CN113485320B - 一种履带式玉米收获机辅助对行收获控制方法 - Google Patents

一种履带式玉米收获机辅助对行收获控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种履带式玉米收获机辅助对行收获控制方法，包括如下步骤：采集玉米收获机前方收获的作物图像信息；控制系统通过对图像处理分析，得出相邻玉米植株的行距和玉米植株与相邻分禾器顶尖之间的距离；通过相邻玉米植株的行距与行距设定值比较，玉米植株分为可对行收获的玉米植株或不可对行收获的玉米植株；对于可对行收获的玉米植株，控制系统根据玉米植株与相邻分禾器顶尖之间的距离与设定值的关系自动调节摘穗辊；对于不可对行收获的玉米植株通过人工调节摘穗辊。本发明可根据机器前方的作物信息自动调整机器的前进方向，达到对行收获的目的。

Description

一种履带式玉米收获机辅助对行收获控制方法
技术领域
本发明涉及玉米收获设备，特别涉及一种履带式玉米收获机辅助对行收获控制方法。
背景技术
我国是世界上的玉米生产大国，玉米在我国各省市各地区均有种植。履带式收获机具有通过性好、操作简单灵活、方便运输适合跨区域作业等独特的优势，履带机正逐步取代轮式机成为市场的主流机型。履带机在适配玉米摘穗台进行收获时需要驾驶员频繁进行转向调节进行对行，驾驶员的操作难度高，劳动强度较大，这就使得履带式联合收获机的利用率和效率无法得到充分的发挥。我国各地区玉米种植的规模大小不一，种植的玉米品种不一，各地区农艺与农机的配套不同使得各地区的玉米种植行距也不尽相同，履带机多适配三行玉米摘穗台，因其收获行数较少，对不同行距玉米的收获存在一定适应性。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种履带式玉米收获机辅助对行收获控制方法，可根据机器前方的作物信息自动调整机器的前进方向，达到对行收获的目的。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种履带式玉米收获机辅助对行收获控制方法，包括如下步骤：
采集玉米收获机前方收获的作物图像信息；
控制系统通过对图像处理分析，得出相邻玉米植株的行距和玉米植株与相邻分禾器顶尖之间的距离；
通过相邻玉米植株的行距与行距设定值比较，玉米植株分为可对行收获的玉米植株或不可对行收获的玉米植株；
对于可对行收获的玉米植株，控制系统根据玉米植株与相邻分禾器顶尖之间的距离与设定值的关系自动调节摘穗辊；对于不可对行收获的玉米植株通过人工调节摘穗辊。
进一步，当全部相邻玉米植株的行距在行距设定值范围之内时，则当前玉米植株为可对行收获的玉米植株；当任一相邻玉米植株的行距不在行距设定值范围之内时，则当前玉米植株为不可对行收获的玉米植株。
进一步，所述履带式玉米收获机安装三行玉米摘穗台。
进一步，通过双目相机采集作物图像颜色信息和深度信息，控制系统对作物图像信息的识别得到相邻两行玉米之间的行距和玉米植株与相邻两分禾器顶尖之间的距离。
进一步，控制系统根据玉米植株与相邻分禾器顶尖之间的距离与设定值的关系自动调节摘穗辊，具体包括如下步骤：
根据摘穗装置的工作参数将割台前方分为可收获区域和不可收获区域；摘穗中心距为g，摘穗辊的水平方向上的可收获范围为h；
根据玉米植株与相邻分禾器顶尖之间的距离确定三行玉米植株到摘穗辊中心线之间的距离分别为ΔA、ΔB和ΔC，其中ΔA为第一行玉米植株到摘穗辊中心线的距离，ΔB为第二行玉米植株到摘穗辊中心线的距离，ΔC为第三行玉米植株到摘穗辊中心线的距离；
控制系统将ΔA、ΔB和ΔC分别与h/2比较，确定第一行玉米植株、第二行玉米植株或第三行玉米植株是否在可收获区域，控制系统根据可收获区域内包括玉米植株行数不同来确定摘穗辊调节策略。
进一步，当ΔA、ΔB和ΔC均大于h/2时，第一行玉米植株、第二行玉米植株和第三行玉米植株均不在可收获区域，则摘穗辊移动距离ΔX3的范围为：(g-h)/2-Q≤ΔX3<(g+h)/2-Q，其中Q∈Max(a，e，c)，a为第一行玉米植株中心到其左侧分禾器顶尖的距离，e为第三行玉米植株中心到其左侧分禾器顶尖的距离，c为第二行玉米植株中心到其左侧分禾器顶尖的距离。
进一步，当ΔA、ΔB和ΔC中任意2个大于h/2时，存在两行玉米植株不在可收获区域，则摘穗辊移动距离ΔX2的范围为：(g-h)/2-Q’<ΔX2≤(g+h)/2-Q’，其中Q’∈Min(e’，c’)，e’为不在可收获区域内的一行玉米植株中心到其左侧分禾器顶尖的距离，c”为不在可收获区域内的另一行玉米植株中心到其左侧分禾器顶尖的距离。
进一步，当ΔA、ΔB和ΔC中任意2个小于h/2时，存在两行玉米植株在可收获区域，则摘穗辊移动距离ΔX1的范围为：(g-h)/2-Q”<ΔX1<(g+h)/2-Q”，中Q”∈Max(e”，c”)，e”为在可收获区域内的一行玉米植株中心到其左侧分禾器顶尖的距离，c”为在可收获区域内的另一行玉米植株中心到其左侧分禾器顶尖的距离。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的履带式玉米收获机辅助对行收获控制方法，通过图像处理的方式对收获机前方的作物信息进行采集，识别出作物之间的行距信息及作物与机器之间的位置关系，通过对此时位置关系判断出植株的偏离状态，根据不同的偏离状态输出不同的调节方案，调整机器的前进方向，达到对行收获的要求。
2.本发明所述的履带式玉米收获机辅助对行收获控制方法，针对于三行玉米摘穗台进行设计，行数较少，对行距要求不是特别严格，因此在可实现一定范围行距玉米的收获，增强了收获的适应性。
3.本发明所述的履带式玉米收获机辅助对行收获控制方法，对图像的获取采用双目相机的方式，对颜色信息和深度信息进行处理，处理效果更好、准确度更高。
附图说明
图1为本发明所述的履带式玉米收获机辅助对行收获控制方法流程图。
图2为本发明所述的履带式玉米收获机三行玉米摘穗台的工作示意图。
图3为本发明三行玉米左偏时的收获示意图。
图4为本发明三行玉米左偏情况下经对行调节后的收获位置示意图。
图5为本发明两行玉米左偏时的收获示意图。
图6为本发明两行玉米左偏情况下经对行调节后的收获位置示意图。
图7为本发明一行玉米左偏时的收获示意图。
图8为本发明一行玉米左偏情况下经对行调节后的收获位置示意图。
图中：
BC、EF、HI为玉米摘穗台的可收获区域；AB、CD、DE、FG、GH、IJ为玉米摘穗台的不可收获区域；黑色圆形部分为玉米植株的位置；a、b、c、d、e、f分别为玉米植株到相邻分禾器顶尖之间的距离。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明所述的履带式玉米收获机辅助对行收获控制方法，所述履带式玉米收获机安装三行玉米摘穗台，包括如下步骤：
S01：通过双目相机采集作物图像颜色信息和深度信息，控制系统对作物图像信息的识别得到相邻两行玉米之间的行距和玉米植株与相邻两分禾器顶尖之间的距离；
S02：控制系统通过对图像处理分析，得出相邻玉米植株的行距和玉米植株与相邻分禾器顶尖之间的距离；
S03：通过相邻玉米植株的行距与行距设定值比较，玉米植株分为可对行收获的玉米植株或不可对行收获的玉米植株，具体为：当任一相邻玉米植株的行距不在行距设定值的范围之内时，则当前玉米植株为不可对行收获的玉米植株；当全部相邻玉米植株的行距均在行距设定值范围之内时，则当前玉米植株为可对行收获的玉米植株。
S04：对于不可对行收获的玉米植株通过人工调节摘穗辊；对于可对行收获的玉米植株，控制系统根据玉米植株与相邻分禾器顶尖之间的距离与设定值的关系自动调节摘穗辊，具体包括如下步骤：
根据摘穗装置的工作参数将割台前方分为可收获区域和不可收获区域；摘穗中心距为g，摘穗辊的水平方向上的可收获区域范围为h；
根据玉米植株与相邻分禾器顶尖之间的距离确定三行玉米植株到摘穗辊中心线之间的距离分别为ΔA、ΔB和ΔC，其中ΔA为第一行玉米植株到摘穗辊中心线的距离，ΔB为第二行玉米植株到摘穗辊中心线的距离，ΔC为第三行玉米植株到摘穗辊中心线的距离；
控制系统将ΔA、ΔB和ΔC分别与h/2比较，确定第一行玉米植株、第二行玉米植株或第三行玉米植株是否在可收获区域，控制系统根据可收获区域内包括玉米植株行数不同来确定摘穗辊调节策略。一般分为没有偏移、三行左(右)偏、两行左(右)偏、一行左(右)偏四种情况输出不同的调节方案。
图2为理论上玉米植株位于摘穗辊中心线上的示意图，根据摘穗装置的工作参数将割台前方分为可收获区域和不可收获区域；可收获区域为BC、EF和HI，不可收获区域AB、CD、DE、FG、GH和IJ；图中黑色圆形部分为玉米植株的位置；a、b、c、d、e、f分别为玉米植株到相邻分禾器顶尖之间的距离。a为第一行玉米植株到左侧分禾器顶尖之间的距离，b为第一行玉米植株到右侧分禾器顶尖之间的距离，c为第二行玉米植株到左侧分禾器顶尖之间的距离，d为第二行玉米植株到右侧分禾器顶尖之间的距离，e为第三行玉米植株到左侧分禾器顶尖之间的距离，f为第三行玉米植株到右侧分禾器顶尖之间的距离。摘穗中心距为g，可收获区域BC、EF和HI的范围为g-h/2～g+h/2。h为可收获区域范围，即BC、EF、HI的值。AB、CD、DE、FG、GH、IJ值为(g-h)/2。
没有偏移则不需要调整，摘穗台向移动距离为0。
当ΔA、ΔB和ΔC均大于h/2时，第一行玉米植株、第二行玉米植株和第三行玉米植株均不在可收获区域，则摘穗辊移动距离ΔX3的范围为：(g-h)/2-Q≤ΔX3<(g+h)/2-Q，其中Q∈Max(a，e，c)，a为第一行玉米植株中心到其左侧分禾器顶尖的距离，e为第三行玉米植株中心到其左侧分禾器顶尖的距离，c为第二行玉米植株中心到其左侧分禾器顶尖的距离。
举例说明：如图3所示，图中为三行玉米左偏时的收获示意图，此时AB>a，CD<b，DE>c，FG<d，GH>e，IJ<f。玉米收获机三行玉米植株都位于玉米摘穗台的左侧，需进行前进方向的调节。需要说明ΔA、ΔB和ΔC均大于h/2时，只有2种情况要么同时左偏移要么同时右偏移，对于一个左偏二个右偏移或二个左偏一个右偏移，则属于任一相邻玉米植株的行距大于行距设定值，判断为当前玉米植株为不可对行收获的玉米植株。玉米收获机三行玉米植株都位于玉米摘穗台的左侧，需进行前进方向的调节。设摘穗台向左移动ΔX3后可以实现对三行玉米的收获，移动后的位置如图4所示，图中白色圆形为移动后的植株位置。由生产经验可知，玉米摘穗台在收获过程中，玉米茎杆距离摘穗辊中心的距离越小收获效果越好。此时三行玉米茎杆距离摘穗辊中心线的距离分别为g/2-(a+ΔX3)、(c+ΔX3)-g/2、(e+ΔX3)-g/2。此时三行玉米植株的中心距之和为e+c-a+ΔX3-g/2，从公式可以看出ΔX3越小中心距越小。要保证其他两行移动后位于摘穗辊的可收获区间内。只需保证DE<c+ΔX3>DF、GH<e+ΔX3<GI和AB<a+ΔX3<AC，其中AC＝DF＝GI＝(g+h)/2，AB＝DE＝GH＝(g-h)/2，则(g-h)/2-e<ΔX3<(g+h)/2-e且(g-h)/2-a<ΔX3<(g+h)/2-a且(g-h)/2-c<ΔX3<(g+h)/2-c，若Max(a，e，c)＝e，此时ΔX3为(g-h)/2-e，若Max(a，e，c)＝c，此时ΔX3为(g-h)/2-c，若Max(a，e，c)＝e，此时ΔX3为(g-h)/2-a。
当ΔA、ΔB和ΔC中任意2个大于h/2时，存在两行玉米植株不在可收获区域，则摘穗辊移动距离ΔX2的范围为：(g-h)/2-Q’<ΔX2≤(g+h)/2-Q’，其中Q’∈Min(e’，c’)，e’为不在可收获区域内的一行玉米植株中心到其左侧分禾器顶尖的距离，c”为不在可收获区域内的另一行玉米植株中心到其左侧分禾器顶尖的距离。
举例说明：如图5所示，图中为二行玉米左偏时的收获示意图，此时AB>a，CD<b，DE<c，FG<d，GH>e，IJ<f，三行玉米植株中间行的位置位于可收获范围之内，其他两行位于可收获范围的左侧。为使三行玉米植株都在三行摘穗辊的收获范围之内，需要调整机器的前进方向，机器需要向左移动，使左右两侧的玉米植株移动到收获区域，同时又不能使中间行的玉米植株移出收获区域，设此时的最优调节参数为ΔX2，摘穗台向左移动ΔX2。图6为两行玉米左偏收获机移动后的玉米植株位置图，此时三行玉米植株距离摘穗辊中心线的距离分别为g/2-(a+ΔX2)、(c+ΔX2)-g/2和g/2-(e+ΔX2)，中心距之和为g/2-e-a+c-ΔX2，由公式可知ΔX2越大中心距越小。要使左侧和右侧两行位于可收获范围之内，保证AC>ΔX2+a>AB且GI>ΔX2+e>GH，其中AB＝GH＝(g-h)/2,AC＝GI＝(g+h)/2。(g+h)/2-a>ΔX2>(g-h)/2-a且(g+h)/2-e>ΔX2>(g-h)/2-e，若a>e，则此时ΔX2为(g+h)/2-e。若e>a，则此时ΔX2为(g+h)/2-a。
当ΔA、ΔB和ΔC中任意2个小于h/2时，存在两行玉米植株在可收获区域，则摘穗辊移动距离ΔX1的范围为：(g-h)/2-Q”≤ΔX1<(g+h)/2-Q”，中Q”∈Max(e”，c”)，e”为在可收获区域内的一行玉米植株中心到其左侧分禾器顶尖的距离，c”为在可收获区域内的另一行玉米植株中心到其左侧分禾器顶尖的距离。
举例说明：如图7所示，图中为一行玉米左偏时的收获示意图，此时AB>a，CD<b，DE<c，FG<d，GH<e，IJ<f，此时三行玉米中中间一行和右侧一行位于可收获范围内，左侧一行位于左侧摘穗辊的可收获范围的左侧。需要将左侧一行玉米植株的位置移动到可收获范围之内，同时也应保证中间一行和右侧一行的位置保持在两摘穗辊的可收获范围之内，设此时的最优调节参数为ΔX1，向左移动ΔX1。图8为一行玉米左偏收获机移动后的玉米植株位置图。此时三行玉米茎杆距离摘穗辊中心线的距离分别为g/2-(a+ΔX1)，(c+ΔX1)-g/2，(e+ΔX1)-g/2，中心距之和为c-a+e+ΔX1-g/2，由公式可知ΔX1越小中心距之和越小，同时要保证中间和右侧一行位于可收获区间之内，即DE<c+ΔX1<DF且GH<e+ΔX1<GI，其中DF＝GI＝(g+h)/2,DE＝GH＝(g-h)/2。(g-h)/2-c≤ΔX1<(g+h)/2-c且(g-h)/2-e≤ΔX1<(g+h)/2-e。若c>e,此时ΔX1的输出值为(g-h)/2-c，若c<e,此时ΔX1的输出值为(g-h)/2-e。
得到摘穗台的移动距离后，可以直接调整摘穗台，也可以通过改变行驶速度，输出需要的转向时间，调整机器的前进方向，从而间接调整摘穗台，实现对三行玉米的收获。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种履带式玉米收获机辅助对行收获控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
采集玉米收获机前方收获的作物图像信息；
控制系统通过对图像处理分析，得出相邻玉米植株的行距和玉米植株与相邻分禾器顶尖之间的距离；
通过相邻玉米植株的行距与行距设定值比较，玉米植株分为可对行收获的玉米植株或不可对行收获的玉米植株；当全部相邻玉米植株的行距在行距设定值范围之内时，则当前玉米植株为可对行收获的玉米植株；当任一相邻玉米植株的行距不在行距设定值范围之内时，则当前玉米植株为不可对行收获的玉米植株；
对于可对行收获的玉米植株，控制系统根据玉米植株与相邻分禾器顶尖之间的距离与设定值的关系自动调节摘穗辊，具体包括如下步骤：
根据摘穗装置的工作参数将割台前方分为可收获区域和不可收获区域；摘穗中心距为g，摘穗辊的水平方向上的可收获区域范围为h；
根据玉米植株与相邻分禾器顶尖之间的距离确定三行玉米植株到摘穗辊中心线之间的距离分别为ΔA、ΔB和ΔC，其中ΔA为第一行玉米植株到摘穗辊中心线的距离，ΔB为第二行玉米植株到摘穗辊中心线的距离，ΔC为第三行玉米植株到摘穗辊中心线的距离；
控制系统将ΔA、ΔB和ΔC分别与h/2比较，确定第一行玉米植株、第二行玉米植株或第三行玉米植株是否在可收获区域，控制系统根据可收获区域内包括玉米植株行数不同来确定摘穗辊调节策略；
当ΔA、ΔB和ΔC均大于h/2时，第一行玉米植株、第二行玉米植株和第三行玉米植株均不在可收获区域，则摘穗辊移动距离ΔX3的范围为：(g-h)/2-Q≤ΔX3<(g+h)/2-Q，其中Q∈Max(a，e，c)，a为第一行玉米植株中心到其左侧分禾器顶尖的距离，e为第三行玉米植株中心到其左侧分禾器顶尖的距离，c为第二行玉米植株中心到其左侧分禾器顶尖的距离；
当ΔA、ΔB和ΔC中任意2个大于h/2时，存在两行玉米植株不在可收获区域，则摘穗辊移动距离ΔX2的范围为：(g-h)/2-Q’<ΔX2≤(g+h)/2-Q’，其中Q’∈Min(e’，c’)，e’为不在可收获区域内的一行玉米植株中心到其左侧分禾器顶尖的距离，c”为不在可收获区域内的另一行玉米植株中心到其左侧分禾器顶尖的距离；
当ΔA、ΔB和ΔC中任意2个小于h/2时，存在两行玉米植株在可收获区域，则摘穗辊移动距离ΔX1的范围为：(g-h)/2-Q”≤ΔX1<(g+h)/2-Q”，中Q”∈Max(e”，c”)，e”为在可收获区域内的一行玉米植株中心到其左侧分禾器顶尖的距离，c”为在可收获区域内的另一行玉米植株中心到其左侧分禾器顶尖的距离；
对于不可对行收获的玉米植株通过人工调节摘穗辊。
2.根据权利要求1所述的履带式玉米收获机辅助对行收获控制方法，其特征在于，所述履带式玉米收获机安装三行玉米摘穗台。
3.根据权利要求2所述的履带式玉米收获机辅助对行收获控制方法，其特征在于，通过双目相机采集作物图像颜色信息和深度信息，控制系统对作物图像信息的识别得到相邻两行玉米之间的行距和玉米植株与相邻两分禾器顶尖之间的距离。
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