CN110843924A - 一种基于高地隙底盘的苗带对行辅助控制方法及其机构 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种基于高地隙底盘的苗带对行辅助控制方法及其机构，属于高地隙地盘技术领域，控制方法包括如下步骤：S110，摄像头采集获取地面农作物状况视频信息传递给工控机；S120，工控机根据地面农作物状况视频信息进行分解以帧为单位的图像信息；S130，对图像信息进行预处理得到作物行信息；S140，工控机采用二次垂直投影算法对作物行信息进行处理得到横向像素坐标距离值；S150，工控机根据横向像素坐标距离值进行换算成实际环境坐标距离值；S160，工控机根据实际环境坐标距离值来控制电磁换向阀的运行状态，使高地隙地盘底盘实现苗带对行，车轮在作物行间的间隙运动，不出现压苗情况，具有灵活性，大大提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明属于高地隙地盘技术领域，更具体来说，涉及一种基于高地隙底盘的苗带对行辅助控制方法及其机构。
背景技术
近年来，高地隙地盘在农业领域内运用越来越广泛，可以用来进行中期植保以及后期收获等操作。而无人驾驶技术在高地隙地盘上也正广泛应用，用来解放人力与节约成本。而基于高地隙地盘的无人驾驶技术的核心是导航。
按照我国现有的规定，不同的农作物，如玉米，小麦等，其作物行标准间距不同。而且有些农田在种植农作物的过程中，不仅不按照标准间距来种植，还会出现一块农田不同作物行间距不同的情况。这就给高地隙地盘使用带来了困难，高地隙地盘的车轮距必须要随着作物行间距变化而变化，实现苗带对行，否则在导航过程中会出现压苗等破坏农作物的情况。因此市场上出现了可调车轮距的高地隙地盘，但是这些产品的车轮距调整都严重依赖人力，需要人工测量作物行间距，再手动调整车轮距，费事费力，使高低机工作效率不高。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于解决上述现有技术中的不足。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种基于高地隙底盘的苗带对行辅助控制方法，控制方法包括如下步骤：
S110，摄像头采集获取地面农作物状况视频信息传递给工控机；
S120，工控机根据地面农作物状况视频信息进行分解以帧为单位的图像信息；
S130，对图像信息进行预处理得到作物行信息；
S140，工控机采用二次垂直投影算法对作物行信息进行处理得到横向像素坐标距离值；
S150，工控机根据横向像素坐标距离值进行换算成实际环境坐标距离值；
S160，工控机根据实际环境坐标距离值来控制电磁换向阀的运行状态。
优选的，步骤S130的预处理的具体方法为通过超绿特征公式提取相关参数，然后根据参数将图像二值化，再对二值化图像进行膨胀后腐蚀操作的形态学处理。
优选的，步骤S140的二次垂直投影算法具体内容为第一次垂直投影法初步确定车轮两侧的作物区域，将其设为ROI区域；然后使用第二次垂直投影法在ROI区域内识别出两侧作物间的非作物区中心线的横向像素坐标。
优选的，电磁换向阀的运行状态具体表现为三个状态，若实际环境坐标距离值大于轮距，则电磁换向阀为正向开启，根据差值大小，工控机控制电磁换向阀的开启时间；若实际环境坐标距离值小于轮距，则电磁换向阀为反向开启，根据差值大小，工控机控制电磁换向阀的开启时间；若实际环境坐标距离值与轮距相等，则电磁换向阀不工作。
一种基于高地隙底盘的苗带对行辅助机构，包括车架、摄像头、工控机、液压油箱、电磁换向阀和液压伸缩杆，车架上前后均设有两个固定车轴和两个可移动车轴，可移动车轴由液压伸缩杆驱动，可移动车轴套在固定车轴上，可移动车轴可沿着固定车轴滑动，固定车轴上安装有摄像头，车架上设有位置传感器，位置传感器与可移动车轴连接，液压油箱与液压伸缩杆油管连接，工控机与电磁换向阀和摄像头电性连接，摄像头、电磁换向阀和液压伸缩杆均关于车架中心面对称。
优选的，可移动车轴下端通过连接轴与车轮固定连接，连接轴上套有减震套管。
优选的，固定车轴上设有限位块，限位块位于摄像头和可移动车轴之间。
优选的，车轮上设有转向连接件，连接轴通过转向连接件与车轮固定连接。
优选的，减震套管内设有减震弹簧和固定壳，固定壳包括上壳和下壳，上壳位于下壳内侧。
优选的，电磁换向阀安装与车架下端面两侧，电磁换向阀控制单侧液压伸缩杆的伸缩量。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于高地隙底盘的苗带对行辅助控制方法及其机构，该技术使得高地隙地盘在进入农田工作时，通过分别安装在高地隙地盘两个前轮正上方的摄像头实时拍摄高地隙地盘两个前轮前方一定范围内的景象，然后快速进行分析，通过机电液综合调距模块分别改变高地隙地盘底盘左右两侧的车轴长，使高地隙地盘底盘实现苗带对行，车轮在作物行间的间隙运动，不出现压苗情况，具有灵活性，大大提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明的一种基于高地隙底盘的苗带对行辅助控制方法及其机构的结构示意图；
图2为本发明的一种基于高地隙底盘的苗带对行辅助控制方法及其机构的侧视图；
图3为本发明的一种基于高地隙底盘的苗带对行辅助控制方法及其机构的减震套管的结构示意图；
图4为本发明的一种基于高地隙底盘的苗带对行辅助控制方法及其机构的摄像头捕捉画面图；
图5为本发明的一种基于高地隙底盘的苗带对行辅助控制方法及其机构的算法计算图。
示意图中的标号说明：
100、车架；110、摄像头；120、工控机；130、液压油箱；140、电磁换向阀；150、液压伸缩杆；160、固定车轴；161、限位块；170、可移动车轴；180、位置传感器；190、连接轴；191、车轮；192、减震套管；193、减震弹簧；194、固定壳；195、上壳；196、下壳；200、转向连接件。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件；本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
参照附图1-图5所示，本实施例的一种基于高地隙底盘的苗带对行辅助控制方法，控制方法包括如下步骤：
S110，摄像头110采集获取地面农作物状况视频信息传递给工控机120；
S120，工控机120根据地面农作物状况视频信息进行分解以帧为单位的图像信息；
S130，对图像信息进行预处理得到作物行信息；
S140，工控机120采用二次垂直投影算法对作物行信息进行处理得到横向像素坐标距离值；
S150，工控机120根据横向像素坐标距离值进行换算成实际环境坐标距离值；
S160，工控机120根据实际环境坐标距离值来控制电磁换向阀140的运行状态。
本实施例的步骤S130的预处理的具体方法为通过超绿特征公式提取相关参数，然后根据参数将图像二值化，再对二值化图像进行膨胀后腐蚀操作的形态学处理。
本实施例的步骤S140的二次垂直投影算法具体内容为第一次垂直投影法初步确定车轮191两侧的作物区域，将其设为ROI区域；然后使用第二次垂直投影法在ROI区域内识别出两侧作物间的非作物区中心线的横向像素坐标。
本实施例的电磁换向阀140的运行状态具体表现为三个状态，若实际环境坐标距离值大于轮距，则电磁换向阀140为正向开启，根据差值大小，工控机120控制电磁换向阀140的开启时间；若实际环境坐标距离值小于轮距，则电磁换向阀140为反向开启，根据差值大小，工控机120控制电磁换向阀140的开启时间；若实际环境坐标距离值与轮距相等，则电磁换向阀140不工作。
第一步，当高地隙地盘在启动后，开始驶向农田，左右两侧的设备也接通电源同时开始运行，轮胎正前方的摄像头110开始拍摄视频并且传给工控机120，工控机120将拍摄到的视频分解成以帧为单位的图片进行分析，经过预处理后，将通过超绿特征公式确定图片绿色程度从而确定高地隙地盘是否在农田中，故当高地隙地盘到达农田边缘时，拍摄到的图片中绿色特征明显，能快速确定高地隙地盘马上就要进入农田，不会出现高低机进入农田还未实现苗带对行。
第二步，当左侧的摄像机拍摄到农田时，此时高地隙地盘还未进入农田，工控机120对此时拍摄到的图片进行分析，利用改进后的二次垂直投影算法确定作物行位置，从而确定车轮191距，再通过车轮191距确定电磁换向阀140开启的具体方向与时间长短。
第三步，工控机120将得到的电磁换向阀140的具体开启方向以及开启时间作为指令分别发送给通过数据线相连的电磁换向阀140。
第四步，两个电磁换向阀140接收到来自上位机的指令并且同时开始执行：当上位机传来指令为：电磁换向阀140为正向开启与开启时间，电磁换向阀140立即变成正向开启状态，液压油从液压油箱130经过电磁换向阀140进入液压伸缩杆150油腔，液压伸缩轴伸长，带动可移动车轴170向车轮191方向移动，从而使车轴变长；当上位机传来指令为：电磁换向阀140为反向开启与开启时间，电磁换向阀140立即变成反向开启状态，液压油从液压伸缩杆150油腔经过电磁换向阀140进入液压油箱130，液压伸缩轴收缩，带动可移动车轴170向固定车轴160方向移动，从而使车轴变短，开启时间的长短能够准确的确定固定内部真空车轴内液压油量变化量，从而控制固定内部真空车轴内液压油量，最后精准的确定车轴长度，这样，左侧的两个可移动车轴170将同时变化相同长度，并且保证按照当前的方向直线驾驶进入农田不会压到左侧作物。
同理，在左侧的设备工作的时候，右侧的设备同样执行上述的第二、三和四步操作。
实施例2
参照附图1-图5所示，本实施例的一种基于高地隙底盘的苗带对行辅助机构，包括车架100、摄像头110、工控机120、液压油箱130、电磁换向阀140和液压伸缩杆150，车架100上前后均设有两个固定车轴160和两个可移动车轴170，可移动车轴170由液压伸缩杆150驱动，可移动车轴170套在固定车轴160上，可移动车轴170可沿着固定车轴160滑动，固定车轴160上安装有摄像头110，车架100上设有位置传感器180，位置传感器180与可移动车轴170连接，液压油箱130与液压伸缩杆150油管连接，工控机120与电磁换向阀140和摄像头110电性连接，摄像头110、电磁换向阀140和液压伸缩杆150均关于车架100中心面对称。
本实施例的可移动车轴170下端通过连接轴190与车轮191固定连接，连接轴190上套有减震套管192。
本实施例的固定车轴160上设有限位块161，限位块161位于摄像头110和可移动车轴170之间。
本实施例的车轮191上设有转向连接件200，连接轴190通过转向连接件200与车轮191固定连接。
本实施例的减震套管192内设有减震弹簧193和固定壳194，固定壳194包括上壳195和下壳196，上壳195位于下壳196内侧。
本实施例的电磁换向阀140安装与车架100下端面两侧，电磁换向阀140控制单侧液压伸缩杆150的伸缩量。
本发明使高地隙地盘进行导航的过程中，不仅能适应种植各种农作物的农田，自动实现苗带对行，即使在其他因素影响下导致一块农田出现作物行倾斜、不同作物行间距不同等情况，也能够使高地隙地盘实时实现苗带对行，不会出现压苗等情况，顺利完成导航。
本发明增加了高地隙地盘的使用灵活性，提高了工作效率，减少了导航过程中出现的压苗率，降低了人工劳动强度，提高了经济效率。对于促进我国农业智能装备、人工智能技术领域的发展，提高我国农业智能装备的现代化、智能化、无人化以及农业经济效率具有重要意义。
以上所述实施例仅表达了本发明的某种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于高地隙底盘的苗带对行辅助控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：
S110，摄像头(110)采集获取地面农作物状况视频信息传递给工控机(120)；
S120，工控机(120)根据地面农作物状况视频信息进行分解以帧为单位的图像信息；
S130，对图像信息进行预处理得到作物行信息；
S140，工控机(120)采用二次垂直投影算法对作物行信息进行处理得到横向像素坐标距离值；
S150，工控机(120)根据横向像素坐标距离值进行换算成实际环境坐标距离值；
S160，工控机(120)根据实际环境坐标距离值来控制电磁换向阀(140)的运行状态。
2.根据权利要求1所述的一种基于高地隙底盘的苗带对行辅助控制方法，其特征在于：所述步骤S130的预处理的具体方法为通过超绿特征公式提取相关参数，然后根据参数将图像二值化，再对二值化图像进行膨胀后腐蚀操作的形态学处理。
3.根据权利要求1所述的一种基于高地隙底盘的苗带对行辅助控制方法，其特征在于：所述步骤S140的二次垂直投影算法具体内容为第一次垂直投影法初步确定车轮(191)两侧的作物区域，将其设为ROI区域；然后使用第二次垂直投影法在ROI区域内识别出两侧作物间的非作物区中心线的横向像素坐标。
4.根据权利要求1所述的一种基于高地隙底盘的苗带对行辅助控制方法，其特征在于：所述电磁换向阀(140)的运行状态具体表现为三个状态，若实际环境坐标距离值大于轮距，则电磁换向阀(140)为正向开启，根据差值大小，工控机(120)控制电磁换向阀(140)的开启时间；若实际环境坐标距离值小于轮距，则电磁换向阀(140)为反向开启，根据差值大小，工控机(120)控制电磁换向阀(140)的开启时间；若实际环境坐标距离值与轮距相等，则电磁换向阀(140)不工作。
5.一种基于高地隙底盘的苗带对行辅助机构，其特征在于：包括车架(100)、摄像头(110)、工控机(120)、液压油箱(130)、电磁换向阀(140)和液压伸缩杆(150)，所述车架(100)上前后均设有两个固定车轴(160)和两个可移动车轴(170)，所述可移动车轴(170)由液压伸缩杆(150)驱动，所述可移动车轴(170)套在固定车轴(160)上，所述可移动车轴(170)可沿着固定车轴(160)滑动，所述固定车轴(160)上安装有摄像头(110)，所述车架(100)上设有位置传感器(180)，所述位置传感器(180)与可移动车轴(170)连接，所述液压油箱(130)与液压伸缩杆(150)油管连接，所述工控机(120)与电磁换向阀(140)和摄像头(110)电性连接，所述摄像头(110)、电磁换向阀(140)和液压伸缩杆(150)均关于车架(100)中心面对称。
6.根据权利要求5所述的一种基于高地隙底盘的苗带对行辅助机构，其特征在于：所述可移动车轴(170)下端通过连接轴(190)与车轮(191)固定连接，所述连接轴(190)上套有减震套管(192)。
7.根据权利要求5所述的一种基于高地隙底盘的苗带对行辅助机构，其特征在于：所述固定车轴(160)上设有限位块(161)，所述限位块(161)位于摄像头(110)和可移动车轴(170)之间。
8.根据权利要求5或6所述的一种基于高地隙底盘的苗带对行辅助机构，其特征在于：所述车轮(191)上设有转向连接件(200)，所述连接轴(190)通过转向连接件(200)与车轮(191)固定连接。
9.根据权利要求5或6所述的一种基于高地隙底盘的苗带对行辅助机构，其特征在于：所述减震套管(192)内设有减震弹簧(193)和固定壳(194)，所述固定壳(194)包括上壳(195)和下壳(196)，所述上壳(195)位于下壳(196)内侧。
10.根据权利要求5或6所述的一种基于高地隙底盘的苗带对行辅助机构，其特征在于：所述电磁换向阀(140)安装与车架(100)下端面两侧，所述电磁换向阀(140)控制单侧液压伸缩杆(150)的伸缩量。
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