[发明专利]一种自主导航拖拉机转向角无线测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业机械自主导航技术，尤其是一种适用于无人驾驶拖拉机的自主导航技术，具体的说是一种自主导航拖拉机转向角无线测量系统及方法。

背景技术

在拖拉机自主导航系统的研制中，前轮（转向轮）转向角的测量尤为关键。目前常用电位计或编码器测量前轮转向角。将电位计或编码器底座固定在拖拉机前桥和前轮连接的转轴上，电位计或编码器的轴心通过传动机构与前桥的固定装置相连。当拖拉机转向轮发生偏转时，电位计或编码器的转轴和底座发生相对角位移，进而产生变化的电信号（电位计输出模拟电压信号，编码器输出脉冲信号）。通过信号采集单元接收电信号，解算出相应角度，并通过物理线路传输到工控机，完成了转向角的测量。

然而在工程实践中，上述方法存在的突出问题：（1）电位计或编码器安装方式复杂，安装精度要求较高，同时还需要对原有机械结构改造；（2）拖拉机工作环境恶劣，作物、杂草等容易对传输线路刮伤、刮断，影响传感器的正常使用。

发明内容

本发明的目的是针对目前在无人驾驶拖拉机自主导航技术方面存在的问题，提供一种自主导航拖拉机转向角无线测量系统及方法，具有结构简单，安装方便，适应性强，便于操控等特点，为无人驾驶拖拉机技术的发展创造有利条件。

本发明的技术方案是：

一种自主导航拖拉机转向角无线测量系统，包括1套数传电台，所述数传电台包括3个发射端和1个接收端；所述3个发射端分别与1号、2号和3号姿态传感器相连；所述1号和3号姿态传感器分别安装在拖拉机的左、右转向轮与前桥横梁连接的转轴顶部；所述2号姿态传感器安装在拖拉机前桥横梁的中间位置；所述数传电台的接收端与工控机相连，能够接受所述3个发射端的数据。

进一步的，所述数传电台为低功耗433MHz。

进一步的，所述1号、2号和3号姿态传感器的输出频率均为20Hz，输出信息为航向角。

进一步的，所述将3个发射端通过TTL串行通信接口与所述1号、2号和3号姿态传感器分别连接。

进一步的，所述1号和3号姿态传感器的x轴分别平行于拖拉机左、右转向轮并指向前方；所述2号姿态传感器的x轴垂直于前桥横梁并指向前方。

一种自主导航拖拉机转向角无线测量系统进行测量的方法，包括以下步骤：

1）从数传电台接收端读取当前时刻3个姿态传感器的航向角数据h₁(T)、h₂(T)、h₃(T)；

2）分别检测3个姿态传感器当前时刻数据是否为异常数据。若发现接收到异常数据，则立即剔除，用前一次测量的正常数据代替；

3）通过计算1号和2号姿态传感器发送的航向角之差，确定左轮转向角a_L；通过计算2号和3号姿态传感器发送的航向角之差，确定右轮转向角a_R；即：a_L= h₁(T)- h₂(T) ，a_R =h₃(T)- h₂(T)；

4）重复上述步骤1）至3），实现循环检测左、右转向轮的转向角。

本发明的有益效果：

本发明结构简单，安装方便，可以避免传统技术中复杂的物理传输线路，极大地提高了拖拉机导航系统工作的可靠性，为无人驾驶拖拉机技术的发展创造有利条件。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图。

图2是本发明中的姿态传感器的安装示意图。

图3是本发明中的数据流程示意图。

其中：1-左转向轮；2-1号姿态传感器；3-前桥横梁；4-2号姿态传感器；5-3号姿态传感器；6-右转向轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种自主导航拖拉机转向角无线测量系统，包括1套数传电台。该数传电台为低功耗433MHz，包括3个发射端和1个接收端。所述3个发射端分别通过TTL串行通信接口与1号、2号和3号姿态传感器相连，以便将各姿态传感器感测到的信息发送给所述接收端。所述接收端与工控机相连，能够接受所述3个发射端的数据，并传输给工控机。优选的，所述1号、2号和3号姿态传感器均为微型姿态传感器。