一種用于單行農(nóng)作物植株株頂軌跡自動(dòng)跟蹤控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)裝備電子控制技術(shù)，尤其涉及玉米去雄機(jī)和棉花去頂機(jī)的田間單行植株株頂軌跡自動(dòng)跟蹤控制方法。其特征在于：通過光電識(shí)別延時(shí)手段搜索植株株頂位置目標(biāo)，經(jīng)信息處理及放大模塊對(duì)采集到的目標(biāo)軌跡信息與期望雄頂軌跡對(duì)比放大后向電磁液壓閥塊發(fā)出指令，電磁液壓閥塊根據(jù)位置偏移指令控制跟蹤機(jī)構(gòu)油缸的伸縮方向和延時(shí)時(shí)間，跟蹤機(jī)構(gòu)帶動(dòng)連接其下的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)速支架機(jī)構(gòu)和安裝在支架前端的株頂位置監(jiān)測(cè)器同步運(yùn)動(dòng)。變化后的株頂位置監(jiān)測(cè)器繼續(xù)在當(dāng)前位置搜索當(dāng)前的株頂目標(biāo)，再將信息發(fā)送到信息處理模塊。采取適時(shí)調(diào)整預(yù)描距離和平行四桿機(jī)構(gòu)傾斜運(yùn)動(dòng)綜合措施，補(bǔ)償跟蹤滯后產(chǎn)生的仿形偏移，可有效降低漏除率。
【專利說明】
一種用于單行農(nóng)作物植株株頂軌跡自動(dòng)跟蹤控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)裝備電子控制技術(shù)，尤其涉及玉米去頂機(jī)和棉花去頂機(jī)的田間植 株株頂軌跡跟蹤控制。
【背景技術(shù)】
[0002] 玉米種子田間去頂作業(yè)通常是在農(nóng)作物株高為1. 5米~2. 0米的抽雄階段進(jìn)行， 工期短，環(huán)境惡劣，任務(wù)重，去頂作業(yè)質(zhì)量要求高。棉花田間去頂期間，工期短，作業(yè)量大，需 要投入在量的人力。
[0003] 在歐美一些農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家已實(shí)現(xiàn)機(jī)械化去頂作業(yè)，例如法國Bourgoin公司的去 雄噴藥機(jī)、美國Hagie公司204去雄機(jī)、美國Big John公司TOF752D去雄機(jī)等，其技術(shù)成熟， 具有利用機(jī)器視覺定位農(nóng)作物雄穗高度的自動(dòng)跟蹤功能。
[0004] 在中國玉米去雄仍然是以人工為主，近年有少量進(jìn)口去頂機(jī)投入生產(chǎn)作業(yè)，國內(nèi) 已有自主研制的去雄機(jī)樣機(jī)進(jìn)入田間試驗(yàn)階段，但對(duì)以植株株頂軌跡跟蹤為核心的去頂機(jī) 控制系統(tǒng)的研制才剛剛起步，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。這直接制約著中國玉米去雄機(jī)的發(fā)展。 同時(shí)國內(nèi)玉米制種田的種植水平和習(xí)慣與國外發(fā)達(dá)國家有很大差距，這就增加了機(jī)械化去 頂作業(yè)的難度，尤其是植株株頂軌跡跟蹤的難度。中國是棉花生產(chǎn)在國，棉花田間去頂還完 全靠人工作業(yè)。
[0005] 目前，對(duì)連續(xù)曲線的軌跡跟蹤技術(shù)已經(jīng)達(dá)到非常成熟的階段，在一些領(lǐng)域得到廣 泛的應(yīng)用，對(duì)類似單行若干農(nóng)作物植株株頂?shù)姆沁B續(xù)目標(biāo)頂點(diǎn)位置的精確跟蹤控制仍然是 有待于攻關(guān)的技術(shù)瓶頸。
[0006] 集成運(yùn)用傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)等高新技術(shù)，能夠解決植株株頂軌跡跟 蹤難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是使農(nóng)作物去頂機(jī)能夠在田間自動(dòng)控制單體去頂部件跟蹤單行植 株株頂去頂作業(yè)，滿足去頂工作部件相對(duì)植株株頂位置的精度要求，提高去頂率，提出了一 種用于單行農(nóng)作物植株株頂軌跡自動(dòng)跟蹤控制方法。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明農(nóng)作物去頂機(jī)去頂工作裝置的株頂軌跡跟蹤方法采用 如下步驟：
[0009] 步驟1 :將單行各個(gè)農(nóng)作物植株株頂位置點(diǎn)描述為以株距間隔為水平坐標(biāo)、以株 高差異為垂直坐標(biāo)的若干折線所構(gòu)成的連續(xù)多段折線，所述連續(xù)多段折線就是單行去頂部 件工作點(diǎn)的期望跟蹤軌跡；
[0010] 步驟2 :所述單行去頂機(jī)工作點(diǎn)的期望跟蹤軌跡是運(yùn)動(dòng)軌跡，參數(shù)包括：?jiǎn)涡腥ロ?部件工作點(diǎn)坐標(biāo)X。、期望跟蹤軌跡的垂直速度V、期望跟蹤軌跡的水平速度u，所述植株株頂 期望跟蹤軌跡的位置坐標(biāo)（X P、YP)是相對(duì)去頂機(jī)工作點(diǎn)&的位置坐標(biāo)，所述期望跟蹤軌跡 的垂直速度v是平行四桿跟蹤機(jī)構(gòu)的垂直分速度，所述期望跟蹤軌跡的水平速度u是機(jī)車 的行駛速度；
[0011] 步驟3 :采用上下光電傳感器作為識(shí)別植株株頂位置的感應(yīng)元件，設(shè)上傳感器未 發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時(shí)無信號(hào)輸出，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時(shí)有信號(hào)輸出并延時(shí)T時(shí)間；下傳感器發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時(shí)無信 號(hào)輸出并延時(shí)T時(shí)間，未發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時(shí)有信號(hào)輸出；
[0012] 步驟4 :在去頂機(jī)工作點(diǎn)X。當(dāng)前位置的前進(jìn)方向一側(cè)設(shè)定上、下光電傳感器識(shí)別 區(qū)間Yab，所述設(shè)定的識(shí)別區(qū)間Y ab包含居中的株頂期望位置點(diǎn)Y P及上下相鄰合理區(qū)間，株頂 期望位置點(diǎn)YP與去頂部件工作點(diǎn)X ^處于同一水平線上，上傳感器坐標(biāo)Y 3是反映上臨界點(diǎn) 的坐標(biāo)、下傳感器坐標(biāo)Yb是反映下臨界點(diǎn)的坐標(biāo)； Yab=V 上 T+V下 T = 2vt 其中 V± 一一垂直上升速度是平行四桿跟蹤機(jī)構(gòu)的垂直上升分速度 V下一一垂直下降速度是平行四桿跟蹤機(jī)構(gòu)的垂直下降分速度
合理區(qū)間
[0013] 步驟5 :所述的軌跡跟蹤還包括光電傳感器識(shí)別區(qū)間Yab距去頂機(jī)工作點(diǎn)X。向前方 伸出距離L ;
[0014] 步驟6 :。把相關(guān)信息存儲(chǔ)到信息處理模塊和速度控制器中。
[0015] 步驟7 :去頂機(jī)開始工作，去頂工作部件與連接一體的光電識(shí)別器一起向前運(yùn)動(dòng)， 光電識(shí)別傳感器在識(shí)別區(qū)內(nèi)搜索株頂目標(biāo)，實(shí)時(shí)采集植株株頂當(dāng)前位置信息，把當(dāng)前信息 發(fā)送到信息處理模塊和速度控制器中，信息處理模塊和速度控制器將當(dāng)前信息與預(yù)置存儲(chǔ) 信息進(jìn)行比較后向平行四桿跟蹤機(jī)構(gòu)發(fā)出工作指令，當(dāng)識(shí)別器搜索到的株頂目標(biāo)P位于期 望區(qū)間時(shí)，信息處理模塊指令平行四桿跟蹤機(jī)構(gòu)靜止不動(dòng)并延時(shí)T時(shí)間；在當(dāng)前位置或上 個(gè)T延時(shí)時(shí)間內(nèi)，識(shí)別器搜索到的株頂目標(biāo)超出期望區(qū)間上臨界點(diǎn)乙時(shí)，信息處理模塊指 令平行四桿跟蹤機(jī)構(gòu)向上運(yùn)動(dòng)并延時(shí)T時(shí)間；在當(dāng)前位置或上個(gè)T延時(shí)時(shí)間內(nèi)，識(shí)別器搜索 到的株頂目標(biāo)超出期望區(qū)間下臨界點(diǎn)Y b時(shí)，信息處理模塊指令平行四桿跟蹤機(jī)構(gòu)向下運(yùn)動(dòng) 并延時(shí)T時(shí)間。
[0016] 本發(fā)明所述的延時(shí)時(shí)間T的取值范圍是依據(jù)植株的株距S和去頂機(jī)的行駛速度u 確定的，國內(nèi)目前制種田種植水平的S取值范圍為0. 21m~0. 27m，中型拖拉機(jī)田間行駛速 度u的取值范圍為3. 6km~9km，故延時(shí)時(shí)間的取值范圍為0.1 s~0. 3s。以當(dāng)前速度u行 駛當(dāng)前確定的延時(shí)時(shí)間T所得距離StS大于當(dāng)單行平均植株的株距S。
[0017] 本發(fā)明植株株頂軌跡自動(dòng)跟蹤控制方法，其特征在于所述植株株頂?shù)钠谕R(shí)別區(qū) 間Yab與去頂部件入禾面垂直高度相同，依據(jù)去頂農(nóng)藝要求確定，一般為8cm左右。
[0018] 本發(fā)明株頂軌跡跟蹤控制方法所述期望跟蹤軌跡的垂直速度v由期望識(shí)別區(qū)間 Yab寬度和延時(shí)時(shí)間T確定， V ^ Yab/T 上升時(shí)V上=〇? 125~0? 25m/s 下降時(shí)V下=〇? 075~0? 15m/s。
[0019] 本發(fā)明農(nóng)作物植株株頂軌跡自動(dòng)跟蹤控制方法，其特征在于所述光電傳感器識(shí)別 區(qū)間Yab距去頂機(jī)工作點(diǎn)前方伸出距離L，由去頂機(jī)作業(yè)速度和延時(shí)時(shí)間確定， L爾_， u < umjn L M ? T Wroin < U < k [max 狀 > 中型拖拉機(jī)田間行駛速度u的取值范圍為lm/s~2. 5m/s，延時(shí)時(shí)間的取值范圍為 0? Is~0? 3s，伸出距離L為500mm~900mm，大型拖拉機(jī)田間行駛速度u的取值范圍為 1. 5m/s~3m/s，延時(shí)時(shí)間的取值范圍為0? 05s~0? 15s，伸出距離L為800mm~1200mm，速 度u越快，伸出距離L越大；株距S越大，伸出距離L越小，L伸出距離L長(zhǎng)短由速度控制器 調(diào)節(jié)，用以消除水平方向的跟蹤滯后。
[0020] 本發(fā)明植株株頂軌跡自動(dòng)跟蹤控制方法所述步驟7中在當(dāng)前位置或上個(gè)T延時(shí)時(shí) 間內(nèi)，識(shí)別器搜索到的株頂目標(biāo)超出期望區(qū)間上臨界點(diǎn)乙時(shí)，信息處理模塊指令平行四桿 跟蹤機(jī)構(gòu)向上運(yùn)動(dòng)并延時(shí)T時(shí)間，此時(shí)向上糾偏距離= Y± *T ;在當(dāng)前位置或上個(gè)T延 時(shí)時(shí)間內(nèi)，識(shí)別器搜索到的株頂目標(biāo)超出期望區(qū)間下臨界點(diǎn)Yb時(shí)，信息處理模塊指令平行 四桿跟蹤機(jī)構(gòu)向下運(yùn)動(dòng)并延時(shí)T時(shí)間，此時(shí)向下糾偏距離= V± *T ;每個(gè)延時(shí)的糾偏距 離為
[0021] 本發(fā)明農(nóng)作物植株株頂軌跡自動(dòng)跟蹤控制方法，其特征在于所述平行四桿跟 蹤機(jī)構(gòu)固定豎臂下端向后傾斜，使得活動(dòng)豎桿在向上運(yùn)動(dòng)的同時(shí)也向前運(yùn)動(dòng)，向下運(yùn) 動(dòng)的同時(shí)也向后運(yùn)動(dòng)；具有跟蹤滯后的補(bǔ)償功效，當(dāng)傾斜角度設(shè)為45°時(shí)，其運(yùn)動(dòng)速度
，當(dāng)四桿機(jī)構(gòu)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，期望跟蹤軌跡水平速度u與平行四桿跟蹤機(jī)構(gòu) 的水平運(yùn)動(dòng)速度V7XT方向一致，相當(dāng)于速度增加，可補(bǔ)償下降過程中的跟蹤滯后；當(dāng)四桿機(jī) 構(gòu)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，期望跟蹤軌跡水平速度u與平行四桿跟蹤機(jī)構(gòu)的水平運(yùn)動(dòng)速度V7XT方向相 反，可補(bǔ)償上升過程中的跟蹤滯后。
[0022] 本發(fā)明提出的單行農(nóng)作物植株株頂軌跡自動(dòng)跟蹤控制方法基于掃描延時(shí)跟蹤技 術(shù)，適用于任何具有前懸掛功能的高架拖拉機(jī)、任何需要去頂?shù)嫩庾髦参锖透鞣N工況下的 株頂軌跡的仿形跟蹤控制，采用本跟蹤控制辦法的去頂機(jī)進(jìn)行玉米去雄、棉花去頂作業(yè)，對(duì) 提高作業(yè)的質(zhì)量和效率，減輕人工作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度具有重要意義。本方法的優(yōu)點(diǎn)和積極效 果在于：解決了非連續(xù)目標(biāo)的高度位置跟蹤方法；采用適時(shí)調(diào)整預(yù)描距離和平行四桿機(jī)構(gòu) 傾斜運(yùn)動(dòng)綜合措施，獲得滿意的跟蹤補(bǔ)償效果；提出了在不同條件地塊、不同行駛速度下設(shè) 置不同的延時(shí)時(shí)間、伸桿長(zhǎng)度和垂直速度，可有效降低漏除率。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明的跟蹤控制方法的流程圖
[0023] 圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理示意圖
[0024] 圖3為本發(fā)明高度糾偏、水平滯后補(bǔ)償示意圖
[0025]
[0026] 圖1中是應(yīng)用本發(fā)明軌跡跟蹤控制方法的電液控制系統(tǒng)流程圖，該跟蹤控制系統(tǒng) 包括：電液監(jiān)測(cè)控制中心1，調(diào)速支架機(jī)構(gòu)2,去頂執(zhí)行機(jī)構(gòu)3,位置跟蹤機(jī)構(gòu)4,液壓栗站5， 電液換向調(diào)速集成閥塊6,電源模塊7,信號(hào)放大模塊8,信息處理模塊9,株頂位置監(jiān)測(cè)器 10,行進(jìn)速度u，株頂位置p。
[0027] 圖2中調(diào)速支架機(jī)構(gòu)2,去頂執(zhí)行機(jī)構(gòu)3,位置跟蹤機(jī)構(gòu)4,株頂位置監(jiān)測(cè)器10。
[0028] 圖3中平行四桿機(jī)構(gòu)固定豎臂11，液壓油缸12,平行四桿機(jī)構(gòu)上橫桿13,平行四桿 機(jī)構(gòu)前豎臂14,調(diào)速伸縮桿15,株頂位置監(jiān)測(cè)器16,去頂輪組17,去頂輪動(dòng)力機(jī)18,平行四 桿機(jī)構(gòu)下橫桿19,農(nóng)作物植株20。
[0029]
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明
[0031] 圖1中是應(yīng)用本發(fā)明軌跡跟蹤控制方法的電液控制系統(tǒng)流程圖，該系統(tǒng)的工作流 程是：采用掃描延時(shí)手段，以行進(jìn)速度u將同一行內(nèi)的單株農(nóng)作物虛擬為頂點(diǎn)高低變化的 農(nóng)作物植株立體平面，設(shè)置在系統(tǒng)前端的上下并列光電傳感器對(duì)株頂位置P進(jìn)行軌跡跟 蹤，把搜索到的株頂位置信息發(fā)送到信息處理模塊9,處理后的信息經(jīng)信號(hào)放大模塊8變?yōu)?驅(qū)動(dòng)電能傳給電磁液壓集成閥塊6,集成閥塊6根據(jù)信息處理模塊9的指令開啟相應(yīng)的液 壓油路推動(dòng)位置跟蹤機(jī)構(gòu)4的油缸工作，連在跟蹤機(jī)構(gòu)4下端的去頂執(zhí)行機(jī)構(gòu)3隨跟蹤機(jī) 構(gòu)4 一同運(yùn)動(dòng)，去頂執(zhí)行機(jī)構(gòu)3的位置變化通過聯(lián)在其上的調(diào)速支架機(jī)構(gòu)2帶動(dòng)株頂位置 監(jiān)測(cè)器10同步變化。位置變化后的株頂位置監(jiān)測(cè)器10繼續(xù)在當(dāng)前位置搜索當(dāng)前的株頂位 置P，再將信息發(fā)送到信息處理模塊9,如此反復(fù)工作。電液監(jiān)測(cè)控制中心1用以預(yù)設(shè)和即 時(shí)控制延時(shí)時(shí)間T和行進(jìn)速度u、電源模塊7為系統(tǒng)提供24伏直流開關(guān)電源，液壓栗站5為 跟蹤控制系統(tǒng)提供3. 5mp的系統(tǒng)壓力。
[0032] 圖3中平行四桿機(jī)構(gòu)固定豎臂11下端后傾的角度與去頂輪組17的入禾角r相同， 所述入禾角r是去頂輪組17兩輪相交的切線g與水平線的夾角。平行四桿跟蹤機(jī)構(gòu)固定 豎臂11的下端向后傾斜，使得活動(dòng)前豎臂14在向上運(yùn)動(dòng)的同時(shí)也向前運(yùn)動(dòng)，向下運(yùn)動(dòng)的同 時(shí)也向后運(yùn)動(dòng)。此結(jié)構(gòu)具有跟蹤滯后補(bǔ)償功能。
[0033] 圖3中給出平行四桿跟蹤機(jī)構(gòu)4活動(dòng)前豎臂14的速度三角形，當(dāng)傾斜角度設(shè)為 45°時(shí)，其運(yùn)動(dòng)速度
當(dāng)四桿機(jī)構(gòu)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，期望跟蹤軌跡水平速度u與 平行四桿跟蹤機(jī)構(gòu)4的水平運(yùn)動(dòng)速度V7XT方向一致，相當(dāng)于速度增加，可補(bǔ)償下降過程中的 跟蹤滯后；當(dāng)四桿機(jī)構(gòu)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，期望跟蹤軌跡水平速度u與平行四桿跟蹤機(jī)構(gòu)4的水平 運(yùn)動(dòng)速度V7XT方向相反，可補(bǔ)償上升過程中的跟蹤滯后。
[0034] 步驟4 :確定了株頂位置監(jiān)測(cè)器10相對(duì)工作點(diǎn)&的上下、前后位置。株頂位置監(jiān) 測(cè)器10相對(duì)去頂工作點(diǎn)1的側(cè)向距離應(yīng)等于或大于去頂工作點(diǎn)X。相對(duì)單側(cè)去頂滾輪17輪 軸的距離，本實(shí)施例株頂位置監(jiān)測(cè)器10相對(duì)植株雄穗的側(cè)向距離為100mm~150mm之間。 監(jiān)測(cè)識(shí)別元件選用漫反射光電傳感器。這種單行貼近監(jiān)測(cè)方式能夠避開較大植株伸展葉片 的干擾，提高識(shí)別的準(zhǔn)確率。
[0035] 本發(fā)明農(nóng)作物植株株頂軌跡自動(dòng)跟蹤控制方法，其特征在于所述光電傳感器識(shí)別 區(qū)間Yab距去頂機(jī)工作點(diǎn)乂^向前方伸出距離L，由去頂機(jī)作業(yè)速度和延時(shí)時(shí)間確定，伸出距 離L為500mm~900mm，速度u越快，伸出距離L越大；株距S越大，伸出距離L越小，伸出 距離L長(zhǎng)短由調(diào)速支架機(jī)構(gòu)2的伸縮桿15調(diào)節(jié)，本實(shí)施例采用400mm行程電推桿做為調(diào)速 支架機(jī)構(gòu)2的伸縮桿15,推桿總長(zhǎng)900_，分600mm，700mm，800mm，900mm四個(gè)段位，由固定 在駕駛室的遙控裝置對(duì)多組電推桿同步控制，駕駛員可根據(jù)機(jī)車速度（檔位）變化狀況對(duì) 調(diào)速支架機(jī)構(gòu)2的伸縮桿15進(jìn)行遠(yuǎn)程手動(dòng)調(diào)節(jié)。在另一實(shí)施例中調(diào)速支架機(jī)構(gòu)2也可采 用方形伸縮套管分級(jí)定位，手動(dòng)預(yù)設(shè)支架伸出長(zhǎng)度。
[0036] 本發(fā)明農(nóng)作物植株株頂軌跡自動(dòng)跟蹤控制方法，其特征在于所述延時(shí)時(shí)間T的取 值范圍是依據(jù)植株的株距S和去頂機(jī)的行駛速度u確定的，速度u越快，延時(shí)時(shí)間T越小； 株距S越大，延時(shí)時(shí)間T越大，本實(shí)施例延時(shí)時(shí)間T采取預(yù)設(shè)方式，對(duì)于群體植株株頂整齊、 植株密度又高的地塊，機(jī)車能夠在田間以較高的行駛速度作業(yè)時(shí)，延時(shí)時(shí)間T可選小些，一 般為1~2秒；對(duì)于群體植株株頂不整齊或植株密度小的地塊，機(jī)車在田間以稍低的行駛速 度作業(yè)時(shí)，延時(shí)時(shí)間T可選大些，一般為2~3秒。
[0037] 每臺(tái)農(nóng)作物去頂機(jī)上懸掛著多組單行去頂裝置3和株頂位置監(jiān)測(cè)器10,用于處理 信息的信息處理模塊9可以是單行分立的，也可以是多行集成的。本發(fā)明自動(dòng)跟蹤控制方 法的信息處理模塊9在一個(gè)實(shí)施例中采用分立式FRM信息處理模塊，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將FRM 信息處理模塊、24v25w開關(guān)電源與光電傳感器一起固裝在株頂位置監(jiān)測(cè)器10的殼體中，構(gòu) 成獨(dú)立的單行株頂信息采集與信息處理器，該裝置的監(jiān)測(cè)信號(hào)就近傳輸給信息處理模塊9， 避免遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸失真現(xiàn)象發(fā)生，開關(guān)電源7就近供電，線路布置簡(jiǎn)單清晰，信息采集與 信息處理裝置的工作狀況可以通過安裝在駕駛員視野中的信息放大模塊8上的指示燈顯 示。在另一實(shí)施例中采用多路集成的信息處理模塊9,其型號(hào)為TPC型程序控制器，將TPC 型程序控制器與電液監(jiān)控面板集中固裝在駕駛室的儀表區(qū)，便于駕駛員調(diào)控和監(jiān)測(cè)，各路 株頂位置監(jiān)測(cè)器10信號(hào)輸出線必須采取屏蔽措施。
[0038] 所述獨(dú)立的單行株頂信息采集與信息處理器的結(jié)構(gòu)待補(bǔ)充
[0039] 當(dāng)然本發(fā)明還可以有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下， 熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和 變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于單行農(nóng)作物植株株頂軌跡自動(dòng)跟蹤控制方法，其特征在于，該方法具有如 下步驟： 步驟1 :將單行各個(gè)農(nóng)作物植株株頂位置點(diǎn)描述為以株距間隔為水平坐標(biāo)、以株高差 異為垂直坐標(biāo)的若干折線所構(gòu)成的連續(xù)多段折線，所述連續(xù)多段折線就是單行去頂部件工 作點(diǎn)的期望跟蹤軌跡； 步驟2 :所述單行去頂機(jī)工作點(diǎn)的期望跟蹤軌跡是運(yùn)動(dòng)軌跡，參數(shù)包括：植株株頂位置 點(diǎn)P、單行去頂部件工作點(diǎn)坐標(biāo)X。、期望跟蹤軌跡的垂直速度v、期望跟蹤軌跡的水平速度 u，所述植株株頂期望跟蹤軌跡的位置坐標(biāo)（XP、Yp)是相對(duì)去頂機(jī)工作點(diǎn)Xci的位置坐標(biāo)，所 述期望跟蹤軌跡的垂直速度V是平行四桿跟蹤機(jī)構(gòu)的垂直分速度，所述期望跟蹤軌跡的水 平速度u是機(jī)車的行駛速度； 步驟3 :采用上下光電傳感器做為識(shí)別植株株頂位置P的感應(yīng)元件，設(shè)上傳感器未發(fā)現(xiàn) 目標(biāo)時(shí)無信號(hào)輸出，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時(shí)有信號(hào)輸出并延時(shí)T時(shí)間；下傳感器發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時(shí)無信號(hào)輸 出并延時(shí)T時(shí)間，未發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時(shí)有信號(hào)輸出； 步驟4 :在去頂機(jī)工作點(diǎn)X。當(dāng)前位置的前進(jìn)方向一側(cè)設(shè)定上、下光電傳感器識(shí)別區(qū)間 Yab，所述設(shè)定的識(shí)別區(qū)間Yab包含居中的株頂期望位置點(diǎn)YP及上下相鄰合理區(qū)間，株頂期望 位置點(diǎn)Y p與去頂部件工作點(diǎn)X c處于同一水平線上，上傳感器坐標(biāo)Y a是反映上臨界點(diǎn)的坐 標(biāo)、下傳感器坐標(biāo)Yb是反映下臨界點(diǎn)的坐標(biāo)； Yab=V±T+VTT = 2vt 其中 Vi 一一垂直上升速度是平行四桿跟蹤機(jī)構(gòu)的垂直上升分速度 V下一一垂直下降速度是平行四桿跟蹤機(jī)構(gòu)的垂直下降分速度步驟5 :所述的軌跡跟蹤還包括光電傳感器識(shí)別區(qū)間Yab距去頂機(jī)工作點(diǎn)X。向前方伸出 距離L;步驟6:。把相關(guān)信息存儲(chǔ)到信息處理模塊和速度控制器中。 步驟7 :去頂機(jī)開始工作，去頂工作部件與連接一體的光電識(shí)別器一起向前運(yùn)動(dòng)，光電 識(shí)別傳感器在識(shí)別區(qū)內(nèi)搜索株頂目標(biāo)，實(shí)時(shí)采集植株株頂當(dāng)前位置信息，把當(dāng)前信息發(fā)送 到信息處理模塊和速度控制器中，信息處理模塊和速度控制器將當(dāng)前信息與預(yù)置存儲(chǔ)信息 進(jìn)行比較后向平行四桿跟蹤機(jī)構(gòu)發(fā)出工作指令，當(dāng)識(shí)別器搜索到的株頂目標(biāo)P位于期望區(qū) 間時(shí)，信息處理模塊指令平行四桿跟蹤機(jī)構(gòu)靜止不動(dòng)并延時(shí)T時(shí)間；在當(dāng)前位置或上個(gè)T延 時(shí)時(shí)間內(nèi)，識(shí)別器搜索到的株頂目標(biāo)超出期望區(qū)間上臨界點(diǎn)乙時(shí)，信息處理模塊指令平行 四桿跟蹤機(jī)構(gòu)向上運(yùn)動(dòng)并延時(shí)T時(shí)間；在當(dāng)前位置或上個(gè)T延時(shí)時(shí)間內(nèi)，識(shí)別器搜索到的株 頂目標(biāo)超出期望區(qū)間下臨界點(diǎn)Y b時(shí)，信息處理模塊指令平行四桿跟蹤機(jī)構(gòu)向下運(yùn)動(dòng)并延時(shí) T時(shí)間。2. 根據(jù)權(quán)利要求1 一種用于單行農(nóng)作物植株株頂軌跡自動(dòng)跟蹤控制方法，其特征在于 所述延時(shí)時(shí)間T的取值范圍是依據(jù)植株的株距S和去頂機(jī)的行駛速度u確定的，對(duì)于玉米 去雄機(jī)而言，國內(nèi)目前制種田種植水平的S取值范圍為0. 21m~0. 27m，中型拖拉機(jī)田間行 駛速度u的取值范圍為3. 6km~7km，大型拖拉機(jī)為7km~10km，故延時(shí)時(shí)間的取值范圍為 0.1 S~0. 3S。以當(dāng)前速度u行駛當(dāng)前確定的延時(shí)時(shí)間T所得距離St應(yīng)大于當(dāng)單行平均植 株的株距S。3. 根據(jù)權(quán)利要求1 一種用于單行農(nóng)作物植株株頂軌跡自動(dòng)跟蹤控制方法，其特征在于 所述植株株頂?shù)钠谕R(shí)別區(qū)間Yab與去頂部件入禾面垂直高度相同，依據(jù)去頂農(nóng)藝要求確 定，一般為8cm左右。4. 根據(jù)權(quán)利要求1 一種用于單行農(nóng)作物植株株頂軌跡自動(dòng)跟蹤控制方法，其特征在于 所述期望跟蹤軌跡的垂直速度V由期望識(shí)別區(qū)間Yab寬度和延時(shí)時(shí)間T確定， V ^ Yab/T 上升時(shí) V上=〇· 125~0· 25m/s 下降時(shí) V下=〇· 075~0· 15m/s。5. 根據(jù)權(quán)利要求1 一種用于單行農(nóng)作物植株株頂軌跡自動(dòng)跟蹤控制方法，其特征在于 所述光電傳感器識(shí)別區(qū)間Yab距去頂機(jī)工作點(diǎn)Xc向前方伸出距離L，由去頂機(jī)作業(yè)速度和延 時(shí)時(shí)間確定，中型拖拉機(jī)田間行駛速度u的取值范圍為lm/s~2m/s，延時(shí)時(shí)間的取值范圍為 0· IS~0· 3S，伸出距離L為600mm，700mm，800mm，900mm，速度u越快，伸出距離L越大；株 距S越大，伸出距離L越小，L伸出距離L長(zhǎng)短由速度控制器調(diào)節(jié)，用以消除水平方向的跟 足示滯后。6. 根據(jù)權(quán)利要求1 一種用于單行農(nóng)作物植株株頂軌跡自動(dòng)跟蹤控制方法，其特征在于 所述步驟7中在當(dāng)前位置或上個(gè)T延時(shí)時(shí)間內(nèi)，識(shí)別器搜索到的株頂目標(biāo)超出期望區(qū)間上 臨界點(diǎn)Ya時(shí)，信息處理模塊指令平行四桿跟蹤機(jī)構(gòu)向上運(yùn)動(dòng)并延時(shí)T時(shí)間，此時(shí)向上糾偏 距離Y ilai = ·Τ ;在當(dāng)前位置或上個(gè)T延時(shí)時(shí)間內(nèi)，識(shí)別器搜索到的株頂目標(biāo)超出期望區(qū) 間下臨界點(diǎn)Yb時(shí)，信息處理模塊指令平行四桿跟蹤機(jī)構(gòu)向下運(yùn)動(dòng)并延時(shí)T時(shí)間，此時(shí)向下糾偏距離Y偏# = V± · T ;每個(gè)延時(shí)的糾偏距離：7. 根據(jù)權(quán)利要求1 一種用于單行農(nóng)作物植WW」災(zāi)軌跡自動(dòng)跟蹤控制方法，其特征在于 所述平行四桿跟蹤機(jī)構(gòu)固定豎臂的下端向后傾斜，使得活動(dòng)豎桿在向上運(yùn)動(dòng)的同時(shí)也向前 運(yùn)動(dòng)，向下運(yùn)動(dòng)的同時(shí)也向后運(yùn)動(dòng)；具有跟蹤滯后的補(bǔ)償功效，當(dāng)傾斜角度設(shè)為45°時(shí)，其 運(yùn)動(dòng)速度自四桿機(jī)構(gòu)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，期望跟蹤軌跡水平速度u與平行四桿 跟蹤機(jī)構(gòu)的水平運(yùn)動(dòng)速度V7XT方向一致，相當(dāng)于速度增加，可補(bǔ)償下降過程中的跟蹤滯后； 當(dāng)四桿機(jī)構(gòu)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，期望跟蹤軌跡水平速度u與平行四桿跟蹤機(jī)構(gòu)的水平運(yùn)動(dòng)速度V7x ￥方向相反，可補(bǔ)償上升過程中的跟蹤滯后。
【文檔編號(hào)】G05D1/02GK105892456SQ201510316922
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2015年6月3日
【發(fā)明人】祖元丁
【申請(qǐng)人】祖元丁