[发明专利]无人驾驶联合收割机的激光导航系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种无人驾驶联合收割机的激光导航系统，通过激光测距原理来实现对农作物边界的探测，并将信息通过总线传送给负责信号分析处理的微控制器。由微控制器对执行器件发出指令，实现联合收割机的无人驾驶下的自动导航。

背景技术

我国是农业大国，农业机械装备自动化和智能化是实现我国现代农业耕作规模化的前提和根本，具有广阔的发展前景。虽然我国在农业装备机械化方面取得了显著成就，但在自动化、信息化和智能化方面还处在起步阶段。自主导航的无人驾驶技术是农机装备自动化和智能化建设的重要内容之一。如果农业机械无人驾驶可以实现的话，不仅可以解放劳动力，减轻劳动强度，而且可以大大提高农作物收割的效率，提高驾驶安全性等。

无人驾驶联合收割机的自动导航技术有全球定位系统导航、机器视觉导航、无线电导航、超声波导航、激光导航和电缆导航等。我国福田雷沃重工在欧美自动导航技术的基础上，结合国内农业生产的具体情况，采用三维技术优化设计，集全球卫星定位、GPS自动导航、电控液压自动转向、作业机具自动升降、油门开度自动调节和紧急遥控熄火等多项自动化功能于一体，能够保证直线导航跟踪精度小于5cm，自动对行精度小于10cm，转向轮偏角控制精度小于1度，实现了拖拉机自动控制精密播种、施肥、起垄及洒药等作业，大大提高了拖拉机作业的标准化。但是基于全球定位系统的自动导航收割机是通过接受四颗不同卫星信号以决定车辆的位置，由于一些环境的影响，如障碍物、远离差分信号基站、多路径干扰等，因此有时GPS即全球定位系统会出现无法达到自动导航要求的最小偏差。

国外在该领域最新发展状况是德国的CALSS公司提供的一种在收获时沿作物边沿行走的基于激光导航的联合收割机，以及荷兰的CNH Global公司开发的一种自动推进的料堆摊平机的导航系统。以上都是基于激光导航技术，通过激光发射与接收来判断并控制农业机械的前进方向，实现自动导航下的无人驾驶。我国的现有导航技术存在如下不足：

1.在小麦联合收割领域，农机装备的自动化和智能化程度低。

2.基于GPRS组合导航的无人驾驶联合收割机成本高，原理复杂，实现难度大。

3.自动导航精度较低，抗干扰能力差，不能高效地自动寻找小麦边界。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无人驾驶联合收割机的激光导航系统，来弥补我国在该领域的技术空白以及国外已使用的基于全球定位系统的自动导航技术的不足。

为达到上述目的，本发明的构思是：

本发明主要构成是一个自动行进的联合收割机，其上安装有激光传感器和角度传感器、微处理器、GPRS模块、自动转向装置。它通过激光传感器对小麦边界的探测，确定小麦的边界位置，这个是通过激光传感器和转轴上的角度传感器共同确定的。之后将边界的位置信息通过总线传送给为微处理器，微处理器经过分析计算发出指令，控制全液压转向器和电磁换向阀一同控制转向油缸，实现进油量和左右油缸进油量多少的控制，从而实现车轮的左右转角大小的控制。该调节调整过程是闭环控制，可以不断地将车轮的角度情况反馈给微处理器，使联合收割机的前进方向不断调整，稳定性强。通过GPRS模块将收割机的各种数据传输给远程控制平台，同理，远程控制平台也可以通过无线发射控制指令，实现双向控制。相比基于GPS/GPRS技术的农机装备自动导航系统，该发明实现的自动导航系统精度高，成本低，稳定性强。

该基于激光导航技术的无人驾驶小麦收割的工作步骤主要是：

首先，激光传感器工作，对小麦边界进行横向扫描。通过发射和接收信号，根据已收割小麦和未收割小麦距激光传感器的距离不同，从而发射和接收信号的时间会有差别，最终可判断出小麦的边界信息，该边界信息是一个角度值，表示小麦边界和联合收割机前进角度之间的夹角。

其次，由微处理器对角度传感器传输过来的角度信息进行判断分析，计算得到收割机车轮需要调整的角度和方向。

最后，微处理器根据处理得到的调整角度和方向，对电液驱动的全液压控制阀和电磁阀发出信号，控制左右油缸进油量，控制联合收割机车轮的转动角的大小，从而实现联合收割机的自主导航。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：