[发明专利]一种无人驾驶插秧机自动转向控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，尤其涉及一种无人驾驶插秧机自动转向控制系统及其控制方法。

背景技术

目前生产上现有农业机械一般都是采用人工驾驶和手工操作，在人工驾驶插秧机时，土壤条件多变，作业环境艰苦，驾驶员的驾驶水平以及长时间枯燥乏味的跟踪驾驶将对对行的准确性产生很大影响，易产生重行、漏行等缺陷，造成减产。

针对现有插秧机作业的单调、乏味的工作，国内外的研究者已经开始研究插秧机的自动驾驶技术。日本的国家农业研究中心也对插秧机原有系统进行了改造，开发出了由同步带、电磁离合器、 减速电动机组成的转向执行系统，并采用GPS和陀螺仪对插秧机行驶进行导航。国内研究机构在进行插秧机导航控制研究的同时，也进行了插秧机栽插作业的自动控制初步探索，对插秧机变速机构和栽插作业机构采用直流电动机进行电控改造，实现了转向机构、变速机构和机具升降机构的自动控制，但其电控操作时间比驾驶员操作时间长，操作不灵活，系统可靠性低，通用性较低且成本较高，还不能满足生产要求。因此，急需研发一种能够满足水稻生产实际要求的无人驾驶插秧机自动转向控制系统及其控制方法。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种无人驾驶插秧机自动转向控制系统及其控制方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种无人驾驶插秧机自动转向控制系统，包括有主控制器、CAN总线通讯单元、全球定位系统GPS定位装置、上位机、传感器模块、转向控制模块；

所述的主控制器通过CAN总线通讯单元分别与上位机和转向执行模块连接，传感器模块与主控制器连接，全球定位系统GPS定位装置与上位机连接；

所述的CAN总线通讯单元给所述主控制器提供上位机预设的转向参数、实时显示的插秧机位置、速度以及手柄位置信息；

所述的全球定位系统GPS定位装置根据事先规划好的路径信息，确定插秧机当前位置并传输给上位机，由上位机比较当前位置与目标路径的偏差；

所述的传感器模块实时将插秧机的作业信息发送给主控制器；

所述的转向控制模块根据插秧机田间作业要求控制其速度、秧箱升降以及方向盘进行减速并转向；

所述的主控制器实时接收由传感器模块发送的插秧机位姿信息，并进行及时处理，控制转向控制模块，实现路径跟踪和插秧机自动转向。

所述的传感器模块包括有速度传感器、转向角度传感器、主变速手柄传感器和插植手柄传感器。

所述的速度传感器采用光电增量式编码器并安装在驱动轮后轮的中心齿轮上，通过齿轮传递的转动信息来获取插秧机的行进速度；

所述的转向角度传感器采用绝对式编码器来对转向伺服电机进行反馈，在插秧机转向的绝对零位标定好之后，通过检测方向盘转向柱的转向角度来测得插秧机的实际转角；

所述的主变速手柄传感器通过检测控制主变速手柄移动的伺服电机的转动角度来获取插秧机的当前档位；

所述的插植手柄传感器通过检测插植手柄电机的转动角度来获得插秧机的秧箱是处于上升、中立或者下降状态。

所述的转向控制模块包括有转向驱动单元以及与转向驱动单元相连的转向伺服电机和直流电机驱动单元以及与直流电机驱动单元相连的主变速手柄电机、插植手柄电机，所述的转向驱动单元和直流电机驱动单元通过CAN总线通讯单元与主控制器连接。

所述的转向伺服电机控制插秧机行走方向，通过主控制器采集的当前角度信息与目标转角计算得出偏差角度，并将其输入给伺服电机控制其转向；

所述的主变速手柄电机控制插秧机的作业速度，根据路径信息通过主控制器采集的当前速度与上位机的预设速度进行比较，若当前速度大于预设速度，则需向直流驱动单元发送减速信号，控制电机反向旋转一个角度，来使其达到转向时的速度；

所述的插植手柄电机控制秧箱的升降，其根据主控制器采集电机的当前转动角度与上位机设定的值进行比较，若转动角度不同，则向下位机发送指令驱动直流电机使插植手柄处于上升状态。

一种无人驾驶插秧机自动转向控制系统的控制方法，具体包括以下步骤：

1）由全球定位系统GPS定位装置实时采集插秧机的当前位置信息，并发送给上位机；

2）上位机将当前位置信息与期望路径相比较，通过计算获得距离当前位置最近的跟踪路径点，确定插秧机的跟踪目标，获得插秧机的目标航向；