一种播种机单体转弯定位及补偿方法与流程

本发明属于农机自动化及智能化领域，具体涉及一种播种机单体转弯定位方法及转弯补偿方法。

背景技术

播种机在进行转弯变量播种、区段控制等智能化播种作业时，通常定位系统只有一个接收机，其安装在与播种机有一定距离的拖拉机车顶中心轴上的位置；而播种机的播种行数至少为2行，多者为几十行，因此播种机由一个播种区域进入另一个播种区域(或进入非播种区域)时，由于播种边界形状不规则而造成各播种单体不是同时进入新的播种区域，因此要想达到更为精准的变量播种和区段控制必须知道每一行播种单体位置，通过单独对每个播种单体的精确控制实现转弯播种时的精准播种。

转弯播种过程中，内外侧播种单体播种半径大小不同，而传统播种机每行单体的播种速度始终是一致的，这使得内侧播种单体播种量密集、外侧播种单体播种量稀疏，从而造成作物减产。因此，需要一种方法得到各播种单体的转弯半径，并根据该转弯半径对各播种单体播种速度进行补偿调节，从而保证每行的播种量始终是设定的播种量。

技术实现要素：

针对以上问题，本发明的目的在于提供一种简单、实用的播种机各单体转弯定位模型及转弯补偿方法。

本发明的有益效果在于：

1.建立的转弯播种的各单体定位模型，仅由一个定位系统接收机而不需要增加额外的传感器就可以计算得到每个播种单体的位置，简单、实用、易于实现，且该定位定位系统接收机安装在拖拉机车顶上与常用的拖拉机自动导航系统共用，降低了使用成本；

2.提出的转弯补偿方法可对转弯播种情况下的各播种单体进行补偿调节，保证内外侧播种量的一致性。

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种播种机单体转弯定位方法，应用于播种机系统，所述播种机系统包括拖拉机、定位系统接收机和播种机，定位系统接收机安装在拖拉机上，播种机与拖拉机之间通过铰接装置连接，播种机上均匀分布有偶数个播种单体，并由两个或以上的播种机地轮对播种机进行支撑，其中所述定位方法包括：

(1)将定位系统接收机接收到的坐标、航向角θ转换到铰接装置处的坐标和航向角θ′；

(2)计算播种单体的坐标；

(3)计算播种单体的行进速度。

所述的定位方法，其中步骤(2)包括2.1：通过定位系统接收机连续、周期性定位的三个位置(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)按以下公式计算播种转弯半径：

其中，

所述的定位方法，其中步骤(2)还包括：a.若拖拉机向左转弯，则铰接装置处的位置坐标和方向计算为：

其中，

θ1＝sin^-1(l1/r)，，l1、l2分别为测得的接收机到拖拉机后轮轴线的水平距离、拖拉机后轮轴线到铰接装置的水平距离；

b.若拖拉机向右转弯，则铰接装置处的位置坐标和方向计算为：

所述的定位方法，其中按如下公式计算播种单体坐标：

xi＝x′+li·cosθi，yi＝y′+li·sinθii∈[1,n](6)

其中，n为播种机行数，li为第i行播种单体与铰接装置的距离，θi为第i行播种单体与铰接装置形成的向量与x轴正轴逆时针方向的夹角，li、θi分别由下式计算

其中，l为铰接装置到播种单体的垂直距离，lr为播种行距。

所述的定位方法，其中步骤(3)包括：按如下公式计算播种单体转弯半径：

其中，l′为播种机地轮轴到播种单体的垂直距离，r′为播种机中心转弯半径。

所述的定位方法，其特征在于r′由下式求得

所述的定位方法，第i行播种单体前进速度vi按如下公式计算：

其中，v为定位系统接收机测得的前进速度。

所述的定位方法，还包括对播种单体的播种速度进行补偿，该补偿按下式进行：

其中，wi是第i行播种单体的播种速度(seeds/s)，lr为播种行距(m)，q为设定的播种量(seeds/ha)，k为排种器的排种盘型孔数，第i行播种单体前进速度vi(km/h)。

附图说明

图1为播种机系统结构示意图1；

图2为播种机系统结构示意图2；

图3为播种机转弯补偿方法示意图。

其中的附图标记为：1拖拉机；2定位系统接收机；3播种机；4播种单体；5播种机地轮；6铰接装置；7定位系统接收机检测到的航向角或检测到的前进速度方向；8铰接装置处的航向角；9播种单体排种口位置；10第一行单体前进速度方向；11最后一行单体前进速度方向。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

如图1所示，本发明的播种机系统包括拖拉机1、定位系统接收机2、播种机3、播种单体4。当进行转弯播种时，拖拉机1、播种机3绕共同的圆心o转动，其中播种机3上均匀分布偶数量的播种单体4，并由两个或以上的播种机地轮5对播种机进行支撑，播种机3与拖拉机1之间通过铰接装置6连接，转弯播种时播种机绕铰接装置6的中心轴转动，图中所示的箭头7为定位系统检测到的航向角θ(正北方向(即y轴正轴方向)为0°，顺时针方向为正)。通过图1的定位模型先将定位系统接收机定位的位置(x，y)、航向角θ转换到铰接装置6处的位置(x′，y′)、航向角θ′(箭头8)，以方便下一步计算得到所有播种单体的位置。

为了计算出每个播种单体的位置，首先需要知道播种转弯半径，其通过定位系统接收机连续、周期性定位的三个位置(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)，并结合过该三点的外接圆半径公式计算得到，如下式

其中，

a.若向左转弯，则铰接装置处的位置坐标和方向为

其中，θ1＝sin^-1(l1/r)，，l1、l2分别为测得的接收机到拖拉机后轮轴线的水平距离、拖拉机后轮轴线到铰接装置的水平距离。

b.若向右转弯，则铰接装置处的位置坐标和方向为

如图2所示，将定位系统接收机定位的位置和航向角转换到铰接装置6处后，可计算得到任意行的单体坐标，如第i行单体坐标为

xi＝x′+li·cosθi，yi＝y′+li·sinθii∈[1,n](6)

其中，n为播种机行数，li为第i行单体与铰接装置的距离，θi为第i行单体与铰接装置形成的向量(方向由铰接装置指向播种单体)与x轴正轴逆时针方向的夹角，li、θi分别由下式计算

其中，l为铰接装置到播种单体的垂直距离(m)，lr为播种行距(m)。

如图3所示，拖拉机牵引着播种机绕圆心o进行转弯播种时，各播种单体绕圆心o的转弯半径不同导致其前进速度也不一样，箭头10、11分别表示第1行和最后一行播种单体的前进速度。

先求出各单体转弯半径，其第i行转弯半径为

其中，l′为播种机地轮轴到播种单体的垂直距离(m)，r′为播种机中心转弯半径，r′由下式求得

因此，第i行播种单体前进速度vi可计算得到为

其中，v为定位系统接收机测得的前进速度，方向如图3中的箭头7。通过求得各行播种单体的前进速度，并根据其不同的速度对各行的播种速度进行补偿，以此实现转弯播种时各行播种量的一致性。其补偿方法如下：

其中，wi是第i行播种单体的播种速度(seeds/s)，lr为播种行距(m)，q为设定的播种量(seeds/ha)，k为排种器的排种盘型孔数，第i行播种单体前进速度vi(km/h)。上述ha表示公顷，seeds/ha表示的是每公顷播多少粒种子。

本发明请求保护的范围并不仅限于所述实施方式，凡与本实施例等效的技术方案均属于本发明的保护范围。