CN114403114A - 一种高地隙植保机车身姿态平衡控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高地隙植保机车身姿态平衡控制系统及方法，属于植保机控制领域。控制系统与方法相匹配，其方法包括以下步骤：S1、根据经验输入平台标准倾斜角区间[a，b]，路面平整度区间[c,d]；S2、获取车辆的速度V和行驶方向上的路面信息；S3、预测车辆通过路面的平整度、坑深参数以及位置信息；S4、发现目标物，计算出到达时间t、坑深H、液压缸的高度控制量ΔH；S5、位移传感器实时将液压缸高度值反馈给控制系统，判断是否超出量程；S6、发出调控指令，使平台趋于水平，防止侧翻；S7、采集震动时底盘倾角值进行微调，姿态回正，再次进入S2，形成闭环控制。本发明解决了现有大型植保机作业平台不能根据实地路面平整度不同自动调节的问题。

Description

一种高地隙植保机车身姿态平衡控制系统及方法

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，特别是涉及一种高地隙植保机车身姿态平衡控制系统及方法。

背景技术

自走式植保机作为农业生产的重要组成部分，已越来越受到我国的重视，我国虽然对高地隙植保机展开了一些研究，但是主要机型仍然难以满足高和作物生长后期施药作业和在复杂地形作业等要求，只能单一的对低茎作物进行施药作业；就连高地隙植保机的核心部件—自走式底盘机架也只是粗略地模仿国外的机型，机架与底盘刚性连接，减少了空气弹簧、减震系统等驾驶舒适性部件，并且存在喷雾机自走式底盘机架装置笨重、振动和噪音巨大、效率低下以及稳定性差等问题，为了解决上述问题，本发明提出了一种高地隙植保机车身姿态平衡调整控制系统及控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、控制性能好、具有较高的通过效率和地形适应性、底盘高度可调的高地隙自走式植保机及其车身姿态平衡控制系统和控制方法，以解决或者部分解决目前的市面上植保机舒适性差、通过性差，且目前国内水田植保机大多是刚性连接的悬架，其是在车辆出现震动之后再进行被动调节，因此无法准确适应各种路况，造成避震调节存在延迟的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种高地隙植保机车身姿态平衡调整控制系统，包括植保机本体，所述植保机本体包括有车架，所述车架上固定安装有植保机底盘姿态调平系统，所述植保机调平系统包括有输入模块，所述输入模块固定安装在植保机本体的车身平台上，所述车架中心位置上还固定安装有倾角传感器，所述车架的四角处安装有底盘悬架，所述植保机本体的底盘悬架与车桥总成采用多连杆式非独立悬架结构，所述多连杆式非独立悬架结构上的连杆的铰接端两侧均安装有橡胶套，所述底盘悬挂上还铰接有双作用液压缸，所述双作用液压缸上固定安装有位移传感器，所述双作用液压缸的底端通过管路固定连接有无级变速器，所述无级变速器的机械动力输出端固定连接有车轮，所述车轮上固定安装有轮速传感器；所述车架的前部固定连接有安装支架，所述安装支架的末端固定连接有激光雷达和深度相机。

一种高地隙植保机车身姿态平衡调整控制方法，包括以下步骤：

S1、用户根据经验输入设定平面倾斜倾角标准区间[a，b]，标准平整度区间[c,d]，植保机开始工作，进入下步操作，否则进入被动蓄能器补充调节状态；

S2、通过轮速传感器来获取车辆的行进速度V，通过深度相机获取植保机在当前行驶方向上的田间路面信息，通过激光雷达实时获取植保机通过路面平整度；

S3、进行田间路面信息融合处理，提取两侧车轮运动轨迹路线，预判车辆将通过的路线轨迹中路面的不平整度、目标物位置坐标信息及空间形状数据；

S4、若前方发现目标物，则计算预计到达时间t、坑深H和每个双作用液压缸的高度控制量ΔH，否则进行单一信息调整状态，靠实时采集车身倾角值X、Y，判断X、Y是否在区间[a,b]内，在则无需微调，不在则进行微调控制；

S5、通过位移传感器分别将四个双作用液压缸高度值h₁、h₂、h₃、h₄反馈给控制系统，判断是否超出双作用液压缸量程；

S6、若ΔH+h超过双作用液压缸的最大量程，则将高度调整量ΔH置为双作用液压缸的最大量程L_max，发出每个双作用液压缸的高度控制量的指令，在时间t内进行快速响应调节，使工作平面趋于水平，防止侧翻及滚落；

S7、采集震动开始时车身倾角值X₀、Y₀，比较倾角值X₀、Y₀与区间[a,b]大小关系，微调双作用液压缸的高度变化量，做到精确控制；

S8、车身姿态回正后，再次进行S2中所述操作，得到新的指令，重复S3～S7所述操作，形成一个闭环控制。

优选地，所述S1中提到的平面倾斜倾角标准区间[a，b]，是根据经验设置的车辆最佳工作状态下倾角区间。

优选地，所述S2中提到的车速测量、田间路面信息获取以及路面平整度测量，具体包括以下操作：

A1、将固定连接有轮速传感器的齿数为n的齿轮环盘固定安装在车轮轴盘上；

A2、在车辆运作时，利用轮速传感器实时获取车轮轴盘运行圈数，进而获取车轮的角速度w，根据公式V＝wr，计算得到行进速度V；

A3、以激光雷达为中心原点建立空间坐标系，车身横梁方向为x轴，车辆纵梁方向为y轴，竖直方向为z轴；

A4、采用深度相机获得目标物位置信息(x，y，z)及目标物数量c；

A5、将激光雷达安装在植保机本体的车架前沿伸出的安装支架末端中间位置处，距前轮轴线长度为L₀，通过前置的激光雷达实时获取植保机通过路面平整度，如，坑深H。

优选地，所述S3～S7中提到的的信息融合处理与控制策略，具体包括以下操作：

B1、利用植保机本体的安装支架前端固定连接的激光雷达和深度相机提前采集道路信息；

B2、将倾角传感器固定安装在植保机本体车身上预留的可机械调整角度的平面上，整体位于植保机本体的中心位置，其中机械调整装置目的是避免由于其他因素导致起始位置倾角传感器采集值不为0，可手动调整；

B3、将位移传感器固定安装在双作用液压缸上，紧贴缸壁，利用U型支架进行固定，且缸体上端设置一个小圆弧片，作为传感器伸出端的导槽，避免在车辆姿态调整时传感器前部端子因位置改变而损坏传感器，确保精度；

B4、利用深度相机采集图像，经过处理获取到目标物的位置信息，然后比对车轮所在直角坐标系中的轨迹路线，如果位置坐标与车轮轨迹线坐标吻合，启动激光雷达扫描田间土壤表层，生成一条可以计算坑深的基准线，生成三维点云图，与深度相机信息融合，以激光雷达位置中心为原点坐标建立坐标系，根据激光雷达位置和分辨率可知轨迹横坐标关系式：

x₁＝l_nsin(nα)

式中，x₁为直角坐标系中车轮轨迹线处的土壤表层基准线，l_n为激光雷达的第n条线刚好扫描到的车轮轨迹线，α为激光雷达分辨率，n为车轮轨迹线夹角；

B5、植保机本体的车架中心位置还固定安装有角度传感器，利用角度传感器获取整体车身平面的夹角度数，再通过角度大小实时反馈旋液压缸的高度量进行标定，液压缸提升的高度与角度变化函数关系式为：

ΔH＝L·sinΔθ

式中，ΔH为旋液压缸提升的高度，L为车轮轴距，Δθ为平面的角度变化，通过角度传感器获得。

优选地，所述S4中提到的单一信息调整控制策略，具体包括以下操作：

C1、若倾角X、Y均在预设的倾角标准区间[a,b]内，高度变量液压缸的高度保持不变；

C2、若倾角不在评测标准区间[a,b]内，比较X、Y分别与整个区间[a,b]的关系，具体包括以下情况：

C2.1、情况1：若X大于整个区间[a,b]，Y在预设的倾角标准区间[a,b]内，则植保机控制调平方式为以四个双作用液压缸相对中间位置为基点，其中h₁为左前方液压缸高度，h₂为右前方液压缸高度，h₃为左后方液压缸高度，h₄为右后方液压缸高度，将h₁和h₃为一组，h₂和h₄为一组，其调节量：

则Δh₁＝h₁-ΔH，Δh₂＝h₂-ΔH，Δh₃＝h₃-ΔH，Δh₄＝h₄-ΔH；

C2.2、情况2：若Y大于整个区间[a,b]，X在预设的倾角标准区间[a,b]内，则植保机控制调平方式为以四个双作用液压缸相对中间位置为基点，h₁和h₂为一组，h₃和h₄为一组，其调节量：

则Δh₁＝h₁-ΔH，Δh₂＝h₂-ΔH，Δh₃＝h₃-ΔH，Δh₄＝h₄-ΔH；

C2.3、情况3：若Y不属于整个区间[a,b]，X也不在预设的倾角标准区间[a,b]内，则植保机控制调平方式为以四个双作用液压缸相对中间位置为基点，优先完成侧倾角调平，再调整俯仰角；

C3、双作用液压缸最大伸出参数为L_max，为避免液压缸过调，出现故障，通过程序进行限位，当调整量接近L_max时，进行程序中断。

综上所述，本发明的控制原理为：通过根据车辆当前行驶方向的路面图像，提前预判前方路面是否存在会导致车身震动的目标物(凹凸路况)，然后根据目标物的位置信息，预测车辆产生震动的开始时间，并根据目标物状态信息，在车辆到达目标物之前就预先计算出液压悬架的车轮悬挂高度调整量，然后将调整方案发送给液压悬架，在到达时间t内进行调节，到达凹坑时，再根据倾角传感器反馈的数据，实时矫正四轮悬挂高度，维持车内水平，实现主动避震，大幅提升驾驶体验。

与现有技术相比，本发明提供了一种高地隙植保机车身姿态平衡控制系统及方法，具备以下有益效果：

本发明提出的一种高地隙植保机车身姿态平衡控制系统及方法，结构合理、通过性能好、离地间隙可调、稳定性能良好,即可适应低茎秆农作物，也可以适应高茎秆农作物，并且车身姿态可自动保持水平，稳定性与舒适性更高。

附图说明

图1为本发明提出的一种高地隙植保机车身姿态平衡调整控制系统的底盘悬架结构示意图；

图2为本发明提出的一种高地隙植保机车身姿态平衡调整控制方法的流程示意图；

图3为本发明提出的一种高地隙植保机车身姿态平衡调整控制系统及控制方法的整体流程示意图；

图4为本发明提出的一种高地隙植保机车身姿态平衡调整控制方法的单一信息调整策略的方法流程示意图；

图5为本发明提出的一种高地隙植保机车身姿态平衡调整控制系统的动力系统结构示意图。

附图标记说明：

1、输入模块；2、倾角传感器；3、底盘悬架；4、车桥总成；5、橡胶套；6、双作用液压缸；7、车架；8、轮速传感器；9、车轮；10、安装支架；11、激光雷达；12、深度相机。

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。

实施例1：

请参阅图1-5，一种高地隙植保机车身姿态平衡调整控制系统，包括植保机本体，植保机本体包括有车架7，车架7上固定安装有植保机底盘姿态调平系统，植保机调平系统包括有输入模块1，输入模块1固定安装在植保机本体的车身平台上，车架7中心位置上还固定安装有倾角传感器2，车架7的四角处安装有底盘悬架3，植保机本体的底盘悬架3与车桥总成4采用多连杆式非独立悬架结构，多连杆式非独立悬架结构上的连杆的铰接端两侧均安装有橡胶套5，底盘悬挂3上还铰接有双作用液压缸6，双作用液压缸6上固定安装有位移传感器，双作用液压缸6的底端通过管路固定连接有无级变速器13，无级变速器13的机械动力输出端固定连接有车轮9，车轮9上固定安装有轮速传感器8；车架7的前部固定连接有安装支架10，安装支架10的末端固定连接有激光雷达11和深度相机12。

一种高地隙植保机车身姿态平衡调整控制方法，包括以下步骤：

S1、用户根据经验输入设定平面倾斜倾角标准区间[a，b]，标准平整度区间[c,d]，植保机开始工作，进入下步操作，否则进入被动蓄能器补充调节状态；

S1中提到的平面倾斜倾角标准区间[a，b]，是根据经验设置的车辆最佳工作状态下倾角区间；

S2、通过轮速传感器8来获取车辆的行进速度V，通过深度相机12获取植保机在当前行驶方向上的田间路面信息，通过激光雷达11实时获取植保机通过路面平整度；

S2中提到的车速测量、田间路面信息获取以及路面平整度测量，具体包括以下操作：

A1、将固定连接有轮速传感器8的齿数为n的齿轮环盘固定安装在车轮9轴盘上；

A2、在车辆运作时，利用轮速传感器8实时获取车轮9轴盘运行圈数，进而获取车轮9的角速度w，根据公式V＝wr，计算得到行进速度V；

A3、以激光雷达11为中心原点建立空间坐标系，车身横梁方向为x轴，车辆纵梁方向为y轴，竖直方向为z轴；

A4、采用深度相机12获得目标物位置信息(x，y，z)及目标物数量c；

A5、将激光雷达11安装在植保机本体的车架7前沿伸出的安装支架10末端中间位置处，距前轮轴线长度为L₀，通过前置的激光雷达11实时获取植保机通过路面平整度；

S3、进行田间路面信息融合处理，提取两侧车轮9运动轨迹路线，预判车辆将通过的路线轨迹中路面的不平整度、目标物位置坐标信息及空间形状数据；

S4、若前方发现目标物，则计算预计到达时间t、坑深H和每个双作用液压缸6的高度控制量ΔH，否则进行单一信息调整状态，靠实时采集车身倾角值X、Y，判断X、Y是否在区间[a,b]内，在则无需微调，不在则进行微调控制；

S4中提到的单一信息调整控制策略，具体包括以下操作：

C1、若倾角X、Y均在预设的倾角标准区间[a,b]内，高度变量液压缸的高度保持不变；

C2、若倾角不在评测标准区间[a,b]内，比较X、Y分别与整个区间[a,b]的关系，具体包括以下情况：

C2.1、情况1：若X大于整个区间[a,b]，Y在预设的倾角标准区间[a,b]内，则植保机控制调平方式为以四个双作用液压缸6相对中间位置为基点，其中h₁为左前方液压缸高度，h₂为右前方液压缸高度，h₃为左后方液压缸高度，h₄为右后方液压缸高度，将h₁和h₃为一组，h₂和h₄为一组，其调节量：

则Δh₁＝h₁-ΔH，Δh₂＝h₂-ΔH，Δh₃＝h₃-ΔH，Δh₄＝h₄-ΔH；

C2.2、情况2：若Y大于整个区间[a,b]，X在预设的倾角标准区间[a,b]内，则植保机控制调平方式为以四个双作用液压缸6相对中间位置为基点，h₁和h₂为一组，h₃和h₄为一组，其调节量：

则Δh₁＝h₁-ΔH，Δh₂＝h₂-ΔH，Δh₃＝h₃-ΔH，Δh₄＝h₄-ΔH；

C2.3、情况3：若Y不属于整个区间[a,b]，X也不在预设的倾角标准区间[a,b]内，则植保机控制调平方式为以四个双作用液压缸6相对中间位置为基点，优先完成侧倾角调平，再调整俯仰角；

C3、双作用液压缸6最大伸出参数为L_max，为避免液压缸过调，出现故障，通过程序进行限位，当调整量接近L_max时，进行程序中断；

S5、通过位移传感器分别将四个双作用液压缸6高度值h₁、h₂、h₃、h₄反馈给控制系统，判断是否超出双作用液压缸6量程；

S6、若ΔH+h超过双作用液压缸6的最大量程，则将高度调整量ΔH置为双作用液压缸6的最大量程L_max，发出每个双作用液压缸6的高度控制量的指令，在时间t内进行快速响应调节，使工作平面趋于水平，防止侧翻及滚落；

S7、采集震动开始时车身倾角值X₀、Y₀，比较倾角值X₀、Y₀与区间[a,b]大小关系，微调双作用液压缸6的高度变化量，做到精确控制；

S3～S7中提到的的信息融合处理与控制策略，具体包括以下操作：

B1、利用植保机本体的安装支架10前端固定连接的激光雷达11和深度相机12提前采集道路信息；

B2、将倾角传感器2固定安装在植保机本体车身上预留的可机械调整角度的平面上，整体位于植保机本体的中心位置，其中机械调整装置目的是避免由于其他因素导致起始位置倾角传感器2采集值不为0，可手动调整；

B3、将位移传感器固定安装在双作用液压缸6上，紧贴缸壁，利用U型支架进行固定，且缸体上端设置一个小圆弧片，作为传感器伸出端的导槽，避免在车辆姿态调整时传感器前部端子因位置改变而损坏传感器，确保精度；

B4、利用深度相机12采集图像，经过处理获取到目标物的位置信息，然后比对车轮9所在直角坐标系中的轨迹路线，如果位置坐标与车轮轨迹线坐标吻合，启动激光雷达11扫描田间土壤表层，生成一条可以计算坑深的基准线，生成三维点云图，与深度相机12信息融合，以激光雷达11位置中心为原点坐标建立坐标系，根据激光雷达11位置和分辨率可知轨迹横坐标关系式：

x₁＝l_n sin(nα)

式中，x₁为直角坐标系中车轮轨迹线处的土壤表层基准线，l_n为激光雷达11的第n条线刚好扫描到的车轮轨迹线，α为激光雷达11分辨率，n为车轮轨迹线夹角；

B5、植保机本体的车架7中心位置还固定安装有角度传感器，利用角度传感器获取整体车身平面的夹角度数，再通过角度大小实时反馈旋液压缸的高度量进行标定，液压缸提升的高度与角度变化函数关系式为：

ΔH＝L·sinΔθ

式中，ΔH为旋液压缸提升的高度，L为车轮轴距，Δθ为平面的角度变化，通过角度传感器获得；

S8、车身姿态回正后，再次进行S2中操作，得到新的指令，重复S3～S7操作，形成一个闭环控制。

本发明提供了一种高地隙植保机车身姿态平衡控制系统及方法，首先以雷达位置点为中心原点建立空间坐标系，将植保机三维模型放进坐标系中，提取出车轮运动轨迹路线坐标信息，获取车辆在当前行驶方向上的路面信息，识别出会引起车轮起伏震动的目标物的位置信息和状态信息，然后根据行驶速度信息和目标物位置数据，预测车辆产生震动的时间；再根据目标物坑深参数，确定每个车轮的悬挂高度控制量；最后将悬挂高度控制量发送至悬架系统，以使悬架系统进行控制。上述方案通过在车辆在因目标物产生震动之前，根据前方路面的目标物信息预先确定包括车辆震动的开始时间和对应的悬挂高度控制量的控制策略，并将该控制策略发送给悬架系统，从而使悬架系统在车辆震动前就提前准备好避震调平措施，实时调节车轮悬挂高度，从而实现真正意义上的主动避震，在显著提高农业机械驾驶体验的同时，还提高了驾驶安全性。

实施例2：

请参阅图1-5，基于实施例1但有所不同之处在于，

一种高地隙植保机车身姿态平衡调整控制系统，包括植保机本体，植保机本体包括有车架7，车架7上固定安装有植保机底盘姿态调平系统，植保机调平系统包括有输入模块1，输入模块1固定安装在植保机本体的车身平台上，车架7中心位置上还固定安装有倾角传感器2，车架7的四角处安装有底盘悬架3，植保机本体的底盘悬架3与车桥总成4采用多连杆式非独立悬架结构，多连杆式非独立悬架结构上的连杆的铰接端两侧均安装有橡胶套5，底盘悬挂3上还铰接有双作用液压缸6，双作用液压缸6上固定安装有位移传感器，双作用液压缸6的底端通过管路固定连接有无级变速器13，无级变速器13的机械动力输出端固定连接有车轮9，车轮9上固定安装有轮速传感器8；车架7的前部固定连接有安装支架10，安装支架10的末端固定连接有激光雷达11和深度相机12。

基于前述技术方案相同的发明构思，本发明还提供了一种车身平衡控制系统，包括：

轮速传感器8，用于获取车辆的行驶速度信息；

深度相机12，用于获取车辆在当前行驶方向上的路面图像；

倾角传感器2，用于实时获取车辆底盘的倾角信息；

位移传感器，用于获取双作用液压缸6的时刻位置，分别编号为h₁、h₂、h₃、h₄；

控制器，用于根据路面图像，确定车辆在当前行驶方向上的目标物以及目标物位置数据和目标物状态信息；以及用于根据行驶速度信息、路线信息和目标物位置数据，判断是否会产生震动，震动的时间t；以及用于根据目标物状态信息，确定每个车轮9的悬挂高度控制量；并将车辆产生震动的时间和每个车轮9的悬挂高度控制量发送至悬架系统；

悬架的控制系统用于根据车辆产生震动的时间t和每个车轮9的悬挂高度控制量，对悬架系统在时间t完成过程控制。

激光雷达11，用于提前获取车辆在当前行驶方向上的坑深h，其中h为正时说明此侧将爬坡，h为负则为路坑下坡；与控制器建立通信连接，用于获取土壤表层点云数据，生成一条可以计算坑深的基准线，生成三维点云图，与深度相机12信息融合，以雷达位置中心为原点坐标建立坐标系，根据雷达位置和分辨率知轨迹横坐标关系式：

x₁＝l_nsin(nα)

式中，x₁为直角坐标系中车轮轨迹线处的土壤表层基准线，l_n为激光雷达11的第n条线刚好扫描到车轮轨迹线，α为雷达分辨率，n为土壤表层基准线夹角。

一种高地隙植保机车身姿态平衡控制方法，包括：获取车辆的行驶速度信息和车辆在当前行驶方向上的路面图像信息；根据路面图像，确定车辆在当前行驶方向上的路面平整度信息，如坑洼位置数据；利用激光雷达11扫描土壤表面，生成一条可以计算土层平整度的基准线；以雷达安装位置为中心原点建立空间坐标系，车身横梁方向为x轴，车辆纵梁方向为y轴，竖直方向为z轴，将植保机三维模型放入空间坐标系，提取车轮所在的轨迹坐标；根据目标物位置数据和车辆运动轨迹相比较，判断坐标信息是否吻合；再根据行驶速度信息和目标物位置数据，预测车辆产生震动的开始时间t；根据目标物状态信息，确定每个车轮9的悬挂高度控制量；将车辆产生震动的时间和每个车轮9的悬挂高度控制量发送至悬架系统，以使植保机车身在时间t内完成姿态调整，从而解决液压响应迟滞性问题。

所述控制方法指根据路面图像，确定车辆在当前行驶方向上目标物位置数据和目标物深度信息，具体包括：根据路面图像，确定车辆在当前行驶方向上的目标物(坑洼处)；提取车辆在当前行驶方向上的路线轨迹图，判断预设路线中是否包括目标物；进而确定目标物状态信息。

根据行驶速度信息、预设路线轨迹和目标物位置数据，预测车辆产生震动的开始时间，具体包括：建立车辆的三维模型，放入空间坐标系中；标定每个车轮在当前时刻的位置坐标；根据预设路线轨迹图和目标物位置数据，确定是否会产生震动以及产生震动的位置坐标；当车辆产生震动的位置坐标与目标车轮9的航迹方程相匹配时，根据目标车轮9的位置坐标、车辆产生震动的位置坐标和车轮9的航迹方程，确定目标车轮9至车辆产生震动的位置坐标之间的目标距离；根据目标距离、行驶速度信息和路线信息，确定车辆产生震动的时间t。

进一步的，车身姿态平衡控制方法中还包括第二层倾角信息微调控制：获取底盘侧倾角X和俯仰角Y信息；根据双作用液压缸6高度变化量和底盘倾角变化量标定的对应关系，对底盘倾角进行微调修正。

综上所述，本发明的控制原理为：通过根据车辆当前行驶方向的路面图像，提前预判前方路面是否存在会导致车身震动的目标物(凹凸路况)，然后根据目标物的位置信息，预测车辆产生震动的开始时间，并根据目标物状态信息，在车辆到达目标物之前就预先计算出液压悬架的车轮悬挂高度调整量，然后将调整方案发送给液压悬架，在到达时间t内进行调节，到达凹坑时，再根据倾角传感器2反馈的数据，实时矫正四轮悬挂高度，维持车内水平，实现主动避震，大幅提升驾驶体验。

以上，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发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高地隙植保机车身姿态平衡调整控制系统，包括植保机本体，其特征在于：所述植保机本体包括有车架(7)，所述车架(7)上固定安装有植保机底盘姿态调平系统，所述植保机调平系统包括有输入模块(1)，所述输入模块(1)固定安装在植保机本体的车身平台上，所述车架(7)中心位置上还固定安装有倾角传感器(2)，所述车架(7)的四角处安装有底盘悬架(3)，所述植保机本体的底盘悬架(3)与车桥总成(4)采用多连杆式非独立悬架结构，所述多连杆式非独立悬架结构上的连杆的铰接端两侧均安装有橡胶套(5)，所述底盘悬架(3)上还铰接有双作用液压缸(6)，所述双作用液压缸(6)上固定安装有位移传感器，所述双作用液压缸(6)的底端通过管路固定连接有无级变速器(13)，所述无级变速器(13)的机械动力输出端固定连接有车轮(9)，所述车轮(9)上固定安装有轮速传感器(8)；所述车架(7)的前部固定连接有安装支架(10)，所述安装支架(10)的末端固定连接有激光雷达(11)和深度相机(12)。

2.根据权利要求1所述的一种高地隙植保机车身姿态平衡调整控制系统所使用的一种高地隙植保机车身姿态平衡调整控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、用户根据经验输入设定平面倾斜倾角标准区间[a，b]，标准平整度区间[c,d]，植保机开始工作，进入下步操作，否则进入被动蓄能器补充调节状态；

S2、通过轮速传感器(8)来获取车辆的行进速度V，通过深度相机(12)获取植保机在当前行驶方向上的田间路面信息，通过激光雷达(11)实时获取植保机通过路面平整度；

S3、进行田间路面信息融合处理，提取两侧车轮(9)运动轨迹路线，预判车辆将通过的路线轨迹中路面的不平整度、目标物位置坐标信息及空间形状数据；

S4、若前方发现目标物，则计算预计到达时间t、坑深H和每个双作用液压缸(6)的高度控制量ΔH，否则进行单一信息调整状态，靠实时采集车身倾角值X、Y，判断X、Y是否在区间[a,b]内，在则无需微调，不在则进行微调控制；

S5、通过位移传感器分别将四个双作用液压缸(6)高度值h₁、h₂、h₃、h₄反馈给控制系统，判断是否超出双作用液压缸(6)量程；

S6、若ΔH+h超过双作用液压缸(6)的最大量程，则将高度调整量ΔH置为双作用液压缸(6)的最大量程L_max，发出每个双作用液压缸(6)的高度控制量的指令，在时间t内进行快速响应调节，使工作平面趋于水平，防止侧翻及滚落；

S7、采集震动开始时车身倾角值X₀、Y₀，比较倾角值X₀、Y₀与区间[a,b]大小关系，微调双作用液压缸(6)的高度变化量，做到精确控制；

S8、车身姿态回正后，再次进行S2中所述操作，得到新的指令，重复S3～S7所述操作，形成一个闭环控制。

3.根据权利要求2所述的一种高地隙植保机车身姿态平衡调整控制方法，其特征在于，所述S1中提到的平面倾斜倾角标准区间[a，b]，是根据经验设置的车辆最佳工作状态下倾角区间。

4.根据权利要求2所述的一种高地隙植保机车身姿态平衡调整控制方法，其特征在于，所述S2中提到的车速测量、田间路面信息获取以及路面平整度测量，具体包括以下操作：

A1、将固定连接有轮速传感器(8)的齿数为n的齿轮环盘固定安装在车轮(9)轴盘上；

A2、在车辆运作时，利用轮速传感器(8)实时获取车轮(9)轴盘运行圈数，进而获取车轮(9)的角速度w，根据公式V＝wr，计算得到行进速度V；

A3、以激光雷达(11)为中心原点建立空间坐标系，车身横梁方向为x轴，车辆纵梁方向为y轴，竖直方向为z轴；

A4、采用深度相机(12)获得目标物位置信息(x，y，z)及目标物数量c；

A5、将激光雷达(11)安装在植保机本体的车架(7)前沿伸出的安装支架(10)末端中间位置处，距前轮轴线长度为L₀，通过前置的激光雷达(11)实时获取植保机通过路面平整度。

5.根据权利要求2所述的一种高地隙植保机车身姿态平衡调整控制方法，其特征在于，所述S3～S7中提到的的信息融合处理与控制策略，具体包括以下操作：

B1、利用植保机本体的安装支架(10)前端固定连接的激光雷达(11)和深度相机(12)提前采集道路信息；

B2、将倾角传感器(2)固定安装在植保机本体车身上预留的可机械调整角度的平面上，整体位于植保机本体的中心位置，其中机械调整装置目的是避免由于其他因素导致起始位置倾角传感器(2)采集值不为0，可手动调整；

B3、将位移传感器固定安装在双作用液压缸(6)上，紧贴缸壁，利用U型支架进行固定，且缸体上端设置一个小圆弧片，作为传感器伸出端的导槽，避免在车辆姿态调整时传感器前部端子因位置改变而损坏传感器，确保精度；

B4、利用深度相机(12)采集图像，经过处理获取到目标物的位置信息，然后比对车轮(9)所在直角坐标系中的轨迹路线，如果位置坐标与车轮轨迹线坐标吻合，启动激光雷达(11)扫描田间土壤表层，生成一条可以计算坑深的基准线，生成三维点云图，与深度相机(12)信息融合，以激光雷达(11)位置中心为原点坐标建立坐标系，根据激光雷达(11)位置和分辨率可知轨迹横坐标关系式：

x₁＝l_nsin(nα)

式中，x₁为直角坐标系中车轮轨迹线处的土壤表层基准线，l_n为激光雷达(11)的第n条线刚好扫描到的车轮轨迹线，α为激光雷达(11)分辨率，n为车轮轨迹线夹角；

B5、植保机本体的车架(7)中心位置还固定安装有角度传感器，利用角度传感器获取整体车身平面的夹角度数，再通过角度大小实时反馈旋液压缸的高度量进行标定，液压缸提升的高度与角度变化函数关系式为：

ΔH＝L·sinΔθ

式中，ΔH为旋液压缸提升的高度，L为车轮轴距，Δθ为平面的角度变化，通过角度传感器获得。

6.根据权利要求2所述的一种高地隙植保机车身姿态平衡调整控制方法，其特征在于，所述S4中提到的单一信息调整控制策略，具体包括以下操作：

C1、若倾角X、Y均在预设的倾角标准区间[a,b]内，高度变量液压缸的高度保持不变；

C2、若倾角不在评测标准区间[a,b]内，比较X、Y分别与整个区间[a,b]的关系，具体包括以下情况：

C2.1、情况1：若X大于整个区间[a,b]，Y在预设的倾角标准区间[a,b]内，则植保机控制调平方式为以四个双作用液压缸(6)相对中间位置为基点，其中h₁为左前方液压缸高度，h₂为右前方液压缸高度，h₃为左后方液压缸高度，h₄为右后方液压缸高度，将h₁和h₃为一组，h₂和h₄为一组，其调节量：

则Δh₁＝h₁-ΔH，Δh₂＝h₂-ΔH，Δh₃＝h₃-ΔH，Δh₄＝h₄-ΔH；

C2.2、情况2：若Y大于整个区间[a,b]，X在预设的倾角标准区间[a,b]内，则植保机控制调平方式为以四个双作用液压缸(6)相对中间位置为基点，h₁和h₂为一组，h₃和h₄为一组，其调节量：

则Δh₁＝h₁-ΔH，Δh₂＝h₂-ΔH，Δh₃＝h₃-ΔH，Δh₄＝h₄-ΔH；

C2.3、情况3：若Y不属于整个区间[a,b]，X也不在预设的倾角标准区间[a,b]内，则植保机控制调平方式为以四个双作用液压缸(6)相对中间位置为基点，优先完成侧倾角调平，再调整俯仰角；

C3、双作用液压缸(6)最大伸出参数为L_max，为避免液压缸过调，出现故障，通过程序进行限位，当调整量接近L_max时，进行程序中断。

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