一种机械化农业种植配套系统的制作方法

本发明涉及农业机械，具体为一种机械化农业种植配套系统。

背景技术：

1、随着我国农业现代化进程的持续推进，平原地区的全程机械化作业已初具规模，但在丘陵山区，农作物综合机械化率依然偏低，丘陵山区地形起伏较大、地块面积较小，对农业机械的通过性、灵活性以及坡地作业稳定性提出了较高要求。

2、现有的农业机械底盘通常采用车轮或履带支撑结构，配合三点悬挂机构与后挂作业机具连接，部分机型引入了基于惯性测量单元的底盘姿态检测与液压调平系统，用以在坡地作业时维持车身水平，保证动力系统重心稳定与行驶安全性，与此同时，作业机具通过传统机械插销结构挂接于悬挂臂末端，机手在更换机具后需要凭经验手动设置主机的液压输出压力、动力输出轴转速、作业行驶速度等作业参数，方可开始作业。

3、上述现有技术方案存在以下不足：其一，由于动力底盘与后挂作业机具之间多为刚性或半刚性连接，当动力底盘在坡地发生倾斜并启动调平动作时，机具的悬挂连接点会随底盘姿态变化而产生位移，导致作业机具一侧入土过深、另一侧悬空，严重影响播种、起垄等作业的入土深度及行株距一致性，即便部分机型加入了底盘调平系统，由于调平过程中机具连接点仍随之运动，机具依然无法维持贴合地表的理想作业姿态，尚未形成底盘整体调平与机具局部贴地仿形动态协同的有效解决方案，其二，由于丘陵山区常采用多种作物间套作或轮作的种植模式，对农机提出了一机多用、频繁换挂的实际需求，而现有的机具挂接方式仍停留在纯机械对接层面，每次更换机具后机手须凭经验重新设置液压输出、动力输出轴转速及作业行驶速度等参数，操作耗时耗力，且容易因参数设置不当造成机具损毁或种植质量不达标，难以满足现代智慧农业全流程机械化作业的生产需求，为此，我们提出一种机械化农业种植配套系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种机械化农业种植配套系统。

2、本发明要解决的技术问题包括两方面：第一，如何在丘陵山区等复杂坡地地形下，实现动力底盘整体调平与后挂作业机具局部贴地仿形的动态协同，避免底盘调平过程对机具作业姿态造成干涉，从而保证播种、起垄等作业的入土深度及行株距一致性，第二，如何解决多种植环节频繁更换机具时作业参数需人工反复调试的问题，实现机具挂接后作业参数的自动识别与自适配。

3、为解决上述技术问题，本发明提供一种机械化农业种植配套系统，包括动力底盘、姿态检测单元、底盘调平执行机构、机具独立悬挂接口、机具悬挂执行机构、机电液智一体化快接总线接口以及主控制器，所述姿态检测单元包括设置于所述动力底盘上的第一姿态传感器及设置于作业机具上的第二姿态传感器，分别用于采集所述动力底盘及所述作业机具的姿态数据，所述底盘调平执行机构与所述动力底盘的行走机构连接，用于根据所述动力底盘的姿态数据调节所述动力底盘的车身姿态，所述机具悬挂执行机构与所述机具独立悬挂接口连接，用于独立于所述底盘调平执行机构调节所述作业机具的悬挂姿态，所述机电液智一体化快接总线接口集成有机械锁止结构、电气触点结构及总线通讯模块，用于在所述作业机具与所述动力底盘挂接时同步实现机械连接、电气导通及数据通讯，所述主控制器根据所述底盘调平执行机构的调节量，基于预先建立的运动学模型反向推算因所述动力底盘姿态变化而在所述作业机具悬挂点处产生的前馈补偿量，并将所述前馈补偿量与所述作业机具的局部地表仿形修正量进行叠加，得到所述机具悬挂执行机构的目标控制量，从而使所述作业机具的悬挂姿态独立于所述动力底盘的调平动作。

4、本发明还提供一种上述机械化农业种植配套系统的控制方法，通过采集动力底盘姿态数据并控制底盘调平执行机构使底盘姿态趋近预设水平基准，同时基于运动学模型反向推算机具悬挂点处的前馈补偿量，并与局部地表仿形修正量进行叠加得到机具悬挂执行机构的目标控制量，实现底盘整体调平与机具局部贴地仿形在控制层面的动态解耦。

5、此外，本发明通过在机具独立悬挂接口处设置机电液智一体化快接总线接口，使作业机具与动力底盘完成物理挂接的同时自动实现电气导通及数据通讯，主控制器据此自动读取机具设备类型码，并从预先存储的专家参数数据库中检索匹配的农艺作业参数集下发至各执行机构，完成机具作业参数的自动初始化设置。

6、采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

7、1.本发明通过将底盘整体调平动作与机具悬挂姿态调整动作在控制层面进行数学分离，使动力底盘在坡地作业时的调平动作不会干涉后挂作业机具的悬挂姿态，机具能够始终依据地表局部起伏保持贴地作业姿态，有效提升播种、起垄等作业的入土深度及行株距一致性，改善坡地作业的农艺一致性；

8、2.本发明通过机电液智一体化快接总线接口实现机具挂接后设备类型的自动识别与作业参数的自动匹配下发，减少了机手凭经验手动设置作业参数的操作环节，降低了操作门槛，避免了因参数设置不当导致的机具损毁或种植质量不达标的风险，提升了多种植环节复合作业模式下的换挂效率与作业可靠性。

1.一种机械化农业种植配套系统，其特征在于，包括：动力底盘，姿态检测单元，包括设置于所述动力底盘上的第一姿态传感器和设置于作业机具上的第二姿态传感器，分别用于采集所述动力底盘的姿态数据和所述作业机具的姿态数据，底盘调平执行机构，与所述动力底盘的行走机构连接，用于根据所述动力底盘的姿态数据调节所述动力底盘的车身姿态，机具独立悬挂接口，设置于所述动力底盘与所述作业机具之间，机具悬挂执行机构，与所述机具独立悬挂接口连接，用于独立于所述底盘调平执行机构调节所述作业机具的悬挂姿态，机电液智一体化快接总线接口，设置于所述机具独立悬挂接口处，集成有机械锁止结构、电气触点结构以及总线通讯模块，用于在所述作业机具与所述动力底盘挂接时同步实现机械连接、电气导通及数据通讯，主控制器，分别与所述姿态检测单元、所述底盘调平执行机构、所述机具悬挂执行机构以及所述机电液智一体化快接总线接口通讯连接，所述主控制器用于根据所述底盘调平执行机构的调节量，基于预先建立的运动学模型反向推算因所述动力底盘姿态变化而在所述作业机具悬挂点处产生的前馈补偿量，所述运动学模型基于d-h参数法建立，所述前馈补偿量根据雅可比逆矩阵与所述底盘调平执行机构调节量的变化量得到，所述雅可比逆矩阵为所述动力底盘的横滚角与俯仰角的函数，并将所述前馈补偿量与根据所述作业机具的姿态数据得到的局部地表仿形修正量进行叠加，得到所述机具悬挂执行机构的目标控制量，控制所述机具悬挂执行机构动作，使所述作业机具的悬挂姿态独立于所述动力底盘的调平动作进行调节。

2.根据权利要求1所述的一种机械化农业种植配套系统，其特征在于：还包括地表仿形传感器，设置于所述作业机具上，用于检测所述作业机具与地表之间的相对高度差，得到所述局部地表仿形修正量。

3.根据权利要求1所述的一种机械化农业种植配套系统，其特征在于：所述底盘调平执行机构包括设置于所述动力底盘的行走机构处的液压支撑缸，所述液压支撑缸由电液比例伺服阀控制，所述机具独立悬挂接口为三点悬挂机构，所述机具悬挂执行机构包括设置于所述三点悬挂机构的上拉杆和下拉杆末端的悬挂液压缸。

4.根据权利要求1所述的一种机械化农业种植配套系统，其特征在于：所述运动学模型基于d-h参数法建立，用于描述所述动力底盘的姿态变化经由所述机具独立悬挂接口向所述作业机具悬挂点传递的空间位置关系，所述前馈补偿量根据雅可比逆矩阵与所述底盘调平执行机构调节量的变化量得到，所述雅可比逆矩阵由所述运动学模型推导得到，为所述动力底盘的横滚角与俯仰角的函数。

5.根据权利要求1所述的一种机械化农业种植配套系统，其特征在于：所述主控制器还用于将所述第二姿态传感器实测的所述作业机具的姿态数据与所述目标控制量进行比对，在偏差超出预设阈值时，控制所述机具悬挂执行机构进行修正，直至偏差收敛至预设范围内。

6.根据权利要求1所述的一种机械化农业种植配套系统，其特征在于：所述机电液智一体化快接总线接口包括机械锁止液压快换挂钩、工业级弹簧探针触点针座以及can总线通讯模块，所述机械锁止液压快换挂钩用于实现所述作业机具与所述动力底盘的机械连接与锁止，所述工业级弹簧探针触点针座用于在所述机械锁止液压快换挂钩闭合时实现电气导通，所述can总线通讯模块用于实现数据通讯。

7.根据权利要求6所述的一种机械化农业种植配套系统，其特征在于：所述作业机具上设置有存储器，用于记录设备类型码及物理量程范围数据，所述主控制器还用于在所述机电液智一体化快接总线接口导通后，通过所述can总线通讯模块读取所述设备类型码，根据所述设备类型码从预先存储的专家参数数据库中检索匹配的农艺作业参数集，将所述农艺作业参数集下发至对应的执行机构控制器。

8.一种机械化农业种植配套系统的控制方法，应用于权利要求1至7任一项所述的机械化农业种植配套系统，其特征在于，包括：采集所述动力底盘的姿态数据，根据所述动力底盘的姿态数据控制所述底盘调平执行机构动作，使所述动力底盘的姿态趋近预设水平基准，根据所述底盘调平执行机构的调节量，基于预先建立的运动学模型反向推算因所述动力底盘姿态变化而在所述作业机具悬挂点处产生的前馈补偿量，采集所述作业机具与地表之间的相对高度差，得到局部地表仿形修正量，将所述前馈补偿量与所述局部地表仿形修正量进行叠加，得到所述机具悬挂执行机构的目标控制量，根据所述目标控制量控制所述机具悬挂执行机构动作，调节所述作业机具的悬挂姿态。

9.根据权利要求8所述的一种机械化农业种植配套系统的控制方法，其特征在于：还包括：将所述作业机具的姿态传感器实测的姿态数据与所述目标控制量进行比对，在偏差超出预设阈值时，重新执行采集所述作业机具与地表之间的相对高度差、得到局部地表仿形修正量、叠加得到目标控制量以及控制所述机具悬挂执行机构动作的步骤，直至偏差收敛至预设范围内。

10.根据权利要求8所述的一种机械化农业种植配套系统的控制方法，其特征在于：还包括：在所述作业机具与所述动力底盘挂接且机电液智一体化快接总线接口导通后，读取所述作业机具的设备类型码，根据所述设备类型码从预先存储的专家参数数据库中检索匹配的农艺作业参数集，将所述农艺作业参数集下发至对应的执行机构控制器，完成所述作业机具的作业参数初始化设置。