一种机械传感避桩控制系统及其控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种机械传感避桩控制系统及其控制方法，该系统包括一微处理器及与其相连接的供电模块、信号采集装置、测速模块、移位机构；信号采集装置包括探测杆及安装在探测杆上的左碰撞检测传感器模块、右碰撞检测传感器模块、测角器；左碰撞检测传感器模块、右碰撞检测传感器模块测角器分别与微处理器连接；左碰撞检测传感器模块、右碰撞检测传感器模块分别安装探测杆的两端；测角器安装在探测杆的左端或右端；探测杆的中心位置与辅助轮的前方铰接。本发明以机械探测杆作为感知稻桩的传感器，具有信号稳定，可靠的特点；通过收割机的速度和探杆的转角计算稻桩的位置，同时通过转角的方向确定稻桩的方位得出避让参数，并传递给传动系统进行移位避让。
【专利说明】
一种机械传感避桩控制系统及其控制方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种机械传感避粧控制系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 我国是农业大国，水稻是我国三大粮食作物之一。再生稻是水稻的一类品种。通 常，再生稻两季总产值比其一季稻的产量要增加50%(福建省尤溪县近些年的数据是每年种 植再生稻近10万亩，头季平均亩产约600 kg，再生季平均亩产约300 kg)对粮食增产起到重 要作用。但是目前再生稻收获机械化自动化程度仍然很低，特别是机收头季再生稻，制约了 再生稻的推广与发展。21世纪农业劳动力逐渐向社会其它产业转移，我国面临着人口老龄 化、劳动力资源不足的严峻形势。同时，农业部要求将推进水稻生产机械化自动化摆在重要 位置，大力推进水稻生产全程机械化自动化。这些对于再生稻收获机械化自动化的发展具 有极为重要的意义。
[0003] 再生稻的特点是在一季稻成熟之后，大约只割下植株上2/3的部位，收取稻穗，保 留下面的1/3植株，让其再长出一季稻子，此特点对机收头季再生稻提出严格的技术要求： 收割机作业时行走轮必须尽量减少对再生季稻荘的碾压，以减少对再生季产量的影响。
[0004] 重点研制头季稻收割机械，提高再生稻机械化自动化生产水平，必须将农业机械 装备与现代化信息技术相融合。随着电子技术、计算机技术、传感技术、通讯技术以及图像 识别技术的快速发展，给再生稻收割机的自动化发展提供了强大的技术支撑，有助于发展 收割机避荘技术，减少行走轮对稻粧碾压率，提高再生稻生产水平。通常，农田作物是整齐 地按直线、平行的方式规则育秧。为了使收割机能够在稻田中自主规划路径，环境感知是实 现避障和导航的关键技术。自主导航路径规划技术的发展，为头季再生稻收割机避粧的研 究指明了另一新的方向。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种机械传感避粧控制电路及其控制方法，实现智能避粧。
[0006] 本发明采用以下技术方案实现:一种机械传感避粧控制系统，其包括一微处理器 及与其相连接的供电模块、信号采集装置、测速模块、移位机构;信号采集装置均包括探测 杆及安装在探测杆上的左碰撞检测传感器模块、右碰撞检测传感器模块、测角器;左碰撞检 测传感器模块、右碰撞检测传感器模块测角器分别与所述微处理器连接；左碰撞检测传感 器模块、右碰撞检测传感器模块分别安装探测杆的两端;测角器安装在所述探测杆的左端 或右端;所述探测杆的中心位置与辅助轮的前方铰接;所述移位机构安装在收割机的辅助 轮上;所述移位机构包括移位电机及与所述连接的移位电机驱动模块;所述移位电机驱动 模块分别与所述微处理器、移位电机连接;所述移位电机与辅助轮连接。
[0007] 在本发明一实施例中，所述左碰撞检测传感器模块、右碰撞检测传感器模块均包 括依次连接的碰撞检测传感器、滤波模块及信号放大电路;所述信号放大电路与微处理器 连接。
[0008] 在本发明一实施例中，还包括一与所述微处理器连接的报警系统。
[0009] 在本发明一实施例中，所述测速模块为霍尔传感器脉冲测速模块、雷达跟踪测速 模块或GPS测速模块。
[0010] 在本发明一实施例中，所述收割机包括机架和控制系统，所述机架底部两端设置 有位于同一直线上的驱动轮和导向轮，所述驱动轮位于前端，导向轮位于后端，或驱动轮位 于后端，导向轮位于前端;所述机架底部两侧分别设置有位于同一直线上的辅助轮，以使驱 动轮、导向轮和两个辅助轮呈菱形布置，所述机架底部两侧分别设置有外套筒，所述外套筒 外设置有电机，所述外套筒内设置有内套筒，所述内套筒内设置有齿条，所述电机的输出端 设置有与该齿条相啮合的齿轮，所述内套筒一端设置有连杆，所述辅助轮连接在该连杆的 端部;所述机架上部设置有为驱动轮提供动力的发动机，所述发动机的输出端连接有变速 箱;所述机架上部后端设置有座椅;所述外套筒和外套筒远离连杆的端部上均设置有端盖， 所述外套筒的另一端设置有橡胶密封圈，所述连杆从橡胶密封圈穿出；所述信号采集装置 个数为2，分别安装在两个辅助轮上;移位机构个数为2，分别安装在两个辅助轮上。
[0011] 本发明还提供一种基于上述的机械传感避粧控制系统的控制方法，其包括以下步 骤:步骤S1:收割机行进过程中探测杆探测到稻粧;若探测杆碰触到稻粧则进入步骤S2;步 骤S2:微处理器接收到左碰撞检测传感器模块或右碰撞检测传感器模块传送到信号后开始 计时，由测角器测量探测杆的旋转角度；由测速模块测量收割机的行进速度;则稻粧距离探 测杆中心位置的水平距离D为：= ;其中V为收割机的行进速度，A为探测杆 碰到稻茬发生转动的转动角度，τ为探测杆从水平状态转到A角度用时；当探测杆左碰撞检 测传感器模块检测到信号时表示稻粧在收割机左侧，反之表示稻粧在收割机右侧;步骤S3: 由微处理器计算出避让参数，将该避让参数发送至移位电机驱动模块；由移位电机驱动模 块控制导向轮改变行进方向，即控制收割机向右或向左移动D。
[0012] 在本发明一实施例中，当探测杆探测到稻粧、收割机改变行进方向时，报警系统均 进行语音报警。
[0013] 与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点： 1、 以机械探测杆作为感知稻粧的传感器，具有信号稳定，可靠的特点； 2、 通过收割机的速度和探杆的转角计算稻粧的位置，同时通过转角的方向确定稻粧的 方位得出避让参数，并传递给传动系统进行移位避让。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明的主要原理图。
[0015] 图2为本发明一实施例的收割机构造示意主视图。
[0016]图3为本发明一实施例的收割机的构造不意俯视图。
[0017] 图4为本发明一实施例的收割机中伸缩机构的构造示意图。
[0018] 图5为本发明一实施例的主要流程图。
[0019] 图6为本发明一实施例的稻粧检测示意图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释说明。
[0021 ]本发明的目的是提供一种机械传感避粧控制电路及控制方法，实现智能避粧。 [0022]本发明采用以下技术方案实现:一种机械传感避粧控制系统，其包括一微处理器 及与其相连接的供电模块、信号采集装置、测速模块、移位机构;所述信号采集装置包括探 测杆及安装在探测杆上的左碰撞检测传感器模块、右碰撞检测传感器模块、测角器;左碰撞 检测传感器模块、右碰撞检测传感器模块测角器分别与所述微处理器连接；左碰撞检测传 感器模块、右碰撞检测传感器模块分别安装探测杆的两端;测角器安装在所述探测杆的左 端或右端;所述探测杆的中心位置与辅助轮的前方铰接;所述移位机构安装在收割机的辅 助轮上;所述移位机构包括一移位电机及与所述连接的移位电机驱动模块;所述移位电机 驱动模块分别与所述微处理器、移位电机连接;所述移位电机与辅助轮连接。
[0023]在本发明一实施例中，所述左碰撞检测传感器模块、右碰撞检测传感器模块均包 括依次连接的碰撞检测传感器、滤波模块及信号放大电路;所述信号放大电路与微处理器 连接。
[0024]在本发明一实施例中，还包括一与所述微处理器连接的报警系统。
[0025]在本发明一实施例中，所述测速模块为霍尔传感器脉冲测速模块、雷达跟踪测速 模块或GPS测速模块。
[0026]本发明的主要原理图参见图1。
[0027] 如图2~4所示，本发明的收割机包括机架1和控制系统，所述机架1前端设置有收 割稻穗的割台2和对稻穗进行脱粒的脱粒装置3,所述机架1底部两端设置有位于同一直线 上的驱动轮4和导向轮5,所述驱动轮4位于前端，导向轮5位于后端，所述机架1底部两侧分 别设置有位于同一直线上的辅助轮6,以使驱动轮4、导向轮5和两个辅助轮6呈菱形布置，所 述机架1底部两侧分别设置有外套筒7，所述外套筒外设置有电机，所述外套筒7内设置有内 套筒8，所述内套筒8内设置有齿条81，所述电机的输出端设置有与该齿条相啮合的齿轮9， 所述内套筒一端设置有连杆82,所述辅助轮6连接在该连杆82的端部，所述机架上部还设置 有控制导向轮5转向的方向盘13。所述驱动轮和导向轮均为大直径车轮，使得机架离地更 高。所述机架上部设置有为割台2、脱粒装置3和驱动轮4提供动力的发动机11，所述发动机 的输出端连接有变速箱12,所述驱动轮与变速箱输出端通道带传动进行传动连接。所述机 架上部后端设置有座椅14,方便驾驶员坐在上面。所述机架上还设置有控制割台升降的液 压推杆15,使割台能够对不同高度的水稻进行收割。所述信号采集装置个数为2,分别安装 在两个辅助轮上;移位机构个数为2，分别安装在两个辅助轮上。图2-5中信号采集装置和移 位机构未画出。
[0028] 本实施例中，所述外套筒和外套筒远离连杆的端部上均设置有端盖71，该些端盖 起到限位和防止泥浆进入套筒内的作用，所述外套筒的另一端设置有橡胶密封圈72,所述 连杆82从橡胶密封圈穿出，该橡胶密封圈起到防止泥浆进入套筒内的作用。
[0029]本发明还提供一种基于上述的机械传感避粧控制系统的控制方法，主要流程图参 见图5。其包括以下步骤:步骤S1:收割机行进过程中探测杆探测到稻粧;若探测杆碰触到稻 粧则进入步骤S2;步骤S2:微处理器接收到左碰撞检测传感器模块或右碰撞检测传感器模 块传送到信号后开始计时，由测角器测量探测杆的旋转角度；由测速模块测量收割机的行 进速度；则稻粧距离探测杆中心位置的水平距离D为：D = F* ;其中V为收割机 的行进速度，A为探测杆碰到稻茬发生转动的转动角度，T为探测杆从水平状态转到A角度用 时；当探测杆左碰撞检测传感器模块检测到信号时表示稻粧在辅助轮左侧，反之表示稻粧 在辅助轮右侧;步骤S3:由微处理器计算出避让参数，将该避让参数发送至移位电机驱动模 块；由移位电机驱动模块控制辅助轮横向移动，即控制辅助轮向右或向左移动D。当探测杆 探测到稻粧、辅助轮横向移动时，报警系统均进行语音报警。多个辅助轮单独控制。探测杆 的长度要略长于辅助轮的宽度。
[0030] 以图6为例，测角器若安装在探测杆的右端，则测得的角度为A，若安装在探测杆的 左端，则测得的角度为180-A，由于ctgA等于ctg(180-A)，因此测角器可以安装在探测杆的 任意一端。
[0031] 在本发明一实施例中，当探测杆探测到稻粧、收割机改变行进方向时，报警系统均 进行语音报警。
[0032] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与 修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1. 一种机械传感避粧控制系统，其特征在于:包括一微处理器及与其相连接的供电模 块、信号采集装置、测速模块、移位机构;信号采集装置均包括探测杆及安装在探测杆上的 左碰撞检测传感器模块、右碰撞检测传感器模块、测角器;左碰撞检测传感器模块、右碰撞 检测传感器模块测角器分别与所述微处理器连接；左碰撞检测传感器模块、右碰撞检测传 感器模块分别安装探测杆的两端;测角器安装在所述探测杆的左端或右端;所述探测杆的 中心位置与辅助轮的前方铰接;所述移位机构安装在收割机的辅助轮上;所述移位机构包 括移位电机及与所述连接的移位电机驱动模块;所述移位电机驱动模块分别与所述微处理 器、移位电机连接;所述移位电机与辅助轮连接。2. 根据权利要求1所述的机械传感避粧控制系统，其特征在于:所述左碰撞检测传感器 模块、右碰撞检测传感器模块均包括依次连接的碰撞检测传感器、滤波模块及信号放大电 路;所述信号放大电路与微处理器连接。3. 根据权利要求1所述的机械传感避粧控制系统，其特征在于:还包括一与所述微处理 器连接的报警系统。4. 根据权利要求1所述的机械传感避粧控制系统，其特征在于:所述测速模块为霍尔传 感器脉冲测速模块、雷达跟踪测速模块或GPS测速模块。5. 根据权利要求1所述的机械传感避粧控制系统，其特征在于:所述收割机包括机架和 控制系统，所述机架底部两端设置有位于同一直线上的驱动轮和导向轮，所述驱动轮位于 前端，导向轮位于后端，或驱动轮位于后端，导向轮位于前端;所述机架底部两侧分别设置 有位于同一直线上的辅助轮，以使驱动轮、导向轮和两个辅助轮呈菱形布置，所述机架底部 两侧分别设置有外套筒，所述外套筒外设置有电机，所述外套筒内设置有内套筒，所述内套 筒内设置有齿条，所述电机的输出端设置有与该齿条相啮合的齿轮，所述内套筒一端设置 有连杆，所述辅助轮连接在该连杆的端部;所述机架上部设置有为驱动轮提供动力的发动 机，所述发动机的输出端连接有变速箱;所述机架上部后端设置有座椅;所述外套筒和外套 筒远离连杆的端部上均设置有端盖，所述外套筒的另一端设置有橡胶密封圈，所述连杆从 橡胶密封圈穿出；所述信号采集装置个数为2，分别安装在两个辅助轮上;移位机构个数为 2，分别安装在两个辅助轮上。6. -种基于权利要求1所述的机械传感避粧控制系统的控制方法，其特征在于，包括以 下步骤： 步骤S1:收割机行进过程中探测杆探测到稻粧;若探测杆碰触到稻粧则进入步骤S2; 步骤S2:微处理器接收到左碰撞检测传感器模块或右碰撞检测传感器模块传送到信号 后开始计时，由测角器测量探测杆的旋转角度；由测速模块测量收割机的行进速度;则稻粧 距离探测杆中心位置的水平距离D为：；其中V为收割机的行进速度，A为 探测杆碰到稻茬发生转动的转动角度，T为探测杆从水平状态转到A角度用时；当探测杆左 碰撞检测传感器模块检测到信号时表示稻粧在辅助轮左侧，反之表示稻粧在辅助轮右侧； 步骤S3:由微处理器计算出避让参数，将该避让参数发送至移位电机驱动模块；由移位 电机驱动模块控制辅助横向移动，即控制辅助轮向右或向左移动D。7. 根据权利要求6所述的机械传感避粧控制方法，其特征在于：当探测杆探测到稻粧、 收割机改变行进方向时，报警系统均进行语音报警。
【文档编号】A01D45/04GK106034558SQ201610603982
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月28日
【发明人】林 建, 高育森, 林伟青
【申请人】福建农林大学