[发明专利]一种谷物收割机无人驾驶作业系统与作业方法

说明书

本发明提出了一种谷物收割机无人驾驶作业系统与作业方法，涉及农业装备及导航领域。对于折返作业路径方案分别在收割机本体的两侧对称安装三维深度传感器，对于绕圈作业路径方案则仅在收割机本体的一侧安装三维深度传感器。三维深度传感器同时获得某一长度的割茬面和割茬近景区的信息，自动沿割茬面前进进行谷物的收获作业。通过在割茬近景区内计算得到穗头区的高度和谷物高度变化值，实现喂入量与倒伏的判断，自动调整谷物收割机的前进速度和割台高度，实现喂入量与倒伏自适应的无人驾驶收获作业。本发明系统构成简单、稳定性和实时性好，并对不同田块、谷物等具有良好的适应性。

技术领域

本发明涉及农业装备及导航领域，特别是一种基于三维深度视觉的谷物收割机无人驾驶作业系统与作业方法。

背景技术

近年来农机导航和辅助驾驶技术快速发展，同时为解放劳动力和提高作业质量，无人农机研究也开始受到重视；谷物收割机是最重要的农业机械之一，其自主驾驶成为研发的重点，目前谷物收割机的自主驾驶技术仍存在以下不足：

(1)基于北斗、GPS的卫星定位往往需要导航基站、流动站、天线、板卡等复杂的系统构成，且仅具备机身的空间坐标信息，无法满足实现无人化的自主作业需要，且对于中小田块适用性和实际价值有限；

(2)视觉导航主要基于CCD摄像头，在田间光线变化大、冗余信息多，且目标和背景的颜色差异不突出，难以实现作物割茬、田埂等的有效提取；

(3)激光雷达只能探测二维深度信息，在导航中便于实现障碍物的有无判断，而难以实现对作物、田头等的判别。

三维深度视觉近年来得到了更多的应用，Sharon Nissimov等应用三维深度进行温室障碍物检测和导航(Obstacle detection in a greenhouse environment using theKinect sensor,Computers and Electronics in Agriculture,2015,113:104-115.)，但其用于避障行走，而大田谷物收获则需要精确的作物割茬判别、割台调整和实施收获作业。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于三维深度视觉的谷物收割机无人驾驶作业系统与方法，将三维深度视觉技术用于谷物收割机的自主驾驶中，实现作物割茬的精确判别以及割台的调整。

本发明采用的具体技术方案如下：

一种谷物收割机无人驾驶作业系统，三维深度传感器安装于收割机本体上，收获作业时三维深度传感器与割茬面的竖直距离D₀与三维深度传感器最小有效深度探测值D₁一致，使三维深度传感器的竖直取景面与收割机车身纵向中心线成夹角α，且α为三维深度传感器水平视角的1/2；三维深度传感器距地面的高度H₁的取值范围是[H]≤H₁≤1.2[H]，其中[H]为谷物收割机适用谷物的最大株高[H]；三维深度传感器的水平取景面沿地面向下倾斜β角度，且β＝90°-θ₀/2，其中θ₀为三维深度传感器竖直视场的角度范围；所述三维深度传感器上方安装有遮光板，遮光板与三维深度传感器水平取景面平行，遮光板的前伸长度L＝B·tan(θ₀/2)，其中B为三维深度传感器镜头中心到遮光板的垂直距离。

上述方案，对于谷物收割机折返作业路径方案，在收割机本体两侧对称安装三维深度传感器；对于绕圈作业路径方案，只在收割机本体的一侧安装三维深度传感器。

一种谷物收割机无人驾驶作业方法，该方法包括远近景组合的割茬多信息探测方法、穗头区测量方法、倒伏判断方法和谷物收割机无人驾驶作业流程。