检测装置，包括支架1和用于与行走底盘连接的安装板2，安装板2上安装有一能上下移动的旋转部件3，支架1与旋转部件3相连并能实现任意角度的转动，从而调节支架1倾斜角度，支架1的两侧均设有用于支撑支架1行走的地轮11，检测装置还包括用于检测旋转部件3高度的高度检测组件和用于检测支架1倾斜角度的倾角检测组件。地轮11贴地滚动，当地面左右高度变化时，地轮11带动支架1绕旋转部件3的转动轴线旋转，此时倾角检测组件检测支架1的倾斜角度变化，当地面发生起伏时地轮11带动支架1及旋转部件3上下移动，此时高度检测组件检测旋转部件3的高度变化（也即支架1的高度变化）。该机具作业姿态检测装置采用安装板2、旋转部件3和带有地轮11的支架1组合，形成使支架1能随地形变化而相应改变高度和倾斜角度的路面信息感应机构，采用高度检测组件检测旋转部件3高度变化、倾角检测组件检测支架1倾斜角度变化，即可获得支架1高度和倾斜角度的变化，进而获得路面地形变化信息，为机具的姿态调整提供真实可靠的数据。该机具作业姿态检测装置结构简单紧凑，对行走底盘负荷影响小，还具有成本低、易于制作装配、工作稳定可靠、检测精准的优点。
本实施例中，高度检测组件包括距离传感器4，距离传感器4安装在安装板2上并检测距离传感器4与旋转部件3之间的间距，倾角检测组件包括转角传感器5，转角传感器5与旋转部件3相连并检测旋转部件3的转动角度，由于支架1与旋转部件3连接，旋转部件3的转动角度也即支架1的转动角度。优选的，上述距离传感器4采用现有的光电距离传感器4，转角传感器5采用现有的能检测旋转部件3转动角度的角度传感器。
本实施例中，支架1上设有测量支架1水平度的水平仪6，便于观察支架1的水平度，方便支架1水平度校准。
本实施例中，安装板2上设有一滑槽21，旋转部件3的转轴滑设安装在滑槽21中，安装板2采用滑设结构在支架1上上下移动，其结构简单、运动稳定可靠。
一种农业作业机械，包括行走底盘和作业机具100，作业机具100通过升降组件以能调节高度的方式安装在行走底盘后方，作业机具100的两侧均设有用于支撑作业机具100行走的支撑轮101，各支撑轮101通过高度调节组件以能调节高度的方式安装在作业机具100上，行走底盘后方还安装有本实施例的机具作业姿态检测装置，且机具作业姿态检测装置的两个地轮11分别对应位于两个支撑轮101的正前方，以使两个地轮11和两个支撑轮101通过同一地形时变化一致，作业机具100和支架1的姿态变化也一致。该农业作业机械采用了本实施例的机具作业姿态检测装置，能够准确的响应地形对作业机具100姿态的影响情况，其检测一致性好，能够为后续作业机具100姿态调整提供真实可靠的数据。
本实施例中，行走底盘采用现有适用于农业作业的拖拉机，作业机具100为播种机具，播种机具为现有技术。当然，在其他实施例中，作业机具100也可以是其他的农业作业装置。
一种上述农业作业机械的贴地作业方法，该贴地作业方法是，在行走底盘带着作业机具100和机具作业姿态检测装置行进作业过程中，按照以下步骤控制升降组件和高度调节组件动作，以调整作业机具100的高度和各支撑轮101的高度（参见图3）：
（S1）高度检测组件检测旋转部件3的高度值并获得代表支架1高度变化量的高度差值，倾角检测组件检测支架1的倾斜角度值并获得代表支架1倾斜角度变化量的角度差值；
（S2）将高度差值与一预设高度阈值进行比较，将角度差值与一预设角度阈值进行比较，依据比较结果，采用以下方式控制升降组件和高度调节组件动作：
当高度差值大于预设高度阈值、且角度差值大于预设角度阈值时，升降组件调节作业机具100的高度至使高度差值等于预设高度阈值，同时高度调节组件调节两个支撑轮101的高度将作业机具100的倾角调整至使角度差值等于预设角度阈值；
当高度差值大于预设高度阈值、且角度差值小于等于预设角度阈值时，升降组件调节作业机具100的高度至使高度差值等于预设高度阈值，高度调节组件不动作；
当高度差值小于等于预设高度阈值、且角度差值大于预设角度阈值时，升降组件不动作，高度调节组件调节两个支撑轮101的高度将作业机具100的倾角调整至使角度差值等于预设角度阈值；
当高度差值小于等于预设高度阈值、且角度差值小于等于预设角度阈值时，升降组件和高度调节组件均不动作。
该贴地作业方法依据检测的旋转部件3高度值和支架1倾斜角度值，获得支架1高度变化量和支架1倾斜角度变化量，并将高度变化量与预设高度阈值比较、将倾斜角度变化量与预设角度阈值比较后，通过升降组件和高度调节组件调节作业机具100的高度和倾斜角度与地形相适应，能够使作业机具100始终贴地作业，保证农业作业机械作业稳定可靠，提高作业效果。
本实施例中，在作业开始时，在作业机具100处于水平且两个支撑轮101均接地状态下，将高度检测组件检测的旋转部件3的高度值作为预设初始高度值，将倾角检测组件检测的支架1的倾斜角度值作为预设初始倾斜角度值；行走底盘上安装有用于检测行走底盘高度变化量和倾角变化量的传感器，优选的，该传感器采用现有的三轴传感器；高度差值是先将高度检测组件所检测旋转部件3的高度值与预设初始高度值比较后获得高度差异值、再将该高度差异值与传感器所检测行走底盘的高度变化量比较后获得的差值；角度差值是先将倾角检测组件所检测支架1的倾斜角度值与预设初始倾斜角度值比较后获得倾角差异值、再将该倾角差异值与传感器所检测行走底盘高的倾角变化量比较后获得的差值。上述高度差值和角度差值的确定，排除了前方地形导致的行走底盘姿态变化对支架1的影响，从而能够得到真实的路况信息，保证了作业的平顺性，提高了作业效果。
上述高度差值获得方法具体举例如下：假如前方一个坑，导致行走底盘下降5cm（传感器所检测行走底盘的高度变化量），而此时地轮11遇到一个小土坡升高3cm，由于高度变化的累加，高度检测组件检测到的高度变化为8cm（也即高度检测组件所检测旋转部件3的高度值与预设初始高度值比较后获得高度差异值），将高度检测组件检测到的高度变化量8cm-行走底盘下降5cm，得到实际土坡使支架1升高的高度差值3cm。
本实施例中，步骤（S2）中，将支撑轮101和地轮11前后间距除以行走底盘的瞬时车速获得执行延后时间，使升降组件调节和高度调节组件的动作在该执行延后时间后执行。由于作业机具100的支撑轮101在机具作业姿态检测装置的地轮11后方，使升降组件调节和高度调节组件的动作在该执行延后时间后执行，正好是作业机具100运动到机具作业姿态检测装置所检测地面的位置，使作业机具100也正好适应该地面位置，保证了贴地效果。
本实施例中，如图2所示，升降组件包括安装在行走底盘上由液压顶杆驱动升降的悬挂（未在图中示出），作业机具100连接于悬挂上，液压顶杆驱动悬挂升降运动，进而带着作业机具100升降运动调节高度，由液压顶杆驱动升降的悬挂采用由液压顶杆驱动升降的传统三点悬挂，成本较低。高度调节组件包括安装在作业机具100上的电动推杆102，支撑轮101安装在电动推杆102的伸缩杆上，电动推杆102的伸缩杆伸缩运动可带着支撑轮101升降运动调整高度。
在调节调整作业机具100的高度和各支撑轮101的高度时，通过控制液压顶杆的伸缩杆伸缩时间以及控制电动推杆102的伸缩杆伸缩时间，来控制调整量。具体是：根据需要调整的角度变化量计算电动推杆102伸长收缩量，然后将伸长收缩量转化为电动推杆102长度变化执行时间t1，根据需要调整的高度变化量计算液压顶杆的伸长收缩量，然后将伸长收缩量转化为电动推杆长度变化执行时间t2。
本实施例中执行延后时间由车速传感器获得。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种机具作业姿态检测装置，其特征在于：包括支架(1)和用于与行走底盘连接的安装板(2)，所述安装板(2)上安装有一能上下移动的旋转部件(3)，所述支架(1)与所述旋转部件(3)相连并能通过旋转部件(3)转动，所述支架(1)的两侧均设有用于支撑支架(1)行走的地轮(11)，所述检测装置还包括用于检测旋转部件(3)高度的高度检测组件和用于检测支架(1)倾斜角度的倾角检测组件；所述高度检测组件包括距离传感器(4)，所述距离传感器(4)安装在安装板(2)上并检测距离传感器(4)与旋转部件(3)之间的间距，所述倾角检测组件包括转角传感器(5)，所述转角传感器(5)与旋转部件(3)相连并检测旋转部件(3)的转动角度。
2.根据权利要求1所述的机具作业姿态检测装置，其特征在于：所述支架(1)上设有测量支架(1)水平度的水平仪(6)。
3.根据权利要求1所述的机具作业姿态检测装置，其特征在于：所述安装板(2)上设有一滑槽(21)，所述旋转部件(3)的转轴滑设安装在所述滑槽(21)中。
4.一种农业作业机械，包括行走底盘和作业机具(100)，其特征在于：所述作业机具(100)通过升降组件以能调节高度的方式安装在行走底盘后方，所述作业机具(100)的两侧均设有用于支撑作业机具(100)行走的支撑轮(101)，各支撑轮(101)通过高度调节组件以能调节高度的方式安装在作业机具(100)上，所述行走底盘后方还安装有权利要求1至3中任一项所述的机具作业姿态检测装置，且机具作业姿态检测装置的两个所述地轮(11)分别对应位于两个所述支撑轮(101)的正前方。
5.一种权利要求4所述农业作业机械的贴地作业方法，其特征在于：该贴地作业方法是，在行走底盘带着作业机具(100)和机具作业姿态检测装置行进作业过程中，按照以下步骤控制升降组件和高度调节组件动作，以调整作业机具(100)的高度和各支撑轮(101)的高度：
(S1)高度检测组件检测旋转部件(3)的高度值并获得代表支架(1)高度变化量的高度差值，倾角检测组件检测支架(1)的倾斜角度值并获得代表支架(1)倾斜角度变化量的角度差值；在作业开始时，在作业机具(100)处于水平且两个支撑轮(101)均接地状态下，将高度检测组件检测的旋转部件(3)的高度值作为预设初始高度值，将倾角检测组件检测的支架(1)的倾斜角度值作为预设初始倾斜角度值；所述行走底盘上安装有用于检测行走底盘高度变化量和倾角变化量的传感器；所述高度差值是先将高度检测组件所检测旋转部件(3)的高度值与所述预设初始高度值比较后获得高度差异值、再将该高度差异值与传感器所检测行走底盘的高度变化量比较后获得的差值；所述角度差值是先将倾角检测组件所检测支架(1)的倾斜角度值与所述预设初始倾斜角度值比较后获得倾角差异值、再将该倾角差异值与传感器所检测行走底盘高的倾角变化量比较后获得的差值；
(S2)将高度差值与一预设高度阈值进行比较，将角度差值与一预设角度阈值进行比较，依据比较结果，采用以下方式控制升降组件和高度调节组件动作：
当高度差值大于预设高度阈值、且角度差值大于预设角度阈值时，升降组件调节作业机具(100)的高度至使高度差值等于预设高度阈值，同时高度调节组件调节两个支撑轮(101)的高度将作业机具(100)的倾角调整至使角度差值等于预设角度阈值；
当高度差值大于预设高度阈值、且角度差值小于等于预设角度阈值时，升降组件调节作业机具(100)的高度至使高度差值等于预设高度阈值，高度调节组件不动作；
当高度差值小于等于预设高度阈值、且角度差值大于预设角度阈值时，升降组件不动作，高度调节组件调节两个支撑轮(101)的高度将作业机具(100)的倾角调整至使角度差值等于预设角度阈值；
当高度差值小于等于预设高度阈值、且角度差值小于等于预设角度阈值时，升降组件和高度调节组件均不动作。
6.根据权利要求5所述的贴地作业方法，其特征在于：所述步骤(S2)中，将支撑轮(101)和地轮(11)前后间距除以行走底盘的瞬时车速获得执行延后时间，使升降组件和高度调节组件的动作在该执行延后时间后执行。
7.根据权利要求6所述的贴地作业方法，其特征在于：所述升降组件包括安装在行走底盘上由液压顶杆驱动升降的悬挂，所述作业机具(100)连接于所述悬挂上；所述高度调节组件包括安装在作业机具(100)上的电动推杆(102)，所述支撑轮(101)安装在电动推杆(102)的伸缩杆上。
8.根据权利要求7所述的贴地作业方法，其特征在于：所述升降组件调节作业机具(100)的高度是通过控制液压顶杆长度变化执行时间来控制，所述高度调节组件调节两个支撑轮(101)的高度是通过控制电动推杆(102)长度变化执行时间来控制。
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