CN109964556B - 一种旋耕机控制***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋耕机控制***及方法，在旋耕机上安装有控制器以及与控制器连接的第一步进电机、第二步进电机、第一角度传感器、第二角度传感器、第三角度传感器、第四角度传感器、离合电磁阀、油门开关、启动继电器；第一步进电机驱动旋耕机方向盘转动，第二步进电机驱动旋耕机的主变速操纵杆操作；第一角度传感器检测旋耕机方向盘方向角度，第二角度传感器检测旋耕机的主变速操纵杆位置；第三角度传感器检测旋耕机车身倾斜角度，第四角度传感器检测旋耕机的旋耕装置倾斜角度，离合电磁阀检测旋耕机的旋耕装置刀辊动力离合状态，油门开关检测旋耕机油门处于满速或者怠速状态，启动继电器检测旋耕机发动机启动或熄火。本发明的旋耕机控制***及方法，将传统地手动操纵旋耕机变为自动控制旋耕机，实现旋耕机自动控制。

Description

一种旋耕机控制***及方法

技术领域

本发明涉及农用机械领域，特别涉及一种旋耕机控制***及方法。

背景技术

旋耕机是一种由动力驱动的土壤耕作机具，切土，碎土能力强，一次作业能达到犁耙几次的效果，耕后地表平整松软，能抢农时，节省劳力。随着农业科技水平的不断提高，通过旋耕机完成农田土壤的旋耕已经成为常用方式。众所周知，传统的旋耕机均是手动操纵，自动化程度很低。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种旋耕机控制***及方法，将传统地手动操纵旋耕机变为的自动控制旋耕机。

一方面，本发明提供了一种旋耕机控制***，在旋耕机上安装有控制器以及与控制器连接的第一步进电机、第二步进电机、第一角度传感器、第二角度传感器、第三角度传感器、第四角度传感器、离合电磁阀、油门开关、启动继电器；第一步进电机驱动旋耕机方向盘转动，第二步进电机驱动旋耕机的主变速操纵杆操作；第一角度传感器检测旋耕机方向盘方向角度，第二角度传感器检测旋耕机的主变速操纵杆位置；第三角度传感器检测旋耕机车身倾斜角度，第四角度传感器检测旋耕机的旋耕装置倾斜角度， 离合电磁阀检测旋耕机的旋耕装置刀辊动力离合状态，油门开关检测旋耕机油门处于满速或者怠速状态，启动继电器检测旋耕机发动机启动或熄火。

进一步地，当离合电磁阀处于工作接合状态时，控制器通过获取离合电磁阀信号确定旋耕装置刀辊动力处于工作接合状态，控制器通过获取第三角度传感器和第四角度传感器计算得出旋耕机车身倾斜角度与旋耕装置倾斜角度相对值，从而计算得出旋耕深度。

进一步地，第二角度传感器检测主变速操纵杆处于中位时，旋耕机处于停止状态；第二角度传感器检测主变速操纵杆处于前进位置，旋耕机处于前进状态， 前进位置越靠前，旋耕机前进的速度越快；第二角度传感器检测主变速操纵杆处于后退位置，旋耕机处于后退状态，后退位置越靠后，旋耕机后退的速度越快。

进一步地，在旋耕机前方安装第一雷达测距传感器，在旋耕机后方安装有第二雷达测距传感器，第一雷达测距传感器和第二雷达测距传感器与控制器连接，控制器通过第一雷达测距传感器和第二雷达测距传感器实时检测旋耕机前方及后方与障碍物之间的距离。

进一步地，如果已标记障碍物，旋耕机在作业区域内，第一雷达测距传感器和第二雷达测距传感器感应到障碍物的距离之后，只要旋耕机在规划行走路线上作业，第一雷达测距传感器和第二雷达测距传感器感应的距离即使为0.5米，不采取制动动作；

如未标记障碍物，旋耕机在作业区域内，第一雷达测距传感器和第二雷达测距传感器感应到障碍物的距离之后，当距离处于 0.5 米到 1 米之间时，采取先将主变速操纵杆和方向盘置于中位， 然后将旋耕装置刀辊动力处于工作分离状态，旋耕装置抬升到一定高度；当距离处于 0.5 米之内，直接将发动机熄火，熄火之后将主变速操纵杆和方向盘置于中位。

进一步地，控制器通过第一角度传感器反馈控制第一步进电机操纵旋耕机方向；控制器通过第二角度传感器反馈控制第二步进电机操纵旋耕机行走；控制器通过离合电磁阀操纵旋耕装置刀辊动力在工作接合状态和工作分离状态切换。

进一步地，包括转换按钮，转换按钮处于自动状态时，旋耕机处于自动操作模式；转换按钮处于手动状态时，旋耕机处于手动操作模式；在手动操作模式下设置旋耕装置刀辊动力处于工作接合状态和工作分离状态按钮，旋耕装置升降按钮。

进一步地，当旋耕机处于自动操作模式时，第一步进电机和第二步进电机得电，当旋耕机处于手动操作模式时，第一步进电机和第二步进电机失电。

进一步地，包括上位机，控制器与上位机采用CAN2.0通信模式通信，CAN总线波特率为250kbps，上位机发送指令给控制器，控制器接收每条指令并向上位机返回确认执行的命令，控制器将旋耕机动力的转速、方向盘方向角度、主变速操纵杆位置、旋耕深度反馈给上位机。

本发明还提供了一种旋耕机控制方法，包括上述的旋耕机控制***，旋耕机在发动机启动之前，主变速操纵杆和方向盘处于中位，控制器才能执行发动机点火命令，在上位机发送发动机点火命令的同时，发送旋耕装置刀辊动力分离和旋耕装置抬升到一定高度的命令给控制器；

旋耕机在非紧急制动的情况下进行发动机熄火时，首先将主变速操纵杆和方向盘处于中位，且将旋耕装置刀辊动力分离和旋耕装置抬升到一定高度之后方可将发动机熄火；

旋耕机在紧急制动的情况下，直接将发动机熄火，发动机熄火之后将主变速操纵和方向操纵回中位；

旋耕机在作业时，当检测到发动机转速降到 1800r/min时，将旋耕装置抬升比当前的旋耕深度高5°，发动机转速恢复到正常值时，将旋耕装置刀辊降到设置的旋耕深度；

旋耕机在原地转向作业时，控制器通过第二步进电机将主变速操纵杆调至中位，将旋耕装置抬升到一定的高度；如果第一角度传感器检测旋耕机方向盘方向角度已有大转向值，旋耕机位置角度未发生变化，控制器判定旋耕机打滑，控制器通过第一步进电机将旋耕机方向盘调回中位，通过第二步进电机将主变速操纵杆调至前进位置，前进 0.6 米后调整旋耕机方向，再进行作业；

旋耕机在前进或者后退作业时，第二角度传感器检测旋耕机的主变速操纵杆已有一定速度，如果旋耕机位置未发生变化，控制器判定旋耕机打滑，控制器通过第一步进电机调整旋耕机方向盘给予一定的转向，如果旋耕机位置有变化，再进行直线作业。

本发明的旋耕机控制***及方法，将传统地手动操纵旋耕机变为自动控制旋耕机，实现旋耕机自动控制。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的旋耕机结构示意图；

图2为本发明的旋耕机控制***示意图。

实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图2所示，本发明优选了一种旋耕机控制***，在旋耕机上安装有控制器以及与控制器连接的第一步进电机、第二步进电机、第一角度传感器、第二角度传感器、第三角度传感器、第四角度传感器、离合电磁阀、油门开关、启动继电器；第一步进电机驱动旋耕机方向盘转动，第二步进电机驱动旋耕机的主变速操纵杆操作；第一角度传感器检测旋耕机方向盘方向角度，第二角度传感器检测旋耕机的主变速操纵杆位置；第三角度传感器检测旋耕机车身倾斜角度，第四角度传感器检测旋耕机的旋耕装置倾斜角度， 离合电磁阀检测旋耕机的旋耕装置刀辊动力离合状态，油门开关检测旋耕机油门处于满速或者怠速状态，启动继电器检测旋耕机发动机启动或熄火。

旋耕机在作业时，离合电磁阀处于工作接合状态，发动机动力传递给旋耕装置刀辊，使旋耕装置刀辊旋转，控制器通过获取离合电磁阀信号确定旋耕装置刀辊动力处于工作接合状态，控制器通过获取第三角度传感器和第四角度传感器计算得出旋耕机车身倾斜角度与旋耕装置倾斜角度相对值，从而计算得出旋耕深度。旋耕机在非作业状态时，离合电磁阀处于工作分离状态，发动机动力不传递给旋耕装置刀辊，旋耕装置刀辊不旋转。

第二角度传感器检测主变速操纵杆处于中位时，旋耕机处于停止状态；第二角度传感器检测主变速操纵杆处于前进位置，旋耕机处于前进状态， 前进位置越靠前，旋耕机前进的速度越快；第二角度传感器检测主变速操纵杆处于后退位置，旋耕机处于后退状态，后退位置越靠后，旋耕机后退的速度越快。

在旋耕机前方安装第一雷达测距传感器，在旋耕机后方安装有第二雷达测距传感器，第一雷达测距传感器和第二雷达测距传感器与控制器连接，控制器通过第一雷达测距传感器和第二雷达测距传感器实时检测旋耕机前方及后方与障碍物之间的距离。如果已标记障碍物，旋耕机在作业区域内，第一雷达测距传感器和第二雷达测距传感器感应到障碍物的距离之后，只要旋耕机在规划行走路线上作业，第一雷达测距传感器和第二雷达测距传感器感应的距离即使为0.5米，不采取制动动作；如未标记障碍物，旋耕机在作业区域内，第一雷达测距传感器和第二雷达测距传感器感应到障碍物的距离之后，当距离处于 0.5米到 1 米之间时，采取先将主变速操纵杆和方向盘置于中位，然后将旋耕装置刀辊动力处于工作分离状态，旋耕装置抬升到一定高度；当距离处于 0.5 米之内，直接将发动机熄火，熄火之后将主变速操纵杆和方向盘置于中位。

控制器通过第一角度传感器反馈控制第一步进电机操纵旋耕机方向；控制器通过第二角度传感器反馈控制第二步进电机操纵旋耕机行走；控制器通过离合电磁阀操纵旋耕装置刀辊动力在工作接合状态和工作分离状态切换。

在进一步技术方案中，包括转换按钮，转换按钮处于自动状态时，旋耕机处于自动操作模式；转换按钮处于手动状态时，旋耕机处于手动操作模式；在手动操作模式下设置旋耕装置刀辊动力处于工作接合状态和工作分离状态按钮，旋耕装置升降按钮。当旋耕机处于自动操作模式时，第一步进电机和第二步进电机得电，当旋耕机处于手动操作模式时，第一步进电机和第二步进电机失电。

在进一步技术方案中，包括上位机，控制器与上位机采用CAN2.0通信模式通信，CAN总线波特率为250kbps，上位机发送指令给控制器，控制器接收每条指令并向上位机返回确认执行的命令，控制器将旋耕机动力的转速、方向盘方向角度、主变速操纵杆位置、旋耕深度反馈给上位机。

另外，本发明还提供了一种旋耕机控制方法，其包括：

1、旋耕机发动机启动控制方法：

旋耕机在发动机启动之前，主变速操纵杆和方向盘处于中位，控制器才能执行发动机点火命令，在上位机发送发动机点火命令的同时，发送旋耕装置刀辊动力分离和旋耕装置抬升到一定高度的命令给控制器。

2、旋耕机发动机熄火控制方法：

旋耕机在非紧急制动的情况下进行发动机熄火时，首先将主变速操纵杆和方向盘处于中位，且将旋耕装置刀辊动力分离和旋耕装置抬升到一定高度之后方可将发动机熄火；

旋耕机在紧急制动的情况下，直接将发动机熄火，发动机熄火之后将主变速操纵和方向操纵回中位。

3、旋耕机负载过大发动机憋熄火控制方法：

旋耕机在作业时，当检测到发动机转速降到 1800r/min时，将旋耕装置抬升比当前的旋耕深度高5°，发动机转速恢复到正常值时，将旋耕装置刀辊降到设置的旋耕深度。

4、旋耕机在原地转向作业控制方法：

旋耕机在原地转向作业时，控制器通过第二步进电机将主变速操纵杆调至中位，将旋耕装置抬升到一定的高度；如果第一角度传感器检测旋耕机方向盘方向角度已有大转向值，旋耕机位置角度未发生变化，控制器判定旋耕机打滑，控制器通过第一步进电机将旋耕机方向盘调回中位，通过第二步进电机将主变速操纵杆调至前进位置，前进 0.6 米后调整旋耕机方向，再进行作业；

5、旋耕机在前进或者后退作业控制方法：

旋耕机在前进或者后退作业时，第二角度传感器检测旋耕机的主变速操纵杆已有一定速度，如果旋耕机位置未发生变化，控制器判定旋耕机打滑，控制器通过第一步进电机调整旋耕机方向盘给予一定的转向，如果旋耕机位置有变化，再进行直线作业。

如图1所示，本发明的旋耕机具有底盘机架1，在底盘机架1下方安装有履带行走机构2，在底盘机架1后方安装有旋耕装置3、平田装置4、施肥装置5；在底盘机架1上安装有旋转轴30，旋耕装置3与旋转轴30相连接，旋转轴30驱动旋耕装置3上下升降，旋耕装置3向上提升，带动平田装置4和施肥装置5向上提升。

以上未描述的技术是本领域技术人员的公知常识。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种旋耕机控制***，其特征在于，在旋耕机上安装有控制器以及与控制器连接的第一步进电机、第二步进电机、第一角度传感器、第二角度传感器、第三角度传感器、第四角度传感器、离合电磁阀、油门开关、启动继电器；第一步进电机驱动旋耕机方向盘转动，第二步进电机驱动旋耕机的主变速操纵杆操作；第一角度传感器检测旋耕机方向盘方向角度，第二角度传感器检测旋耕机的主变速操纵杆位置；第三角度传感器检测旋耕机车身倾斜角度，第四角度传感器检测旋耕机的旋耕装置倾斜角度， 离合电磁阀检测旋耕机的旋耕装置刀辊动力离合状态，油门开关检测旋耕机油门处于满速或者怠速状态，启动继电器检测旋耕机发动机启动或熄火；

在旋耕机前方安装第一雷达测距传感器，在旋耕机后方安装有第二雷达测距传感器，第一雷达测距传感器和第二雷达测距传感器与控制器连接，控制器通过第一雷达测距传感器和第二雷达测距传感器实时检测旋耕机前方及后方与障碍物之间的距离；

如果已标记障碍物，旋耕机在作业区域内，第一雷达测距传感器和第二雷达测距传感器感应到障碍物的距离之后，只要旋耕机在规划行走路线上作业，第一雷达测距传感器和第二雷达测距传感器感应的距离即使为0.5米，不采取制动动作；

如未标记障碍物，旋耕机在作业区域内，第一雷达测距传感器和第二雷达测距传感器感应到障碍物的距离之后，当距离处于 0.5 米到 1 米之间时，采取先将主变速操纵杆和方向盘置于中位， 然后将旋耕装置刀辊动力处于工作分离状态，旋耕装置抬升到一定高度；当距离处于 0.5 米之内，直接将发动机熄火，熄火之后将主变速操纵杆和方向盘置于中位。

2.根据权利要求1所述的旋耕机控制***，其特征在于，当离合电磁阀处于工作接合状态时，控制器通过获取离合电磁阀信号确定旋耕装置刀辊动力处于工作接合状态，控制器通过获取第三角度传感器和第四角度传感器计算得出旋耕机车身倾斜角度与旋耕装置倾斜角度相对值，从而计算得出旋耕深度。

3.根据权利要求1所述的旋耕机控制***，其特征在于，第二角度传感器检测主变速操纵杆处于中位时，旋耕机处于停止状态；第二角度传感器检测主变速操纵杆处于前进位置，旋耕机处于前进状态， 前进位置越靠前，旋耕机前进的速度越快；第二角度传感器检测主变速操纵杆处于后退位置，旋耕机处于后退状态，后退位置越靠后，旋耕机后退的速度越快。

4.根据权利要求1所述的旋耕机控制***，其特征在于，控制器通过第一角度传感器反馈控制第一步进电机操纵旋耕机方向；控制器通过第二角度传感器反馈控制第二步进电机操纵旋耕机行走；控制器通过离合电磁阀操纵旋耕装置刀辊动力在工作接合状态和工作分离状态切换。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的旋耕机控制***，其特征在于，包括转换按钮，转换按钮处于自动状态时，旋耕机处于自动操作模式；转换按钮处于手动状态时，旋耕机处于手动操作模式；在手动操作模式下设置旋耕装置刀辊动力处于工作接合状态和工作分离状态按钮，旋耕装置升降按钮。

6.根据权利要求5所述的旋耕机控制***，其特征在于，当旋耕机处于自动操作模式时，第一步进电机和第二步进电机得电，当旋耕机处于手动操作模式时，第一步进电机和第二步进电机失电。

7.根据权利要求6所述的旋耕机控制***，其特征在于，包括上位机，控制器与上位机采用CAN2.0通信模式通信，CAN总线波特率为250kbps，上位机发送指令给控制器，控制器接收每条指令并向上位机返回确认执行的命令，控制器将旋耕机动力的转速、方向盘方向角度、主变速操纵杆位置、旋耕深度反馈给上位机。

8.一种旋耕机控制方法，其特征在于，包括如权利要求1至7任意一项所述的旋耕机控制***，旋耕机在发动机启动之前，主变速操纵杆和方向盘处于中位，控制器才能执行发动机点火命令，在上位机发送发动机点火命令的同时，发送旋耕装置刀辊动力分离和旋耕装置抬升到一定高度的命令给控制器；

旋耕机在非紧急制动的情况下进行发动机熄火时，首先将主变速操纵杆和方向盘处于中位，且将旋耕装置刀辊动力分离和旋耕装置抬升到一定高度之后方可将发动机熄火；

旋耕机在紧急制动的情况下，直接将发动机熄火，发动机熄火之后将主变速操纵和方向操纵回中位；

旋耕机在作业时，当检测到发动机转速降到 1800r/min时，将旋耕装置抬升比当前的旋耕深度高5°，发动机转速恢复到正常值时，将旋耕装置刀辊降到设置的旋耕深度；

旋耕机在原地转向作业时，控制器通过第二步进电机将主变速操纵杆调至中位，将旋耕装置抬升到一定的高度；如果第一角度传感器检测旋耕机方向盘方向角度已有大转向值，旋耕机位置角度未发生变化，控制器判定旋耕机打滑，控制器通过第一步进电机将旋耕机方向盘调回中位，通过第二步进电机将主变速操纵杆调至前进位置，前进 0.6 米后调整旋耕机方向，再进行作业；

旋耕机在前进或者后退作业时，第二角度传感器检测旋耕机的主变速操纵杆已有一定速度，如果旋耕机位置未发生变化，控制器判定旋耕机打滑，控制器通过第一步进电机调整旋耕机方向盘给予一定的转向，如果旋耕机位置有变化，再进行直线作业。

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