一种控制无人操作施肥机自动行进的装置及控制方法与流程

本发明涉及农业机械技术领域，尤其涉及一种控制无人操作施肥机自动

行进的装置及控制方法。

背景技术：

我国是世界上人口最多的农业大国，玉米、小麦、高粱等粮食产量对我国经济与社会发展具有重要影响。科学高效施肥是保障粮食稳产、增产的重要措施之一。由于我国农业人口众多，过去，为农作物施肥主要借助于人力和畜力（牛、马、驴、骡等）。但是，随着人口城镇化化进程的不断加速，尤其进入21世纪后，农业劳动力不足问题已日渐凸显。因此，施肥方式急需向机械化、自动化方向发展。

依据目前施肥机械发展水平，从整体性能分析，施肥机械主要包括三大系统，即动力系统、肥料箱及流量控制系统、行进方向控制系统，随着对这三大系统的不断改进，我国先后研制与发展了三种施肥机械：

第一种，二人步行操作。一人或牲畜（由人牵着）在前面牵引，一人掌握施肥机扶手，二人协作完成施肥。显然，这种施肥方式，机械化程度低，占用人力多，施肥效率低。

第二种，一人步行操作。采用机械牵引（汽油机等），由一人掌握施肥机扶手控制施肥机前进方向。这种施肥机机械化程度比较高，但是，它的施肥速度直接受限于操作人员的体力，故施肥效率也比较低。

第三种，采用较大型机械。一人坐在机械上操控机械前进方向完成施肥过程。目前，这种施肥方式机械化程度最高，耗费人力最低，施肥效率也最高。但是，这种施肥机械也有限制，比如，玉米抽雄穗前后10～15天是施攻粒肥的最佳时期，但是由于此时玉米秸秆非常高以致无法利用该机械进行施肥。此时可以利用第一种或第二种机械施攻粒肥，但是，由于玉米秸秆高，叶子茂密，天气比较炎热，此时步行施肥，这对施肥人员的体力与耐力无疑是一种巨大的考验。

由上述分析可知，目前施肥机存在效率低、自动化程度低、适用范围窄等问题。究其原因主要是由于施肥机的行进方向尚不能实现自动化造成的，尽管动力系统、肥料箱及流量控制系统已经比较成熟，完全可以实现机械化与自动化。因此，本发明人提出一种无需人工操控即可使机械自动行进的装置及方法，这将有助于施肥机的完全机械化与自动化。

为叙述方便，本发明方案设计以玉米施肥机为例。为使玉米施肥机稳定前行而不对玉米造成破坏，前文所述三种施肥机都是由人实时操控实现。若要解放人力实现完全自动化，用传感器代替人是一种有效途径，据此已有两种设计方案：

第一种，以地垄为基准。利用超声波或红外传感器监测施肥机与地垄的距离以控制施肥机行进方向。然而，现实情况是并非每一行玉米都有地垄，即使有也可能非常矮，且大部分在耕作或风吹雨淋过程中遭到不同程度，因此，以地垄为基准控制施肥机行进方向非常困难甚至不现实。

第二种，以玉米秸秆为基准。在施肥机左右两侧某一位置各安装一个（超声波、红外、图像、压力等）传感器，利用两个传感器监测施肥机与两行玉米秸秆的相对距离，从而控制施肥机行进方向。然而，与连续墙体不同，一行玉米中相邻两棵玉米之间都有一定的间距而且间距不均匀，有的还比较大（比如缺苗位置），这无疑给传感器数据处理带来巨大挑战，另外，玉米叶非常多这也会严重干扰传感器的数据采集与控制精度。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种控制无人操作

施肥机自动行进的装置，该装置结构简单，可有效降低传感器处理数据的难度；该装置可使施肥机自动行进过程中转向平稳；采用该装置的施肥机以一行玉米为基准就能自动定向行走，这样施肥方式更灵活；该装置使得施肥机行进过程中始终感知玉米秸秆的变化，使施肥机行走过程更安全可靠；采用该装置降低了施肥机对玉米秸秆与叶子损伤的风险；

本发明还提供了一种控制无人操作施肥机自动行进的控制方法，该方法可有效降低传感器处理数据的难度；该方法可使施肥机自动行进过程中转向平稳；该方法使得施肥机以一行玉米为基准就能自动定向行走，这样施肥方式更灵活；该方法使得施肥机行进过程中始终感知玉米秸秆的变化，使施肥机行走过程更安全可靠；该方法降低了施肥机对玉米秸秆与叶子损伤的风险。

本发明采用以下技术方案，（此部分等实施例及权利要求书核对完成后在撰写）

本发明采用上述技术方案的装置及方法具有以下技术效果：

（1）控制原理与结构简单，数据处理量非常少，降低了传感器处理数据的难度；

（2）使施肥机方向控制更平稳、准确；有时相邻两株玉米的横向位置偏差比较大，如果用单点传感器监测与控制施肥机的行进方向极有可能引起施肥机剧烈转向；本发明使用的条状多点传感器系统以多株玉米秸秆为基准就能使施肥机转向更平稳；

（3）使施肥机以一行玉米为基准就能自动定向行走，这样施肥方式更灵活。现实中，不同甚至同一块田地里玉米的行距可能不同，所以施肥方式或位置有所不同，有的在两行玉米正中间，有的要更靠近某一行玉米。此时，如果以施肥机两侧的两行玉米为基准，通过传感器控制施肥机行进方向，就要不断调节传感器与相关控制参数，相反，如果使用该发明中的单侧传感器系统控制施肥机就比较方便、快捷；

（4）使施肥机行进过程中始终感知玉米秸秆的变化，这使施肥机行走过程更安全可靠；

（5）大大降低了施肥机对玉米秸秆与叶子损伤的风险；压力传感器如果作用在一株玉米秸秆上，玉米秸秆很容易被折断，本发明中的传感器作用在多株玉米秸秆上这样就大大降低了玉米秸秆被折断的风险另外，在施肥机前部设计安装了分叶器，施肥机行进过程中分叶器能够将分属于左右两行的玉米叶梳理到两旁，这样不仅能够减少施肥机对玉米叶甚至秸秆造成的破坏，减小施肥机的行进阻力，还在一定程度上会减缓玉米叶对传感器的影响。

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的说明。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图；

附图2为本发明工作原理流程图。

图中：1-传感器A；2-传感器B；3-传感器C；4-长条状构件。

具体实施方式

实施例，如图1所示，一种控制无人操作施肥机自动行进的装置，本发

明中仍以玉米秸秆为基准利用传感器控制施肥机行进方向，与其它方案不同的是，该装置包括与施肥机固定连接的长条状构件4，长条状构件4的长度方向与施肥机的行进方向一致，长条状构件4上设有三个传感器，三个传感器沿长条状构件4的长度方向分布。

长条状构件4可以选择如长条钢板等条状构件，所述传感器优选为压力传感器。

所述传感器包括传感器A1、传感器B2、传感器C3，传感器A1、传感器B2、传感器C3分别沿长条状构件4的长度方向顺次固定在三个位置上，通过传感器A1、传感器B2、传感器C3控制施肥机的进行方向及其与玉米秸秆之间的距离。

如图2所示，一种实现无人操作使施肥机自动行进的控制方法， 施肥机与玉米秸秆的间距主要由传感器B2控制:施肥前根据施肥机的预施肥位置与玉米秸秆的距离设定传感器B2将受到压力的范围,在起始位置或行进过程中传感器B2如果没有受到任何压力,施肥机会逐渐向玉米秸秆靠近直至施肥机与玉米秸秆的距离使传感器B2受到压力在设定范围内。

而施肥机的行进方向由传感器A1与传感器C3控制:根据传感器A1与传感器C3受到的压力差控制施肥机行进方向。

施肥机行进过程中，如果传感器A1受到的压力大于传感器C3受到的压力，则施肥机有向玉米秸秆靠近的趋势，此时控制系统将通过转向轮使施肥机向远离玉米秸秆的方向行驶，直至压力传感器A1受到的压力与传感器C3受到的压力相近，并且确保传感器B2受到的压力在设定范围内以控制施肥机与玉米秸秆的距离。

施肥机行进过程中，如果传感器A1受到的压力小于传感器C3受到的压力，则施肥机有远离玉米秸秆的趋势，此时控制系统将通过转向轮使施肥机向靠近玉米秸秆的方向行驶，直至压力传感器A1受到的压力与传感器C3受到的压力相近，并且确保传感器B2受到的压力在设定范围内以控制施肥机与玉米秸秆的距离。

综上，本发明基于施肥机提出了一种新的完全自动行走的方法与装置，该方法与装置结构简单、实用性强。除施肥机外，该发明的设计方案还可以应用于除草、喷药等农机设备的自动化甚至特定场合下的无人驾驶。

以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，本发明的装置及控制方法也可以用于其他作物的施肥，本发明的装置及控制方法还可以应用于除草、喷药等农机设备的自动化甚至特定场合下的无人驾驶，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。