【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于农业机械及自动控制领域，具体涉及一种用于刀具高度自适应调整的地形感知装置和调控方法。
技术介绍
1、地形检测技术是利用一种或多种传感器感知地形变化并加以处理以检测地形变化的技术，其原理为利用接触式或非接触式传感器，获取相应地形的起伏变化信息，经处理后得到地形变化情况。依据使用场景的环境特性不同，分析实际需求及约束条件，采取合适的地形检测方法以实现对地形变化趋势的精确检测，并用于自动控制、地形测绘等后续研究。地形检测技术被广泛用机器人、工程机械、农业机械及自动作业等众多领域。
2、目前地形检测技术已在机器人、工程机械及农业机械上进行研究并尝试投入使用，如在机器人行走时实时检测地形变化，为自动行走机器人的路径规划提供地形变化的信息；如在环境复杂的农作物种植地中作业时，通过实施地形检测，优化农作物机械化收割的质量及效率。然而由于应用环境的差别，同一地形检测方法往往在不同的环境中适应性较差。在甘蔗收割环节中，甘蔗收割机下方存在大量甘蔗叶、秸秆及杂草等障碍物，使得常见地形检测方式无法实现，如采用相机、超声波、雷达等非接触传感器无法穿透杂草来获得真实的地形，仅能依靠人工经验调整割刀高度，导致甘蔗收割质量不能满足农业种植要求，降低了农户采用机械收割的意愿，从而使得目前我国的甘蔗收割机械化程度较低。因此，迫切需要适应甘蔗收割环境的地形检测方法，同时配合刀具高度自适应调整方法，实现对甘蔗收割场景的实时地形检测，进而实现甘蔗收割机刀具高度自适应控制。
3、已有相关研究将地形检测技术与自动控制方法相结合进行基于地
4、以常见甘蔗收割场景为例，甘蔗收割机进行收割时，需驾驶员观察不同收割区域的大致地形状况如坡度及整体变化的同时，还需考虑不同收割路径途中的下方垄高变化，难以保证甘蔗切割高度在地面下5cm内的收割要求。视觉传感器及雷达无法克服割刀附近大量的甘蔗叶及甘蔗杆所造成的干扰；接触式传感器通过与地面接触的方式可以减小复杂环境对地形检测过程的影响，但由于甘蔗收割机作业过程中存在刀具装置高度变化和车体姿态变化，现有的接触式传感器难以直接用于甘蔗收割机的刀具调控。
技术实现思路
1、针对上述现有技术的不足与缺陷，本专利技术的目的在于提供一种用于刀具高度自适应调整的地形感知装置和调控方法，解决现有技术在复杂环境下地形检测困难及手动控制割刀高度的方式无法满足甘蔗收割及农机作业要求的问题。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
3、一种用于刀具高度自适应调整的地形感知装置，主要由角度传感器、连接板、转轴、拖板法兰、拖板与联轴器组成，所述的角度传感器通过螺栓与所述的连接板固定，所述的连接板与甘蔗收割机车体固定，所述的角度传感器的输出轴通过紧定螺钉与所述的转轴固定，所述的拖板法兰固定在所述的转轴上，所述的拖板通过螺栓与所述的拖板法兰固定，所述的联轴器将两根所述的转轴连接。
4、一种用于刀具高度自适应调整的调控方法，该方法利用地形感知装置实时检测地形变化，获取地形高度数据，进而对甘蔗收割机刀具高度进行自适应控制，该方法按照以下步骤进行：
5、步骤1，地形感知装置与倾角传感器安装：
6、在机体下方合适位置处以旋转铰接的方式安装地形感知装置以获取目标点与地面高度变化信息，在车体刀架装置处固定安装刀架装置倾角传感器获取刀架装置在工作过程中与水平方向的夹角，在车体驾驶室位置固定安装驾驶室倾角传感器获取车身整体姿态变换情况；
7、步骤2，系统参数调整：
8、对各传感器进行标定，选取合适的pwm电磁比例换向阀电流值，调整液压缸动作速度以满足要求；
9、步骤3，采取地形变化数据并计算：
10、将行进过程所获取的各传感器数据采集并输入到数据处理模型，经过以下公式模型运算后输出检测地形高度h2：
11、h2＝h3+h1-h4＝l1×sinθ+l3×sin(β+η1)-l4×sin(β+η2)
12、式中：α-拖板与刀架装置的夹角角度，即角度传感器输出数据，°；
13、β-刀架装置与水平方向所成夹角角度，即刀架装置倾角传感器所采数据，°；
14、γ-车体与水平方向所成夹角角度，即驾驶室倾角传感器所采数据，°；
15、h1-拖板圆盘中心距地面高度，mm；
16、h2-割刀装置距地面高度，mm；
17、h3-拖板圆盘中心离刀架装置旋转轴水平位置距离，mm；
18、h4-割刀装置离刀架装置旋转轴水平位置距离，mm；
19、l1-拖板的长度尺寸，mm；
20、l3-拖板圆盘中心离刀架装置旋转轴距离，mm；
21、l4-割刀装置中心离刀架装置旋转轴距离，mm；
22、η1-拖板圆盘中心与刀架装置上侧所成夹角，°；
23、η2-割刀装置中心与刀架装置上侧所成夹角，°；
24、步骤4，输出地形误差：
25、对步骤3的处理模型的输出结果进行后处理，将其与所设定目标地形高度进行对比，并输出地形误差e：
26、e＝h2-h0
27、式中：h0-设定目标地形高度，mm；
28、步骤5，输出刀具高度调整指令：
29、将高度误差计算结果进行判断，判断步骤如下：
30、步骤s51，判断高度误差e是否在控制精度要求的范围内，小于控制精度要求，则满足终止要求，不输出控制指令，终止要求为：
31、e＜e0
32、式中：e0-设定精度要求，mm；
33、否则进行步骤s52；
34、步骤s52，将高度误差计算结果输入模糊控制算法中，依据模糊控制算法的计算，输出对应割刀高度运动控制指令并输出；
35、当终止条件满足时，系统实现对割刀高度的自适应调整。
36、本专利技术还具有如下技术特征：
37、所述的地形感知装置基于甘蔗收割实际场景及特征设计，其接触机构为拖板，通过旋转铰接方式与甘蔗收割机机体刀架装置相连接，以检测拖板与甘蔗收割机刀架装置所成夹角数据。
38、所述的数据处理模型为：通过对甘蔗收割机进行理论建模及运动学分析所得的运动学模型。
39、所述的现场数据采集过程中，车辆行驶速度为1km/h-3km/h，采样时间间隔为0.05s。
40、本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：
41、(i)本专利技术所采用的地形感知装置，直接与地面接触，可克服复杂地面环境与干扰物的影响，可实时有效的检测甘蔗收割机当前地形的高度变化情况，解决了场景本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于刀具高度自适应调整的地形感知装置，主要由角度传感器、连接板、转轴、拖板法兰、拖板与联轴器组成，其特征在于，所述的角度传感器通过螺栓与所述的连接板固定，所述的连接板与甘蔗收割机车体固定，所述的角度传感器的输出轴通过紧定螺钉与所述的转轴固定，所述的拖板法兰固定在所述的转轴上，所述的拖板通过螺栓与所述的拖板法兰固定，所述的联轴器将两根所述的转轴连接。
2.一种用于刀具高度自适应调整的调控方法，其特征在于，该方法根据地形感知装置感知地形高度变化并对甘蔗收割机刀具高度自适应调控，该方法按照以下步骤进行：
3.如权利要求2所述的一种用于刀具高度自适应调整的调控方法，其特征在于，所述的调控方法为：采用地形感知装置获取地面高度变化情况，结合车身所装的驾驶室倾角传感器所检测的车身姿态变化及地形坡度变化，利用数据处理模型所计算出的地面高度的方法。
4.如权利要求2所述的一种用于刀具高度自适应调整的调控方法，其特征在于，所述的数据处理模型为：通过对甘蔗收割机进行理论建模及运动学分析所得的运动学模型。
5.如权利要求2所述的一种用于刀具高度自适
...【技术特征摘要】
1.一种用于刀具高度自适应调整的地形感知装置，主要由角度传感器、连接板、转轴、拖板法兰、拖板与联轴器组成，其特征在于，所述的角度传感器通过螺栓与所述的连接板固定，所述的连接板与甘蔗收割机车体固定，所述的角度传感器的输出轴通过紧定螺钉与所述的转轴固定，所述的拖板法兰固定在所述的转轴上，所述的拖板通过螺栓与所述的拖板法兰固定，所述的联轴器将两根所述的转轴连接。
2.一种用于刀具高度自适应调整的调控方法，其特征在于，该方法根据地形感知装置感知地形高度变化并对甘蔗收割机刀具高度自适应调控，该方法按照以下步骤进行：
3.如权利要求2所述的一...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。