一種農機自動駕駛的控制器和農機的制作方法

本實用新型屬于機械控制領域，具體涉及一種農機自動駕駛的控制器和農機。

背景技術：

精準農業(Precision Agriculture)是當今世界農業發展的新潮流，是由信息技術支持的根據空間變異，定位、定時、定量地實施一整套現代化農事操作技術與管理的系統。農機自動駕駛系統是完成農機高效、準確耕作的前期，所以農機自動駕駛系統是精準農業發展的重要組成部分，是農業機械現代化、智能化的基礎。

目前的農機的導航儀均為一個獨立的工業電腦，用于導航軟件的工作，導航儀與其它控制器等的通信采用數字通信接口，主要用于交互車輛的位置及相應的設置命令等。這種農機自動駕駛系統包含多個處理器電腦，即導航儀電腦(服務于導航軟件及顯示UI用)、控制器電腦(服務于控制算法及組合導航)，所以存在成本相對較高，使用復雜、維護成本高的問題。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是如何簡化農機機構、降低成本。

針對這一技術問題，本實用新型提供了一種農機自動駕駛的控制器，包括：定位器、慣性傳感器、處理器和驅動器；

所述定位器和所述慣性傳感器的輸出端均連接所述處理器的輸入端，所述處理器的輸出端連接所述驅動器的輸入端；

所述定位器用于對所述農機進行定位，所述慣性傳感器用于獲取所述農機的位姿信息；

所述處理器用于根據所述農機的位置和位姿信息，計算使得所述農機沿著目標路徑前進時，所述農機對應的運行參數調整控制量；

所述驅動器用于根據所述運行參數調整控制量調整所述農機，以使所述農機沿著所述目標路徑前進。

優選地，還包括顯示器；

所述顯示器的輸入端連接所述處理器的輸出端，用于顯示所述農機所處的位置。

優選地，所述顯示器還包括控制端口，所述控制端口連接所述處理器的輸入端；

所述顯示器還用于顯示所述目標路徑，或者通過所述顯示器對所述目標路徑進行修改得到新的目標路徑，并通過所述控制端口將所述目標路徑或者新的目標路徑傳輸至所述處理器。

優選地，所述驅動器通過液壓驅動接口與轉向液壓閥連接，或者所述驅動器通過通信接口與電動方向盤連接，以通過所述轉向液壓閥或電動方向盤對所述農機的運行參數調整控制量進行調整。

優選地，所述定位器為GNSS定位板卡，通過射頻接插件連接GNSS天線。

優選地，所述顯示器和所述處理器的接口為VGA、HDMI、USB或者TYPEC接口。

優選地，所述定位器采用載波相位差分技術進行定位。

優選地，所述顯示器為觸屏控制顯示器。

優選地，所述顯示器還用于直接設定所述農機的運行參數調整控制量。

另一方面，本實用新型提供了一種農機，包括上述的農機自動駕駛的控制器。

本實用新型提供的農機自動駕駛的控制器中，將定位器、慣性傳感器、處理器和驅動器集成為一個整體，相比于現有技術中給每一個功能部件均為一個獨立分立的系統而言，該控制器具有更高的集成度、簡化了農機機構，降低了成本。另一方面，增加的顯示器可以提供人機交互界面，方便了對農機的控制。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實用新型一個實施例提供的農機自動駕駛的控制器的結構連接關系示意圖；

圖2是本實用新型另一個實施例的提供的顯示器和外部的轉向液壓閥或者電動方向盤的連接示意圖；

圖3是本實用新型另一個實施例的提供的控制器的集成的功能模塊示意圖；

圖4是本實用新型另一個實施例的提供的顯示器的各個連接接口示意圖；

圖5是本實用新型另一個實施例的提供的農機自動駕駛的控制器的完整結構圖；

圖6是本實用新型另一個實施例的提供的各個功能模塊彼此獨立的農機的自動駕駛系統的結構圖。

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

圖1是本實施例提供的農機自動駕駛的控制器的結構連接關系示意圖，包括：定位器101、慣性傳感器102、處理器103和驅動器104；

所述定位器101和所述慣性傳感器102的輸出端均連接所述處理器103的輸入端，所述處理器103的輸出端連接所述驅動器104的輸入端；

所述定位器101用于對所述農機進行定位，所述慣性傳感器102用于獲取所述農機的位姿信息；

所述處理器103用于根據所述農機的位置和位姿信息，計算使得所述農機沿著目標路徑前進時，所述農機對應的運行參數調整控制量；

所述驅動器104用于根據所述運行參數調整控制量調整所述農機，以使所述農機沿著所述目標路徑前進。

需要說明的是，位姿信息包括農機的速度、姿態等，用于確定農機當前前進的方向與目標路徑的偏離角度等運行參數調整控制量，并對農機的前進方向進行調整。

農機是指農業生產中使用的各種機械設備統稱，如：大小型拖拉機、平整土地機械等設備等。計算使所述農機沿目標路徑前進時。農機運行參數調整控制量為對應的前輪轉角轉向控制量。驅動器根據運行參數調整控制量對轉向液壓閥或者電動方向盤進行控制，將農機前輪進行調整，使得農機沿著目標路徑前進。

本實用新型的改進點在于提高集成度，將定位器101、慣性傳感器102、處理器103和驅動器104集成在一個系統中。另外，雖然處理器103用于根據所述農機的位置和位姿信息，計算使得所述農機沿著目標路徑前進時，所述農機對應的運行參數調整控制量，但是應該理解的是，該處理器所做的處理均為現有技術，并不涉及方法上的改進。

本實施例提供的農機自動駕駛的控制器中，將定位器101、慣性傳感器102、處理器103和驅動器104集成為一個整體，相比于現有技術中給每一個功能部件均為一個獨立分立的系統而言，該控制器具有更高的集成度、簡化了農機機構，降低了成本。

進一步地，還包括顯示器；

所述顯示器的輸入端連接所述處理器的輸出端，用于顯示所述農機所處的位置。

進一步地，所述顯示器還包括控制端口，所述控制端口連接所述處理器的輸入端；

所述顯示器還用于顯示所述目標路徑，或者通過所述顯示器對所述目標路徑進行修改得到新的目標路徑，并通過所述控制端口將所述目標路徑或者新的目標路徑傳輸至所述處理器。

需要說明的是，控制液壓閥的信號為經過功率放大的直接驅動信號，不需要外接電磁閥驅動電路。

進一步地，所述驅動器通過液壓驅動接口與轉向液壓閥連接，或者所述驅動器通過通信接口與電動方向盤連接，以通過所述轉向液壓閥或電動方向盤對所述農機的運行參數調整控制量進行調整。

進一步地，所述顯示器為觸屏控制顯示器。

需要說明的是，所述顯示器也可以為通過鼠標進行控制的顯示器。

進一步地，所述定位器為GNSS定位板卡，通過射頻接插件連接GNSS天線。

進一步地，所述顯示器和所述處理器的接口為VGA、HDMI、USB或者TYPEC接口。

進一步地，所述定位器采用載波相位差分技術進行定位。

進一步地，所述顯示器還用于直接設定所述農機的運行參數調整控制量。

具體的，圖2示出了本實用新型中的顯示器和外部的轉向液壓閥或者電動方向盤的連接示意圖，顯示器為用鼠標操作的顯示器，通過USB或者UART接口將鼠標與顯示器連接，實現對顯示界面的控制。顯示器本身通過VGA或者HDMI等視頻接口與農機自動駕駛控制器連接(或者是控制器中的處理器連接)，以將定位器獲取的農機位置信息進行顯示。當然，顯示器還用于顯示目標路徑，管理人員可以直接通過顯示器查看目標路徑或者對目標路徑進行修改，修改后的路徑會通過顯示器和控制器之間的接口輸入至處理器，以供處理器根據新的目標路徑對農機的位子進行調整。

農機的驅動器將驅動信號輸送至與驅動器連接的轉向液壓閥或者電動方向盤(轉向液壓閥或者電動方向盤也可稱為執行器)，通過轉向液壓閥或者電動方向盤控制農機的前進方向。

圖3示出了控制器的集成的功能模塊示意圖，該控制器包括的定位器為GNSS高精度板卡、IMU(慣性測量單元)、液壓驅動器、處理器和通訊模塊。其中，通訊模塊用于實現各個模塊之間的通信。

圖4示出了顯示器的各個連接接口示意圖，其中圖4示出的顯示器為觸摸屏顯示器，該顯示器包括視頻顯示接口、觸摸屏/鼠標等輸入接口、控制用數據接口和GNSS視頻接口。其中，GNSS視頻接口用于直接接收全球衛星定位系統(GNSS)獲取的農機所在位置及場景的圖。

圖5為本實施例提供的農機自動駕駛的控制器的完整結構圖。參見圖5，該控制器包括了IMU、處理器、通信電路模塊、液壓驅動器和GNSS主板，其中GNSS主板與GNSS天線之間保持通信，以獲取農機所在位置的實景圖。控制器還包括了通過顯示視頻接口和觸摸屏型號接口進行通信的顯示器，用于顯示農機自動耕作過程中的地圖、導航及耕作情況。顯示器作為農機的人機交互界面，通過使用農機控制器的窗口，具有參數設定、功能設定、地圖導航及顯示、數據存儲設置等功能。

控制器與液壓閥或者電機方向盤等執行機構通過液壓驅動接口或者通信接口連接。

MEMS慣性傳感器包含3軸的陀螺儀傳感器、3軸的加速度傳感器、3軸的地磁傳感器，用于完成對農機慣性信息的測量，該慣性測量信息經由處理器的組合導航及控制算法的處理得到農機的高精度位置、速度及姿態數據。農機控制系統軟件運行于本實用新型自動駕駛控制器的處理器中，通過對目標路徑、實測的農機位置/速度/姿態及其它傳感器，生成相應的控制變量信號。生成的控制變量信號經過集成的液壓驅動電路后，直接驅動控制液壓閥執行機構完成農機的轉向控制，最終完成農機的自動駕駛控制。

作為一個對比的實施例，圖6提供了一種各個功能模塊彼此獨立的農機的自動駕駛系統的結構圖。其中，農機導航儀實際為一個工業電腦，其包含硬件、操作系統和導航軟件三部分，其中硬件主要服務于導航軟件的運行。車輛的自動駕駛控制器主要由控制器完成，其包括慣性導航及相應的控制處理器及電路；GNSS衛星導航接收機根據不同的產品形態，目前多集成于導航儀內或者控制器內或者獨立以接收機方式存在。總體看來，在整個農機自動駕駛系統產品中，導航儀、控制器、GNSS衛星導航接收機均為獨立的分系統，分系統各自具有獨立的處理器，相互之間利用相應的通訊協議進行數字信號的通信。圖6中所示的這種農機的自動駕駛系統的功能雖然豐富，但由于其每個獨立的產品均包含負責的硬件及軟件，開發成本和生產成本均較高。

然而，圖5中的農機控制器的集成化的提升可以降低整體系統的成本，通過相關接口直接驅動顯示器，并且結成GNSS高精度定位板卡、液壓驅動器、慣性測量單元等核心工程部件。自動駕駛控制盒內部集成了北斗高精度測量型板卡、MEMS慣性測量單元、核心處理器及相應電路、通信模塊及液壓驅動模塊，如圖5所示，GNSS高精度測量型板卡可以通過RTK技術實現載波相位差分定位，實現拖拉機的實時厘米級高精度位置測量。MEMS慣性測量單元與RTK的高精度定位信息經過組合導航算法完成拖拉機實時的高精度位置/速度/姿態信息的測量，相應的組合導航算法運行于核心處理器中。控制器直接通過外接的VGA/HDMI等視頻接口連接顯示器，核心處理器運行相應的操作系統軟件及導航應用軟件，通過顯示器顯示導航軟件的UI界面直接與農機手進行交互。控制算法運行于核心處理器，通過目標行進路線和組合導航算法測量的車輛位置/速度/姿態信息生產相應的控制信號，經過液壓驅動模塊生產直接控制液壓閥的信號，連接執行的液壓閥執行機構控制車輛的轉向，從而保持車輛按照目標路線行進。

由此，本實用新型提供的自動駕駛控制器除一般完成車輛的導航、控制等功能外，集成了顯示控制計算機，對外直接輸出視頻界面用于人機交互，替代傳統的農機導航儀，還具有安裝方便、成本低廉、可靠易用的特點。

另一方面，本實用新型還提供了一種農機，包括以上實施例所述的農機自動駕駛的控制器。

本實施例提供的農機，包括了農機自動駕駛的控制器，該將定位器、慣性傳感器、處理器和驅動器集成為一個整體，相比于現有技術中給每一個功能部件均為一個獨立分立的系統而言，該控制器具有更高的集成度、簡化了農機機構，降低了成本。另一方面，增加的顯示器可以提供人機交互界面，方便了對農機的控制。

以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。