一种作业机具自动调平系统及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种作业机具自动调平系统及其控制方法，所述系统包括倾角检测传感器模块、位移检测传感器、执行模块以及自动调平控制模块，所述执行模块包括作业机具、旋转机构以及伸缩机构，所述作业机具通过旋转机构与农业机械车体连接；所述伸缩机构相对于作业机具倾斜设置，且伸缩的一端与作业机具连接；所述倾角检测传感器模块设置在农业机械车体上，用于检测农业机械车体的倾斜运动信号；所述位移检测传感器设置在伸缩机构上，用于检测伸缩机构所在调节位置的直线位移；所述倾角检测传感器模块、位移检测传感器和伸缩机构分别与自动调平控制模块连接。本发明及方法可以保证作业机具的精准、平稳控制，以达到精确作业的目的。
【专利说明】一种作业机具自动调平系统及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种自动调平系统，尤其是一种作业机具自动调平系统及其控制方 法，属于智能农业机械领域。
【背景技术】
[0002] 现代农业机械大都要求作业机具保持与作业对象面平行。目前市场上的大多数农 业机械仍为传统的仿形作业方式，只有少量农业机械可实现作业机具高度方向的控制，但 还不能做到水平控制。然而，在实际作业中，由于田块不平整、泥脚深浅不一等因素，容易导 致左右轮不在同一水平位置，升降仿形装置只能控制作业机具的高低，不能控制整机在左 右水平方向的平衡，导致作业达不到预定要求。如大多水田犁底层高低不平，水田平整作业 时，激光控制系统仅能保证平地铲高低可调，而不能保证平地铲水平可控，导致泥面平整度 难以满足种植要求。
[0003] 为了实现手扶插秧机水平控制，中国专利号为200820133989. 3的实用新型专利 公开了一种插秧机自动平衡装置，应用万有引力及天平杠杆原理，传感器重锤自动找平衡， 控制液压系统带动相关部件实现插秧机体左右水平，保证秧苗栽植深度一致。为保证挂车 水平，中国专利号为201220293588. 0的实用新型专利公开了一种挂车水平角度补偿机构， 通过调节气囊的充气量来调节角度，使车体保持水平。为实现平地机的水平控制，中国专利 号为200810028328. 9的发明专利公开了一种平地机的水平控制系统及其控制方法，在平 地铲上安装有感应平地铲水平倾角及倾角变化率信号的传感器系统以计算出平地铲的水 平倾角，从而控制平地铲水平，实际应用中这种方式受平地铲运动影响导致难以准确检测 平地铲倾斜角度，并存在传感器系统安装要求高，传感系统和控制系统易进水问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种作业机具自动调平系 统，该系统适用于现代农业机械，且结构简单，可以保证作业机具的精准、平稳控制，以达到 精确作业。
[0005] 本发明的另一目的在于提供一种上述作业机具自动调平系统的自动调平控制方 法。
[0006] 本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0007] -种作业机具自动调平系统，包括倾角检测传感器模块、位移检测传感器、自动调 平控制模块以及执行模块，所述执行模块包括作业机具、旋转机构以及伸缩机构，所述作业 机具通过旋转机构与农业机械车体连接；所述伸缩机构相对于作业机具倾斜设置，且伸缩 的一端与作业机具铰接，通过伸长或缩短驱动作业机具旋转，以调节作业机具相对于农业 机械车体的倾斜角度；所述倾角检测传感器模块设置在农业机械车体上，用于检测农业机 械车体的倾斜运动信号；所述位移检测传感器设置在伸缩机构上，用于检测伸缩机构所在 调节位置的直线位移；所述倾角检测传感器模块、位移检测传感器和伸缩机构分别与自动 调平控制模块连接。
[0008] 作为一种优选方案，所述倾角检测传感器模块包括加速度传感器和角速度传感 器，所述加速度传感器和角速度传感器检测到的农业机械车体的倾斜运动信号通过Kalman 融合算法计算出农业机械车体的实时倾斜角度。
[0009] 作为一种优选方案，所述自动调平控制模块包括运算控制器、驱动单元以及人机 交互单元，所述驱动单元和人机交互单元分别与运算控制器连接；所述运算控制器用于根 据农业机械车体的实时倾斜角度、作业机具和车体结构的几何模型、位移检测传感器数据 和通过人机交互单元设定的作业机具相对于农业机械车体的目标倾斜角度，通过驱动单元 控制伸缩机构伸长或缩短，以调节作业机具相对于农业机械车体的倾斜角度。
[0010]作为一种优选方案，所述作业机具与旋转机构铰接。
[0011] 作为一种优选方案，所述伸缩机构为液压油缸或电动缸。
[0012] 本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0013] S1、倾角检测传感器模块的加速度传感器和角速度传感器检测农业机械车体的倾 斜运动信号，并传输给自动调平控制模块的运算控制器；
[0014] S2、运算控制器根据农业机械车体的倾斜运动信号，通过Kalman融合算法计算出 农业机械车体的实时倾斜角度；
[0015] S3、运算控制器读取当前位移检测传感器的信号，并转化为伸缩机构的位移量；
[0016] S4、运算控制器根据作业机具和农业机械车体结构的几何模型，以及伸缩机构当 前的位移量，通过建立伸缩机构的位移X变化与作业机具相对于农业机械车体的倾斜角度 Θ变化的关系Θ =f(x)，计算作业机具相对于农业机械车体的倾斜角度；
[0017] S5、运算控制器根据农业机械车体的倾斜角度和作业机具相对于农业机械车体的 倾斜角度的差值，结合结构的几何模型，将角度的差值代入Θ =f(x)，计算出作业机具调 平所需的伸缩机构的控制目标位移值；
[0018] s6、运算控制器将控制信号发送给驱动单元，通过驱动单元使伸缩机构运动到目 标位移，实现对作业机具的调平控制。
[0019] 作为一种优选方案，所述伸缩机构的位移X变化与作业机具相对于农业机械车体 的倾斜角度Θ变化的关系如下：
[0020]
【权利要求】
1. 一种作业机具自动调平系统，其特征在于：包括倾角检测传感器模块、位移检测传 感器、自动调平控制模块以及执行模块，所述执行模块包括作业机具、旋转机构以及伸缩机 构，所述作业机具通过旋转机构与农业机械车体连接；所述伸缩机构相对于作业机具倾斜 设置，且伸缩的一端与作业机具铰接，通过伸长或缩短驱动作业机具旋转，以调节作业机具 相对于农业机械车体的倾斜角度；所述倾角检测传感器模块设置在农业机械车体上，用于 检测农业机械车体的倾斜运动信号；所述位移检测传感器设置在伸缩机构上，用于检测伸 缩机构所在调节位置的直线位移；所述倾角检测传感器模块、位移检测传感器和伸缩机构 分别与自动调平控制模块连接。
2. 根据权利要求1所述的一种作业机具自动调平系统，其特征在于：所述倾角检测传 感器模块包括加速度传感器和角速度传感器，所述加速度传感器和角速度传感器检测到的 农业机械车体的运动信号通过Kalman融合算法计算出农业机械车体的实时倾斜角度。
3. 根据权利要求1所述的一种作业机具自动调平系统，其特征在于：所述自动调平控 制模块包括运算控制器、驱动单元以及人机交互单元，所述驱动单元和人机交互单元分别 与运算控制器连接；所述运算控制器用于根据农业机械车体的实时倾斜角度、作业机具和 车体结构的几何模型、位移检测传感器数据和通过人机交互单元设定的作业机具相对于农 业机械车体的目标倾斜角度，通过驱动单元控制伸缩机构伸长或缩短，以调节作业机具相 对于农业机械车体的倾斜角度。
4. 根据权利要求1所述的一种作业机具自动调平系统，其特征在于：所述作业机具与 旋转机构铰接。
5. 根据权利要求1所述的一种作业机具自动调平系统，其特征在于：所述伸缩机构为 液压油缸或电动缸。
6. -种作业机具自动调平系统的自动调平控制方法，其特征在于包括以下步骤： si、倾角检测传感器模块的加速度传感器和角速度传感器检测农业机械车体的倾斜运 动信号，并传输给自动调平控制模块的运算控制器； 52、 运算控制器根据农业机械车体的倾斜运动信号，通过Kalman融合算法计算出农业 机械车体的实时倾斜角度； 53、 运算控制器读取当前位移检测传感器的信号，并转化为伸缩机构的位移量； s4、运算控制器根据作业机具和农业机械车体结构的几何模型，以及伸缩机构当前的 位移量，通过建立伸缩机构的位移X变化与作业机具相对于农业机械车体的倾斜角度Θ变 化的关系Θ =f(x)，计算作业机具相对于农业机械车体的倾斜角度； 55、 运算控制器根据农业机械车体的倾斜角度和作业机具相对于农业机械车体的倾斜 角度的差值，结合结构的几何模型，将角度的差值代入Θ =f(x)，计算出作业机具调平所 需的伸缩机构的控制目标位移值； 56、 运算控制器将控制信号发送给驱动单元，通过驱动单元使伸缩机构运动到目标位 移，实现对作业机具的调平控制。
7. 根据权利要求6所述的一种作业机具自动调平系统的自动调平控制方法，其特征在 于：所述伸缩机构的位移X变化与作业机具相对于农业机械车体的倾斜角度Θ变化的关系 如下：
其中，Ζ α和Ζ β分别为作业机具与旋转机构铰接处的两个固定角度，a和b分别为 作业机具与旋转机构的铰接点到伸缩机构两端的距离，x〇为伸缩机构最短长度。
【文档编号】A01B71/02GK104206063SQ201410403801
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月15日 优先权日:2014年8月15日
【发明者】胡炼, 罗锡文, 林潮兴, 许奕, 杨伟伟, 可欣荣, 赵祚喜 申请人:华南农业大学