一种智能玉米收割设备及其使用方法与流程

本发明涉及玉米收割设备，具体为一种智能玉米收割设备及其使用方法。

背景技术：
玉米是我国主要的农作物之一，全国的种植面积约为2400多万公顷，属于世界上第二大玉米生产国。但是玉米收获机械化水平与发达国家相比，差距较大。目前，我国玉米机收面积仅占种植面积的3％左右。近几年随着国家对农业的支持力度越来越大，广大农民对农业生产机械化的要求越来越迫切。我国目前研制生产的自走式玉米收获机只能完成单一的玉米收获作业，机具成本高(一般在11-17万元)，一年内使用时间短(一年只有在收获季节使用20天左右，年使用率仅为5％左右)，资金回收期长，农民购买困难。另外机组外型尺寸大，质量重，造成转弯半径大，重心高，难适应丘陵山区的一般地块玉米收获作业，作业范围小。作为一种自动化玉米收割设备，农业智能玉米收割设备越来越受到重视，从20世纪80年代至今，基于自动定位技术、智能控制行走技术研究经历了从室内到田间；从非实时到实时的发展过程。定位技术主要采用的机器视觉定位和GPS定位，但是机器视觉定位的运算量很大，很难做到实时处理，而GPS定位的误差较大，不适合田间的精确玉米收割；在行走技术上目前的农业智能设备还没有解决当单行玉米收割结束后如何换行的问题。

技术实现要素：
本发明的目的在于解决现有技术中的上述不足，提供了一种智能玉米收割设备以及使用方法。为了实现上述目的，本发明的技术方案为：如图1所示，一种智能玉米收割设备，其由行走装置、收割装置、射频收发装置、控制装置、机架构成，所述收割装置、射频收发装置、控制装置固定在所述机架上，所述收割装置包括上割台、下割台、输送槽、切碎器、脱皮机和仓体，其中所述上割台位于所述智能玉米收割设备的前部，用于完成对玉米的摘取与收集，其包括分禾器、摘玉米辊、变速箱以及玉米收集搅龙；所述摘玉米辊为纵卧式，分为前、中、后三段，前段为带有凸棱的锥体，用于引导杆茎顺利进入摘摘玉米辊的间隙，中段为摘玉米段，后段为强拉段，作用是将拉断的杆茎或其末梢部分从缝隙强制拉出或绞断，防止堵塞；所述下割台位于所述上割台的正下方，用于完成对玉米杆茎的切断、收集与输送，其包括往复式切断装置、杆茎收集搅龙和杆茎输送过桥；所述往复式切断装置包括动刀片、定刀片、护刃器、压刃器、摩擦片，所述动刀片两面刻有齿纹，防止杆茎从剪切口滑出，还起到一定的自磨刃作用；所述护刃器尖端有护舌，护刃器上铆接定刀片，所述动刀片与定刀片组成切割副，所述定刀片与护刃器成为两个固定支撑点，构成对杆茎的双支撑，所述动刀片由曲柄连杆或摆环机构驱动，作往复运动，使所述动刀片和定刀片构成稳定的剪切副；所述输送槽位于所述上割台的玉米收集搅龙后部，用于将收集到的玉米输送至所述脱皮机，玉米经过脱皮后进入仓体，完成玉米的收集；所述切碎器位于所述下割台的杆茎输送过桥的后端，用于将输送来的玉米杆茎切碎、抛撒还田或回收，其包括滚筒式切碎器和抛送筒。所述行走装置包括履带、履带轮、换行移动结构。其中所述履带轮共有2组，构成所述智能玉米收割设备行进机构，每组履带轮包括1个主动轮和2个从动轮，每组履带轮与所述履带构成三角形，所述主动轮位于三角形的顶端并与所述机架上的驱动电机固定连接，所述2个从动轮位于三角形的两侧底端；所述换行移动结构包括主框架、支撑杆、丝杠滑块结构，所述主框架为长方形框架，长边为2条平行的导杆，短边为2条平行的连接杆，所述支撑杆共有4个，分别垂直于所述主框架并固定在其4个角上，所述支撑杆在液压驱动电机的作用下能够同步伸缩，所述丝杠滑块结构的丝杠平行于所述导杆并且两端固定在所述主框架，所述丝杠滑块结构的滑块与所述机架固定连接，并且具有与所述导杆配合的通孔，在驱动电机的作用下所述滑块沿着所述导杆移动；所述射频收发装置包括射频发射装置和射频接收装置，所述射频发射装置包括发射天线、射频产生模块、微处理器、存储器、电池，3个以上的所述射频发射装置散布在所述智能玉米收割设备周围的工作环境，构成网络，所述存储器存储所述射频发射装置的身份识别数据，所述微处理器将该身份识别数据调制到由所述射频产生模块产生的频率为正弦波的载波信号中，产生的调制信号的频率为300Mhz-3Ghz，并通过所述发射天线发射出去；所述射频接收装置包括接收天线、射频信号处理装置，安装在所述机架上，通过所述接收天线接收来自所述射频发射装置发射的调制信号，所述射频信号处理装置解调调制信号获取所述射频发射装置的身份数据，并获取信号幅值；所述控制装置接收来自所述射频接收装置提供的身份数据和信号幅值，根据所述身份数据和信号幅值使用三点辅助定位法计算出所述智能玉米收割设备的位置，从而控制所述行走装置进行行进、停止或者换行操作，并同时控制所述收割装置进行收割动作；所述控制装置通过所述射频接收装置能够接收来自远程控制计算机发出的指令，实现远程控制。上述智能玉米收割设备的使用方法，其特征在于包括如下步骤：步骤(1)启动3个以上的射频发射装置，并散布在智能玉米收割设备的工作环境中，构成网络；步骤(2)放置智能玉米收割设备，启动电源，初始化智能玉米收割设备，射频接收装置接收信号开始定位，实时监控智能玉米收割设备的行进路径；步骤(3)判断智能玉米收割设备是否处于田地的一端，如果是则执行步骤(4)，如果不是则执行步骤(5)步骤(4)由于到了田地的一端，因此需要换行，支撑杆伸出，支撑在地面上，将智能玉米收割设备抬起，在丝杠滑块结构的作用下实现智能玉米收割设备平移，到达要换行的位置时，支撑杆收缩，将所述智能玉米收割设备放置在地面上；步骤(5)支撑杆收缩，在电机的驱动下，履带和履带轮配合继续行走；步骤(6)在行走的过程中，控制装置控制玉米收割装置进行玉米收割动作；步骤(7)玉米收割工作结束。本发明与现有技术相比，有益效果如下：(1)收割装置采用纵卧式的摘玉米辊，其功率消耗小，对茎秆的适应性较强，设计强拉段，使其能够进行二次摘取，对不同直径、不同状态的杆茎适应性更强，降低了含杂率，提高了摘取的效率，并且对杆茎的挤压程度较小，简化了系统，减轻了整机质量，便于多行配置，工作使用可靠，堵塞情况明显减少，在一定程度上能够起到剥掉苞叶的作用，摘玉米辊对杆茎有螺旋输送功能；(2)收割装置采用种往复式切断装置有着工作可靠、性能好，传动简单，适应性强、功率消耗小、震动小、结构简单、割茬整齐、无漏割、容易更换的优点。将切割器设计成双支撑切割装置，与摘玉米辊螺旋输送和夹持能力相配合，很好的弥补了限于往复式切割的缺陷；(3)使用三点辅助定位法，有效的减少了环境对定位精度的影响，并且运算量很少，非常适合实时监控定位智能玉米收割设备；(4)使用带有换行移动结构和履带结构的行走装置，保证了智能玉米收割设备在农田中的正常行走，并实现了跨越式自动换行，免除了需要从农田中驶出换行或者人工转向的麻烦。附图说明图1为本发明的设备组成示意图；图2为本发明的三点辅助定位法的原理示意图；图3为本发明的智能玉米收割设备的使用方法流程图；图中，1：射频发射装置，2：收割装置，3：机架，4：射频接收装置，5：控制装置，6：行走装置，7：智能玉米收割设备。具体实施方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。本发明的实施例参考图1-3所示。如图1所示，一种智能玉米收割设备，其由行走装置、收割装置、射频收发装置、控制装置、机架构成，所述收割装置、射频收发装置、控制装置固定在所述机架上，所述收割装置包括上割台、下割台、输送槽、切碎器、脱皮机和仓体，其中所述上割台位于所述智能玉米收割设备的前部，用于完成对玉米的摘取与收集，其包括分禾器、摘玉米辊、变速箱以及玉米收集搅龙。所述摘玉米辊为纵卧式，分为前、中、后三段，前段为带有凸棱的锥体，用于引导杆茎顺利进入摘摘玉米辊的间隙，中段为摘玉米段，后段为强拉段，作用是将拉断的杆茎或其末梢部分从缝隙强制拉出或绞断，防止堵塞。采用纵卧式的摘玉米辊功率消耗小，对茎秆的适应性较强，设计强拉段，使其能够进行二次摘取，对不同直径、不同状态的杆茎适应性更强，降低了含杂率，提高了摘取的效率，并且对杆茎的挤压程度较小，简化了系统，减轻了整机质量，便于多行配置，工作使用可靠，堵塞情况明显减少，在一定程度上能够起到剥掉苞叶的作用，摘玉米辊对杆茎有螺旋输送功能。所述下割台位于所述上割台的正下方，用于完成对玉米杆茎的切断、收集与输送，其包括往复式切断装置、杆茎收集搅龙和杆茎输送过桥；所述往复式切断装置包括动刀片、定刀片、护刃器、压刃器、摩擦片，所述动刀片两面刻有齿纹，防止杆茎从剪切口滑出，还起到一定的自磨刃作用；所述护刃器尖端有护舌，护刃器上铆接定刀片，所述动刀片与定刀片组成切割副，所述定刀片与护刃器成为两个固定支撑点，构成对杆茎的双支撑，所述动刀片由曲柄连杆或摆环机构驱动，作往复运动，使所述动刀片和定刀片构成稳定的剪切副。该种往复式切断装置有着工作可靠、性能好，传动简单，适应性强、功率消耗小、震动小、结构简单、割茬整齐、无漏割、容易更换的优点。将切割器设计成双支撑切割装置，与摘玉米辊螺旋输送和夹持能力相配合，很好的弥补了限于往复式切割的缺陷。所述杆茎输送过桥包括4个喂入辊、过桥壳体、浮动装置，所述喂入辊与所述过桥壳体的底板之间形成喂入室，杆茎在所述喂入室中调直、输送至所述切碎器；所述喂入辊的辊一为浮动辊，轴接在所述浮动装置上，所述喂入辊的辊二、辊三、辊四与所述过桥壳体轴接，所述辊一、辊二、辊三直径大小相同，中心轴线在同一平面与底板平面平行，所述辊四直径小于所述辊一，与底板间隙同所述辊一、辊二、辊三与底板间隙相同，保证喂入时的压紧与夹持作用；所述辊一的齿形为三角形的尖齿，其作用在于给喂入的杆茎提供抓取力，同时对杆茎调直、压紧；所述辊二、辊三与辊一齿形相同，所述辊二齿形与辊一的齿形相交错，使输送方向上无盲区；所述辊四的齿形为腰梯形的尖齿，作用是将输送的杆茎压紧喂入，便于切碎器的切碎；所述浮动装置包括浮动板、拉簧和拉板，所述浮动板的后端通过端盖套接在所述辊二的辊轴上，所述浮动板的中间部分通过轴承套接在所述辊一上，所述浮动板的前端连接所述拉簧，所述拉簧下部分用螺栓固定在浮动拉板上，进而使辊一能够上下浮动，根据喂入量的多少来调节拉簧。当喂入量过大时，喂入的杆茎会克服拉簧的拉力，辊一与过桥底板间隙变大，杆茎顺利喂入。所述输送槽位于所述上割台的玉米收集搅龙后部，用于将收集到的玉米输送至所述脱皮机，玉米经过脱皮后进入仓体，完成玉米的收集；所述切碎器位于所述下割台的杆茎输送过桥的后端，用于将输送来的玉米杆茎切碎、抛撒还田或回收，其包括滚筒式切碎器和抛送筒；所述行走装置包括履带、履带轮、换行移动结构。其中所述履带轮共有2组，构成所述能玉米收割设备行进机构，每组履带轮包括1个主动轮和2个从动轮，每组履带轮与所述履带构成三角形，所述主动轮位于三角形的顶端并与所述机架上的驱动电机固定连接，所述2个从动轮位于三角形的两侧底端；所述换行移动结构包括主框架、支撑杆、丝杠滑块结构，所述主框架为长方形框架，长边为2条平行的导杆，短边为2条平行的连接杆，所述支撑杆共有4个，分别垂直于所述主框架并固定在其4个角上，所述支撑杆在液压驱动电机的作用下能够同步伸缩，所述丝杠滑块结构的丝杠平行于所述导杆并且两端固定在所述主框架，所述丝杠滑块结构的滑块与所述机架固定连接，并且具有与所述导杆配合的通孔，在驱动电机的作用下所述滑块沿着所述导杆移动；所述滑块内部具有相互啮合的驱动齿轮和从动齿轮，所述驱动齿轮与驱动电机的驱动轴固定，所述从动齿轮中心具有与所述丝杠螺纹配合的螺纹通孔，通过驱动齿轮和从动齿轮的配合实现了旋转运动到直线运动的转换。当所述智能玉米收割设备正常行走时，所述支撑杆收缩，在电机的驱动下，所述履带和履带轮配合前进，当所述智能玉米收割设备到达田地的一端需要换行时，所述支撑杆伸出，支撑在地面上，将所述智能玉米收割设备抬起，在所述丝杠滑块结构的作用下实现所述智能玉米收割设备的平移，到达要换行的位置时，所述支撑杆收缩，将所述智能玉米收割设备放置在地面上，继续行走；所述射频收发装置包括射频发射装置和射频接收装置，所述射频发射装置包括发射天线、射频产生模块、微处理器、存储器、电池，3个以上的所述射频发射装置散布在所述智能玉米收割设备周围的工作环境，构成网络，所述存储器存储所述射频发射装置的身份识别数据，所述微处理器将该身份识别数据调制到由所述射频产生模块产生的频率为正弦波的载波信号中，产生的调制信号的频率为300Mhz-3Ghz，并通过所述发射天线发射出去；所述射频接收装置包括接收天线、射频信号处理装置，安装在所述机架上，通过所述接收天线接收来自所述射频发射装置发射的调制信号，所述射频信号处理装置解调调制信号获取所述射频发射装置的身份数据，并获取信号幅值；所述控制装置接收来自所述射频接收装置提供的身份数据和信号幅值，根据所述身份数据和信号幅值使用三点辅助定位法计算出所述智能收割玉米设备的位置，从而控制所述行走装置进行行进、停止或者换行操作，并同时控制所述收割装置进行收割动作；所述控制装置通过所述射频接收装置能够接收来自远程控制计算机发出的指令，实现远程控制。所述三点辅助定位法包括如下步骤：如图2所示，步骤(1)对接收的信号幅值进行排序，获取幅值强度前四的信号对应的射频发射装置身份，各个射频发射装置的位置按照由强到弱的顺序依次为O1(x1，y1)、O2(x2，y2)、O3(x3，y3)；步骤(2)则各个射频发射装置距离智能玉米收割设备T(xT，yT)的距离r1、r2、r3可以根据以下关系式计算得出，其中，S(r)表示射频发射装置和射频接收装置之间的距离，r0表示相对接近距离，通常取1m，n表示路径损耗系数；步骤(3)建立方程组，解出上述方程组，得到两组解T1(xT，yT)和T2(xT，yT)；步骤(4)确定最小线段的坐标点，建立方程组，解出上述方程组，得到两组解T3(xT，yT)和T4(xT，yT)；解出上述方程组，得到两组解T5(xT，yT)和T6(xT，yT)；分别计算线段T3T5、T3T6、T4T5、T4T6的长度，取其中的最小值线段所对应的两个点T3、4min(xT，yT)和T5、6min(xT，yT)；步骤(5)将步骤(4)得到的两个点T3、4min(xT，yT)和T5、6min(xT，yT)分别与T1(xT，yT)和T2(xT，yT)进行长度计算，得到T1T3、4min，T2T3、4min，T1T5、6min，T2T5、6min，比较T1T3、4min+T1T5、6min与T2T3、4min+T2T5、6min之间的大小，取最小值对应的解T1(xT，yT)或T2(xT，yT)，为智能玉米收割设备的真正位置；在使用射频定位中，环境的变化是难以预知，很难准确设定损耗系数，而损耗系数与路径成指数影响，在距离越大，损耗系数的影响越大，因此尽可能使用少量的距离目标设备近的射频发射器能够减少损耗系数的影响，提高定位精度，本发明使用的三点辅助定位法是使用信号强度最高的两点定位确定两个解，在加入信号强度第三的第三个点确定那个解为真正的解，进而获取智能玉米收割设备的真正位置。如图3所示，上述智能玉米收割设备的使用方法，其特征在于包括如下步骤：步骤(1)启动3个以上的射频发射装置，并散布在智能玉米收割设备的工作环境中，构成网络；步骤(2)放置智能玉米收割设备，启动电源，初始化智能玉米收割设备，射频接收装置接收信号开始定位，实时监控智能玉米收割设备的行进路径；步骤(3)判断智能玉米收割设备是否处于田地的一端，如果是则执行步骤(4)，如果不是则执行步骤(5)步骤(4)由于到了田地的一端，因此需要换行，支撑杆伸出，支撑在地面上，将智能玉米收割设备抬起，在丝杠滑块结构的作用下实现智能玉米收割设备平移，到达要换行的位置时，支撑杆收缩，将所述智能玉米收割设备放置在地面上；步骤(5)支撑杆收缩，在电机的驱动下，履带和履带轮配合继续行走；步骤(6)在行走的过程中，控制装置控制玉米收割装置进行玉米收割动作；步骤(7)玉米收割工作结束；进一步的说，步骤(2)具体包括如下步骤：步骤(2.1)射频发射装置的微处理器将存储器存储的身份识别数据调制到由射频产生模块产生的频率为正弦波的载波信号中，产生的调制信号的频率为300Mhz-3Ghz，并通过所述发射天线发射出；步骤(2.2)射频接收装置通过接收天线接收来自射频发射装置发射的调制信号，射频信号处理装置解调调制信号获取所述射频发射装置的身份数据，并获取信号幅值；步骤(2.3)控制装置接收来自射频接收装置提供的身份数据和信号幅值，根据所述身份数据和信号幅值使用三点辅助定位法计算出智能玉米收割设备的位置；所述三点辅助定位法包括如下步骤：步骤(2.3.1)对接收的信号幅值进行排序，获取幅值强度前四的信号对应的射频发射装置身份，各个射频发射装置的位置按照由强到弱的顺序依次为O1(x1，y1)、O2(x2，y2)、O3(x3，y3)；步骤(2.3.2)则各个射频发射装置距离智能玉米收割设备T(xT，yT)的距离r1、r2、r3可以根据以下关系式计算得出，其中，S(r)表示射频发射装置和射频接收装置之间的距离，r0表示相对接近距离，通常取1m，n表示路径损耗系数；步骤(2.3.3)建立方程组，解出上述方程组，得到两组解T1(xT，yT)和T2(xT，yT)；步骤(2.3.4)确定最小线段的坐标点，建立方程组，解出上述方程组，得到两组解T3(xT，yT)和T4(xT，yT)；解出上述方程组，得到两组解T5(xT，yT)和T6(xT，yT)；分别计算线段T3T5、T3T6、T4T5、T4T6的长度，取其中的最小值线段所对应的两个点T3、4min(xT，yT)和T5、6min(xT，yT)；步骤(2.3.5)将步骤(2.3.4)得到的两个点T3、4min(xT，yT)和T5、6min(xT，yT)分别与T1(xT，yT)和T2(xT，yT)进行长度计算，得到T1T3、4min，T2T3、4min，T1T5、6min，T2T5、6min，比较T1T3、4min+T1T5、6min与T2T3、4min+T2T5、6min之间的大小，取最小值对应的解T1(xT，yT)或T2(xT，yT)，为智能玉米收割设备的真正位置。以上所述实施方式仅表达了本发明的一种实施方式，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。