CN114051781A - 一种协同作业农业机械设备的智能导航*** - Google Patents

一种协同作业农业机械设备的智能导航*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种协同作业农业机械设备的智能导航***。该协同作业农业机械设备的智能导航***，包括地形模拟***和机械设备控制***，所述地形模拟***包括：地形采集模块：用于采集需要作业的土地的区域形状；该协同作业农业机械设备的智能导航***，通过地形模拟***中地形采集模块和地形平面转化模块的配合，可将耕作的土地区域转化为平面数字地理图像，便于数字化确定土地的边界和设定农业机械设备耕作的起始点和终点以及行进路径，同时与机械设备控制***中的自身坐标定位模块和行驶状态监测模块配合，从而实现对农业机械设备的智能导航，有利于提高农业机械设备耕作的效果和效率。

Description

一种协同作业农业机械设备的智能导航***
技术领域
本发明涉及农业机械设备技术领域，具体为一种协同作业农业机械设备的智能导航***。
背景技术
农业机械设备是指在作物种植业和畜牧业生产过程中，以及农产品初加工和处理过程中所使用的各种机械。农业机械包括农用动力机械、农田建设机械、土壤耕作机械、种植和施肥机械等。
在对土地进行耕作时，会使用到多种机械设备，在使用农业机械设备时，需要驾驶员操作机械设备以控制机械设备行进的方向和速度，以达到对土地进行耕作的目的，但是现有的农业机械设备中没有专用的导航***，农业机械设备的行进方向和速度均是由驾驶员依靠感觉进行控制，很容易出现农业机械行进方向过度偏离或土地边界位置未完全耕作的现象，需要对土地进行多次重复耕作，会影响土地耕作的效果和效率。
发明内容
为实现以上协同作业农业机械设备的智能导航***目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种协同作业农业机械设备的智能导航***，包括地形模拟***和机械设备控制***，所述地形模拟***包括：
地形采集模块：用于采集需要作业的土地的区域形状；
地形平面转化模块：用于将地形采集模块采集的土地区域形状转化为平面数字地理图形；
地形边界识别模块：根据地形平面转化模块，确定土地区域在平面数字地理图形中的边界位置，所述地形边界识别模块中设有预警距离和预警速度设定单元；
预警距离和预警速度设定单元：用于设定机械设备到达地形边界位置的预警距离和机械设备达到预警位置的最大允许速度；
起始/终点位置设定单元：用于在地形平面转化模块转化的平面数字地理图形中设定机械设备的出发位置和作业结束的位置；
行驶路径设定单元：根据起始/终点位置设定单元中的出发位置和作业结束位置，在地形平面转化模块转化的平面数字地理图形中设定机械设备行驶的路径；
路径坐标识别模块：根据行驶路径设定单元设定的机械设备的行驶路径，将机械设备的行驶路径转化为平面数字坐标，所述路径坐标识别模块内部设有预警偏离设定单元；
预警偏离设定单元：用于设定允许机械设备偏离路径坐标的最大距离；
所述机械设备控制***包括：
自身坐标定位模块：用于定位机械设备作业点的位置坐标；
操作控制中心：用于对机械设备的作业进行操作控制，操作控制中心内部设有动力***；
动力***：用于对机械设备的行驶状态进行控制，动力***包括方向控制模块和速度控制模块；
方向控制模块：用于控制机械设备的行驶方向；
速度控制模块：用于控制机械设备的行驶速度，速度控制模块内部设有行驶状态监测模块；
行驶状态监测模块：用于监测机械设备的行驶速度。
进一步的，所述路径坐标识别模块与自身坐标定位模块之间设有对比单元一，对比单元一与预警偏离设定单元共同作用，用于判断机械设备的作业点与路径坐标识别模块中的数字平面坐标之间的偏差是否超出预警偏离设备设定单元设定的最大偏离距离。
进一步的，所述预警偏离设定单元与对比单元一共同作用，同时与操作控制中心和自身坐标定位模块连接。
进一步的，所述行驶状态监测模块与地形边界识别模块之间设有对比单元二，对比单元二与预警距离和预警速度设定单元共同作用，用于判断机械设备达到距离地形边界预警距离时的速度是否超出设定的最大预警速度。
进一步的，所述预警距离和预警速度设定单元与对比单元二共同作用，同时与操作控制中心和行驶状态监测模块连接。
一种农业预埋式施肥用自动预埋装置，包括机体、料箱、料管和犁头，所述机体的下表面转动连接有转盘，所述转盘位于犁头沿机体行进方向的后侧，所述转盘的侧表面转动连接有支撑杆，所述支撑杆远离转盘的一端设置有推板，所述转盘的上部设置有套环，所述套环的侧表面开设有槽轨，所述槽轨为闭合滑槽，由水平滑槽和倾斜滑槽组成，所述槽轨的表面滑动连接有调节杆，所述调节杆的下端与支撑杆滑动连接。
进一步的，所述支撑杆均匀分布在转盘的侧表面，支撑杆的侧表面设有导块，所述调节杆的下端与导块滑动连接。
进一步的，所述套环与机体的下表面固定连接，所述调节杆的上端位于槽轨中滑槽的内部，调节杆与转盘在竖直方向上滑动连接，所述转盘的上表面设有蜗轮，所述蜗轮的表面啮合有传动蜗杆。
进一步的，所述料箱的内部设有弧形底板，所述弧形底板与料管的位置相对应，所述料管的下端设有放料口，所述放料口位于犁头沿机体行进方向的后侧。
进一步的，所述料箱的内部设有控料机构，控料机构包括传动丝杆、与传动丝杆螺纹啮合的螺纹环、与螺纹环转动连接的连杆、位于连杆远离螺纹环一端的推杆和位于料管内部的放料板，所述放料板与推杆连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、该协同作业农业机械设备的智能导航***，通过地形模拟***中地形采集模块和地形平面转化模块的配合，可将耕作的土地区域转化为平面数字地理图像，便于数字化确定土地的边界和设定农业机械设备耕作的起始点和终点以及行进路径，同时与机械设备控制***中的自身坐标定位模块和行驶状态监测模块配合，可对农业机械设备的行进方向和行进速度进行实时监测，从而实现对农业机械设备的智能导航，有利于提高农业机械设备耕作的效果和效率。
2、该协同作业农业机械设备的智能导航***，通过农业机械设智能导航***与机体的配合，可对肥料的自动预埋装置的行进方向和行进速度进行实时监测，便于提高肥料预埋的效果和效率，转盘和支撑杆与推板的配合使用，可实现对肥料的自动预埋，槽轨与调节杆的配合使用，可控制推板与土地的距离，既可利用推板实现肥料的自动预埋，同时可减轻转盘的负载，防止推板推动犁头行进路径以外位置的土壤。
附图说明
图1为本发明农业机械设备智能导航***示意图；
图2为本发明地形模拟***示意图；
图3为本发明机械设备控制***示意图；
图4为本发明农业机械装置主视结构示意图一；
图5为本发明图4中A处结构示意图；
图6为本发明农业机械装置主视结构示意图二；
图7为本发明转盘结构示意图。
图中：1、机体；2、料箱；21、弧形底板；3、料管；31、放料口；4、控料机构；41、传动丝杆；42、螺纹环；43、连杆；44、推杆；45、放料板；5、犁头；6、转盘；61、支撑杆；611、导块；62、推板；7、套环；71、槽轨；72、调节杆；8、传动蜗杆；81、蜗轮。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
该协同作业农业机械设备的智能导航***的实施例如下：
请参阅图1-图3，一种协同作业农业机械设备的智能导航***，包括地形模拟***和机械设备控制***，地形模拟***包括：
地形采集模块：用于采集需要作业的土地的区域形状；
地形平面转化模块：用于将地形采集模块采集的土地区域形状转化为平面数字地理图形；
地形边界识别模块：根据地形平面转化模块，确定土地区域在平面数字地理图形中的边界位置，地形边界识别模块中设有预警距离和预警速度设定单元；
预警距离和预警速度设定单元：用于设定机械设备到达地形边界位置的预警距离和机械设备达到预警位置的最大允许速度；
起始/终点位置设定单元：用于在地形平面转化模块转化的平面数字地理图形中设定机械设备的出发位置和作业结束的位置；
行驶路径设定单元：根据起始/终点位置设定单元中的出发位置和作业结束位置，在地形平面转化模块转化的平面数字地理图形中设定机械设备行驶的路径；
路径坐标识别模块：根据行驶路径设定单元设定的机械设备的行驶路径，将机械设备的行驶路径转化为平面数字坐标，路径坐标识别模块内部设有预警偏离设定单元；
预警偏离设定单元：用于设定允许机械设备偏离路径坐标的最大距离；
机械设备控制***包括：
自身坐标定位模块：用于定位机械设备作业点的位置坐标；
操作控制中心：用于对机械设备的作业进行操作控制，操作控制中心内部设有动力***；
动力***：用于对机械设备的行驶状态进行控制，动力***包括方向控制模块和速度控制模块；
方向控制模块：用于控制机械设备的行驶方向；
速度控制模块：用于控制机械设备的行驶速度，速度控制模块内部设有行驶状态监测模块；
行驶状态监测模块：用于监测机械设备的行驶速度。
路径坐标识别模块与自身坐标定位模块之间设有对比单元一，对比单元一与预警偏离设定单元共同作用，用于判断机械设备的作业点与路径坐标识别模块中的数字平面坐标之间的偏差是否超出预警偏离设备设定单元设定的最大偏离距离。
预警偏离设定单元与对比单元一共同作用，同时与操作控制中心和自身坐标定位模块连接。
行驶状态监测模块与地形边界识别模块之间设有对比单元二，对比单元二与预警距离和预警速度设定单元共同作用，用于判断机械设备达到距离地形边界预警距离时的速度是否超出设定的最大预警速度。
预警距离和预警速度设定单元与对比单元二共同作用，同时与操作控制中心和行驶状态监测模块连接。
通过地形模拟***中地形采集模块和地形平面转化模块的配合，可将耕作的土地区域转化为平面数字地理图像，便于数字化确定土地的边界和设定农业机械设备耕作的起始点和终点以及行进路径，同时与机械设备控制***中的自身坐标定位模块和行驶状态监测模块配合，可对农业机械设备的行进方向和行进速度进行实时监测，从而实现对农业机械设备的智能导航，有利于提高农业机械设备耕作的效果和效率。
在使用农业机械设备导航***时，首先利用地形模拟***确定需要作业的土地的地形，并将地形转化为数字地理图形的形式，具体操作为：
利用地形采集模块采集需要作业的土地的区域形状，然后利用地形平面转化模块将地形采集模块采集的土地区域形状转化为平面数字地理图形。
使用地形边界识别模块，并结合地形平面转化模块，确定土地区域在平面数字地理图形中的边界位置，然后利用地形边界识别模块中的预警距离和预警速度设定单元设定机械设备到达地形边界位置的预警距离和机械设备达到预警位置的最大允许速度。
利用起始/终点位置设定单元在地形平面转化模块转化的平面数字地理图形中设定机械设备的出发位置和作业结束的位置，然后利用行驶路径设定单元，并结合起始/终点位置设定单元中的出发位置和作业结束位置，在地形平面转化模块转化的平面数字地理图形中设定机械设备行驶的路径。
利用路径坐标识别模块，并结合行驶路径设定单元设定的机械设备的行驶路径，将机械设备的行驶路径转化为平面数字坐标，然后利用路径坐标识别模块内部的预警偏离设定单元设定允许机械设备偏离路径坐标的最大距离，此时需要作业的土地区域的地形模拟完成。
利用机械设备控制***对机械设备的作业进行控制，通过操作控制中心对机械设备的作业进行操作控制，利用操作控制中心控制其内部的动力***，利用动力***对机械设备的行驶状态进行控制，包括机械设备的行进方向和行进速度。
利用方向控制模块控制机械设备的行驶方向，同时利用速度控制模块控制机械设备的行驶速度，机械设备在行驶时，自身坐标定位模块会对机械设备作业点的位置坐标进行实时定位，速度控制模块会实时监测机械设备的行驶速度。
机械设备在行进时，对比单元一会对机械设备的作业点与路径坐标识别模块中的数字平面坐标之间的偏差进行实时对比，当机械设备作业点的坐标与路径坐标识别模块中的数字平面坐标之间的偏差超出预警偏离设备设定单元设定的最大偏离距离时，此时预警偏离设定单元与对比单元一共同作用，向操作控制中心发出预警，提醒操作控制中心对机械设备的行进方向进行调整，操作控制中心可通过动力***中的方向控制模块，对机械设备的行进方向进行调整。
机械设备在行进时，对比单元二会通过行驶状态监测模块对机械设备达到距离地形边界预警距离时的速度与预警距离和预警速度设定单元中设定的最大预警速度进行对比，当机械设备到达预警距离的速度超出预警距离和预警速度设定单元中设定的最大预警速度时，此时预警距离和预警速度设定单元与对比单元二共同作用，向操作控制中心发出预警，提醒操作控制中心对机械设备的行进速度进行调整，操作控制中心可通过动力***中的速度控制模块，对机械设备的行进速度进行调整。
请参阅图4-图7，一种农业预埋式施肥用自动预埋装置，包括机体1、料箱2、料管3和犁头5，机体1的下表面转动连接有转盘6，转盘6位于犁头5沿机体1行进方向的后侧，用于带动推板62转动，转盘6的侧表面转动连接有支撑杆61，用于推板62的支撑，支撑杆61远离转盘6的一端设置有推板62，用于将肥料埋在土壤中，转盘6的上部设置有套环7，套环7的侧表面开设有槽轨71，槽轨71为闭合滑槽，由水平滑槽和倾斜滑槽组成，用于控制调节杆72的上下移动，槽轨71的表面滑动连接有调节杆72，调节杆72的下端与支撑杆61滑动连接，用于带动支撑杆61转动。
支撑杆61均匀分布在转盘6的侧表面，支撑杆61的侧表面设有导块611，调节杆72的下端与导块611滑动连接，用于带动支撑杆61转动。
套环7与机体1的下表面固定连接，调节杆72的上端位于槽轨71中滑槽的内部，调节杆72与转盘6在竖直方向上滑动连接，转盘6的上表面设有蜗轮81，用于带动转盘6转动，蜗轮81的表面啮合有传动蜗杆8，与蜗轮81啮合，带动蜗轮81转动。
通过农业机械设智能导航***与机体1的配合，可对肥料的自动预埋装置的行进方向和行进速度进行实时监测，便于提高肥料预埋的效果和效率，转盘6和支撑杆61与推板62的配合使用，可实现对肥料的自动预埋，槽轨71与调节杆72的配合使用，可控制推板62与土地的距离，既可利用推板62实现肥料的自动预埋，同时可减轻转盘6的负载，防止推板62推动犁头5行进路径以外位置的土壤。
料箱2的内部设有弧形底板21，弧形底板21与料管3的位置相对应，便于肥料进入到料管3中，料管3的下端设有放料口31，放料口31位于犁头5沿机体1行进方向的后侧，用于将肥料投放到犁头5犁出的槽沟中。
料箱2的内部设有控料机构4，用于控制肥料进入料管3中的速度，控料机构4包括传动丝杆41，与螺纹环42啮合，带动螺纹环42移动，与传动丝杆41螺纹啮合的螺纹环42，用于带动连杆43移动，与螺纹环42转动连接的连杆43，用于带动推杆44移动，位于连杆43远离螺纹环42一端的推杆44，用于带动放料板45移动，位于料管3内部的放料板45，放料板45与推杆44连接，用于控制肥料进入料管3中的速度。
在使用时，利用地形模拟***获取需要施肥的土地的数字地理图形，同时结合机械设备控制***对机体1进行驱动控制，从而控制机体1行进的方向和速度。
将犁头5伸到土地里，机体1行进时，会利用犁头5翻动土壤，同时转动传动丝杆41，传动丝杆41会通过与螺纹环42啮合，带动连杆43移动，连杆43带动推杆44移动，推杆44带动放料板45移动，放料板45的移动会改变料管3中通道的大小，以此控制料箱2中肥料进入料管3中的速度，料管3中的肥料会通过放料口31进入到犁头5翻动之后的土壤中。
通过相关驱动设备使传动蜗杆8转动，传动蜗杆8通过与蜗轮81啮合，带动蜗轮81转动，蜗轮81带动转盘6转动，转盘6带动支撑杆61转动，支撑杆61带动推板62转动，当推板62转动到靠近犁头5后方的位置时，此时调节杆72在套环7侧表面槽轨71的作用下会向下移动，调节杆72带动支撑杆61向下转动，支撑杆61带动推板62一起移动，使推板62与犁头5翻出的土壤接触，转盘6的转动，会通过推板62将土壤从新推到犁头5犁出的槽沟中，同时将肥料埋入土壤中。
当土壤被推到槽沟中时，此时调节杆72在槽轨71的作用下向上移动，调节杆72通过支撑杆61带动推板62向上移动，使推板62与土地的表面脱离，以减轻转盘6的负载，同时防止推板62推动犁头5行进路径以外位置的土壤。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种协同作业农业机械设备的智能导航***，其特征在于：包括地形模拟***和机械设备控制***，所述地形模拟***包括：
地形采集模块：用于采集需要作业的土地的区域形状；
地形平面转化模块：用于将地形采集模块采集的土地区域形状转化为平面数字地理图形；
地形边界识别模块：根据地形平面转化模块，确定土地区域在平面数字地理图形中的边界位置，所述地形边界识别模块中设有预警距离和预警速度设定单元；
预警距离和预警速度设定单元：用于设定机械设备到达地形边界位置的预警距离和机械设备达到预警位置的最大允许速度；
起始/终点位置设定单元：用于在地形平面转化模块转化的平面数字地理图形中设定机械设备的出发位置和作业结束的位置；
行驶路径设定单元：根据起始/终点位置设定单元中的出发位置和作业结束位置，在地形平面转化模块转化的平面数字地理图形中设定机械设备行驶的路径；
路径坐标识别模块：根据行驶路径设定单元设定的机械设备的行驶路径，将机械设备的行驶路径转化为平面数字坐标，所述路径坐标识别模块内部设有预警偏离设定单元；
预警偏离设定单元：用于设定允许机械设备偏离路径坐标的最大距离；
所述机械设备控制***包括：
自身坐标定位模块：用于定位机械设备作业点的位置坐标；
操作控制中心：用于对机械设备的作业进行操作控制，操作控制中心内部设有动力***；
动力***：用于对机械设备的行驶状态进行控制，动力***包括方向控制模块和速度控制模块；
方向控制模块：用于控制机械设备的行驶方向；
速度控制模块：用于控制机械设备的行驶速度，速度控制模块内部设有行驶状态监测模块；
行驶状态监测模块：用于监测机械设备的行驶速度。
2.根据权利要求1所述的一种协同作业农业机械设备的智能导航***，其特征在于：所述路径坐标识别模块与自身坐标定位模块之间设有对比单元一，对比单元一与预警偏离设定单元共同作用，用于判断机械设备的作业点与路径坐标识别模块中的数字平面坐标之间的偏差是否超出预警偏离设备设定单元设定的最大偏离距离。
3.根据权利要求2所述的一种协同作业农业机械设备的智能导航***，其特征在于：所述预警偏离设定单元与对比单元一共同作用，同时与操作控制中心和自身坐标定位模块连接。
4.根据权利要求1所述的一种协同作业农业机械设备的智能导航***，其特征在于：所述行驶状态监测模块与地形边界识别模块之间设有对比单元二，对比单元二与预警距离和预警速度设定单元共同作用，用于判断机械设备达到距离地形边界预警距离时的速度是否超出设定的最大预警速度。
5.根据权利要求4所述的一种协同作业农业机械设备的智能导航***，其特征在于：所述预警距离和预警速度设定单元与对比单元二共同作用，同时与操作控制中心和行驶状态监测模块连接。
6.一种农业预埋式施肥用自动预埋装置，采用如权利要求1-5任一项所述的一种协同作业农业机械设备的智能导航***，包括机体(1)、料箱(2)、料管(3)和犁头(5)，其特征在于：所述机体(1)的下表面转动连接有转盘(6)，所述转盘(6)位于犁头(5)沿机体(1)行进方向的后侧，所述转盘(6)的侧表面转动连接有支撑杆(61)，所述支撑杆(61)远离转盘(6)的一端设置有推板(62)，所述转盘(6)的上部设置有套环(7)，所述套环(7)的侧表面开设有槽轨(71)，所述槽轨(71)为闭合滑槽，由水平滑槽和倾斜滑槽组成，所述槽轨(71)的表面滑动连接有调节杆(72)，所述调节杆(72)的下端与支撑杆(61)滑动连接。
7.根据权利要求6所述的一种农业预埋式施肥用自动预埋装置，其特征在于：所述支撑杆(61)均匀分布在转盘(6)的侧表面，支撑杆(61)的侧表面设有导块(611)，所述调节杆(72)的下端与导块(611)滑动连接。
8.根据权利要求6所述的一种农业预埋式施肥用自动预埋装置，其特征在于：所述套环(7)与机体(1)的下表面固定连接，所述调节杆(72)的上端位于槽轨(71)中滑槽的内部，调节杆(72)与转盘(6)在竖直方向上滑动连接，所述转盘(6)的上表面设有蜗轮(81)，所述蜗轮(81)的表面啮合有传动蜗杆(8)。
9.根据权利要求6所述的一种农业预埋式施肥用自动预埋装置，其特征在于：所述料箱(2)的内部设有弧形底板(21)，所述弧形底板(21)与料管(3)的位置相对应，所述料管(3)的下端设有放料口(31)，所述放料口(31)位于犁头(5)沿机体(1)行进方向的后侧。
10.根据权利要求9所述的一种农业预埋式施肥用自动预埋装置，其特征在于：所述料箱(2)的内部设有控料机构(4)，控料机构(4)包括传动丝杆(41)、与传动丝杆(41)螺纹啮合的螺纹环(42)、与螺纹环(42)转动连接的连杆(43)、位于连杆(43)远离螺纹环(42)一端的推杆(44)和位于料管(3)内部的放料板(45)，所述放料板(45)与推杆(44)连接。
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