收割机根部切割器控制系统及方法技术方案

即便收割机驶过变化的田地条件，甘蔗收割机的切割器高度自动控制系统也保持切割器高度恒定。在操作员选择初始切割高度之后，即便地面条件变化，该自动控制系统也保持该高度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】收割机根部切割器控制系统及方法优先权本申请涉及2011年11月9日提交的名称为“Sugarcaneharvesterautomaticcutterheightcontrol（甘蔗收割机的切割器高度的自动控制）”的美国专利申请No.13/292,329并要求其优先权，该美国专利申请的内容通过引用并入本文。
本专利技术整体涉及甘蔗收割机的自动控制系统。本专利技术实现了甘蔗收割机的切割器高度的自动控制。
技术介绍
全世界每年出产20亿吨甘蔗，其中约一半是手工收割的。当准备进行手工收割时，工人将甘蔗田点燃以烧掉甘蔗叶子并杀死所有潜伏的毒蛇。然后，收割者使用弯刀在刚好高于地面处切割甘蔗。甘蔗收割机避免了点燃甘蔗田的需要并且工作速度是手工收割者的约100倍，然而，收割机需要初期投资和操作员培训。无论是手工还是机械，都必须在地面上方适当的高度处切割甘蔗。因为蔗糖浓度最高的地方位于甘蔗茎的底部，所以如果在太高的地方切割甘蔗茎，则会遗弃有价值的甘蔗。在太高的地方切割甘蔗茎有可能打碎甘蔗茎，致使植物易受病害。在太低的地方切割甘蔗茎（有时低于地面）会损害截根苗并使切割器刀片变钝。另外，在太低的地方切割甘蔗茎时所聚集的泥土杂质使得每吨甘蔗所能出产的粗糖量减少，并由此使得糖厂支付给农民的价钱降低。因此，只要在高于或低于最优高度的地方切割甘蔗茎，都会使甘蔗的总产糖率降低。在高了或低了仅一两厘米的地方进行切割都会产生显著的经济效益差异。现有的一些甘蔗收割机的根部切割器高度自动控制系统依赖切割器液压力。当压力增大时检测到较低的高度，而当压力减小时检测到较高的高度。遗憾的是，这些系统工作不佳。现代化收割机的功率大，以致即使穿过泥土进行切割也不会使液压力产生显著差异。此外，最好的甘蔗（含糖量最高）比普通的甘蔗更粗且更难切割，因而需要更大的切割器压力。因此，基于切割器液压力的根部切割器高度自动控制系统不能容易地分辨如下情况：切割器刀片是处于泥土中，还是正在切割高产甘蔗。另外，甘蔗收割机采用梢部切割器来将甘蔗叶子和甘蔗花从甘蔗茎的顶部移除。这减少了供应给糖厂的杂质材料量，并且避免了在收割之前点燃甘蔗田的需要。梢部切割器与根部切割器类似但不具有如此严格的公差，不过也必须被保持在最佳范围内。如果梢部切割器在太低的地方进行切割，则将浪费含糖的甘蔗。如果在太高的地方进行切割，则可能不必要地使供应给糖厂的杂质多。因此，需要一种对甘蔗收割机中的根部切割器和/或梢部切割器的高度进行自动控制的可靠且精确的系统。附图说明图1A至图1D示出在甘蔗田的坚硬区域和柔软区域两种区域中作业的甘蔗收割机。图2是甘蔗收割机的侧视图，示出根部切割器、农作物分离器以及农作物分离器超声波高度传感器。图3是甘蔗收割机的正视图，示出根部切割器、农作物分离器以及农作物分离器超声波高度传感器。图4是甘蔗收割机的后视图，示出超声波田垄高度传感器。图5是甘蔗收割机的俯视图，示出超声波高度传感器的布置方式。图6A和图6B分别示出处于坚硬地体和柔软地体的甘蔗收割机。图7示出处于丘陵地体的甘蔗收割机。图8是流程图，概要示出对甘蔗收割机进行根部切割器高度自动控制的方法。图9示出甘蔗收割机的梢部切割器高度自动控制系统。图10示出梢部切割器高度自动控制系统的摄像机视场、自动跟踪窗口和操作员可调节的切割器高度基准线。图11是流程图，概要示出对甘蔗收割机进行梢部切割器高度自动控制的方法。图12是甘蔗收割机的切割器高度自动控制系统的框图。具体实施方式<引言>收割甘蔗是棘手的工作。典型的30000至40000磅的收割机大约8英尺宽，13英尺高，从前部的顶盖到后部的升降箱翼片有52英尺长。成熟的甘蔗植株大约12至14英尺高，因而收割机操作员在进行收割时看不到前方几英尺以外。收割机成行地收割甘蔗，将甘蔗茎切割成大约1英尺长的小段，并收集到由拖拉机拖拽到旁边的拖车中。从收割机中喷出的泥土和甘蔗叶子流落到地面上。甘蔗收割机操作员必须在泥土、灰尘和低能见度的环境中进行重要的切割器高度调节。此外，田地条件不断在变化。重型机械容易在柔软地面下陷，而当地面变硬时上升。下文描述的甘蔗收割机的切割器高度自动控制系统保持切割器的高度恒定，即便收割机驶过变化的田地条件，也是如此。在操作者选定初始切割高度之后，即使当地面条件变化时，自动系统也保持该高度。操作者可以根据自己的意愿改变要保持的高度。<根部切割器控制>图1A至图1D示出在甘蔗田的坚硬区域和柔软区域作业的甘蔗收割机。图1A至图1D所示的收割机具有履带而不是车轮，并且下文中的描述大多是指履带式收割机。然而，下文所描述的切割器高度自动控制系统同样地适用于履带式或轮式车辆。在图1A中，示出收割机105正在收割甘蔗110。收割机105在履带115上从田地的坚硬区域向柔软区域移动。图1B是图1A所示的场景的俯视图；然而，在图1B中，更抽象地示出了收割机105，以强调履带115和行分离器120的位置，同时省略了顶盖、升降器以及其它细节。在图1B中，当收割甘蔗植株110时，收割机105沿着车辙125前进。行分离器120在车辙125上方驶过。图1C和图1D分别是处于坚硬地面和柔软地面的收割机105的正视图。在图1C和图1D中，为了简明起见，仅示出收割机的底部切割器130和履带115，而省略了其它细节。收割机在坚硬地面上升（例如图1C）而在柔软地面下陷（例如图1D）。尽管在坚硬地面（例如图1C）和柔软地面（例如图1D）的相同高度处（例如甘蔗茎的相同部分）切割甘蔗植株110，但切割器刀片在履带115上方的高度Δz在这两种情况下是不同的。在柔软地面（图1D）上，收割机的履带115相对于种植有甘蔗110的田垄135下陷。本文所描述的系统保持根部切割器在田垄上方的高度恒定，即便收割机的履带在柔软车辙中下陷或在坚硬车辙中上升也是如此。如果可以容易地测量根部切割器130相对于田垄135的高度，那将是适宜的。然而，伴随着切割而来的泥土、泥浆和碎屑使得难以进行这种测量。因此，本文所描述的根部切割器高度自动控制方法是监测切割器相对于车辙的高度以及收割机主体相对于田垄的高度。由此，可以保持切割器相对于收割机主体的高度适当。图1C和图1D示出田垄135，田垄135比车辙125高。然而，在其它情况下，田垄可能比车辙低。本文所描述的全部系统和操作准则均适用于上述任一种情况。在典型的甘蔗收割机中，行分离器（也被称作农作物分离器）和根部切割器机构相对于彼此固定。它们相对于收割机主体的高度受液压致动器控制。因此，行分离器和根部切割器机构可以相对于收割机主体一起上升或下降。收割机在履带上移动，但履带上方的收割机主体的高度是固定的。最后，行分离器与履带成一直线，即，它们在车辙上方移动。行分离器为一组超声波高度传感器提供防护，这组传感器用于测量行分离器/根部切割器单元在车辙上方的高度。在收割机后部的升降器旋转台附近安装有第二组超声波传感器，这组传感器测量收割机主体相对于田垄的高度。当收割机主体相对于田垄改变高度时，调节行分离器/根部切割器的高度以进行补偿。例如，当收割机在柔软地面下陷时，降低收割机主体在田垄上方的高度。在这种情况下，行分离器/根部切割器单元上升，该上升量与收割机主体高度的降低量相同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.09 US 13/292,3291.一种收割机的根部切割器控制系统，其特征在于包括：第一高度传感器，其安装在收割机的行分离器中，以测量根部切割器/行分离器单元在车辙上方的第一高度，所述收割机的履带或车轮驶过所述车辙；第二高度传感器，其安装在所述收割机的后部，以测量所述收割机在位于所述履带或所述车轮之间的田垄上方的第二高度；液压系统，其相对于所述收割机升高或降低所述根部切割器/行分离器单元；以及控制器，其分析传感器数据并利用所述液压系统来调节所述根部切割器/行分离器的高度，以基于所述第二高度的变化保持根部切割器在所述田垄上方的高度恒定。2.根据权利要求1所述的收割机的根部切割器控制系统，其中，所述第一高度传感器和所述第二高度传感器是超声波高度传感器。3.根据权利要求1所述的收割机的根部切割器控制系统，其中，所述控制器包括俯仰角传感器，以测量所述收割机的俯仰角。4.一种甘蔗收割机，其特征在于其包括根据权利要求1至3中的任一项所述的收割机的根部切割器控制系统。5.根据权利要求4所述的甘蔗收割机，还包括收割机的梢部切割器控制系统，所述梢部切割器控制系统包括：摄像机，其定位成获取要收割的植株的图像；液压系统，其升高或降低所述梢部切割器；以及控制器，其分析所述植株的图像并利用所述液压系统升高或降低所述梢部切割器来相对于植株特征保持所述梢部切割器的高度恒定。6.根据权利要求4所述的甘蔗收割机，还包括收割机的梢部切割器控制系统，其特征在于包括：摄像机，其定位成获取要收割的植株的图像；液压系统，其升高或降低所述梢部切割器；以及控制器，其分析所述植株的图像并利用所述液压系统升高或降低所述梢部切割器来相对于植株特征保持所述梢部切割器的高度恒定。7.一种保持收割机中的根部切割器高度恒定的方法，其特征在于包括：设置第一高度传感器，所述第一高度传感器安装在收割机的行分离器中；设置第二高度...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿瑟·F·兰格，埃里克·A·维斯特费尔德，吉列尔莫·佩雷斯伊图尔韦，克里斯托弗·范德罗，
申请(专利权)人：天宝导航有限公司，
类型：
国别省市：