一种农机自动驾驶的控制器和农机的制作方法

本实用新型属于机械控制领域，具体涉及一种农机自动驾驶的控制器和农机。

背景技术：

精准农业(Precision Agriculture)是当今世界农业发展的新潮流，是由信息技术支持的根据空间变异，定位、定时、定量地实施一整套现代化农事操作技术与管理的系统。农机自动驾驶系统是完成农机高效、准确耕作的前期，所以农机自动驾驶系统是精准农业发展的重要组成部分，是农业机械现代化、智能化的基础。

目前的农机的导航仪均为一个独立的工业电脑，用于导航软件的工作，导航仪与其它控制器等的通信采用数字通信接口，主要用于交互车辆的位置及相应的设置命令等。这种农机自动驾驶系统包含多个处理器电脑，即导航仪电脑(服务于导航软件及显示UI用)、控制器电脑(服务于控制算法及组合导航)，所以存在成本相对较高，使用复杂、维护成本高的问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是如何简化农机机构、降低成本。

针对这一技术问题，本实用新型提供了一种农机自动驾驶的控制器，包括：定位器、惯性传感器、处理器和驱动器；

所述定位器和所述惯性传感器的输出端均连接所述处理器的输入端，所述处理器的输出端连接所述驱动器的输入端；

所述定位器用于对所述农机进行定位，所述惯性传感器用于获取所述农机的位姿信息；

所述处理器用于根据所述农机的位置和位姿信息，计算使得所述农机沿着目标路径前进时，所述农机对应的运行参数调整控制量；

所述驱动器用于根据所述运行参数调整控制量调整所述农机，以使所述农机沿着所述目标路径前进。

优选地，还包括显示器；

所述显示器的输入端连接所述处理器的输出端，用于显示所述农机所处的位置。

优选地，所述显示器还包括控制端口，所述控制端口连接所述处理器的输入端；

所述显示器还用于显示所述目标路径，或者通过所述显示器对所述目标路径进行修改得到新的目标路径，并通过所述控制端口将所述目标路径或者新的目标路径传输至所述处理器。

优选地，所述驱动器通过液压驱动接口与转向液压阀连接，或者所述驱动器通过通信接口与电动方向盘连接，以通过所述转向液压阀或电动方向盘对所述农机的运行参数调整控制量进行调整。

优选地，所述定位器为GNSS定位板卡，通过射频接插件连接GNSS天线。

优选地，所述显示器和所述处理器的接口为VGA、HDMI、USB或者TYPEC接口。

优选地，所述定位器采用载波相位差分技术进行定位。

优选地，所述显示器为触屏控制显示器。

优选地，所述显示器还用于直接设定所述农机的运行参数调整控制量。

另一方面，本实用新型提供了一种农机，包括上述的农机自动驾驶的控制器。

本实用新型提供的农机自动驾驶的控制器中，将定位器、惯性传感器、处理器和驱动器集成为一个整体，相比于现有技术中给每一个功能部件均为一个独立分立的系统而言，该控制器具有更高的集成度、简化了农机机构，降低了成本。另一方面，增加的显示器可以提供人机交互界面，方便了对农机的控制。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一个实施例提供的农机自动驾驶的控制器的结构连接关系示意图；

图2是本实用新型另一个实施例的提供的显示器和外部的转向液压阀或者电动方向盘的连接示意图；

图3是本实用新型另一个实施例的提供的控制器的集成的功能模块示意图；

图4是本实用新型另一个实施例的提供的显示器的各个连接接口示意图；

图5是本实用新型另一个实施例的提供的农机自动驾驶的控制器的完整结构图；

图6是本实用新型另一个实施例的提供的各个功能模块彼此独立的农机的自动驾驶系统的结构图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1是本实施例提供的农机自动驾驶的控制器的结构连接关系示意图，包括：定位器101、惯性传感器102、处理器103和驱动器104；

所述定位器101和所述惯性传感器102的输出端均连接所述处理器103的输入端，所述处理器103的输出端连接所述驱动器104的输入端；

所述定位器101用于对所述农机进行定位，所述惯性传感器102用于获取所述农机的位姿信息；

所述处理器103用于根据所述农机的位置和位姿信息，计算使得所述农机沿着目标路径前进时，所述农机对应的运行参数调整控制量；

所述驱动器104用于根据所述运行参数调整控制量调整所述农机，以使所述农机沿着所述目标路径前进。

需要说明的是，位姿信息包括农机的速度、姿态等，用于确定农机当前前进的方向与目标路径的偏离角度等运行参数调整控制量，并对农机的前进方向进行调整。

农机是指农业生产中使用的各种机械设备统称，如：大小型拖拉机、平整土地机械等设备等。计算使所述农机沿目标路径前进时。农机运行参数调整控制量为对应的前轮转角转向控制量。驱动器根据运行参数调整控制量对转向液压阀或者电动方向盘进行控制，将农机前轮进行调整，使得农机沿着目标路径前进。

本实用新型的改进点在于提高集成度，将定位器101、惯性传感器102、处理器103和驱动器104集成在一个系统中。另外，虽然处理器103用于根据所述农机的位置和位姿信息，计算使得所述农机沿着目标路径前进时，所述农机对应的运行参数调整控制量，但是应该理解的是，该处理器所做的处理均为现有技术，并不涉及方法上的改进。

本实施例提供的农机自动驾驶的控制器中，将定位器101、惯性传感器102、处理器103和驱动器104集成为一个整体，相比于现有技术中给每一个功能部件均为一个独立分立的系统而言，该控制器具有更高的集成度、简化了农机机构，降低了成本。

进一步地，还包括显示器；

所述显示器的输入端连接所述处理器的输出端，用于显示所述农机所处的位置。

进一步地，所述显示器还包括控制端口，所述控制端口连接所述处理器的输入端；

所述显示器还用于显示所述目标路径，或者通过所述显示器对所述目标路径进行修改得到新的目标路径，并通过所述控制端口将所述目标路径或者新的目标路径传输至所述处理器。

需要说明的是，控制液压阀的信号为经过功率放大的直接驱动信号，不需要外接电磁阀驱动电路。

进一步地，所述驱动器通过液压驱动接口与转向液压阀连接，或者所述驱动器通过通信接口与电动方向盘连接，以通过所述转向液压阀或电动方向盘对所述农机的运行参数调整控制量进行调整。

进一步地，所述显示器为触屏控制显示器。

需要说明的是，所述显示器也可以为通过鼠标进行控制的显示器。

进一步地，所述定位器为GNSS定位板卡，通过射频接插件连接GNSS天线。

进一步地，所述显示器和所述处理器的接口为VGA、HDMI、USB或者TYPEC接口。

进一步地，所述定位器采用载波相位差分技术进行定位。

进一步地，所述显示器还用于直接设定所述农机的运行参数调整控制量。

具体的，图2示出了本实用新型中的显示器和外部的转向液压阀或者电动方向盘的连接示意图，显示器为用鼠标操作的显示器，通过USB或者UART接口将鼠标与显示器连接，实现对显示界面的控制。显示器本身通过VGA或者HDMI等视频接口与农机自动驾驶控制器连接(或者是控制器中的处理器连接)，以将定位器获取的农机位置信息进行显示。当然，显示器还用于显示目标路径，管理人员可以直接通过显示器查看目标路径或者对目标路径进行修改，修改后的路径会通过显示器和控制器之间的接口输入至处理器，以供处理器根据新的目标路径对农机的位子进行调整。

农机的驱动器将驱动信号输送至与驱动器连接的转向液压阀或者电动方向盘(转向液压阀或者电动方向盘也可称为执行器)，通过转向液压阀或者电动方向盘控制农机的前进方向。

图3示出了控制器的集成的功能模块示意图，该控制器包括的定位器为GNSS高精度板卡、IMU(惯性测量单元)、液压驱动器、处理器和通讯模块。其中，通讯模块用于实现各个模块之间的通信。

图4示出了显示器的各个连接接口示意图，其中图4示出的显示器为触摸屏显示器，该显示器包括视频显示接口、触摸屏/鼠标等输入接口、控制用数据接口和GNSS视频接口。其中，GNSS视频接口用于直接接收全球卫星定位系统(GNSS)获取的农机所在位置及场景的图。

图5为本实施例提供的农机自动驾驶的控制器的完整结构图。参见图5，该控制器包括了IMU、处理器、通信电路模块、液压驱动器和GNSS主板，其中GNSS主板与GNSS天线之间保持通信，以获取农机所在位置的实景图。控制器还包括了通过显示视频接口和触摸屏型号接口进行通信的显示器，用于显示农机自动耕作过程中的地图、导航及耕作情况。显示器作为农机的人机交互界面，通过使用农机控制器的窗口，具有参数设定、功能设定、地图导航及显示、数据存储设置等功能。

控制器与液压阀或者电机方向盘等执行机构通过液压驱动接口或者通信接口连接。

MEMS惯性传感器包含3轴的陀螺仪传感器、3轴的加速度传感器、3轴的地磁传感器，用于完成对农机惯性信息的测量，该惯性测量信息经由处理器的组合导航及控制算法的处理得到农机的高精度位置、速度及姿态数据。农机控制系统软件运行于本实用新型自动驾驶控制器的处理器中，通过对目标路径、实测的农机位置/速度/姿态及其它传感器，生成相应的控制变量信号。生成的控制变量信号经过集成的液压驱动电路后，直接驱动控制液压阀执行机构完成农机的转向控制，最终完成农机的自动驾驶控制。

作为一个对比的实施例，图6提供了一种各个功能模块彼此独立的农机的自动驾驶系统的结构图。其中，农机导航仪实际为一个工业电脑，其包含硬件、操作系统和导航软件三部分，其中硬件主要服务于导航软件的运行。车辆的自动驾驶控制器主要由控制器完成，其包括惯性导航及相应的控制处理器及电路；GNSS卫星导航接收机根据不同的产品形态，目前多集成于导航仪内或者控制器内或者独立以接收机方式存在。总体看来，在整个农机自动驾驶系统产品中，导航仪、控制器、GNSS卫星导航接收机均为独立的分系统，分系统各自具有独立的处理器，相互之间利用相应的通讯协议进行数字信号的通信。图6中所示的这种农机的自动驾驶系统的功能虽然丰富，但由于其每个独立的产品均包含负责的硬件及软件，开发成本和生产成本均较高。

然而，图5中的农机控制器的集成化的提升可以降低整体系统的成本，通过相关接口直接驱动显示器，并且结成GNSS高精度定位板卡、液压驱动器、惯性测量单元等核心工程部件。自动驾驶控制盒内部集成了北斗高精度测量型板卡、MEMS惯性测量单元、核心处理器及相应电路、通信模块及液压驱动模块，如图5所示，GNSS高精度测量型板卡可以通过RTK技术实现载波相位差分定位，实现拖拉机的实时厘米级高精度位置测量。MEMS惯性测量单元与RTK的高精度定位信息经过组合导航算法完成拖拉机实时的高精度位置/速度/姿态信息的测量，相应的组合导航算法运行于核心处理器中。控制器直接通过外接的VGA/HDMI等视频接口连接显示器，核心处理器运行相应的操作系统软件及导航应用软件，通过显示器显示导航软件的UI界面直接与农机手进行交互。控制算法运行于核心处理器，通过目标行进路线和组合导航算法测量的车辆位置/速度/姿态信息生产相应的控制信号，经过液压驱动模块生产直接控制液压阀的信号，连接执行的液压阀执行机构控制车辆的转向，从而保持车辆按照目标路线行进。

由此，本实用新型提供的自动驾驶控制器除一般完成车辆的导航、控制等功能外，集成了显示控制计算机，对外直接输出视频界面用于人机交互，替代传统的农机导航仪，还具有安装方便、成本低廉、可靠易用的特点。

另一方面，本实用新型还提供了一种农机，包括以上实施例所述的农机自动驾驶的控制器。

本实施例提供的农机，包括了农机自动驾驶的控制器，该将定位器、惯性传感器、处理器和驱动器集成为一个整体，相比于现有技术中给每一个功能部件均为一个独立分立的系统而言，该控制器具有更高的集成度、简化了农机机构，降低了成本。另一方面，增加的显示器可以提供人机交互界面，方便了对农机的控制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。