耙地方法、控制装置及耙地系统与流程

本发明涉及精准农业领域，尤其涉及耙地方法、控制装置和耙地系统。

背景技术：

目前，在国内农业的作业工序中，土地播种之前多采用拖拉机带旋耕机或圆盘耙对土壤进行疏松平整作业，本方案中统称耙地，作业方式有两种

第一种方式：拖拉机手根据土地疏松平整的情况在田块内随意行走，哪里平整度、疏松度差或者还没有耙就往那开，没有固定的行驶轨迹，这种方式的缺点在于：1)拖拉机手会因为长时间驾驶拖拉机产生疲劳；2)拖拉机手随意在地里行驶，目视范围有限，可能出现耙地效果一致性差或者漏耙的问题。

第二种方式：该种方式为当前拖拉机辅助驾驶常用的方法，如图1所示，包括如下步骤：在显示器上设置ab线(通过起点和终点设定一条直线)，软件会根据拖拉机1和农具宽度自动标记出若干条与ab线平行的直线，图2中仅仅示意出a1b1至a5b5。拖拉机在卫星导航设备的导航下，从起点a沿着直线行驶至终点b，在终点b，拖拉机手必须驾驶拖拉机在地头2转弯使其转到相邻的直线上继续行驶，行驶至终点后，再驾驶拖拉机转向到相邻的直线继续行驶，如此按照上述行驶轨迹耙完该轨迹对应的地块后，再采用拖拉机单独对地头2耙地。此种方式解决了拖拉机手疲劳驾驶、重耙和漏耙的问题但由于在地头2需要拖拉机手操作拖拉机1转弯以及需要使用拖拉机单独对地头耙地，不能实现全过程的自动驾驶；再者，采用上述方式，土壤的搅拌仅在行的交接处，交叉混合效果不好，不利于土壤中肥料的均匀分布。

技术实现要素：

本发明解决的问题是现有的耙地方法土壤的混合效果不好，不利于土壤中肥料的均匀分布的问题。

本发明解决的另一个问题是土壤的混合效果不好且不能实现全过程的自动驾驶的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种耙地方法。该方法包括如下步骤：根据该当前位置、当前姿态及预设的行驶轨迹控制所述拖拉机按照所述行驶轨迹行驶，直至完成耙地，其中，所述行驶轨迹包括多条相交的ab线。

在进一步方案中，所述行驶轨迹中，拖拉机驶入地头的ab线和驶出地头的ab线相交呈x形；或者，驶入地头的ab线和驶出地头的ab线平行；或者，驶入地头的ab线和驶出地头的ab线是角的两边。

在进一步方案中，在每条ab线的终点，通过遥控方式控制所述拖拉机转向到相邻的ab线上，或者，在所述行驶轨迹上，设置转弯点，根据该转点位置、拖拉机的实时位置及姿态控制该拖拉机转向到所述行驶轨迹的下一ab线的起点。

在进一步方案中，该方法还包括根据农具宽度先设置地块的边界及所述行驶轨迹在所述边界内侧直线上的转弯位置，所述地头位于该边界内，所述方法包括控制所述拖拉机对边界耙地，控制所述拖拉机按照所述行驶轨迹行驶包括控制拖拉机在边界的内侧直线的转弯位置转弯以使得拖拉机按照所述行驶轨迹对边界围成的区域耙地。

在进一步方案中，在拖拉机故障或者耙地完成的情况下，控制所述拖拉机在所述边界巡航。

本发明公开一种控制装置，该装置包括接收模块、存储器、处理器和输出模块；其中，所述存储器内存储有转弯半径和预设的行驶轨迹，该行驶轨迹包括多条相交的ab线；所述接收模块接收角度传感器信号、当前位置及当前姿态，传输角度传感器信号、当前位置及姿态给所述处理器；所述处理器根据所述角度传感器信号、当前位置及姿态产生控制指令；所述输出模块输出控制指令给拖拉机的转向装置使得转向装置控制拖拉机按照所述行驶轨迹行驶，直至完成耙地。

在进一步方案中，所述存储器内存储有边界，所述ab线的起点和终点位于边界的内侧直线上；所述控制器根据拖拉机的当前位置、当前姿态及每条ab线的终点在内侧直线上的坐标产生控制指令，所述输出模块传输该控制指令至拖拉机的转向装置以控制拖拉机在每条ab线的终点转弯到该行驶轨迹的下一条ab线的起点。

在进一步方案中，所述处理器根据拖拉机的当前位置判断耙地是否完成，如果耙地完成，产生第一巡航指令；所述输出模块输出第一巡航指令给拖拉机的以使得所述拖拉机在所述边界巡航；或者，所述处理器根据当前位置和/或姿态判断拖拉机是否故障，如果有故障，产生第二巡航指令；所述输出模块输出该第二巡航指令给拖拉机的转向装置以使得拖拉机在所述边界巡航。

在进一步方案中，所述行驶轨迹中，拖拉机驶入地头的ab线和驶出地头的两条ab线相交呈x形；或者，驶入地头的ab线和驶入地头的ab线平行；或者，驶入地头的ab线和驶出地头的ab线是角的两边。

本发明还公开一种耙地系统，该系统包括用于获取拖拉机当前位置及姿态的获取装置和车载设备，所述姿态获取装置传输当前位置及姿态至所述车载设备，所述车载设备包括前述任何一种控制器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明通过行驶轨迹包括多条ab线相交而使得土壤混合效果好，利于土壤中肥料的充分混合。再者，预先设置有地块的边界，能达到全过程自动驾驶及土壤混合效果好的目的。

附图说明

图1是现有的耙地方法的示意图；

图2是本发明耙地方法第一种实施方式的示意图；

图3是本发明耙地方法第二种实施方式的示意图；

图4是本发明耙地方法第三种实施方式的结构示意图；

图5是本发明耙地方法第四种实施方式的示意图；

图6是本发明耙地方法的一种行驶轨迹的示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。

请参阅图2，实现耙地方法的设备通常包括基准站、移动站、显示器、角度传感器、控制器和转向装置等。基准站接收卫星信号，并根据卫星信号得到差分数据。移动站通常包括移动站接收机和安装于拖拉机顶部的天线。移动站接收机包括oem板卡。如果oem板卡不包括惯性导航(ins)模块，可以在拖拉机顶部设置双天线来获得拖拉机的当前位置及姿态，如果获得可以采用现有技术，在此不再赘述。如果oem板卡包括惯性导航(ins)模块，该板卡是具有gnss/ins组合导航系统的板卡，通过该系统获得拖拉机的当前位置及姿态。gnss/ins组合导航系统如何获得拖拉机的当前位置和姿态可以采用现有技术，在此不再赘述。显示器用于显示系统的状态以及与用户界面。角度传感器实时感应拖拉机转向轮的转向角度。控制器综合卫星信号、车辆姿态信号和角度传感器信号输出控制信号。控制器和显示器可以集成在一起，做成平板电脑。所述转向装置是液压阀或者方向盘系统，用于接收控制信号而改变拖拉机行驶方向。

请继续参阅图2，本发明耙地方法第一实施方式包括如下步骤：

步骤1：通过显示器设置行驶轨迹；该行驶轨迹包括多条相交的ab线，如图2所示，驶入地头的ab线和驶出地头的ab线是角的两边，为了便于区别，将图2中上部的地头标识为地头21，下部的地头标记为地头22。具体的，驶入地头21的ab线与驶出地头21的ab线(a1b1)的延长线相交于一点而使得a1b1、ab及其延长线构成v形的角，同样的，驶入地头22的ab线(a1b1)和驶出地头22的ab线(a2b2)的延长线相较于一点而使得a1b1、a2b2及其延长线构成v形的角，同样的，a3b3与a2b2及其延长线构成v形……，anbn与an+1bn+1及其延长线构成v形，不一一列举。

形成所述轨迹的方法如下：在显示器的界面上输入农具宽度、第一条ab线(图2所示ab)的起点和终点、拖拉机的转弯半径即可在软件界面上自动生成上述ab、a1b1、a2b2……an+1bn+1等等。计算机根据ab线的起点和终点就可以确定ab线的方向，第一条ab线确定好后，根据转弯半径就可以确定a1b1，a1b1确定好后根据转弯半径即可确定a2b2，以此类推，生成所有ab线。转弯半径用于拖拉机在地头21或地头22从一条ab线的终点转向到该行驶轨迹的下一条ab线的起点，如图2所示，在地头21从ab线的终点b转到a1b1线的起点a1，在地头22从a1b1的终点b1转到a2b2线的起点a2，以此类推。转弯半径可以自己通过行驶测得，也可以通过车辆的轴距、农具工作轴距后轴的距离、农具宽度等数据推算，可以采用现有技术，不再赘述。

步骤2：根据当前位置、姿态及预设的行驶轨迹控制所述拖拉机按照所述行驶轨迹行驶，直至完成耙地。

在该步骤中，控制器根据拖拉机的当前位置、当前姿态及角度传感器信号产生控制指令。该控制指令传输给控制装置。转向装置根据该控制指令控制拖拉机使得拖拉机1从a点沿着ab线向b点行驶；在到达b点时，拖拉机手操纵拖拉机1在地头21从b点转到a1点；接着，以a1作为起点，控制器根据当前位置、当前姿态及角度传感器信号产生控制指令，转向装置根据该控制指令控制拖拉机1的行驶方向，使得拖拉机1从a1点沿着a1b1行驶至终点b1；接着，在到达终点b1后，拖拉机手驾驶拖拉机1使得拖拉机1从终点b1转到与行驶轨迹的下一条ab线(a2b2)的起点a2，与前面道理相同，以a2为起点，控制器控制拖拉机1沿着a2b2行驶直至终点b2，达到终点b2后，拖拉机手操作拖拉机1从终点b2转向到该行驶轨迹的下一条ab线(a3b3)，以此类推，直至行驶完所有ab线，完成耙地。

请参阅图3，本发明还公开第二种耙地方法。该第二种实施方式与第一种实施方式的区别在于：行驶轨迹不同。具体的，第一种实施方式中，行驶轨迹包括一个来回，去的行驶轨迹和回来的行驶轨迹相交而形成的多个ab线的相交点。第二种实施方式中，行驶轨迹只有去的行驶轨迹，无回来的行驶轨迹，该行驶轨迹中，拖拉机驶入地头的ab线和驶出地头的ab线相交呈x形，如图3所示，驶入地头21的ab线(ab)和驶出地头21的ab线(a1b1)相交呈x形；驶入地头21的ab线(a2b2)和驶出地头22的ab线(a3b3)呈x形，其他ab线与前述相同，不再赘述。

在显示器的界面上输入农具宽度、第一条ab线(图2所示ab)的起点和终点、拖拉机的转弯半径即可在软件界面上自动生成图3所示的行驶轨迹。

请继续参阅图3，采用这种行驶轨迹的耙地过程如下：控制器根据拖拉机的当前位置、当前姿态及角度传感器信号产生控制指令。该控制指令传输给转向装置。转向装置根据该指令控制拖拉机使得拖拉机从a点沿着ab线向b点行驶；在到达b点时，拖拉机手操纵拖拉机从b点转到该行驶轨迹的下一条ab线(a1b1)的起点a1点；接着，以a1作为起点，控制器根据当前位置、当前姿态及角度传感器信号产生控制指令，转向装置根据该控制信号控制拖拉机1的行驶方向，使得拖拉机1从a1点沿着a1b1行驶至终点b1；接着，在到达终点b1后，拖拉机手驾驶拖拉机1使得拖拉机1从终点b1转到该行驶轨迹的下一条ab线(a2b2)的起点a2，与前面道理相同，以a2为起点，控制器控制拖拉机沿着a2b2行驶直至终点b2；接着，达到终点b2后，以此类推，直至行驶完所有ab线，完成耙地。

请继续参阅图4，本发明还公开第三种把地方法。本发明第三实施方式的行驶轨迹也是在显示器的界面上输入农具宽度、第一条ab线(图2所示ab)的起点和终点及方向、拖拉机的转弯半径即可在软件界面上自动生成。该第三实施方式与第一实施方式或者第二实施方式相比，所述行驶轨迹不同，具体的，该行驶轨迹包括去和回来的行驶轨迹。在该行驶轨迹中，驶入地头的ab线和驶出地头的ab线平行。如图4所示，驶入地头21的ab线和驶出地头21的ab线(a1b1)相平行，驶入地头22的ab线(a1b1)和驶出地头22的ab线(a2b2)平行，同样的，a2b2和a3b3平行；回来方向的anbn和an+1bn+1相平行。

请继续参阅图4，按照上述行驶轨迹进行耙地的步骤如下：控制器根据拖拉机的当前位置、当前姿态及角度传感器信号产生控制指令。该控制指令传输给转向装置。转向装置根据该控制指令控制拖拉机1使得拖拉机1从a点沿着ab线向b点行驶；在到达b点时，拖拉机手操纵拖拉机从b点转到a1点；接着，以a1作为起点，控制器根据当前位置、当前姿态及角度传感器信号产生控制指令，转向装置根据该控制指令控制拖拉机1的行驶方向，使得拖拉机1从a1点沿着a1b1行驶至终点b1；接着，在到达终点b1后，拖拉机手驾驶拖拉机使得拖拉机从终点b1转到与该行驶轨迹的下一条ab线(a2b2)的起点a2，与前面道理相同，以a2为起点，控制器控制拖拉机沿着a2b2行驶直至终点b2；接着，达到终点b2后，以此类推，直至行驶完所有ab线，完成耙地。

上述第一实施方式至第三实施方式中，由于行驶轨迹具有多条相交的ab线，ab线相交能够使得土壤充分混合，所以，交叉混合效果好，利于土壤中肥料的均匀分布。但上述第一实施方式至第三实施方式中，在ab线的终点都需要拖拉机手操纵拖拉机转到相邻的ab线的起点，不是真正的自动驾驶，为了解决这个问题，可以在每条ab线的终点，通过遥控的方式向所述控制器发送控制信号，控制器根据该转向信号产生控制信号，转向装置接收到该控制信号后控制拖拉机在ab线的终点转向到相邻的ab线上，比如，第一实施方式中，在终点b、b1、b2接收转向信号而相应的转到起点a1、a2、a3上。

请参阅图5，本发明公开第四实施方式的耙地方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：根据农具宽度及转弯半径预先设置地块的边界3，还根据农具宽度、第一条ab线(图2所示ab)的起点和终点、拖拉机的转弯半径即可在软件界面上自动生成行驶轨迹。所述边界3包括地头，形成所述边界3的方法可以是，建立拖拉机的模型，驾驶拖拉机绕地块的边缘一周，绕地一周后根据天线坐标和车模型获得边界3，或者事先通过所述显示器输入，或者提前导入包括所述边界的图纸。形成的行驶轨迹采用第一实施方式的行驶轨迹。

步骤2，对边界耙地和采用所述行驶轨迹对边界围成的区域耙地。在该步骤中，先对边界3围成的区域4耙地，耙地的过程参见第一实施方式的叙述，在此不赘述。区域4耙完后，控制器产生控制指令控制拖拉机在所述边界(边界区域)3内耙地，从而，将整个地块耙完。另外，该实施方式与第一实施方式的进一步区别在于：该方式能实现自动耙地。具体叙述如下：拖拉机绕地块边缘一周的过程中，可以实时获得拖拉机1的当前位置，进而，可以获得边界3的内侧直线32上各ab线的终点的坐标。ab线终点的坐标就是拖拉机在内侧直线32上的转弯位置。拖拉机从起点a向终点b行驶过程中，也能实时得到拖拉机的当前坐标，所以，如果拖拉机的当前坐标等于内侧直线上终点的坐标，比如，当前坐标等于终点b2的坐标，控制器就产生控制指令，进而，由转向装置控制拖拉机1转向到a3，是自动转向，以此类推，在每条ab线的终点都能实现自动转向。

综上所述，该第四实施方式能实现全过程的自动驾驶，而且，由于行驶轨迹的多条ab相交，所以，能使得土壤混合效果好，利于土壤中肥料的均匀混合。另外，在拖拉机故障或者耙地完成的情况下，控制器能够根据拖拉机的当前位置和/姿态产生控制指令，进而，控制所述拖拉机在所述边界巡航。具体的，当拖拉机的当前位置偏离预设的行驶路径达到设定的阈值，可以认为拖拉机出现故障，此时，产生控制指令而使得拖拉机在边界3巡航。如果拖拉机的当前位置等于行驶轨迹的终点坐标，则，判断为拖拉机耙地完成，此时，产生控制指令控制所述拖拉机在边界3巡航。

本领域技术人员从上述实施方式中可以获得启发：只要行驶轨迹径有多条相交的ab线，就能达到土壤充分混合的目的，行驶轨迹不限于上述几种，比如，也可以根据农具宽度、第一条ab线(图2所示ab)的起点和终点、转弯位置、拖拉机的转弯半径即可在软件界面上自动生成行驶轨迹，此种行驶轨迹也可以是不规则的曲线，比如图6所示。

另外，本发明还公开一种控制装置，该装置包括接收模块、存储器、处理器和输出模块。所述存储器内存储有行驶轨迹，该行驶轨迹包括多条相交的ab线。所述接收模块接收角度传感器信号、当前位置及当前姿态，传输角度传感器信号、当前位置及姿态给所述处理器。所述处理器根据所述角度传感器信号、当前位置及姿态产生控制信号。所述输出模块输出控制指令给拖拉机的转向装置使得转向装置控制拖拉机按照所述行驶轨迹行驶，直至完成耙地。在进一步方案中，所述存储器内存储有边界，所述ab线的起点和终点位于边界的内侧直线上；所述控制器根据拖拉机的当前位置、当前姿态及每条ab线的终点在内侧直线上的坐标产生控制指令，所述输出模块传输该控制指令至拖拉机的转向装置以控制拖拉机在每条ab线的终点转弯到该行驶轨迹的下一条ab线的起点。在进一步方案中，所述处理器根据拖拉机的当前位置判断耙地是否完成，如果耙地完成，产生第一巡航指令；所述输出模块输出第一巡航指令给拖拉机的以使得所述拖拉机在所述边界巡航；或者，所述处理器根据当前位置和/或姿态判断拖拉机是否故障，如果有故障，产生第二巡航指令；所述输出模块输出该第二巡航指令给拖拉机的转向装置以使得拖拉机在所述边界巡航。

本发明也公开一种耙地系统，该系统包括用于获取拖拉机当前位置及姿态的获取装置和车载设备。所述姿态获取装置传输当前位置及姿态至所述车载设备。所述车载设备包括前述任何一种控制器。所述当前位置和姿态获取装置比如是由基准站和移动站构成的装置，不以此为限，只要能够获得拖拉机当前的位置及姿态即可。

上述耙地系统也具有上述耙地方法的优点，在此不再赘述。