本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化，具體涉及基于位置傳感器的丘陵山區(qū)軌道式作業(yè)裝備偏移控制方法。

背景技術(shù)：

1、丘陵山區(qū)地形復(fù)雜多變，地勢(shì)起伏不定，這對(duì)作業(yè)裝備的穩(wěn)定性和安全性提出了很高的要求，而軌道式作業(yè)裝備具有穩(wěn)定性好、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠在丘陵山區(qū)等復(fù)雜地形中保持穩(wěn)定作業(yè)，但是在實(shí)際作業(yè)過程中，由于地形變化、土壤條件等因素，裝備可能會(huì)發(fā)生偏移，影響作業(yè)精度和安全性，通過位置傳感器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)裝備的位置和狀態(tài)，為偏移控制提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。

2、盡管導(dǎo)向軌道能夠顯著提升作業(yè)裝備在丘陵山區(qū)的作業(yè)能力，但面對(duì)復(fù)雜及不規(guī)則的地形，導(dǎo)向軌道及作業(yè)裝備的適應(yīng)性會(huì)受到限制，地形的影響會(huì)導(dǎo)致即使安裝了軌道，作業(yè)裝備也會(huì)因?yàn)榈匦蔚牟灰?guī)則性而無法保持穩(wěn)定，從而影響偏移控制的效果，因此，如何準(zhǔn)確控制偏移量，以保證作業(yè)裝備的穩(wěn)定性，是我們要解決的問題，為此，現(xiàn)提出基于位置傳感器的丘陵山區(qū)軌道式作業(yè)裝備偏移控制方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于提供基于位置傳感器的丘陵山區(qū)軌道式作業(yè)裝備偏移控制方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

3、基于位置傳感器的丘陵山區(qū)軌道式作業(yè)裝備偏移控制方法，包括以下步驟：

4、步驟1，對(duì)丘陵山體進(jìn)行地形劃分，沿著山體等高線多行種植經(jīng)濟(jì)作物，并部署作業(yè)裝備的運(yùn)行軌道；

5、步驟2，裝載作業(yè)裝備至運(yùn)行軌道，進(jìn)行作業(yè)裝備的連接調(diào)試，并配置位置傳感器進(jìn)行初始化設(shè)置以檢測(cè)偏移量；

6、步驟3，啟動(dòng)作業(yè)裝備后，位置傳感器持續(xù)監(jiān)測(cè)作業(yè)裝備相對(duì)于軌道的位置，進(jìn)而計(jì)算出當(dāng)前作業(yè)裝備的偏移量及其方向；

7、步驟4，根據(jù)計(jì)算出的偏移量及其方向，實(shí)施偏移控制策略，對(duì)作業(yè)裝備的行駛方向進(jìn)行調(diào)整，使作業(yè)裝備沿著運(yùn)行軌道方向連續(xù)前進(jìn)和作業(yè)；

8、步驟5，在偏移控制策略實(shí)施后，持續(xù)監(jiān)測(cè)作業(yè)裝備的行駛狀態(tài)，并根據(jù)反饋信號(hào)對(duì)控制策略進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

9、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述步驟1中，作業(yè)裝備運(yùn)行軌道的部署過程為：

10、步驟101，使用地形測(cè)繪工具（衛(wèi)星遙感和無人機(jī)測(cè)繪）對(duì)丘陵山體進(jìn)行地形勘測(cè)，獲取地形數(shù)據(jù)，包括山體的高程、坡度以及地形起伏數(shù)據(jù)，并根據(jù)地形數(shù)據(jù)，繪制地形圖，包括等高線、坡度和坡向等信息；

11、步驟102，根據(jù)地形圖，將丘陵山體劃分為不同的種植區(qū)域和作業(yè)區(qū)域，其中，種植區(qū)域選擇在土壤肥沃、水源充足、光照條件好的地方，作業(yè)區(qū)域選擇在便于作業(yè)裝備運(yùn)行和停放的地方，同時(shí)考慮地形對(duì)作業(yè)效率的影響；

12、步驟103，基于丘陵山體的劃分結(jié)果，規(guī)劃設(shè)計(jì)等高線的種植行和作業(yè)裝備的運(yùn)行軌道，并設(shè)計(jì)圓弧形軌道連接點(diǎn)，以使運(yùn)行軌道在不同種植行之間平滑過渡，形成連續(xù)作業(yè)通道，其中，規(guī)劃考慮作物種植的合理間距、作業(yè)裝備的作業(yè)寬度和轉(zhuǎn)彎半徑；

13、步驟104，對(duì)選定的種植區(qū)域進(jìn)行土地整理，包括翻土、平整土地、清除石塊和雜草，為種植和軌道部署做好準(zhǔn)備，并根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)，沿等高線構(gòu)建作業(yè)裝備的運(yùn)行軌道基礎(chǔ)；

14、步驟105，在構(gòu)建好的運(yùn)行軌道基礎(chǔ)上安裝c型導(dǎo)向軌道，確保軌道的穩(wěn)定性和耐久性，并在軌道的連接點(diǎn)安裝圓弧形軌道，連接相鄰種植行，形成完整的作業(yè)通道；

15、步驟106，按照規(guī)劃設(shè)計(jì)，在不同的種植行上種植經(jīng)濟(jì)作物，根據(jù)作物生長(zhǎng)特點(diǎn)和空間需求，規(guī)劃種植密度和行距，確保作物的種植符合等高線種植的原則，以利于水土保持和機(jī)械化作業(yè)，并在安裝軌道的種植行附近種植作物，以便作業(yè)裝備能夠沿著軌道進(jìn)行有效的作業(yè)。

16、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述步驟2中，作業(yè)裝備的裝載及連接調(diào)試過程為：

17、步驟201，對(duì)作業(yè)裝備進(jìn)行全面檢查，確保作業(yè)裝備處于良好工作狀態(tài)，無故障或損壞，并對(duì)作業(yè)裝備的動(dòng)力系統(tǒng)（發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)等）、傳動(dòng)系統(tǒng)（齒輪箱、傳動(dòng)軸等）和控制系統(tǒng)（電子控制單元、傳感器等）進(jìn)行檢查，確保其正常運(yùn)行，其中，作業(yè)裝備包括播種機(jī)、施肥機(jī)、收割機(jī)、耕作機(jī)和除草機(jī)等；

18、步驟202，將作業(yè)裝備移至預(yù)定的運(yùn)行軌道位置，使作業(yè)裝備的對(duì)接部分與軌道的連接點(diǎn)對(duì)齊，并使用鎖緊裝置（螺栓、卡扣等）將作業(yè)裝備初步固定在軌道上，防止其在運(yùn)行過程中發(fā)生移動(dòng)或脫落；

19、步驟203，在作業(yè)裝備的前后兩端安裝彈性連接機(jī)構(gòu)，彈性連接機(jī)構(gòu)起到緩沖和穩(wěn)定作用，彈性連接機(jī)構(gòu)由滑塊、軌道和復(fù)位彈簧構(gòu)成，調(diào)整滑塊和軌道輪的相對(duì)位置，確保作業(yè)裝備能夠平滑地沿著軌道移動(dòng)，并在彈性連接機(jī)構(gòu)上安裝位置傳感器，調(diào)整位置傳感器的安裝位置，使位置傳感器覆蓋整個(gè)作業(yè)區(qū)域。

20、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述步驟3中，作業(yè)裝備偏移量及其方向的計(jì)算過程為：

21、步驟301，啟動(dòng)作業(yè)裝備的電源和控制系統(tǒng)，進(jìn)行自檢以確保所有系統(tǒng)正常工作，并激活位置傳感器，位置傳感器通過發(fā)射和接收信號(hào)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)作業(yè)裝備相對(duì)于運(yùn)行軌道的位置；

22、步驟302，利用位置傳感器采集作業(yè)裝備相對(duì)于軌道的位置數(shù)據(jù)，并將監(jiān)測(cè)到的位置信息傳輸至控制系統(tǒng)，對(duì)位置信息進(jìn)行分析，獲取多種參數(shù)，分別為作業(yè)裝備在軌道上的位置坐標(biāo)、軌道的幾何參數(shù)、作業(yè)裝備的速度、加速度數(shù)據(jù)、作業(yè)裝備的尺寸參數(shù)、形狀參數(shù)以及作業(yè)裝備的重心位置，得到偏移狀態(tài)序列表；

23、步驟303，基于偏移狀態(tài)序列表的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析計(jì)算出作業(yè)裝備相對(duì)于軌道偏移量，其中，偏移量表示為裝備在軌道方向上的水平偏移和垂直于軌道方向上的垂直偏移；

24、步驟304，預(yù)設(shè)偏移量閾值范圍，確定最大允許偏移量，結(jié)合計(jì)算出的作業(yè)裝備相對(duì)于軌道偏移量，計(jì)算偏移度評(píng)估指數(shù)，判斷是否需要調(diào)整，并根據(jù)偏移量的正負(fù)值確定偏移的方向，若偏移量為正，表示作業(yè)裝備向軌道的右側(cè)偏移，若偏移量為負(fù)，表示作業(yè)裝備向軌道的左側(cè)偏移。

25、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述作業(yè)裝備相對(duì)于軌道偏移量的計(jì)算表達(dá)式為：

26、；

27、其中，是作業(yè)裝備相對(duì)于軌道偏移量，v是作業(yè)裝備的速度，r是軌道的曲率半徑，是作業(yè)裝備的加速度，w是作業(yè)裝備的寬度，h是作業(yè)裝備的高度，、、分別表示作業(yè)裝備的重心在x、y和z軸上的坐標(biāo)。

28、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述偏移度評(píng)估指數(shù)的計(jì)算表達(dá)式為：

29、；

30、其中，dei是偏移度評(píng)估指數(shù)，是作業(yè)裝備相對(duì)于軌道偏移量，是最大允許偏移量，dei的取值范圍是0至1，當(dāng)作業(yè)裝備相對(duì)于軌道偏移量等于0時(shí)，dei為1，表示沒有偏移，當(dāng)?shù)扔谧畲笤试S偏移量時(shí)，dei為0，表示達(dá)到最大允許偏移。

31、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述步驟4中，偏移控制策略的實(shí)施過程為：

32、步驟401，分析偏移度評(píng)估指數(shù)確定作業(yè)裝備的實(shí)際偏移情況，并根據(jù)偏移量的正負(fù)值確定偏移方向，其中，正值表示向軌道右側(cè)偏移，負(fù)值表示向軌道左側(cè)偏移；

33、步驟402，根據(jù)偏移量的大小和偏移方向選擇偏移控制策略，并確定需執(zhí)行的調(diào)整動(dòng)作，其中，控制策略包括調(diào)整轉(zhuǎn)向角度、改變行駛速度以及調(diào)整作業(yè)模式，若為轉(zhuǎn)向控制，則根據(jù)偏移量的大小和方向調(diào)整轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向角度，若為速度控制，則通過加速或減速調(diào)整偏移量，若為作業(yè)模式調(diào)整，則改變作業(yè)裝備的工作狀態(tài)或參數(shù)以糾正偏移；

34、步驟403，向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送控制指令，以實(shí)施偏移控制策略，執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)控制指令進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整動(dòng)作，調(diào)整作業(yè)裝備的行駛方向，使其逐漸回歸到正確的軌道上；

35、步驟404，評(píng)估調(diào)整動(dòng)作的效果，檢查偏移量是否已回歸至預(yù)設(shè)偏移量閾值范圍內(nèi)，若偏移量未回到閾值范圍內(nèi)，繼續(xù)調(diào)整控制策略，直到偏移量達(dá)到需求水平，并對(duì)偏移控制策略實(shí)施過程進(jìn)行檢測(cè)，計(jì)算異常識(shí)別系數(shù)，識(shí)別偏移控制策略實(shí)施過程的異常情況，包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)未能響應(yīng)或偏移量急劇變化，進(jìn)而啟動(dòng)異常處理程序，包括暫停作業(yè)、發(fā)出警報(bào)或自動(dòng)調(diào)整作業(yè)裝備至安全狀態(tài)；

36、步驟405，當(dāng)作業(yè)裝備的偏移量被控制在允許范圍內(nèi)時(shí)，作業(yè)裝備沿著運(yùn)行軌道方向穩(wěn)定行駛，并在穩(wěn)定行駛的基礎(chǔ)上，作業(yè)裝備連續(xù)進(jìn)行播種、施肥、收割、耕作或除草的作業(yè)行為。

37、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述偏移控制策略實(shí)施過程的異常情況識(shí)別過程為：

38、步驟4041，在偏移控制策略執(zhí)行期間，持續(xù)監(jiān)測(cè)作業(yè)裝備的實(shí)時(shí)位置和偏移量，并跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)，收集與偏移量、執(zhí)行機(jī)構(gòu)狀態(tài)和作業(yè)裝備性能相關(guān)的數(shù)據(jù)，記錄偏移控制策略的執(zhí)行結(jié)果，包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)和偏移量的變化趨勢(shì)；

39、步驟4042，根據(jù)作業(yè)裝備的特性和運(yùn)行要求，預(yù)設(shè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)響應(yīng)時(shí)間的異常閾值和偏移量變化速率的異常閾值；

40、步驟4043，通過比較實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的異常閾值，計(jì)算異常識(shí)別系數(shù)，識(shí)別存在的異常情況，檢查偏移量是否出現(xiàn)急劇變化，或者執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否未能按指令響應(yīng)；

41、步驟4044，對(duì)異常識(shí)別系數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步分析，確定異常情況發(fā)生的位置，判斷問題來源，并在識(shí)別到異常情況后，暫停作業(yè)裝備的運(yùn)行，以防止事態(tài)進(jìn)一步惡化，向操作人員發(fā)出警報(bào)，通知異常情況的發(fā)生，提供相關(guān)的故障信息；

42、步驟4045，記錄異常情況發(fā)生的時(shí)間、類型和位置信息，在確保安全的前提下，進(jìn)行故障排查和修復(fù)工作，以恢復(fù)作業(yè)裝備的正常運(yùn)行，并在故障排查和修復(fù)完成后，對(duì)作業(yè)裝備進(jìn)行功能測(cè)試，確保問題已得到解決，進(jìn)而恢復(fù)作業(yè)裝備的正常作業(yè)。

43、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述異常識(shí)別系數(shù)的計(jì)算表達(dá)式為：

44、；

45、其中，a是異常識(shí)別系數(shù)，是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際響應(yīng)時(shí)間，是執(zhí)行機(jī)構(gòu)響應(yīng)時(shí)間的異常閾值，是偏移量的實(shí)際變化速率，是偏移量變化速率的異常閾值，a的取值范圍是0至1，當(dāng)和均為0時(shí)，a為1，表示沒有異常，當(dāng)?shù)扔诨虻扔跁r(shí)，a為0，表示存在異常情況。

46、由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)來說，取得的技術(shù)進(jìn)步是：

47、本發(fā)明提供基于位置傳感器的丘陵山區(qū)軌道式作業(yè)裝備偏移控制方法，通過位置傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)作業(yè)裝備的行駛軌跡和偏移量，精確控制裝備在丘陵山區(qū)軌道上的運(yùn)行，有效減少了因地形起伏因素導(dǎo)致的裝備偏離軌道的現(xiàn)象，從而提高了作業(yè)精度，同時(shí)，通過對(duì)控制策略的動(dòng)態(tài)調(diào)整，根據(jù)實(shí)時(shí)反饋?zhàn)詣?dòng)修正偏移，保持穩(wěn)定的行駛狀態(tài)。

48、本發(fā)明提供基于位置傳感器的丘陵山區(qū)軌道式作業(yè)裝備偏移控制方法，通過實(shí)時(shí)分析作業(yè)裝備狀態(tài)和地形條件的變化，智能調(diào)整控制策略，使作業(yè)裝備在不同地形條件下都能保持穩(wěn)定的行駛，還能夠根據(jù)作業(yè)需求的變化，自動(dòng)調(diào)整作業(yè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)智能化作業(yè)，進(jìn)一步提升了作業(yè)裝備的靈活性和適應(yīng)性。