阅读说明：本技术 一种谷物收获机割台自适应控制装置及方法 (Adaptive control device and method for header of grain harvester ) 是由 陈刚 孙宜田 沈景新 孙永佳 李青龙 何青海 于 2019-10-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种谷物收获机割台自适应控制装置,割台体与收获机的车体轴连接；拨禾轮支架一端与割台体连接,另一端安装拨禾轮；弹齿轴安装在拨禾轮上,弹齿安装在弹齿轴上；切割器摆环箱安装在拨禾轮下方；搅龙两端的轴头通过轴承固定在割台体的两侧壁上；割刀安装在切割器摆环箱的摆杆上；利用所述信息采集装置,获取收获机的工作状态,同时进行调整。本发明公开提供了一种谷物收获机割台自适应控制装置及方法,针对收获机割台作业状态与作业速度、喂入量相匹配,解决了为了适应不同作业条件,操作人员需要频繁调整收获机割台作业状态,否则收获机无法稳定工作的问题；大大提高了工作效率,降低了收获机故障率。(The invention discloses a self-adaptive control device for a header of a grain harvester.A header body is connected with a vehicle body shaft of the harvester; one end of the reel bracket is connected with the header body, and the other end is provided with a reel; the reel is provided with a reel shaft, and the reel shaft is provided with a reel; the cutter swing ring box is arranged below the reel; the shaft heads at the two ends of the auger are fixed on the two side walls of the cutting table body through bearings; the cutter is arranged on a swing rod of the cutter swing ring box; and acquiring the working state of the harvester by using the information acquisition device, and adjusting the working state at the same time. The invention discloses a self-adaptive control device and a self-adaptive control method for a header of a grain harvester, which aim at matching the operation state of the header of the grain harvester with the operation speed and the feeding amount, and solve the problem that in order to adapt to different operation conditions, an operator needs to frequently adjust the operation state of the header of the grain harvester, otherwise the grain harvester cannot stably work; greatly improving the working efficiency and reducing the failure rate of the harvester.)

一种谷物收获机割台自适应控制装置及方法

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，更具体的说是涉及一种谷物收获机割台自适应控制装置及方法。

背景技术

割台是谷物收获机械的重要工作单元，割台高度、拨禾轮转速、拨禾轮高度和前后位置等因素直接影响收获机喂入量、收获质量及效率。谷物收获机在作业过程中，不同地区地形、土壤条件存在很大差异，气象条件也造成地面平整度、作物收获状态的差异；即使同一地块，由于种植条件的差异，作物高度、密度也不均匀。操作人员必须根据作物状态和收获环境不断调整收获机割台作业状态，否则会出现堵塞、漏收及机具过载或欠载等情况，导致工作效率下降、故障率上升。

因此，如何提供一种提高工作效率，降低故障率的控制装置和方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种谷物收获机割台自适应控制装置及方法，使收获机割台作业状态与作业速度、喂入量相匹配，解决了为了适应不同作业条件，操作人员需要频繁调整收获机割台作业状态，否则收获机无法稳定工作的问题；大大提高了工作效率，降低了收获机故障率。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种谷物收获机割台自适应控制装置，包括信息采集装置、控制器和执行机构；其中，执行机构包括：割台体、搅龙、割刀、拨禾轮、切割器摆环箱；所述割台体与收获机车体通过轴连接；所述拨禾轮支架一端与割台体连接，另一端安装所述拨禾轮；所述弹齿轴安装在所述拨禾轮上，所述弹齿安装在所述弹齿轴上；所述切割器摆环箱安装在所述拨禾轮下方；所述搅龙两端的轴头通过轴承固定在所述割台体的两侧壁上；所述割刀安装在所述切割器摆环箱的摆杆上；信息采集装置包括：高清摄像头、超声波传感器、割台体升降角度传感器、仿形装置、行进速度传感器、拨禾轮转速传感器、切割器摆环箱转速传感器、搅龙扭矩传感器、过桥主轴扭矩传感器；利用所述信息采集装置，获取收获机的工作状态，同时进行调整。

通过上述的技术方案，本发明的技术效果在于：通过传感器获取参数值从而计算获得喂入量，根据控制器中设置的喂入量阈值，得到收获机当前所处状态，并对行进速度、拨禾轮进行调整，保证收获机处于喂入量的阈值范围内，避免欠载或过载故障的发生。

优选的，在上述的一种谷物收获机割台自适应控制装置中，所述行进速度传感器安装在收获机行走系统上，检测收获机的行进速度；所述搅龙扭矩传感器安装在搅龙动力轴上，检测所述搅龙的扭矩；所述过桥矩传感器安装在过桥动力轴上，检测所述过桥的扭矩；所述拨禾轮转速传感器安装在拨禾轮转轴上，检测拨禾轮的转速；所述切割器摆环箱转速传感器安装在切割器摆环箱输入轴上，检测割刀频率；并将数据传输给所述控制器。

优选的，在上述的一种谷物收获机割台自适应控制装置中，所述摄像头获取谷物图像发送给所述控制器，所述控制器根据谷物图像得到谷物密度和谷物的直立状态，进而调整拨禾轮工作状态。

优选的，在上述的一种谷物收获机割台自适应控制装置中，割台体升降角度传感器根据割台体升降旋转轴的角度变化，通过所述控制器获取超声波传感器距离地面的距离。

优选的，在上述的一种谷物收获机割台自适应控制装置中，所述仿形装置安装在割台的割刀下方位置处，检测割刀距离地面的高度，所述超声波传感器测量超声波传感器到谷物顶端的距离。

通过上述的技术方案，本发明的技术效果在于：为了获取各个传感器测得的参数值，进一步计算喂入量。

优选的，在上述的一种谷物收获机割台自适应控制装置中，还包括：拨禾轮的前后动作液压缸和升降动作液压缸；所述拨禾轮支架与所述割台体通过轴连接；所述前后动作液压缸一端固定在拨禾轮支架上，伸缩端安装在拨禾轮上；所述升降动作液压缸一端固定在割台体上，伸缩端安装在拨禾轮支架上。

通过上述的技术方案，本发明的技术效果在于：便于调整拨禾轮的工作位置，使收获机的喂入量处于良好状态的阈值范围内。

一种谷物收获机割台自适应控制方法，具体的步骤包括：

a、行进速度传感器和拨禾轮转速传感器、切割器摆环箱转速传感器分别对作业速度、拨禾轮转速和割刀频率进行检测；

b、采用高清摄像头采集谷物图像，利用视觉识别技术分析谷物密度；

c、利用安装在割台升降旋转轴上的割台体升降角度传感器、安装在割台割刀下方的仿形装置和安装在传感器支架上的超声波传感器测量的参数值，计算切割下来的谷物的高度；

d、控制器计算喂入量，并根据喂入量判断是否符合机具性能，调整作业速度。

优选的，在上述的一种谷物收获机割台自适应控制方法中，所述步骤c中，具体步骤包括：

c1、割台升降旋转轴上的割台体升降角度传感器测量角度变化值，根据角度值计算出超声波传感器的离地高度h1；

c2、割台前端底部的仿形装置测量出割刀距离地面的高度，也就是谷物的割茬高度h2；

c3、超声波传感器测量出谷物顶端到超声波传感器的距离h3；

c4、谷物高度L＝h1-h3，切割下的谷物高度h＝h1-h2-h3。

优选的，在上述的一种谷物收获机割台自适应控制方法中，所述步骤d中，具体步骤包括：

根据谷物图像分析处理得出的单位面积内的谷物密度ρ和切割下的谷物高度h，喂入量估算值为：m＝ρhLvt其中L-割幅宽度；v-作业速度；t-作业时间；机具的最佳喂入量区间值在控制器内设定，喂入量估算值与设定值进行比较，当小于设定值时，控制器调节行走液压马达的转速，增大机具行进速度，同时增大割刀液压马达的转速，使割刀频率与机具作业速度匹配；当大于设定值时，控制器调节行走液压马达的转速，减小机具行进速度，同时减小割刀液压马达的转速，使割刀频率与机具作业速度匹配。

优选的，在上述的一种谷物收获机割台自适应控制方法中，所述步骤d中，具体步骤包括：

根据搅龙输入轴和过桥主动轴上的扭矩传感器与控制器内设定的阈值进行比较，判断喂入量是否符合机具性能；当小于设定值时，按比例逐次增大机具行进速度，当大于设定值时，按比例逐次减小机具行进速度，使机具处于最佳喂入量状态。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种谷物收获机割台自适应控制装置及方法，使收获机割台作业状态与作业速度、喂入量相匹配，解决了为了适应不同作业条件，操作人员需要频繁调整收获机割台作业状态，否则收获机无法稳定工作的问题；大大提高了工作效率，降低了收获机故障率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明的结构示意图；

图2附图为本发明的电路原理图；

图3附图为本发明的控制原理流程图；

图4附图为本发明的另一实施例控制原理流程图。

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。

本发明实施例公开了一种谷物收获机割台自适应控制装置及方法，使收获机割台作业状态与作业速度、喂入量相匹配，解决了为了适应不同作业条件，操作人员需要频繁调整收获机割台作业状态，否则收获机无法稳定工作的问题；大大提高了工作效率，降低了收获机故障率。

一种谷物收获机割台自适应控制装置，如图1所示，包括信息采集装置、控制器和执行机构；其中，执行机构包括：割台体1、搅龙2、割刀、拨禾轮3、切割器摆环箱；割台体1与收获机的车体通过轴连接；拨禾轮3支架一端与割台体1连接，另一端安装拨禾轮3；弹齿轴5安装在拨禾轮3上，弹齿4安装在所述弹齿轴5上；切割器摆环箱安装在拨禾轮3下方；搅龙2两端的轴头通过轴承固定在割台体1的两侧壁上；割刀安装在切割器摆环箱的摆杆上；信息采集装置包括：高清摄像头7、超声波传感器6、割台体升降角度传感器10、仿形装置9、行进速度传感器、拨禾轮转速传感器、切割器摆环箱转速传感器、搅龙扭矩传感器8、过桥主轴扭矩传感器；利用信息采集装置，获取收获机的工作状态，同时进行调整。

为了进一步优化上述技术方案，如图2所示，行进速度传感器检测安装在收获机行走系统上，检测收获机的行进速度；搅龙扭矩传感器8安装在搅龙2动力轴上，检测搅龙2的扭矩；过桥矩传感器安装在过桥动力轴上，检测过桥的扭矩；拨禾轮转速传感器安装在拨禾轮3转轴上，检测拨禾轮3的转速；切割器摆环箱转速传感器安装在切割器摆环箱输入轴上，检测割刀频率；并将数据传输给控制器。

为了进一步优化上述技术方案，高清摄像头7获取谷物图像发送给控制器，控制器根据谷物图像得到谷物密度和谷物的直立状态，进而调整拨禾轮工作状态。

为了进一步优化上述技术方案，割台体升降角度传感器10根据割台体1升降旋转轴的角度变化，通过控制器获取超声波传感器距离地面的距离。

为了进一步优化上述技术方案，仿形装置9安装在割台的割刀下方位置处，检测割刀距离地面的高度，超声波传感器6安装在传感器安装支架13上，并测量超声波传感器6到谷物顶端的距离。

为了进一步优化上述技术方案，还包括：拨禾轮3的前后动作液压缸11和升降动作液压缸12；拨禾轮3支架与割台体1轴连接；前后动作液压缸11一端固定在拨禾轮3支架上，伸缩端安装在拨禾轮3上；升降动作液压缸12一端固定在割台体1上，伸缩端安装在拨禾轮3支架上。

一种谷物收获机割台自适应控制装置的控制方法，具体的步骤包括：

a、行进速度传感器和拨禾轮转速传感器、切割器摆环箱转速传感器分别对作业速度、拨禾轮3转速和割刀频率进行检测；

b、采用高清摄像头7采集谷物图像，利用视觉识别技术分析谷物密度；

c、利用安装在割台升降旋转轴上的割台体升降角度传感器10、安装在割台割刀下方的仿形装置9和安装在传感器支架上的超声波传感器6测量的参数值，计算切割下来的谷物的高度；

d、控制器计算喂入量，并根据喂入量判断是否符合机具性能，调整作业速度。

为了进一步优化上述技术方案，步骤c中，具体步骤包括：

c1、割台升降旋转轴上的割台体升降角度传感器10测量角度变化值，根据角度值计算出超声波传感器6的离地高度h1；

c2、割台前端底部的仿形装置9测量出割刀距离地面的高度，也就是谷物的割茬高度h2；

c3、超声波传感器6测量出谷物顶端到超声波传感器6的距离h3；

c4、谷物高度L＝h1-h3，切割下的谷物高度h＝h1-h2-h3。

为了进一步优化上述技术方案，如图3所示，步骤d中，具体步骤包括：

根据谷物图像分析处理得出的单位面积内的谷物密度ρ和切割下的谷物高度h，喂入量估算值为：m＝ρhLvt其中L-割幅宽度；v-作业速度；t-作业时间；机具的最佳喂入量区间值在控制器内设定，喂入量估算值与设定值进行比较，当小于设定值时，控制器调节行走液压马达的转速，增大机具行进速度，同时增大割刀液压马达的转速，使割刀频率与机具作业速度匹配；当大于设定值时，控制器调节行走液压马达的转速，减小机具行进速度，同时减小割刀液压马达的转速，使割刀频率与机具作业速度匹配。

为了进一步优化上述技术方案，如图4所示，步骤d中，具体步骤包括：

根据搅龙2输入轴和过桥主动轴上的扭矩传感器与控制器内设定的阈值进行比较，判断喂入量是否符合机具性能；当小于设定值时，按比例逐次增大机具行进速度，当大于设定值时，按比例逐次减小机具行进速度，使机具处于最佳喂入量状态。

需要了解的是：拨禾轮的转速，主要是由收割机作业时的前进速度决定的。转速过高，压板重复打击作物，易造成掉粒损失；转速过低，压板将不能有效地将作物拨向切割器，从而使切割和喂入性能降低。控制器根据高清摄像头采集的谷物图像以及超声波传感器检测的谷物高度，分析谷物的疏密程度及直立状态，根据作物状态控制器通过PWM方式调节液压系统电磁阀的开度，增减拨禾轮转速和割刀频率，并调节拨禾轮的工作位置。具体步骤如下：

1.设定机具喂入量的阈值m1、m2，当喂入量估算值小于m1时，自动调节轮拨禾轮转速略高于前进速度，控制在1.2-1.5倍，同时控制器通过PWM方式调节行走液压系统电磁阀的开度和割刀马达的转速，增大行进速度和割刀频率，使机具状态与喂入量匹配；当喂入量估算值大于m2时，自动调节轮拨禾轮转速略低于前进速度，控制在0.8-0.9倍，同时控制器通过PWM方式调节行走液压系统电磁阀的开度和割刀马达的转速，减小行进速度和割刀频率，使机具状态与喂入量匹配。

2.作业地块谷物处于直立状态时，多次测量作物高度取均值，以取得的均值L为参考值，当机具作业过程检测到作物高度小于0.5L时判定谷物处于倒伏状态，此时自动调节拨禾轮升降动作液压缸收缩到极限状态，使拨禾轮处于最低作业位置，同时调节割台使割刀处于最低作业位置；根据谷物图像分析谷物倒伏状态，顺向倒伏时，调节拨禾轮前后动作液压缸伸展到极限状态，使拨禾轮处于最前端作业位置；逆向倒伏时，调节拨禾轮前后动作液压缸收缩到极限状态，使拨禾轮处于最后端作业位置。

本发明的工作流程：首先，根据摄像头采集的谷物图像分析处理得出的单位面积内的谷物密度ρ和切割下的谷物高度h，利用公式m＝ρhLvt；其中L-割幅宽度；v-作业速度；t-作业时间，获得喂入量，喂入量m与设定值进行比较，当小于设定值时，增大行进速度和割刀频率，当大于设定值时，减小增大行进速度和割刀频率，使机具处于最佳喂入量状态；其次，还可以根据搅龙输入轴和过桥主动轴上的扭矩传感器与控制器内设定的阈值进行比较，判断喂入量是否符合机具性能；当小于设定值时，按比例逐次增大机具行进速度，当大于设定值时，按比例逐次减小机具行进速度，使机具处于最佳喂入量状态；最后，调节拨禾轮的作业位置，控制器通过PWM方式调节拨禾轮液压系统电磁液压阀的开度，从而调节前后动作液压缸和升降动作液压缸。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。