一种拖拉机自动驾驶系统、控制方法及履带式拖拉机与流程

本发明属于拖拉机技术领域，具体涉及一种拖拉机自动驾驶系统、控制方法及履带式拖拉机。

背景技术：

履带式拖拉机作为农业机械化生产中的主要劳动力承担，通过悬挂或牵引不同的农业机具可完成田间的大部分工作；但由于履带式拖拉机的工作环境相对恶劣，人工驾驶中不可避免的行驶偏差等问题，导致履带式拖拉机整体作业精度不高，土地利用率较低；传统的履带式拖拉机驾驶工作完全依赖于驾驶员的驾驶状况，在进行长时间的直线作业时，很难达到高精度的作业要求，直接造成生产成本以及劳动力成本的增加，并且大大降低了土地的利用效率；因此，实现基于视觉导航和卫星定位相结合的履带式拖拉机的自动驾驶作业，不仅可以提高履带式拖拉机作业的精准度，减少作业误差，并且可以提高农业生产的标准化程度，提高土地利用率以及农业生产效率，降低生产成本，减少驾驶人员疲劳程度，节约劳动力。

基于上述履带式拖拉机中存在的技术问题，尚未有相关的解决方案；因此迫切需要寻求有效方案以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述技术中存在的不足之处，提出一种拖拉机自动驾驶系统、控制方法及履带式拖拉机，旨在解决现有履带拖拉机效率低、成本高或精确度低的问题。

本发明提供一种拖拉机自动驾驶系统，包括gnss导航定位系统、视觉导航系统、控制器以及执行器；gnss导航定位系统和视觉导航系统分别与控制器连接；执行器和控制器连接；控制器通过执行器控制拖拉机的运行；gnss导航定位系统用于获取拖拉机的经纬度地理位置、卫星差分信息以及作业边界信息；视觉导航系统用于获取拖拉机的运行路径、障碍物以及农作物信息，并判断拖拉机的运行路径。

进一步地，还包括差速调节器；执行器为液压执行器；差速调节器与液压执行器连接，用于调节拖拉机差速转向纠偏。

进一步地，gnss导航定位系统包括卫星定位模块、卫星接收模块以及转向调节模块；卫星定位模块用于定位拖拉机的经纬度地理位置；卫星接收模块用于接获取卫星差分信息；转向调节模块用于根据经纬度地理位置和卫星差分信息调节拖拉机的转向信息。

进一步地，gnss导航定位系统还包括gnss信息纠正模块；gnss信息纠正模块用于纠正经纬度地理位置、卫星差分信息以及拖拉机的转向信息，并传输于控制器。

进一步地，视觉导航系统包括摄像头、图像处理模块以及转向调节模块；摄像头用于获取拖拉机的运行路径、障碍物以及农作物的图像信息；图像处理模块根据图像信息确认拖拉机的运行路径；转向调节模块根据拖拉机的运行路径调节拖拉机的转向信息。

进一步地，视觉导航系统还包括视觉导航信息纠正模块；视觉导航信息纠正模块用于纠正拖拉机的运行路径以及拖拉机的转向信息，并传输于控制器。

进一步地，视觉导航系统还包括角度传感器；角度传感器获取拖拉机导向轮偏转角度信息，并传输于控制器。

相应地，本发明还提供一种拖拉机自动驾驶控制方法，包括上述所述的拖拉机自动驾驶系统；还包括以下步骤：

s1：gnss导航定位系统获取拖拉机的经纬度地理位置、卫星差分信息以及作业范围边界信息，确认作业范围的经纬度，并传输于控制器；

s2：视觉导航系统获取拖拉机的运行路径、障碍物以及农作物信息，判断拖拉机的运行路径，并传输于控制器；

s3：控制器根据作业范围的经纬度和拖拉机的运行路径，通过控制执行模块控制拖拉机的运行。

相应地，本发明还提供一种履带式拖拉机，包括上述所述的拖拉机自动驾驶系统和/或上述所述的拖拉机自动驾驶控制方法。

通过采用以上技术方案，基于视觉导航系统、gnss导航定位系统相结合的履带式拖拉机的自动驾驶作业，不仅可以提高履带式拖拉机作业的精准度，减少作业误差，并且可以提高农业生产的标准化程度，提高土地利用率以及农业生产效率，降低生产成本，减少驾驶人员疲劳程度，节约劳动力。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明一种履带式拖拉机结构示意图；

图2为本发明一种拖拉机自动驾驶系统结构示意图。

图中：控制器1、显示器2、测量双天线3、电台接收天线4、液压执行元件5、角度传感器6、摄像头7。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图2所示，本发明提供一种拖拉机自动驾驶系统，包括gnss导航定位系统、视觉导航系统、控制器以及执行器；其中，gnss导航定位系统和视觉导航系统分别与控制器连接；执行器和自动驾驶控制器连接；自动驾驶控制器通过执行器控制拖拉机的运行；gnss导航定位系统用于获取拖拉机的经纬度地理位置、卫星差分信息以及作业边界信息；视觉导航系统用于获取拖拉机的运行路径、障碍物以及农作物信息，并判断拖拉机的运行路径；采用本发明提供的方案，由于gnss导航定位系统只用于定位经纬度信息和农田边界，故信息收集不需要很高的频率，可采用低频大增益进行调节，而视觉导航用于实时路径的判断、规划，故采用高频小增益进行调节；因此，相较于仅使用gnss的自动驾驶系统，不仅精度得到明显的改善，且成本亦不会增加；并且基于本申请的视觉导航系统、gnss导航定位系统定位的履带式拖拉机自动驾驶系统，在履带式拖拉机挂载机具工作时尤其是在水田环境下耕作时，不仅降低机手的劳动强度，并且大大提高履带式拖拉机的作业精度。

优选地，结合上述方案，如图1、2所示，本实施例中，还包括差速调节器；执行器为执行器；差速调节器与执行器连接，用于调节拖拉机差速转向纠偏；本申请基于视觉导航系统、gnss导航定位系统定位的履带式拖拉机自动驾驶系统，利用gnss进行差分定位，实现拖拉机经纬度、地理位置信息的精准定位，并确定工作田块的边界范围；而视觉导航系统可以实时的获取、识别当前农田作物、障碍物、路径的图像信息，经图像处理、分析，判断路径方向，并根据此信息给执行机构液压执行器控制信号，通过调节电磁阀的pwm脉冲信号控制液压泵、马达从而调节履带驱动轮转速，实现履带式拖拉机的路径纠偏；直线精度可以达到±1.5cm内，大大提高了作业效率和质量。

优选地，结合上述方案，如图1、2所示，本实施例中，，gnss导航定位系统包括卫星定位模块、卫星接收模块以及转向调节模块；卫星定位模块用于定位拖拉机的经纬度地理位置；卫星接收模块用于接获取卫星差分信息；转向调节模块用于根据经纬度地理位置和卫星差分信息调节拖拉机的转向信息；进一步地，gnss导航定位系统还包括gnss信息纠正模块；gnss信息纠正模块用于纠正经纬度地理位置、卫星差分信息以及拖拉机的转向信息，并传输于控制器，由控制器根据纠正的转向信息通过差速器控制拖拉机的运行平衡。

优选地，结合上述方案，如图1、2所示，本实施例中，视觉导航系统包括摄像头、图像处理模块以及转向调节模块；摄像头用于获取拖拉机的运行路径、障碍物以及农作物的图像信息；图像处理模块根据图像信息确认拖拉机的运行路径；转向调节模块根据拖拉机的运行路径调节拖拉机的转向信息；进一步地，视觉导航系统还包括视觉导航信息纠正模块；视觉导航信息纠正模块用于纠正拖拉机的运行路径以及拖拉机的转向信息，并传输于控制器；采用实施例的方案，基于视觉导航、卫星定位的履带式拖拉机自动驾驶系统，相较于仅使用gnss的自动驾驶系统，不仅精度得到了明显的改善，且成本亦不会增加。

优选地，结合上述方案，如图1、2所示，本实施例中，觉导航系统还包括角度传感器；角度传感器获取拖拉机导向轮偏转角度信息，并传输于控制器；控制器通过角度传感器传输的角度信息，基于执行器控制拖拉机的转向。

相应地，结合上述方案，本发明还提供一种拖拉机自动驾驶控制方法，包括上述所述的拖拉机自动驾驶系统；还包括以下步骤：

s1：gnss导航定位系统获取拖拉机的经纬度地理位置、卫星差分信息以及作业范围边界信息，确认作业范围的经纬度，并传输于控制器；

s2：视觉导航系统获取拖拉机的运行路径、障碍物以及农作物信息，判断拖拉机的运行路径，并传输于控制器；

s3：控制器根据作业范围的经纬度和拖拉机的运行路径，通过控制执行模块控制拖拉机的运行。

优选地，结合上述方案，s1步骤还包括以下步骤：

s11：gnss导航定位系统通过卫星定位模块定位所述拖拉机的经纬度地理位置；并通过卫星接收模块获取卫星差分信息；根据拖拉机的经纬度地理位置、卫星差分信息以及作业范围边界信息调节所述拖拉机的转向信息；

s12：gnss导航定位系统通过转向调节模块根据所述经纬度地理位置和所述卫星差分信息调节所述拖拉机的转向信息；

s2步骤还包括以下步骤：

s21：视觉导航系统通过摄像头获取拖拉机的运行路径、障碍物以及农作物的图像信息；

s22：视觉导航系统通过图像处理模块根据所述图像信息确认拖拉机的运行路径；转向调节模块根据拖拉机的运行路径调节所述拖拉机的转向信息。

相应地，结合上述方案，一种履带式拖拉机，包括上述所述的拖拉机自动驾驶系统和/或上述所述的拖拉机自动驾驶控制方法。

优选地，结合上述方案，如图2所示，本发明提供的履带式拖拉机包括自动驾驶控制器1、农业用显示器2、高精度相位测量双天线3、电台接受天线4、液压执行元件5、角度传感器6以及摄像头7；自动驾驶控制器1设置于机体内，农业用显示器2设置于驾驶室前端，用于实施显示拖拉机的运行状态；液压执行元件5设置于履带底部，用于控制履带的运行；角度传感器6设置于履带前端，用于检测拖拉机运行角度；摄像头7设置于拖拉机前端，用于获取拖拉机前端的运行路况。

通过采用上述方案，基于视觉导航系统、gnss导航定位系统相结合的履带式拖拉机的自动驾驶作业，不仅可以提高履带式拖拉机作业的精准度，减少作业误差，并且可以提高农业生产的标准化程度，提高土地利用率以及农业生产效率，降低生产成本，减少驾驶人员疲劳程度，节约劳动力。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。