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玉米籽粒收获机辅助收获关键技术研究

玉米籽粒收获机辅助收获关键技术研究

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作者：程尚坤安徽农业大学

学位级别：硕士

我国是农业大国,农业在我国的国民经济中占有重要地位。本课题以玉米籽粒收获机为载体,针对于传统玉米收获过程中,驾驶员大部分精力用于操作玉米收获机对行收获、调节割台高度和观察收获情况,为了减轻收获机驾驶员的劳动强度、提高收获... 详细信息

我国是农业大国,农业在我国的国民经济中占有重要地位。本课题以玉米籽粒收获机为载体,针对于传统玉米收获过程中,驾驶员大部分精力用于操作玉米收获机对行收获、调节割台高度和观察收获情况,为了减轻收获机驾驶员的劳动强度、提高收获机的自动化水平,本文对玉米籽粒收获机辅助收获关键技术进行了研究,能够实现收获机在玉米田间自动对行行驶、割台高度自适应调节及谷物产量实时监测。主要工作内容如下:(1)针对玉米籽粒收获机自动转向系统改装复杂、控制精度低及加工成本高等问题,设计了一种基于直流电机和转向柱相连的自动转向系统,主要由自动转向装置控制器、自动转向装置执行部分和玉米籽粒收获机原装的底盘转向机构组成;为了系统安全性,设计了自动转向模式切换人工接管模式的控制策略,并确定了控制阈值,最后通过试验验证了自动转向系统的控制平均偏差均小于0.1°。(2)提出了成熟期玉米的已收获区域与未收获区域边界线提取的算法。采用直通滤波对玉米点云进行地面、杂草的过滤以及检测区域的提取,并利用统计滤波进行去噪处理,并对点云坐标进行变换;然后利用最小二乘法实现作物行检测,并根据作物行检测结果确定了待收获区域与已收获区域边界线,最后进行了算法准确率验证,其平均偏差角为0.85°。(3)设计了基于玉米籽粒收获机的割台高度自适应调节系统,主要包括割台高度测量仿形机构、系统控制器组成。通过在收获机割台侧面安装自主设计的割台高度测量仿形机构,实时测量玉米籽粒收获机在作业时割台距离地面的高度并反馈给控制器,控制器得到反馈的高度信息后,对割台高度进行控制,并通过控制精度试验和田间试验验证出其控制精度分别为:3.5%、4.72%、4.2%。(4)设计了一种谷物产量实时监测系统,系统主要由信号采集处理模块、定位模块和可视化终端组成,系统的设置的采集频率为1KHz,响应耗时为2ms,当系统工作时,信号采集处理模块实时检测谷物升运器刮板上谷物遮挡的传感器信号时长,运用本文构建的基于低电平信号的玉米籽粒产量计算模型完成实时测产。通过搭建的模拟升运器试验台架,进行几种不同工况下台架试验,结果表明系统测产误差均小于5%;在中联重科4YZL-5BZH型联合玉米籽粒收获机上开展田间试验,结果得出测产的平均误差为3.72%,验证了本文设计的系统具有较高的测产准确率和测产实时性,可为精准农业和高产管理提供参考。(5)基于所研究的内容,对系统间的协同控制进行了设计。设计了系统间的通信协议,制定了三种工况下的各系统的工作情况,并设计了控制软件,能够实时监测收获机的作业状态。

关键词：玉米籽粒收获机自动转向玉米行边界线提取割台高度自适应调节产量实时监测

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