[实用新型]一种农田作业机械路径追踪装置

说明书

(一)技术领域

本实用新型涉及一种农田作业机械路径追踪装置，属于农田机械(简称农机)导航控制领域。

(二)背景技术

在目前土地资源匮乏，粮食短缺，耕地面积不断减少的背景下，发展可持续、智能化的现代农业已成为我们国家重要的研究方向。目前人们已研制出各类农用机械，其中包括土壤耕整机械、种植机械、收获机械、植物保护和管理机械等。而要想实现这些农用机械大规模、智能化的自动作业，一种农业机械路径规划和追踪装置及算法是必不可少的。

目前国内外若干科研机构对农机自动导航控制技术和农机路径跟踪算法进行了广泛而深入的研究。提出基于传统的PID控制方法、基于机器视觉的控制方法、模糊控制算法等。其中基于传统的PID控制方法，通过测量农田机械与规划路径的横向误差，通过反馈误差实时调整农机航向角，以实现路径追踪。但这种控制方式存在适应性差，参数整定困难等缺点。基于机器视觉的控制方法通过辨别两侧植株与中间道路，来确定农机前进方向。但这种方法仅能适应少量植物保护和管理机械。模糊控制算法具有一定的智能性，但需要依赖复杂的专家系统，并存在一定的控制误差。

基于以上的需要和遇到的问题，本实用新型提出了一种新型路径追踪装置及算法。通过在农机邻域画圆，寻找该圆与规划路径的交点，并以该点作为农机的趋近点，驱使农机向其靠拢。通过该装置及算法可以进一步提高农机适应范围，减少农机的跟踪误差，降低农机成本。

(三)发明内容

为减少农田耕作人员的劳动强度，提高农田耕作的效率和质量，本实用新型提供了一种农田作业机械路径追踪装置。相比于传统同类机械，本实用新型具有控制简便、对复杂路况适应性好、成本低廉等优点。通过本实用新型，可使农田机械对已规划路径进行精确追踪，大大降低传统模式下耕作人员的劳动强度，提高农业生产效率。

该装置的工作原理如下：首先下位机模块接收和存储Android上位机发出的路径信息，并通过DGPS模块和地磁传感器获取农机当前的位置坐标和航向角。随后下位机模块以农机当前位置为圆心在导航坐标系中画圆并与规划路径交于P1、P2两点。继而下位机模块以P2作为农机的趋近点，控制农机向其靠近。在农机运动过程中，该装置将不断重复以上过程，从而驱动农机沿规划路径行驶。

一种农田作业机械路径追踪装置，包括Android上位机和下位机模块，两者均安装于现有农田作业机械前部。Android上位机与下位机通过蓝牙模块连接。

所述的Android上位机用于获取用户规划的路径信息，获取用户的操作命令，并实时显示农机当前的位置和航向角。

所述的下位机模块包括单片机、地磁传感器、DGPS模块、蓝牙模块、Zigbee模块、Flash存储器和电源模块。下位机模块用于接收Android上位机的路径信息；单片机分别与地磁传感器、DGPS模块、蓝牙模块、Zigbee模块和Flash存储器连接。下位机模块用于获取上位机模块发送的农机的位置坐标及航向角，控制农机沿规划路径运动。

所述的单片机，用于驱动各个传感器、通信模块、存储器，根据农机当前位置坐标、航向角以及规划路径计算农机的前轮转向；运动速度可通过在现有农机驱动轮上加装编码器或测速发电机获得，编码器或测速发电机与单片机连接。

所述的地磁传感器用于获取农机的航向角。所述的地磁传感器选用HMC1022，能将农机周围磁场信息转换为电压信息，再经单片机内置AD转换器转换为数字信息，从而获取农机的航向角。

所述的DGPS模块，用于获取农机的位置坐标。DGPS模块由运动GPS和GPS基准站构成。其中运动GPS安装在现有农业机械上，负责获取农机的基本位置坐标；GPS基准站安装于值班室，用于获取农机位置修正信息。两者配合使用提高位置测量精度。

所述的下位机模块与Android上位机通过所述的蓝牙模块通信。

所述的Zigbee模块用于辅助DGPS模块获取农机位置坐标，运动GPS与GPS基准站之间通过Zigbee模块通信。

所述的Flash存储器，负责存储Android上位机传来的规划路径信息。

所述的电源模块为单片机、各个传感器、通信模块及存储器供电。

使用时，步骤以下：

1、Android上位机接收到用户的启动命令，将规划好的路径信息发送给下位机模块。下位机模块存储规划好的路径信息，并通过GPS模块和地磁传感器获取农机当前所处的位置坐标和航向角。