专利名称：激光平地控制装置及方法
技术领域：
本发明涉及土地平整技术领域，特别是涉及一种激光平地控制装置及方法。
背景技术：
地面漫灌是我国农业灌溉的主要方法，改善农田平整状况，可以有效提高农田灌 溉水利用率。研究表明，土地平整对于农田节水、杂草控制、作物增收等均有明显的效果。土 地平整方法包括常规平地方法和激光控制平地方法。常规的机械平整方法受机具自身缺陷 和人工操平精度有限的制约，土地平整精度在达到一定程度后无法继续提高，无法达到精 细灌溉的要求。激光测量控制平地技术是利用激光测量平面和用电子控制系统作为非视觉 的控制手段，利用控制系统控制液压调解系统实现平地铲的自动升降，避免了人工操作和 目测判断所造成的误差，达到农田精细平整的目的。激光控制平地系统能够大幅度提高土 地平整精度，其激光接收系统的灵敏度至少比人工视觉判断和平地机上操作人员的手动液 压调节系统准确10 50倍，具有常规平整方法无法比拟的优越性。现有激光平地控制系统中，激光接收器的接收范围一般较小。受此激光接收器量 程限制，激光平地设备适用于高差不大的土地整理。在高差较大地块使用时，需要根据作业 过程中地形变化不断由人工来调整激光接收器高度来适应高差大的地块。反复停车调整接 收器高度导致土地平整效率低下，作业消耗增加。同时，平整高差变化较大的地块时，作业 过程中平地铲吃土量过多，铲车内容易积土，导致动力系统牵引负载过大，容易损坏动力系 统或平地铲。另外，现有激光平地系统液压缸无位移传感器，存在支撑轮抬起过高后而引起 平地系统响应过慢，导致平整后地块产生大的波浪起伏的问题。
发明内容
(一 )要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是如何在土地平整的过程中方便地调整激光接收器的 高度使其适应高差较大的地块平整。本发明要解决的另一技术问题是当平地铲内积土过多或牵引负载过大时提升平 地铲进行卸土，解决因负载过大损伤牵引车发动机或损伤平地铲的问题。本发明要解决的又一技术问题是如何解决支撑轮抬起过高引起平地系统响应过 慢，从而导致平整后地块产生大的波浪起伏的问题。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，提供一种激光平地控制装置，包括牵引单元，支撑轮，以及 与所述支撑轮连接的平地铲，还包括激光发射器，用于旋转发射激光束形成扫平面作为所述控制装置的作业基准平 面；激光接收器，用于接收所述激光束并将所述激光接收器相对于所述扫平面的高差 发送至控制器；
激光接收器升降单元，用于承载所述激光接收器，并在液压单元的驱动下升高或 降低；控制器，用于根据接收到的信号控制激光接收器和平地铲的升降；液压单元，用于根据来自于控制器的控制信号控制激光接收器升降单元的升降。优选地，所述液压单元包括液压马达，通过第一电液换向阀与所述控制器连接，用 于在控制器的控制下转动以驱动所述激光接收器的升降。优选地，所述液压单元还包括液压缸，通过第二电液换向阀与所述控制器连接，用 于在控制器的控制下伸出或收回以控制平地铲的升降。优选地，在所述牵引单元上设置有拉力传感器，用于采集牵引拉力值并将其与卸 土拉力值进行比较以判断所述平地铲的负载是否超过负载阈值，并将所述判断结果传输给 所述控制器。优选地，在所述液压缸上设置有位移传感器，用于采集支撑轮的抬起位移并将其 与抬起位移阈值进行比较，并将所述比较结果传输给所述控制器。本发明还提供了一种激光平地控制方法，其包括步骤S1，激光发射器旋转发射激光束形成扫平面作为所述控制装置的作业基准平面；S2，确定激光接收器的高度与激光发射器扫平面的高差，并将其作为控制量；S3，控制器通过电液换向阀将所述控制量发送给平地铲以控制所述平地铲的高度 使之达到定位标高；S4，若所述高差超过激光接收器的接收范围，则控制器发送控制信号通过电液换 向阀控制液压单元中的液压马达转动以带动激光接收器升降单元和激光接收器同时升降。优选地，所述激光平地控制方法还包括步骤S5，判断拉力传感器的值是否大于卸土拉力值，如果是，则控制器发出控制信号给 液压单元中的液压缸伸出以升高平地铲卸土。优选地，所述激光平地控制方法还包括步骤S6，判断位移传感器的值是否大于抬起阈值，如果是，则控制器发出控制信号给液 压单元以停止抬高支撑轮。(三)有益效果通用本发明的激光接收器升降单元电控调节激光接收器高度，控制平地装置的液 压系统及平地铲，克服了反复停车调整接收器高度导致平整作业效率低的缺点，实现高效 精准的平地作业。本发明通过增设拉力传感器，使得当平地铲内积土过多或牵引负载过大 时提升平地铲进行卸土，解决因负载过大损伤牵引车发动机或平地铲的问题。本发明通过 增设位移传感器，防止了平地作业过程中平地铲支撑轮抬起过高影响平地效果。
图1是依照本发明实施例的激光平地控制装置的结构示意图；图2是依照本发明实施例的激光平地控制装置的液压单元的结构示意图；图3是依照本发明实施例的激光平地控制方法的原理示意图；图4是依照本发明实施例的控制器的工作流程示意图；图5是依照本发明实施例的自动模式控制流程示意图。
其中，1 激光发射器；2 液压缸；3 位移传感器；4 支撑轮；5 激光接收器；6 激 光接收器升降单元；7 第一电液换向阀；8 阀块；9 可调单项节流阀；10 液压锁；11 第 二电液换向阀；12 油箱；13 拉力传感器；14 液压泵；15 控制器；16 平地铲；17 液压马 达；18 溢流阀；19 油滤；20 牵引单元。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施 例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。如图1所示为依照本发明实施例的激光平地控制装置的结构示意图。激光平地控 制装置包括激光发射器1、激光接收器5、控制器15、第一电液换向阀7、第二电液换向阀11、 液压缸2及位移传感器3、液压马达17、拉力传感器13、激光接收器升降单元6、平地铲16、 牵引单元20、支撑轮4等。其中，所述支撑轮4与平地铲16连接；激光发射器1用于旋转发 射激光束形成扫平面作为所述控制装置的作业基准平面；激光接收器5，用于接收所述激 光束并将所述激光接收器5的高度相对于所述扫平面的高差发送至控制器15 ；激光接收器 升降单元6，用于在其上承载所述激光接收器5，并在液压单元的驱动下升高或降低；控制 器15，用于根据接收到的信号，控制激光接收器5和平地铲16的升降；液压单元，用于根据 来自于控制器15的控制信号驱动激光接收器升降单元6的升降。所述液压单元包括液压 马达17，通过第一电液换向阀7与所述控制器15连接，用于在控制器15的控制下转动以驱 动所述激光接收器5的升降。所述液压单元还包括液压缸2，通过第二电液换向阀11与所 述控制器15连接，用于在控制器15的控制下伸出或收回以控制平地铲16的升降。在所述 牵引单元20上设置有拉力传感器13，用于采集牵引拉力值并将其与卸土拉力值进行比较 以判断所述平地铲16的负载是否超过负载阈值，并将所述判断结果传输给所述控制器15。 在所述液压缸2上设置有位移传感器3，用于采集支撑轮4的抬起位移并将其与抬起位移阈 值进行比较，并将所述比较结果传输给所述控制器15。如图2所示为依照本发明实施例的激光平地控制装置的液压单元的结构示意图。 所述液压单元包括第一电液换向阀7、液压马达17、第二电液换向阀11、液压缸2、位移传感 器3、可调单项节流阀9、液压锁10、泵源14、溢流阀18、油滤19等，所述各液压元件之间通 过阀块或液压管路相连接。具体实施方案如下泵源18动力取自拖拉机后动力输出。第一 电液换向阀7加电，控制液压马达17正转、反转、停止；调整可调单项节流阀9的开度，调整 激光接收器5的升降速度。液压马达17转动带动激光接收器5上升下降。第二电液换向 阀11加电控制液压缸2伸出收回，控制平地铲16升降。图3是依照本发明实施例的激光平地控制方法的原理示意图。激光发射器旋转发 射激光束形成扫平面作为所述控制装置的作业基准平面；确定激光接收器的高度与激光发 射器扫平面的高差，并将其作为控制量；控制器通过电液换向阀将所述控制量发送给平地 铲以控制所述平地铲的高度使之达到定位标高；若所述高差超过激光接收器的接收范围， 控制器感应操作人员按键发送相应控制信号通过电液换向阀控制液压单元中的液压马达 转动以驱动激光接收器升降单元和激光接收器同时升降。判断拉力传感器的值是否大于卸 土拉力值，如果是，则控制器发出控制信号给液压单元中的液压缸伸出以升高平地铲卸土。 判断位移传感器的值是否大于抬起阈值，如果是，则控制器发出停止信号给第二电液换向
5阀以停止抬高支撑轮。图4是依照本发明实施例的控制器的工作流程示意图。控制器的具体实施过程如 下1控制器初始化，包括自动模式标识位清零，手动模式标识位置位；手动模式灯 亮， 自动模式灯灭。2检测是否有按钮按下2. 1有按钮按下，判断是否自动模式按钮按下2. 1. 1自动按钮按下，系统执行自动模式动作。2. 1. 2非自动按钮按下，自动模式标识位清零，手动模式标识位置位，手动模式灯 亮，自动模式灯灭。系统响应对应按钮动作2. 1. 2. 1激光接收器上升按钮按下，激光接收器上升，激光接收器上升灯亮。2. 1. 2. 2激光接收器下降按钮按下，激光接收器下降，激光接收器下降灯亮。2. 1. 2. 3手动模式按钮按下，无执行动作。2. 1. 2. 4平地铲上升按钮按下，平地铲上升，平地铲上升灯亮。2. 1. 2. 5平地铲下降按钮按下，平地铲下降，平地铲下降灯亮。2. 2若无按钮按下，判断当前工作模式是否为自动模式2.2. 1当前工作模式为自动模式，系统进入自动模式。2. 2. 2当前工作模式为手动模式，平地铲停止动作，平地铲上升灯灭，平地铲下降 灯灭。3本控制周期执行完毕，继续执行步骤2。其中，自动模式详细流程如下，如图5所示自动模式灯亮，手动模式灯灭。读拉力传感器的值，判断拉力传感器的值是否大于卸土拉力值1拉力传感器的值大于卸土拉力值，平地铲上升，平地铲上升灯亮2拉力传感器的值不大于卸土拉力值，平地铲上升灯灭，读激光接收器信号。判断 激光接收器信号是否有效2. 1激光接收器信号无效2. 1. 1与上次有效信号比较，判定信号丢失类别并报警。2. 1. 2输出控制信号到第二电液换向阀2. 2激光接收器信号有效2. 2. 1记录该信号状态，并将信号转换成指示灯信号。2. 2. 2进入平地铲升降PID控制，计算输出控制信号。2. 2. 3读位移传感器的值。2. 2. 4判断支撑轮抬起过高且控制信号为下降信号2. 2. 4. 1支撑轮抬起过高且控制信号为下降信号，控制信号清零。2. 2. 4. 2支撑轮抬起未过高，无操作。2. 2. 5输出控制信号到第二电液换向阀。3本控制周期执行完毕。由以上实施例可以看出，本发明实施例将平地装置作为一个完整的系统考虑，提供一种可用于满足局部高差较大的激光平地装置及方法。利用激光接收器升降装置调节激 光接收器高度，控制平地装置的液压单元及平地铲，克服了反复停车调整接收器高度导致 平整作业效率低的缺点，实现高效精准的平地作业。通过增设拉力传感器，使得当平地铲内 积土过多或牵引负载过大时提升平地铲进行卸土，解决因负载过大损伤牵引车发动机或损 伤平地铲的问题。通过增设位移传感器，防止了平地作业过程中平地铲支撑轮抬起过高影 响平地效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型 也应视为本发明的保护范围。
权利要求
一种激光平地控制装置，包括牵引单元(20)，支撑轮(4)，以及与所述支撑轮(4)连接的平地铲(16)，其特征在于，激光平地控制装置还包括激光发射器(1)，用于旋转发射激光束形成扫平面作为所述控制装置的作业基准平面；激光接收器(5)，用于接收所述激光束并将所述激光接收器(5)相对于所述扫平面的高差发送至控制器(15)；激光接收器升降单元(6)，用于在其上承载所述激光接收器(5)，并在液压单元的驱动下升高或降低；控制器(15)，用于根据接收到的信号，控制激光接收器(5)和平地铲(16)的升降；液压单元，用于根据来自控制器(15)的控制信号驱动激光接收器升降单元(6)的升降。
2.如权利要求1所述的激光平地控制装置，其特征在于，所述液压单元包括液压马达 (17)，通过第一电液换向阀(7)与所述控制器(15)连接，用于在控制器(15)的控制下转动 以驱动所述激光接收器(5)的升降。
3.如权利要求2所述的激光平地控制装置，其特征在于，所述液压单元还包括液压缸 (2)，通过第二电液换向阀(11)与所述控制器(15)连接，用于在控制器(15)的控制下伸出 或收回以驱动平地铲(16)的升降。
4.如权利要求3所述的激光平地控制装置，其特征在于，在所述牵引单元(20)上设置 有拉力传感器(13)，用于采集牵引拉力值并将其与卸土拉力值进行比较以判断所述平地铲 (16)的负载是否超过负载阈值，并将所述判断结果传输给所述控制器(15)。
5 如权利要求1-4任一项所述的激光平地控制装置，其特征在于，在所述液压缸(2)上 设置有位移传感器(3)，用于采集支撑轮(4)的抬起位移并将其与抬起位移阈值进行比较， 并将所述比较结果传输给所述控制器(15)。
6.一种激光平地控制方法，其特征在于，包括步骤S1，激光发射器(1)旋转发射激光束形成扫平面作为所述控制装置的作业基准平面；S2，确定激光接收器(5)的高度与激光发射器(1)扫平面的高差，并将其作为控制量；S3，控制器(15)通过第二电液换向阀(11)将所述控制量发送给平地铲(16)以控制所 述平地铲(16)的高度使之达到定位标高；S4，若所述高差超过激光接收器(5)的接收范围，则控制器发送控制信号通过第一电 液换向阀(7)控制液压单元中的液压马达(17)转动以带动激光接收器升降单元(6)和激 光接收器(5)同时升降。
7.如权利要求6所述的激光平地控制方法，其特征在于，还包括步骤S5，判断拉力传感器(13)的值是否大于卸土拉力值，如果是，则控制器(15)发出控制 信号给液压单元中的液压缸(2)伸出以升高平地铲(16)卸土。
8.如权利要求6或7所述的激光平地控制方法，其特征在于，还包括步骤S6，判断位移传感器(3)的值是否大于抬起阈值，如果是，则控制器(15)发出控制信号 给液压单元以停止抬高支撑轮(4)。
全文摘要
本发明公开了一种激光平地控制装置及其方法。所述装置包括牵引单元(20)，支撑轮(4)，以及平地铲(16)，还包括激光发射器(1)，激光接收器(5)，用于承载所述激光接收器(5)的激光接收器升降单元(6)，用于控制激光接收器(5)和平地铲(16)的升降的控制器(15)。本发明克服了反复停车调整接收器高度导致平整作业效率低的缺点，解决了因负载过大损伤牵引车发动机或平地铲的问题，避免因平地铲支撑轮抬起过高后平地系统响应慢而引起的地块波浪起伏降低平地作业质量，实现高效精准的平地作业。
文档编号A01B35/20GK101869014SQ201010206489
公开日2010年10月27日 申请日期2010年6月12日 优先权日2010年6月12日
发明者付卫强, 孟志军, 徐飞军, 武广伟, 赵春江, 陈立平 申请人:北京农业信息技术研究中心