CN113016358A - 一种基于倾角传感器的收割机割台高度自动控制装置 - Google Patents

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CN113016358A
CN113016358A CN202110232251.2A CN202110232251A CN113016358A CN 113016358 A CN113016358 A CN 113016358A CN 202110232251 A CN202110232251 A CN 202110232251A CN 113016358 A CN113016358 A CN 113016358A
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龙震寰
李亚军
代秀峰
胡正方
刘安稳
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Hunan Agricultural University
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Hunan Agricultural University
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01D—HARVESTING; MOWING
    • A01D47/00—Headers for topping of plants, e.g. stalks with ears
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/22—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes

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Abstract

本发明公开了一种基于倾角传感器的收割机割台高度自动控制装置，由车身倾角传感器、割台倾角传感器、割台高度调节装置和控制器组成。割台倾角传感器安装在收割机割台上用于测量割台的实际倾角，车身倾角传感器安装在收割机车身上用于测量车身的实际倾角，割台高度调节装置为电液比例阀，与收割机割台举升油缸相连。控制器根据车身的实际倾角和割台的设定高度计算出割台的目标倾角，再根据割台的实际倾角驱动割台高度调节装置对割台举升油缸进行调节，从而实现割台高度的自动控制。本发明实现了收割机割台高度的自动控制，具有抗外界干扰能力强、安装方便、成本低的优点。

Description

一种基于倾角传感器的收割机割台高度自动控制装置
技术领域
本发明涉及农业机械领域，尤其涉及一种基于倾角传感器的收割机割台高度自动控制装置。
背景技术
在收割机的收割过程中，将近75％的农作物损失发生在割台部分，主要由于是割台的高度调整不当所导致。同时，合理控制作物割茬高度有利于提高生产效率，并且能够减少收割机工作负荷和工作部件的损耗。田间作业时，由于田间地面起伏不平使得收割机前俯后仰，从而导致割台高度上下波动、难以维持设定的割台高度和稳定的割茬高度，因此需要在收割机作业过程中根据需要实时调节割台高度。
目前市场上收割机的割台高度基本上是通过手动控制，原理是操作员根据现场实际情况操作液压控制阀来调节割台的高度。该方式要求操作人员具有丰富的经验，同时由于作业环境复杂多变，割台高度的控制效果欠佳。
近年来，国内一些科研单位及企业研发了一些收割机割台高度自动控制系统，主要通过采用机械仿形机构、工业相机、超声波传感器或红外测距传感器等测量割台高度，再对割台高度进行调整。但这些方式往往结构复杂、成本较高，同时传感器均易受到地面、光照和作物等条件的干扰，从而影响割台高度测量和调整的准确性。
发明内容
针对现有收割机割台高度自动调节系统存在的传感器受环境干扰大、安装复杂和成本高等问题，利用倾角传感器不易受作物和地面外界环境干扰的特点，发明了一种基于倾角传感器的收割机割台高度自动控制装置。
为实现本发明的目的，本发明采取以下技术方案：一种基于倾角传感器的收割机割台高度自动控制装置，包括车身倾角传感器、割台倾角传感器、割台高度调节装置和控制器。所述的车身倾角传感器安装在车身上，用于检测车身的实际倾角。所述的割台倾角传感器安装在割台上，用于检测割台的实际倾角。所述割台倾角传感器和所述车身倾角传感器均采用加速度姿态传感器。所述的割台高度调节装置为电液比例换向阀，与割台举升油缸相连，通过控制举升油缸的进出油实现对割台高度的控制。所述割台倾角传感器和车身倾角传感器与所述控制器相连并将实际倾角数据发送给控制器。所述的控制器采用单片机控制器，控制器根据车身实际倾角和割台实际倾角应用控制算法计算出割台倾角的调整量并发出控制信号。所述割台高度调节装置与所述控制器相连，接收控制器发出的控制信号并对割台倾角进行调节进而实现对割台高度进行调节。
所述控制算法的基本原理是，周期性不断循环执行以下步聚：
S1:通过车身倾角传感器检测得到实际车身倾角；
S2:计算该实际车身倾角条件下设定的目标割台高度所对应的目标割台倾角；
S3:通过割台倾角传感器检测得到实际割台倾角；
S4:计算目标割台倾角与实际割台倾角的偏差，并计算相应的割台调节控制输出量；
S5:通过割台高度调节装置输出相应的调节控制输出量，实现割台高度调整。
与现有技术相比，本发明的有益效果是，应用倾角传感器实现割台高度的自动控制，充分利用了倾角传感器不易受作物、地面等外界环境干扰的特点，具有很强的抗干扰性，同时该装置系统结构简单，在现在收割机上安装方便，应用成本较低。
附图说明
图1所示为本发明组成结构示意图；
图2所示为本发明在收割机上安装的示意图；
图3所示为本发明割台高度调整原理运动学分析图；
图4所示为本发明控制原理图；
图中：1、控制器；2、割台高度调节装置；3、车身倾角传感器；4、割台； 5、割台倾角传感器；6、割台举升油缸。
具体实施方式
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的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。
请参阅附图1,为本发明一种基于倾角传感器的收割机割台高度自动控制装置组成结构示意图，该装置包括车身倾角传感器3、割台倾角传感器5、割台高度调节装置2和控制器1组成，
请参阅附图2，为本发明在收割机上安装的示意图，车身倾角传感器3安装在收割机的车身上，用于检测车身的实际倾角。割台倾角传感器5安装在割台4 上，用于检测割台的实际倾角。优选的，倾角传感器3与倾角传感器5的检测范围为±90°。割台高度调节装置2与收割机举升油缸6连接，用于控制割台举升油缸6的进出油。控制器1采用单片机控制器，具有存储、处理数据的功能，并安装于收割机驾驶室的操作台上。控制器1与车身倾角传感器3和割台倾角传感器5相连，并实时记录车身倾角传感器3与割台倾角传感器5的实际数据。
请参阅附图3，为本发明割台高度调整原理运动学分析图，图中，左图为收割机通过水平平整路面的状态，右图为收割机通过起伏路面的状态，H为割台高度，α为车身倾角，β为割台倾角，lAB为割台旋转中心点A到割刀切割位置B或B＇的距离，lAD为割台旋转中心点A到履带底部平面的垂直距离，lCD为履带触地末端点C到割台旋转中心点A与履带底部平面垂线的距离。割台离地高度H与车身倾角α、割台倾角β间的数学模型可采用以下公式所示。
H＝lAB sinα+lAD cosα+lCD sinβ
对上式进行变换得到相应的目标割台倾角β与车身倾角α的以及设定割台高度 H之间的关系如下式所示。
Figure RE-GDA0003024103570000031
根据以上公式，收割机在起伏不平的地面作业时，通过实时调节割台倾角可以保证稳定的割台高度，而设定的割台高度所对应的割台倾角可以通过车身的倾角和收割机相关几何参数计算得到。
请参阅附图4，为本发明控制原理图，收割机在作业前预先设定好割台的目标高度，收割机作业过程中，循环不断执行控制过程，该控制过程包括以下步聚：
S1:通过车身倾角传感器检测得到实际车身倾角；
S2:应用数学模型计算该实际车身倾角条件下设定的目标割台高度所对应的目标割台倾角；
S3:通过割台倾角传感器检测得到实际割台倾角；
S4:计算目标割台倾角与实际割台倾角的偏差，并计算相应的割台调节控制输出量；
S5:通过割台高度调节装置输出相应的调节控制输出量，驱动割台举升油缸，实现割台高度调整。

Claims (5)

1.一种基于倾角传感器的收割机割台高度自动控制装置，其特征在于，包括割台倾角传感器，车身倾角传感器、割台高度调节装置以及控制器，割台倾角传感器安装在收割机割台上用于测量割台的实际倾角，车身倾角传感器安装在收割机车身上用于测量车身的实际倾角，割台倾角传感器和车身倾角传感器与控制器相连并将实际倾角数据发送给控制器，控制器根据车身实际倾角和割台实际倾角应用控制算法计算出割台倾角的调整量并发出控制信号,割台高度调节装置与控制器相连，接收控制器发出的控制信号并对割台倾角进行调节进而实现对割台高度进行调节。
2.根据权利要求1所述的一种基于倾角传感器的收割机割台高度自动控制装置，其特征在于，所述割台高度调节装置为电液比例换向阀。
3.根据权利要求1所述的一种基于倾角传感器的收割机割台高度自动控制装置，其特征在于，所述控制器采用单片机控制器。
4.根据权利要求1所述的一种基于倾角传感器的收割机割台高度自动控制装置，其特征在于，所述割台倾角传感器和所述车身倾角传感器采用加速度姿态传感器。
5.根据权利要求1所述的一种基于倾角传感器的收割机割台高度自动控制装置，其特征在于，所述控制算法包括以下步聚：
S1:通过车身倾角传感器检测得到实际车身倾角；
S2:计算该实际车身倾角条件下设定的目标割台高度所对应的目标割台倾角；
S3:通过割台倾角传感器检测得到实际割台倾角；
S4:计算目标割台倾角与实际割台倾角的偏差，并计算相应的割台调节控制输出量；
S5:通过割台高度调节装置输出相应的调节控制输出量，实现割台高度调整。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113966667A (zh) * 2021-12-24 2022-01-25 潍柴雷沃重工股份有限公司 一种基于地面仿形的收获机割台自适应控制系统及收获机
CN114616975A (zh) * 2022-05-12 2022-06-14 农业农村部南京农业机械化研究所 联合收获机割台自动仿形系统及其控制方法
US12022772B2 (en) 2021-01-22 2024-07-02 Deere & Company Agricultural header control

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