[发明专利]一种联合收获机田头转向系统及方法和联合收获机

说明书

本发明提供一种联合收获机田头转向系统及方法和联合收获机，包括视觉检测模块、机器状态监测模块和液压控制模块；视觉检测模块用于采集田间作物图像、并处理、分析得到田头边界信息和田头边界与车身距离；机器状态监测模块用于实时监测联合收获机的前进速度与车身航向角；液压控制模块分别与视觉检测模块和机器状态监测模块连接，液压控制模块根据前进速度、车身航向角、田头边界信息和田头边界与车身距离，控制联合收获机完成田头转向动作。本发明可快速获取作物田头边界信息，实现联合收获机自动田头转向，减轻驾驶员劳动强度，提升联合收获机智能化水平，同时解决传统田头识别方法易受光照的干扰，导致可靠性差与精度低的问题。

技术领域

本发明属于农业机械自动化技术领域，尤其涉及一种联合收获机田头转向系统及方法和联合收获机。

背景技术

联合收获机田间作业环境恶劣，而自主导航作业可以提高作业效率，减轻驾驶员的劳动强度。目前，农业机械的导航研究主要集中在GNSS导航和视觉导航两种。基于GNSS导航的发展时间较久，在车辆自动驾驶方面已有大量的研究成果，但GNSS硬件设备价格昂贵，限制了其在农业机械上的应用，且当卫星信号丢失时，自主作业效率会大大下降。

基于视觉的联合收获机田间作业导航，相比于卫星导航成本低，设备简单，且可以实时获取田间局部环境信息。联合收获机作业时主要包含两部分，一是在当前收获路径下，联合收获机沿作物边界前进收割，相关研究较为成熟；二是在当前收获路径的尽头处，即田头位置处，联合收获机转向进入下一收获路径。目前对于田头处自动转向的研究鲜有报道，文献“基于机器视觉的麦田边界检测”和“基于机器视觉的农田地头边界线检测方法”分别提出基于田块颜色和亮度特征的田头检测方法,此方法易受光照和田块类型影响，可靠性不佳，且未对机器转向进行研究。因此，提高田头边界检测精度，实现联合收获机在田头处自动转向，是构建联合收获机全程自主作业系统的重要一环。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种联合收获机田头转向系统及方法和联合收获机，该系统包括视觉检测模块、机器状态监测模块和液压控制模块，本发明可快速获取作物田头边界信息，实现联合收获机自动田头转向，减轻驾驶员劳动强度，提升联合收获机智能化水平。本发明是一种快速、准确获取田头边界的方法及田头转向系统，利用双目视觉快速获取田头边界距离，IMU与测速雷达获取机器航向角与前进速度，为联合收获机田头精准转向提供核心数据支持，同时解决传统田头识别方法易受光照的干扰，导致可靠性差与精度低的问题。

本发明的技术方案是：一种联合收获机田头转向系统，包括视觉检测模块、机器状态监测模块和液压控制模块；

所述视觉检测模块用于采集田间作物图像、并处理、分析得到田头边界信息和田头边界与车身距离；所述机器状态监测模块用于实时监测联合收获机的前进速度与车身航向角；所述液压控制模块分别与视觉检测模块和机器状态监测模块连接，液压控制模块根据前进速度、车身航向角、田头边界信息和田头边界与车身距离，控制联合收获机完成田头转向动作。

上述方案中，所述视觉检测模块包括双目相机与工控机；所述双目相机采集联合收获机前方图像，所述工控机对采集的图像进行处理，通过田头边界检测算法得到田头位置和田头边界与车身距离。

进一步的，所述双目相机安装于联合收获机驾驶室顶部，并与水平面有一夹角θ，向下倾斜拍摄联合收获机前方图像。

上述方案中，所述机器状态监测模块包括测速雷达与惯性测量单元；所述测速雷达监测联合收获机当前前进速度；所述惯性测量单元监测联合收获机当前航向角。

进一步的，所述惯性测量单元水平安装于联合收获机驾驶室内部；所述测速雷达安装于联合收获机底盘与地面呈40～50°夹角安装。

上述方案中，所述液压控制模块包括主控制单元、比例换向阀和液压缸；所述主控制单元接收田头边界与车身距离、前进速度和车身航向角信息，输出信号驱动比例换向阀动作，驱动液压缸活塞杆伸出，控制联合收获机割台升降与转向。