CN113467328B - 一种无人驾驶模式下的播种机组协同作业控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人驾驶模式下的播种机组协同作业控制系统及方法，属于智能农业机械技术领域。一种无人驾驶模式下的播种机组协同作业控制系统和方法，控制系统包括播种机组总控制台、拖拉机感知与信息采集模块、决策模块、拖拉机控制执行模块、播种机监测模块、播种机控制执行模块；所述的播种机组总控制台、拖拉机感知与信息采集模块和播种机监测模块将采集到的信息传递给决策模块，决策模块分析处理所接收到的数据，并将处理后的指令发送给对应的拖拉机控制执行模块和播种机控制执行模块。控制方法与控制系统相适应，能够更好的提高播种机组的协同作业效果，解决了现有的无人驾驶拖拉机与播种机之间工作不协同的问题，提高了播种效率。

Description

一种无人驾驶模式下的播种机组协同作业控制系统及方法

技术领域

本发明涉及智能农业机械技术领域，具体为一种无人驾驶模式下的播种机组协同作业控制系统及方法。

背景技术

农业机械是指在作物种植业和畜牧业生产过程中，以及农、畜产品初加工和处理过程中所使用的各种机械。农业机械包括农用动力机械、农田建设机械、土壤耕作机械、种植和施肥机械、植物保护机械、农田排灌机械、作物收获机械、农产品加工机械、畜牧业机械和农业运输机械等。

近年来，随着智能化与电气化的行业渗透，智能化农机是先进农机研究的热点领域。无人驾驶拖拉机和精密播种机技术发展较快，二者协同作业可以提高作业质量和土地利用率，鉴于此，开发出一套无人驾驶拖拉机和精密播种机协同作业的控制系统对于精准农业的进一步发展至关重要。

发明内容

1、本发明要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种能够有效提高农业机械作业质量和土地利用率，促进精准农业进一步发展的无人驾驶模式下的播种机组协同作业控制系统及方法。

2、技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种无人驾驶模式下的播种机组协同作业控制系统，包括有拖拉机本体和播种机本体，所述拖拉机本体上安装有播种机组总控制台、拖拉机感知与信息采集模块、决策模块、拖拉机控制执行模块；

所述播种机本体连接在拖拉机本体后方，所述播种机本体上安装有播种机监测模块、播种机控制执行模块；

所述播种机组总控制台、拖拉机感知与信息采集模块、拖拉机控制执行模块、播种机监测模块、播种机控制执行模块通过can总线连接于决策模块上。

优选地，所述播种机组总控制台用于接收使用者初始设置的参数；所述拖拉机感知和信息采集模块由激光雷达传感器、超声波传感器、北斗定位系统以及姿态传感器组成；所述激光雷达传感器和超声波传感器安装在拖拉机本体的前端，用于监测播种机组前方是否有障碍物；所述北斗定位系统用于实时监测播种机组所处的地理位置；所述姿态传感器水平固定安装在拖拉机内，用于实时监测此时拖拉机的行驶姿态；所述的播种机监测模块由压力传感器和光电传感器组成；所述压力传感器分别安装在播种机肥料箱以及种子箱的底部，通过压力的大小反馈种子和肥料的余量；所述光电传感器安装在播种机排种管内，用于检测有无种子漏播、重播情况，并将采集数据信息传递给决策模块；所述拖拉机控制执行模块用于控制拖拉机的节气门开度、制动踏板的行程以及播种机的升降；所述播种机控制执行模块用于控制肥料的播量以及播种株距；所述决策模块用于接收播种机组总控制台、拖拉机感知与信息采集模块以及播种机监测模块的信号，并将接收到的信号进行判断处理，将处理好后的信息转变成指令，下发给拖拉机控制执行模块以及播种机控制执行模块。

一种无人驾驶模式下的播种机组协同作业控制方法，包括以下步骤：

S1、启动播种机组，设备初始化；

S2、使用者将所需播种的地块边界信息录入播种机组总控制台，同时在播种机组总控制台设置播种机组的工作参数，并将数据通过can总线传递给决策模块；

S3、决策模块接收来自播种机组总控制台的信号，对其进行判断处理，并将处理后的数据转变成指令，下发给拖拉机控制执行模块以及播种机控制执行模块；

S4、拖拉机控制执行模块以及播种机控制执行模块执行相应操作指令，播种机组进行播种工作；

S5、拖拉机感知与信息采集模块和播种机监测模块实时采集信息，并将此信息传递给决策模块；

S6、决策模块对其进行判断处理，并将处理后的数据转变成指令，下发给拖拉机控制执行模块；

S7、播种机操作执行模块执行决策模块下发的操作指令；

S8、判断是否播种结束，若为否，则依次重复S5-S8的操作步骤；若是，则播种结束。

优选地，所述S3中的决策模块判断处理并下发指令具体包括以下操作：

A1、决策模块接收到播种机组总控制台的信号，通过S2所述操作得到的地块边界信息，对地块进行全局路径规划；

A2、全局路径为倒“S”型，由播种机组的工作幅宽来确定路径间的距离；

A3、北斗定位系统获得此时拖拉机的地理位置，姿态传感器获得拖拉机此时的方向，优先选择靠近田间的播种入口；

A4、决策模块将以上的路径规划信息转变成指令，下发给拖拉机控制执行模块以及播种机控制执行模块。

优选地，所述S4中的执行相应操作指令具体包括以下指令：

B1、播种机根据决策模块给出的指令，调整肥料孔的间隙，以确保能达到所需的肥料播量；

B2、播种机自动调整无极换挡旋钮，以达到所需的播种间距；

B3、拖拉机提升三点悬架，抬高播种机，使播种机脱离土壤；

B4、拖拉机按照决策模块下发的路径，从入口以一定加速度加速至设定速度进入地块；

B5、拖拉机降低三点悬架的高度，降低播种机高度，到相应的播种深度；

B6、播种工作开始。

优选地，所述S5中提到的实时采集信息操作，具体包括以下操作：

C1、播种机监测模块中的压力传感器实时监测肥料箱和种子箱里的压力，并将此信息传递给决策模块；

C2、播种机监测模块中的光电传感器实时监测有无种子漏播、重播情况，并将采集数据信息传递给决策模块；

C3、拖拉机感知与信息采集模块中的激光雷达传感器和超声波传感器实时监测播种机前方工作幅宽内有无障碍物，并将此信息传递给决策模块。

优选地，所述S6中提到的决策模块判断处理并下发指令，具体包括以下操作：

D1、接收来自压力传感器的压力值，并判断此值是否低于预设的压力值F，压力值F满足以下关系式：

式中：F为预设的压力值；L为地块的长度；V为拖拉机的行驶速度；K为播种机每秒的出料质量(以肥料和种子出料中最大质量为准)；g为重力加速度；

D2、若压力值大于或等于预设的压力值F，则不往拖拉机执行操作模块发送操作指令；若压力值小于预设的压力值F，则给拖拉机控制执行模块下发停机指令；

D3、接收来自激光雷达传感器以及超声波传感器的信号，将二者的信息进行融合，判断播种机前进方向工作幅宽内是否有障碍物；

D4、若无障碍物，则不往拖拉机执行操作模块发送操作指令；若有障碍物，判断障碍物距离远近，给拖拉机控制执行模块下发避障指令；

D5、接收北斗定位系统和姿态传感器的信号，综合判断播种机机组是否进入田间地头调头位置；

D6、若未进入田间地头调头位置，则不往拖拉机执行操作模块发送操作指令；若进入田间地头调头位置，给拖拉机控制执行模块下发调头指令。

D7、接收来自光电传感器的数据信息，判断播种机有无种子漏播、重播情况；

D8、若无漏播、重播情况，则不往播种机组总控制台发送数据；若监测到重播、漏播情况，决策模块根据北斗定位获取的定位消息，在A2中提到的“S”型路径上标记此位置信息，给播种机组总控制台发送信息；

优选地，所述D2中提到的停机指令，具体包括以下操作：

E1、播种机组发出警报声，但此时播种机组并不立即停机，继续保持播种工作；

E2、当播种机组进入接下来的掉头阶段时，拖拉机控制执行模块控制拖拉机切断与播种机的动力连接，拖拉机进入怠速阶段；

E3、当补充完肥料和种子后，操作者在播种机组总控制台按下开关，拖拉机与播种机动力连接，播种机组继续执行之前的播种工作；

所述D4中提到的避障指令，具体包括以下操作：

F1、拖拉机操作执行模块控制拖拉机减速至拖拉机的最低行驶速度；

F2、根据激光雷达传感器和超声波传感器测量的信息，当播种机组距离障碍物的距离为S时(S为最小避障距离)，拖拉机控制执行模块控制拖拉机切断与播种机的动力连接，并抬升播种机高度，使其脱离土壤；

F3、根据北斗定位系统提供的位置信息，若不在播种即将结束的最后一行时，拖拉机控制执行模块控制拖拉机向未播种的地块转向以避障；若在播种即将结束的最后一行时，拖拉机控制执行模块控制拖拉机向已播种的地块转向以避障；

F4、当驶离障碍物后，拖拉机控制执行模块控制拖拉机以相反方向转向驶入路径中；

F5、拖拉机控制执行模块控制拖拉机与播种机动力连接，降低播种机高度至所需播种深度，播种机组继续播种作业；

所述D6中提到的调头指令，具体包括以下操作：

G1、拖拉机控制执行模块控制拖拉机切断与播种机的动力连接，并抬升播种机高度，使其脱离土壤；

G2、拖拉机控制执行模块控制拖拉机按照规划好的路径行驶；

G3、拖拉机驶离调头路段，进入直线播种阶段；

G4、拖拉机控制执行模块控制拖拉机与播种机动力连接，降低播种机高度至所需播种深度，播种机组继续播种作业。

优选地，所述D1～D6中提到的停机指令、避障指令以及调头指令可同时由决策模块下发给拖拉机控制执行模块。

优选地，所述S8中的判断是否播种结束的依据是：

H1、北斗定位系统定位的播种机组是否在路径的末端；

H2、若是，则表示播种结束；若不是，则表示播种尚未结束。

3、有益效果

本发明提出的一种无人驾驶模式下的播种机组协同作业控制系统及方法能够有效提高农业机械作业质量，对于精准农业的进一步发展有着重要的促进作用。

附图说明

图1为本发明提出的一种无人驾驶模式下的播种机组协同作业控制方法流程示意图；

图2为本发明提出的一种无人驾驶模式下的播种机组协同作业控制系统的模块框图；

图3为本发明提出的一种无人驾驶模式下的播种机组协同作业控制系统及方法中决策模块所处理的路径示意图。

图中标号：

1、路径中的直行部分；2、路径中的调头部分；3、路径中的障碍物；4、路径中的避障部分。

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：

请参阅图1-2，一种无人驾驶模式下的播种机组协同作业控制系统，包括有拖拉机本体和播种机本体，拖拉机本体上安装有播种机组总控制台、拖拉机感知与信息采集模块、决策模块、拖拉机控制执行模块；

播种机本体连接在拖拉机本体后方，播种机本体上安装有播种机监测模块、播种机控制执行模块；

播种机组总控制台、拖拉机感知与信息采集模块、拖拉机控制执行模块、播种机监测模块、播种机控制执行模块通过can总线连接于决策模块上。

播种机组总控制台用于接收使用者初始设置的参数；拖拉机感知和信息采集模块由激光雷达传感器、超声波传感器、北斗定位系统以及姿态传感器组成；激光雷达传感器和超声波传感器安装在拖拉机本体的前端，用于监测播种机组前方是否有障碍物；北斗定位系统用于实时监测播种机组所处的地理位置；姿态传感器水平固定安装在拖拉机内，用于实时监测此时拖拉机的行驶姿态；播种机监测模块由压力传感器和光电传感器组成；压力传感器分别安装在播种机肥料箱以及种子箱的底部，通过压力的大小反馈种子和肥料的余量；光电传感器安装在播种机排种管内，用于检测有无种子漏播、重播情况，并将采集数据信息传递给决策模块；拖拉机控制执行模块用于控制拖拉机的节气门开度、制动踏板的行程以及播种机的升降；播种机控制执行模块用于控制肥料的播量以及播种株距；决策模块用于接收播种机组总控制台、拖拉机感知与信息采集模块以及播种机监测模块的信号，并将接收到的信号进行判断处理，将处理好后的信息转变成指令，下发给拖拉机控制执行模块以及播种机控制执行模块。

一种无人驾驶模式下的播种机组协同作业控制方法，包括以下步骤：

S1、启动播种机组，设备初始化；

S2、使用者将所需播种的地块边界信息录入播种机组总控制台，同时在播种机组总控制台设置播种机组的工作参数，并将数据通过can总线传递给决策模块；

S3、决策模块接收来自播种机组总控制台的信号，对其进行判断处理，并将处理后的数据转变成指令，下发给拖拉机控制执行模块以及播种机控制执行模块；

S4、拖拉机控制执行模块以及播种机控制执行模块执行相应操作指令，播种机组进行播种工作；

S5、拖拉机感知与信息采集模块和播种机监测模块实时采集信息，并将此信息传递给决策模块；

S6、决策模块对其进行判断处理，并将处理后的数据转变成指令，下发给拖拉机控制执行模块；

S7、播种机操作执行模块执行决策模块下发的操作指令；

S8、判断是否播种结束，若为否，则依次重复S5-S8的操作步骤；若是，则播种结束。

S3中的决策模块判断处理并下发指令具体包括以下操作：

A1、决策模块接收到播种机组总控制台的信号，通过S2操作得到的地块边界信息，对地块进行全局路径规划；

A2、全局路径为倒“S”型，由播种机组的工作幅宽来确定路径间的距离；

A3、北斗定位系统获得此时拖拉机的地理位置，姿态传感器获得拖拉机此时的方向，优先选择靠近田间的播种入口；

A4、决策模块将以上的路径规划信息转变成指令，下发给拖拉机控制执行模块以及播种机控制执行模块。

S4中的执行相应操作指令具体包括以下指令：

B1、播种机根据决策模块给出的指令，调整肥料孔的间隙，以确保能达到所需的肥料播量；

B2、播种机自动调整无极换挡旋钮，以达到所需的播种间距；

B3、拖拉机提升三点悬架，抬高播种机，使播种机脱离土壤；

B4、拖拉机按照决策模块下发的路径，从入口以一定加速度加速至设定速度进入地块；

B5、拖拉机降低三点悬架的高度，降低播种机高度，到相应的播种深度；

B6、播种工作开始。

S5中提到的实时采集信息操作，具体包括以下操作：

C1、播种机监测模块中的压力传感器实时监测肥料箱和种子箱里的压力，并将此信息传递给决策模块；

C2、播种机监测模块中的光电传感器实时监测有无种子漏播、重播情况，并将采集数据信息传递给决策模块；

C3、拖拉机感知与信息采集模块中的激光雷达传感器和超声波传感器实时监测播种机前方工作幅宽内有无障碍物，并将此信息传递给决策模块。

S6中提到的决策模块判断处理并下发指令，具体包括以下操作：

D1、接收来自压力传感器的压力值，并判断此值是否低于预设的压力值F，压力值F满足以下关系式：

式中：F为预设的压力值；L为地块的长度；V为拖拉机的行驶速度；K为播种机每秒的出料质量(以肥料和种子出料中最大质量为准)；g为重力加速度；

D2、若压力值大于或等于预设的压力值F，则不往拖拉机执行操作模块发送操作指令；若压力值小于预设的压力值F，则给拖拉机控制执行模块下发停机指令；

D3、接收来自激光雷达传感器以及超声波传感器的信号，将二者的信息进行融合，判断播种机前进方向工作幅宽内是否有障碍物；

D4、若无障碍物，则不往拖拉机执行操作模块发送操作指令；若有障碍物，判断障碍物距离远近，给拖拉机控制执行模块下发避障指令；

D5、接收北斗定位系统和姿态传感器的信号，综合判断播种机机组是否进入田间地头调头位置；

D6、若未进入田间地头调头位置，则不往拖拉机执行操作模块发送操作指令；若进入田间地头调头位置，给拖拉机控制执行模块下发调头指令。

D7、接收来自光电传感器的数据信息，判断播种机有无种子漏播、重播情况；

D8、若无漏播、重播情况，则不往播种机组总控制台发送数据；若监测到重播、漏播情况，决策模块根据北斗定位获取的定位消息，在A2中提到的“S”型路径上标记此位置信息，给播种机组总控制台发送信息；

D2中提到的停机指令，具体包括以下操作：

E1、播种机组发出警报声，但此时播种机组并不立即停机，继续保持播种工作；

E2、当播种机组进入接下来的掉头阶段时，拖拉机控制执行模块控制拖拉机切断与播种机的动力连接，拖拉机进入怠速阶段；

E3、当补充完肥料和种子后，操作者在播种机组总控制台按下开关，拖拉机与播种机动力连接，播种机组继续执行之前的播种工作；

D4中提到的避障指令，具体包括以下操作：

F1、拖拉机操作执行模块控制拖拉机减速至拖拉机的最低行驶速度；

F2、根据激光雷达传感器和超声波传感器测量的信息，当播种机组距离障碍物的距离为S时(S为最小避障距离)，拖拉机控制执行模块控制拖拉机切断与播种机的动力连接，并抬升播种机高度，使其脱离土壤；

F3、根据北斗定位系统提供的位置信息，若不在播种即将结束的最后一行时，拖拉机控制执行模块控制拖拉机向未播种的地块转向以避障；若在播种即将结束的最后一行时，拖拉机控制执行模块控制拖拉机向已播种的地块转向以避障；

F4、当驶离障碍物后，拖拉机控制执行模块控制拖拉机以相反方向转向驶入路径中；

F5、拖拉机控制执行模块控制拖拉机与播种机动力连接，降低播种机高度至所需播种深度，播种机组继续播种作业；

D6中提到的调头指令，具体包括以下操作：

G1、拖拉机控制执行模块控制拖拉机切断与播种机的动力连接，并抬升播种机高度，使其脱离土壤；

G2、拖拉机控制执行模块控制拖拉机按照规划好的路径行驶；

G3、拖拉机驶离调头路段，进入直线播种阶段；

G4、拖拉机控制执行模块控制拖拉机与播种机动力连接，降低播种机高度至所需播种深度，播种机组继续播种作业。

D1～D6中提到的停机指令、避障指令以及调头指令可同时由决策模块下发给拖拉机控制执行模块。

S8中的判断是否播种结束的依据是：

H1、北斗定位系统定位的播种机组是否在路径的末端；

H2、若是，则表示播种结束；若不是，则表示播种尚未结束。

本发明提出的一种无人驾驶模式下的播种机组协同作业控制系统及方法能够有效提高农业机械作业质量，对于精准农业的进一步发展有着重要的促进作用。

实施例2：

请参阅图1-2，结合实施例1的基础但有所不同之处在于，本发明所涉及的无人驾驶拖拉机与播种机间的协同作业控制系统及方法，目的是在于提供一种能够有效提高农业机械作业质量和土地利用率，促进精准农业进一步发展的无人驾驶模式下的播种机组协同作业控制系统及方法，使用本发明之中的控制方法，均属于本发明的保护范围之内。

以播种玉米为例。假定地块长度为70m，播种机组行驶速度为2.5m/s，播种机每秒的出料质量0.54kg/s(以肥料和种子出料中最大质量为准)，播种株距为25cm。

用户启动播种机组，初始化设备，使用者将所需播种的地块边界信息录入播种机组总控制台，同时在播种机组总控制台设置播种机组的行驶速度、播种机组的工作幅宽、肥料的播量、玉米播种深度、预设压力值F以及玉米的播种株距。

录入所需信息后，决策模块接收到播种机组总控制台的信号，通过得到的地块边界信息，对地块进行全局路径规划；全局路径为倒“S”型，由播种机组的工作幅宽来确定路径间的距离；北斗定位系统获得此时拖拉机的地理位置，姿态传感器获得拖拉机此时的方向，优先选择靠近田间的播种入口；决策模块将以上的路径规划信息转变成指令，下发给拖拉机控制执行模块以及播种机控制执行模块。播种机根据决策模块给出的指令，调整肥料孔的间隙，以确保能达到所需的肥料播量；播种机自动调整无极换挡旋钮，以达到所需的播种间距；拖拉机提升三点悬架，抬高播种机，使播种机脱离土壤；拖拉机按照决策模块下发的路径，从入口以一定加速度加速至设定速度进入地块；拖拉机降低三点悬架的高度，降低播种机高度，到相应的播种深度，播种工作开始。

播种工作开始后，播种机监测模块和拖拉机感知与信息采集模块同时开始工作，实时监测周围环境。播种机监测模块中的压力传感器实时监测肥料箱和种子箱里的压力，播种机监测模块中的光电传感器实时监测玉米种子有无漏播、重播情况，拖拉机感知与信息采集模块中的激光雷达传感器和超声波传感器实时监测播种机前方工作幅宽内有无障碍物，拖拉机感知与信息采集模块中的北斗定位系统和姿态传感器实时监测播种机组的地理位置和姿态，并将所有信息传递给决策模块；决策模块接收来自压力传感器的压力值，并判断此值是否低于预设的压力值F，压力值F满足以下关系式：

式中：F为预设的压力值；L为地块的长度；V为拖拉机的行驶速度；K为播种机每秒的出料质量(以肥料和种子出料中最大质量为准)；g为重力加速度；

若压力值大于或等于预设的压力值148.176N，则不往拖拉机执行操作模块发送操作指令；若压力值小于预设的压力值148.176N，则给拖拉机控制执行模块下发停机指令；播种机组发出警报声，提醒操作者缺肥料或者种子，但此时播种机组并不立即停机，继续保持播种工作；当播种机组进入接下来的掉头阶段时，拖拉机控制执行模块控制拖拉机切断与播种机的动力连接，拖拉机进入怠速阶段；当补充完肥料和种子后，操作者在播种机组总控制台按下开关，拖拉机与播种机动力连接，播种机组继续执行之前的播种工作。

同时决策模块接收来自光电传感器的信号，判断有无玉米漏播、重播情况；若无玉米漏播、重播情况，若无漏播、重播情况，则不往播种机组总控制台发送数据；若有重播、漏播情况，决策模块根据北斗定位获取的定位消息，在A2中提到的“S”型路径上标记此位置信息，给播种机组总控制台发送信息；用户可根据播种机组总控制台上的显示屏清楚的了解哪些位置上出现漏播和重播现象，方便后面的补种或者去重。

同时决策模块接收来自激光雷达传感器以及超声波传感器的信号，将二者的信息进行融合，判断播种机前进方向工作幅宽内是否有障碍物；若无障碍物，则不往拖拉机执行操作模块发送操作指令；若有障碍物，判断障碍物距离远近，给拖拉机控制执行模块下发避障指令。拖拉机操作执行模块控制拖拉机减速至拖拉机的最低行驶速度；根据激光雷达传感器和超声波传感器测量的信息，当播种机组距离障碍物的距离为S时(S为最小避障距离)，拖拉机控制执行模块控制拖拉机切断与播种机的动力连接，并抬升播种机高度，使其脱离土壤；根据北斗定位系统提供的位置信息，若不在播种即将结束的最后一行时，拖拉机控制执行模块控制拖拉机向未播种的地块转向以避障；若在播种即将结束的最后一行时，拖拉机控制执行模块控制拖拉机向已播种的地块转向以避障；当驶离障碍物后，拖拉机控制执行模块控制拖拉机以相反方向转向驶入路径中；拖拉机控制执行模块控制拖拉机与播种机动力连接，降低播种机高度至所需播种深度，播种机组继续播种作业。

与此同时，决策模块接收北斗定位系统和姿态传感器的信号，综合判断播种机机组是否进入田间地头调头位置；若未进入田间地头调头位置，则不往拖拉机执行操作模块发送操作指令；若进入田间地头调头位置，给拖拉机控制执行模块下发调头指令。拖拉机控制执行模块控制拖拉机切断与播种机的动力连接，并抬升播种机高度，使其脱离土壤；拖拉机控制执行模块控制拖拉机按照规划好的路径行驶；拖拉机驶离调头路段，进入直线播种阶段；拖拉机控制执行模块控制拖拉机与播种机动力连接，降低播种机高度至所需播种深度，播种机组继续播种作业。

步骤中的停机指令、避障指令以及调头指令可同时由决策模块下发给拖拉机控制执行模块。

在播种工作期间，北斗定位系统实时定位播种机组是否在路径的末端；若是，则播种结束；若不是，则播种尚未结束，按照规划的路径继续行驶。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种无人驾驶模式下的播种机组协同作业控制方法，所述控制方法基于一种无人驾驶模式下的播种机组协同作业控制系统，所述控制系统包括有拖拉机本体和播种机本体，其特征在于：所述拖拉机本体上安装有播种机组总控制台、拖拉机感知与信息采集模块、决策模块、拖拉机控制执行模块；

所述播种机本体连接在拖拉机本体后方，所述播种机本体上安装有播种机监测模块、播种机控制执行模块；

所述播种机组总控制台、拖拉机感知与信息采集模块、拖拉机控制执行模块、播种机监测模块、播种机控制执行模块通过can总线连接于决策模块上；

所述控制方法，具体包括以下步骤：

S1、启动播种机组，设备初始化；

S2、使用者将所需播种的地块边界信息录入播种机组总控制台，同时在播种机组总控制台设置播种机组的工作参数，并将数据通过can总线传递给决策模块；

S3、决策模块接收来自播种机组总控制台的信号，对其进行判断处理，并将处理后的数据转变成指令，下发给拖拉机控制执行模块以及播种机控制执行模块；

所述S3中的决策模块判断处理并下发指令具体包括以下操作：

A1、决策模块接收到播种机组总控制台的信号，通过S2得到的地块边界信息，对地块进行全局路径规划；

A2、全局路径为倒“S”型，由播种机组的工作幅宽来确定路径间的距离；

A3、北斗定位系统获得此时拖拉机的地理位置，姿态传感器获得拖拉机此时的方向，优先选择靠近田间的播种入口；

A4、决策模块将以上的路径规划信息转变成指令，下发给拖拉机控制执行模块以及播种机控制执行模块；

S4、拖拉机控制执行模块以及播种机控制执行模块执行相应操作指令，播种机组进行播种工作；

S5、拖拉机感知与信息采集模块和播种机监测模块实时采集信息，并将此信息传递给决策模块；

S6、决策模块对其进行判断处理，并将处理后的数据转变成指令，下发给拖拉机控制执行模块；

所述S6中提到的决策模块判断处理并下发指令，具体包括以下操作：

D1、接收来自压力传感器的压力值，并判断此值是否低于预设的压力值F，压力值F满足以下关系式：

式中：F为预设的压力值；L为地块的长度；V为拖拉机的行驶速度；K为播种机每秒的出料质量，以肥料和种子出料中最大质量为准；g为重力加速度；

D2、若压力值大于或等于预设的压力值F，则不往拖拉机执行操作模块发送操作指令；若压力值小于预设的压力值F，则给拖拉机控制执行模块下发停机指令；

所述D2中提到的停机指令，具体包括以下操作：

E1、播种机组发出警报声，但此时播种机组并不立即停机，继续保持播种工作；

E2、当播种机组进入接下来的掉头阶段时，拖拉机控制执行模块控制拖拉机切断与播种机的动力连接，拖拉机进入怠速阶段；

E3、当补充完肥料和种子后，操作者在播种机组总控制台按下开关，拖拉机与播种机动力连接，播种机组继续执行之前的播种工作；

D3、接收来自激光雷达传感器以及超声波传感器的信号，将二者的信息进行融合，判断播种机前进方向工作幅宽内是否有障碍物；

D4、若无障碍物，则不往拖拉机执行操作模块发送操作指令；若有障碍物，判断障碍物距离远近，给拖拉机控制执行模块下发避障指令；

所述D4中提到的避障指令，具体包括以下操作：

F1、拖拉机操作执行模块控制拖拉机减速至拖拉机的最低行驶速度；

F2、根据激光雷达传感器和超声波传感器测量的信息，当播种机组距离障碍物的距离为S时，S为最小避障距离，拖拉机控制执行模块控制拖拉机切断与播种机的动力连接，并抬升播种机高度，使其脱离土壤；

F3、根据北斗定位系统提供的位置信息，若不在播种即将结束的最后一行时，拖拉机控制执行模块控制拖拉机向未播种的地块转向以避障；若在播种即将结束的最后一行时，拖拉机控制执行模块控制拖拉机向已播种的地块转向以避障；

F4、当驶离障碍物后，拖拉机控制执行模块控制拖拉机以相反方向转向驶入路径中；

F5、拖拉机控制执行模块控制拖拉机与播种机动力连接，降低播种机高度至所需播种深度，播种机组继续播种作业；

D5、接收北斗定位系统和姿态传感器的信号，综合判断播种机机组是否进入田间地头调头位置；

D6、若未进入田间地头调头位置，则不往拖拉机执行操作模块发送操作指令；若进入田间地头调头位置，给拖拉机控制执行模块下发调头指令；

所述D1～D6中提到的停机指令、避障指令以及调头指令可同时由决策模块下发给拖拉机控制执行模块；

所述D6中提到的调头指令，具体包括以下操作：

G1、拖拉机控制执行模块控制拖拉机切断与播种机的动力连接，并抬升播种机高度，使其脱离土壤；

G2、拖拉机控制执行模块控制拖拉机按照规划好的路径行驶；

G3、拖拉机驶离调头路段，进入直线播种阶段；

G4、拖拉机控制执行模块控制拖拉机与播种机动力连接，降低播种机高度至所需播种深度，播种机组继续播种作业；

D7、接收来自光电传感器的数据信息，判断播种机有无种子漏播、重播情况；

D8、若无漏播、重播情况，则不往播种机组总控制台发送数据；若监测到重播、漏播情况，决策模块根据北斗定位获取的定位消息，在A2中提到的“S”型路径上标记此位置信息，给播种机组总控制台发送信息；

S7、播种机操作执行模块执行决策模块下发的操作指令；

S8、判断是否播种结束，若为否，则依次重复S5-S8的操作步骤；若是，则播种结束。

2.根据权利要求1所述的一种无人驾驶模式下的播种机组协同作业控制方法，其特征在于，所述播种机组总控制台用于接收使用者初始设置的参数；所述拖拉机感知和信息采集模块由激光雷达传感器、超声波传感器、北斗定位系统以及姿态传感器组成；所述激光雷达传感器和超声波传感器安装在拖拉机本体的前端，用于监测播种机组前方是否有障碍物；所述北斗定位系统用于实时监测播种机组所处的地理位置；所述姿态传感器水平固定安装在拖拉机内，用于实时监测此时拖拉机的行驶姿态；所述的播种机监测模块由压力传感器和光电传感器组成；所述压力传感器分别安装在播种机肥料箱以及种子箱的底部，通过压力的大小反馈种子和肥料的余量；所述光电传感器安装在播种机排种管内，用于检测有无种子漏播、重播情况，并将采集数据信息传递给决策模块；所述拖拉机控制执行模块用于控制拖拉机的节气门开度、制动踏板的行程以及播种机的升降；所述播种机控制执行模块用于控制肥料的播量以及播种株距；所述决策模块用于接收播种机组总控制台、拖拉机感知与信息采集模块以及播种机监测模块的信号，并将接收到的信号进行判断处理，将处理好后的信息转变成指令，下发给拖拉机控制执行模块以及播种机控制执行模块。

3.根据权利要求1所述的一种无人驾驶模式下的播种机组协同作业控制方法，其特征在于，所述S4中的执行相应操作指令具体包括以下指令：

B1、播种机根据决策模块给出的指令，调整肥料孔的间隙，以确保能达到所需的肥料播量；

B2、播种机自动调整无极换挡旋钮，以达到所需的播种间距；

B3、拖拉机提升三点悬架，抬高播种机，使播种机脱离土壤；

B4、拖拉机按照决策模块下发的路径，从入口以一定加速度加速至设定速度进入地块；

B5、拖拉机降低三点悬架的高度，降低播种机高度，到相应的播种深度；

B6、播种工作开始。

4.根据权利要求1所述的一种无人驾驶模式下的播种机组协同作业控制方法，其特征在于，所述S5中提到的实时采集信息操作，具体包括以下操作：

C1、播种机监测模块中的压力传感器实时监测肥料箱和种子箱里的压力，并将此信息传递给决策模块；

C2、播种机监测模块中的光电传感器实时监测有无种子漏播、重播情况，并将采集数据信息传递给决策模块；

C3、拖拉机感知与信息采集模块中的激光雷达传感器和超声波传感器实时监测播种机前方工作幅宽内有无障碍物，并将此信息传递给决策模块。

5.根据权利要求1所述的一种无人驾驶模式下的播种机组协同作业控制方法，其特征在于，所述S8中的判断是否播种结束的依据是：

H1、北斗定位系统定位的播种机组是否在路径的末端；

H2、若是，则表示播种结束；若不是，则表示播种尚未结束。

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