[发明专利]一种基于地表形貌特征信息的旋耕作业智能控制系统

权利要求书

1.一种基于地表形貌特征信息的旋耕作业智能控制系统，其特征在于，包括：

检测单元，安装在动力和动作执行装置上，用于检测旋耕机旋耕作业参数、地表图像信号和地表点云数据；

控制单元，与所述检测单元连接，用于接收所述检测单元发送的作业参数、地表图像信号和地表点云数据进行计算和分析，并向所述动力装置和动作执行装置发送调整指令；

人机交互单元，与所述控制单元连接，用于接收用户的作业指令，并实时显示当前旋耕作业参数以及用于表征作业质量的所述控制单元计算和分析结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于地表形貌特征信息的旋耕作业智能控制系统，其特征在于，所述检测单元包括：转速传感器和三向力传感器；

所述转速传感器和三向力传感器均安装在旋耕刀辊上，分别用于获取刀辊转速参数和刀辊作业三向力参数，且分别与所述控制单元连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于地表形貌特征信息的旋耕作业智能控制系统，其特征在于，所述检测单元包括：分别与所述控制单元连接的速度传感器、加速度传感器、三维激光雷达和惯性测量单元；

其中，

所述速度传感器安装在旋耕机架或动力装置上，用于获取旋耕机前进速度参数；

所述加速度传感器安装在旋耕机架上，用于获取机架振动参数；

所述三维激光雷达安装在旋耕机架或动力装置上，用于获取旋耕机作业起伏参数；

所述惯性测量单元安装在旋耕机架上，用于确定旋耕机具的位姿参数。

4.根据权利要求3所述的一种基于地表形貌特征信息的旋耕作业智能控制系统，其特征在于，所述检测单元还包括：分别与所述控制单元连接的粘度传感器和电子摄像机；

其中，

所述粘度传感器安装在旋耕刀辊的刀轴上用于获取土壤粘附状态参数；

所述电子摄像机安装在旋耕机架上方或所述动力装置上，用于获取作业地表图像。

5.根据权利要求1所述的一种基于地表形貌特征信息的旋耕作业智能控制系统，其特征在于，所述控制单元包括：

专家数据库模块，用于存储根据前期大量试验数据所得出的最优控制方案；

存储模块，用于存储所述检测单元发送的实时作业参数、地表图像信号和地表点云数据；以及用于存储所述控制单元的计算和分析结果。

6.根据权利要求4所述的一种基于地表形貌特征信息的旋耕作业智能控制系统，其特征在于，所述控制单元包括：

耕深计算模块，根据所述三维激光雷达与惯性测量单元采集的作业前后的数据，获得农田区域范围内各处耕深数据；并依据所述位姿参数调整所述动力装置和动作执行装置的提升角、俯仰角。

7.根据权利要求4所述的一种基于地表形貌特征信息的旋耕作业智能控制系统，其特征在于，所述控制单元包括：

功耗计算模块，将旋耕刀辊上转速传感器的转速数据与扭矩的乘积作为功耗；当检测所述功耗数值异常递增时，及时调整旋耕机具工作参数与工作状态，控制单元发出指令控制执行单元提高刀辊转速或提升刀辊高度直至刀辊功耗变化恢复正常趋势。

8.根据权利要求4所述的一种基于地表形貌特征信息的旋耕作业智能控制系统，其特征在于，所述控制单元包括：

土壤粘附量计算模块，根据所述粘度传感器获取刀辊上的土壤粘附状态参数，及土壤粘附阈值；当刀轴土壤状态参数达到土壤粘附阈值后，控制单元驱动步进电机带动刮削部件对刀辊内部进行刮削，实现粘附土壤的脱附。

9.根据权利要求4所述的一种基于地表形貌特征信息的旋耕作业智能控制系统，其特征在于，所述控制单元包括：

秸秆埋覆率及碎土率计算模块，用于通过电子摄像机拍摄旋耕作业后的图像，对图像进行灰度化、二值化处理，对地表图像进行分割，确定阈值将土壤与秸秆分割开，计算秸秆埋覆率、碎土率；当秸秆埋覆率、碎土率低于设定值时，控制单元发出指令控制所述动力装置和动作执行装置提高转速或者降低前进速度提高秸秆埋覆率及碎土率。

10.根据权利要求4所述的一种基于地表形貌特征信息的旋耕作业智能控制系统，其特征在于，所述控制单元包括：

作业平整度计算模块，根据三维激光雷达和惯性测量单元提供的数据构建作业后农田地表点云全局地图，根据地图垂直高度数据计算地表平整度；当地表平整度低于设定值时，结合惯性测量单元数据确定是否是由于机具位姿原因导致或者根据粘度传感器确定是否是由于土壤粘附引起；根据上述原因控制所述动力装置和动作执行装置的进行作用参数调整。