技术领域
[0001] 本
发明涉及农业设备相关技术领域，特别是涉及一种全液压履带式无人油菜直播机。
背景技术
[0002] 中国油菜种植面积居世界前列，常年种植约1亿亩。其中冬油菜占85％以上，长江中下游地区是我国冬油菜主要产区。长江中下游地区冬油菜前茬作物多为
水稻，
土壤板结、黏重，而传统的油菜
播种机械一般较笨重，田间易造成打滑下陷的情况，加上田
块小且分散等因素，严重限制了作业效率，导致油菜机械化播种水平低下。传统的油菜播种机具不能满足该地区油菜播种要求，随着农业科技的创新发展，出现了小型轻便、田间通过性好的油菜直播机，但该类播种机通常需要在驾驶员的操控下完成行走以及作业的过程，不仅难以长时间持续操作，而且播种效果在很大程度上取决于驾驶员的经验，难以得到保证。该生产模式会消耗大量的人
力成本，在农村劳动人口紧缺的现有情况下，非常不利于油菜智能化、产业化发展。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种全液压履带式无人油菜直播机，以解决上述
现有技术存在的问题，整体采用模块化设计，结构紧凑、轻便灵活、田间通过性好且易于实现自动化控制。整机运行平稳、自动化程度高，可实现无人自动作业的油菜直播的要求。
[0004] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
[0005] 本发明提供一种全液压履带式无人油菜直播机，可在无人值守情况下实现开沟、播种和覆土等油菜直播作业过程，省时省力高效，高度解放农业生产中的劳动力资源；包括车体，所述车体包括底盘、液压装置、播种装置和控制装置；所述底盘两侧对称设置有
驱动轮，位于同一侧的所述驱动轮之间通过
橡胶履带包覆连接；所述液压装置包括液压油箱，所述液压油箱固定设置于所述底盘的横梁上，且所述液压油箱位于两个所述橡胶履带之间；所述液压油箱顶部固定设置有车体平台；所述液压油箱的前后两侧和所述车体平台上安装有液压装置；所述车体尾部通过
悬挂装置连接有所述播种装置；所述控制装置安装于所述车体平台上。
[0006] 可选的，所述液压装置还包括液压站、液压驱动装置和液压升降装置；所述液压站包括安装在所述底盘上的所述液压油箱、安装在所述车体平台上的
汽油发动机、电瓶、
液压泵、管路
过滤器以及安装在所述液压油箱的前侧板上的
阀组；所述阀组包括油路块以及安装在所述油路块上的电磁溢流阀、第一比例换向阀、第二比例换向阀、电磁换向阀、双向
节流阀、第一液压
锁、第二液压锁、第三液压锁、压力表和测压接头；所述
液压泵与所述
汽油发动机通过皮带轮传动，所述液压泵的进油口通过吸油硬管与所述液压油箱连接；所述管路过滤器安装在所述液压泵和阀组之间，所述管路过滤器两端分别与所述液压泵的出油口和所述阀组中的主进油口通过软管连接；所述油路块与所述液压油箱固定连接，所述油路块的回油口和所述液压油箱的箱壁上的型孔连通。所述油路块与油箱固定连接，液压油通过油路块的回油口和油箱壁上的型孔回到油箱，形成回油路。
[0007] 可选的，所述液压驱动装置包括两个对称安装在所述底盘上的
液压马达，两个所述液压马达的
输出轴分别与位于所述底盘两侧的所述驱动轮连接；其中一个所述液压马达上开设有第一进油口，另一个所述液压马达上开设有第二进油口，所述第一进油口通过硬管与所述油路块及所述第一比例换向阀依次连接，所述第二进油口通过硬管与所述油路块及所述第二比例换向阀依次连接，两个所述液压马达的外泄油口分别通过硬管连接所述液压油箱。两个液压马达通过控制第一比例换向阀和第二比例换向阀改变进油口的液压油流量，从而控制两边履带的转速。
[0008] 可选的，所述液压升降装置包括升降油缸、上拉杆、左侧下拉杆和右侧下拉杆；所述升降油缸设于所述液压油箱后侧，所述升降油缸一端与油箱后侧板铰接，另一端与所述上拉杆铰接，所述升降油缸的油缸塞腔油口与阀组通过软管连接，所述升降油缸的油缸杆腔油口通过软管与所述液压油箱连接；所述上拉杆一端与L型
支架相铰接，另一端与播种装置顶部铰接，所述L型支架固定于所述车体平台的尾部；所述左侧下拉杆和右侧下拉杆一端与所述油箱后侧板分别铰接，另一端与所述播种装置的底部铰接；所述上拉杆与所述L型支架的铰接点和所述左侧下拉杆、右侧下拉杆与所述油箱后侧板的铰接点位于同一平面上。
[0009] 可选的，所述播种装置包括设有地轮的播种
机架、与所述液压升降装置连接的挂接架、设有多个开沟器的开沟器
支撑梁以及一端安装在开沟器上的导种管；所述播种机架与挂接架固定连接；所述开沟器支撑梁固定连接在所述播种机架上；所述开沟器设有覆土板，所述开沟器与调节杆一端固定连接；所述调节杆上设有多个销孔，与所述开沟器支撑梁连接，且能够与所述开沟器支撑梁上的杆套进行上下调节；还包括安装在播种机架上的一器多行式的离心式
排种器，所述导种管另一端与所述离心式排种器的出种口相连。
[0010] 可选的，所述控制装置包括安装在车体平台的车载
软件控制系统、控制箱、卫星
定位接收机、
电子罗盘和视觉
传感器；所述软件控制系统提供
硬件通信、控制执行、
算法支持和
人机交互；所述控制箱、视觉传感器、卫星定位接收机和
电子罗盘分别通过USB和串口与软件控制系统连接；所述控制箱包括
数据采集卡、
信号调理模块和电源；还包括与安装在液压马达上的
编码器和安装在播种机架上的随速排种系统；所述编码器与液压马达小轴连接，采集液压马达转速；所述随速排种系统包括与地轮同轴安装的光电码盘、固定在播种机架上的
光电传感器以及安装在播种机架上的
电池和直流
电机，光电码盘和光电传感器采集地轮转速，直流电机输出轴驱动离心式排种器排种；所述编码器和随速排种系统与控制箱电性连接；所述阀组中的
控制阀与控制箱电性连接。
[0011] 可选的，所述液压油箱为长方体结构，所述液压油箱上设有液位液温计，所述车体平台包括
焊接于所述液压油箱顶部两侧的方形
钢板和所述液压油箱的顶部。
[0012] 本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0013] 本发明提供的全液压履带式无人油菜直播机，采用履带式底盘，相对轮式装置具有牵引附着性能好、低震动、低陷地率、原地转弯等优势，而且直播机田间通过性好，对翻耕后的土壤扰动性小，布局紧凑，适用于不同田块大小、不同地势环境特别是丘陵山区的油菜播种作业；本发明采用全液压传动结构，依靠液压马达输出的大
扭矩可以轻松实现履带底盘在田间行走、转向等运动；液压传动平稳、调整控制方便并具有无级调速特性，使得直播机工作稳定且全程可控；本发明搭载控制装置，包括运动控制、升降控制和排种控制，直播机可通过遥控器人工遥控作业；也可结合卫星和视觉组合导航，通过科学准确的作业路径规划，采用行走、避障、播种装置升降和排种速度全自动控制，实现无人驾驶自动作业，减小了劳动强度，保证了播种的效率和
稳定性。
[0014] 本发明搭载集中式排种装置，一个排种器可高效地同时完成多行排种作业。采用随速排种技术，根据直播机行进速度调节排种器转速进而实现稳定播量。本发明液压升降装置采用类三点悬挂设计，可平稳实现播种装置的垂直升降；液压升降装置拉杆两端均采用关节
轴承铰链式连接，播种装置相对底盘可实现水平摆动，为直播机提高无人化自动作业直线性；作业时，播种装置对地面仿形可以保证播深一致性；作业结束后，将播种装置升起，方便在田间行走和爬坡。本发明通过更换播种装置，可实现不同幅宽、不同种植
密度的油菜直播。通过加载排肥装置，还能实现
施肥播种一体化作业，达到一机多用的效果。
附图说明
[0015] 为了更清楚地说明本发明
实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016] 图1是本发明全液压履带式无人油菜直播机的整机机构示意图；
[0017] 图2是图1的俯视图；
[0018] 图3是本发明全液压履带式无人油菜直播机的阀组结构示意图；
[0019] 图4是本发明全液压履带式无人油菜直播机的液压油箱结构示意图；
[0020] 图5是本发明全液压履带式无人油菜直播机的液压升降装置结构示意图；
[0021] 图6是本发明全液压履带式无人油菜直播机的播种装置结构示意图；
[0022] 图7是本发明全液压履带式无人油菜直播机的液压油路示意图；
[0023] 其中，1为底盘、2为驱动轮、3为液压油箱、4为编码器、5为液压马达、6为阀组、7为视觉传感器、8为L型支座、9为升降油缸、10为播种装置、11为悬挂装置、12为车体平台、13为车载电脑、14为油箱盖、15为电子罗盘、16为控制箱、17为卫星定位接收机、18为电瓶、19为汽油发动机、20为皮带轮、21为液压泵、22为吸油硬管、23为管路过滤器、24-1为第一进油口、24-2为第二进油口、25为双向节流阀、26-1为第一液压锁、26-2为第二液压锁、26-3为第三液压锁、27为电磁换向阀、28-1为第一比例换向阀、28-2为第二比例换向阀、29为电磁溢流阀、30为压力表、31为阀组主进油口、32为测压接头、33为油路块、34为升降油缸进油口、35为空气滤清器、36为筋板、37为液压马达泄油口、38为阀组回油口、39为油箱泄油口、40为液位液温计、41为右侧下拉杆、42为油缸塞腔油口、43为左侧下拉杆、44为第一双
耳环铰链座、45为油箱后侧板、46为升降油缸回油口、47为上拉杆、48为关节轴承、49为油缸杆腔油口、50为覆土板、51为开沟器、52为播种机架、53为地轮、54为光电码盘、55为光电传感器、56为第二双耳环铰链座、57为挂接架、58为离心式排种器、59为直流电机、60为电池、61为导种管、62为开沟器支撑梁、63为调节杆、64为液压泵泄油管、65为液压马达泄油管、66为吸油粗滤。
具体实施方式
[0024] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0025] 本发明的目的是提供一种全液压履带式无人油菜直播机，以解决上述现有技术存在的问题，整体采用模块化设计，结构紧凑、轻便灵活、田间通过性好且易于实现自动化控制。整机运行平稳、自动化程度高，可实现无人自动作业的油菜直播的要求。
[0026] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0027] 本发明提供一种全液压履带式无人油菜直播机，包括底盘、液压装置、播种装置与控制装置。直播机采用橡胶履带底盘，通过液压马达驱动。底盘上搭载液压油箱，液压装置和控制装置固定在油箱上，播种装置安装在
机体尾部。直播机采用液压作为动力实现底盘行走、转向和播种装置的升降。通过软件控制系统、电控
液压阀组、卫星定位接收机、视觉传感器、电子罗盘、光电传感器、数据采集卡和
信号处理模块构建的无人控制系统，自动完成对田块地理信息及本机
位置信息进行采集、路径规划与
跟踪、田间掉头和避障、播种装置升降和随速排种等过程。本发明采用模块化设计，结构紧凑、轻便灵活，田间通过性好且易于实现自动化控制。整机重量轻、自动化程度高、可实现无人自动作业的油菜直播的要求。
[0028] 具体参阅图1，并结合图2～7所示，包括底盘1、液压装置、播种装置10与控制装置，其
中底盘1为橡胶履带底盘1，底盘1上搭载液压油箱3；液压油箱3为六块钢板焊接构成的长方体，平放在两侧履带之间，液压油箱3底部与底盘1横梁焊接固定；液压油箱3上设有油箱盖14、空气滤清器35和液位液温计40，油箱顶板设有液压泵吸油口，油箱前侧板设有油箱泄油口39、液压马达泄油口37和阀组回油口38，如图7所示，液压马达泄油口37经有液压马达泄油管65与液压油箱3连通，油箱后侧板45设有升降油缸回油口46；液压油箱3顶部左右两侧焊接有方形钢板，通过多块筋板36支撑，与液压油箱3顶部构成车体平台12；车体平台12焊接多个安装座和定位孔，用于各部件的固定；液压油箱3内部装载液压油，外部搭载液压装置、播种装置10和控制装置，播种装置10通过悬挂装置11安装于车体平台12上，作为液压功能元件的同时起到车体机架的作用，而且结构紧凑，使得整机轻便化。
[0029] 液压装置包括液压站、液压驱动装置和液压升降装置；液压站包括液压油箱3、汽油发动机19、电瓶18、液压泵21、管路过滤器23和阀组6。汽油发动机19和液压泵21通过皮带轮20传动，安装在车体平台12上，使用安装座固定，安装座上设有皮带轮张紧装置；液压泵进油口与吸油硬管22连接；吸油硬管22末端连接吸油粗滤66，没入液压油中；管路过滤器23通过
螺栓连接固定在车体平台12，通过软管连入液压装置主油路，其两端分别与液压泵21和阀组6相连。
[0030] 阀组6包括油路块33、电磁溢流阀29、第一比例换向阀28-1、第二比例换向阀28-2、电磁换向阀27、双向节流阀25、第一液压锁26-1、第二液压锁26-2、第三液压锁26-3、压力表30和测压接头32；油路块33中为长方体结构，通过螺栓固定在油箱前侧板，起到管路集成的作用；电磁溢流阀29等控制阀依次安装在油路块33前侧，其中第一比例换向阀28-1、第二比例换向阀28-2和第一液压锁26-1、第二液压锁26-2、第三液压锁26-3、电磁换向阀27和双向节流阀25皆为
叠加式安装；油路块33上下两侧设有测压接头32、阀组主进油口31、其中一个液压马达5的第一进油口24-1、另一个液压马达5的第二进油口24-2和升降油缸进油口34；
左侧设有压力表30，右侧设有升降油缸进油口34；液压油通过阀组主进油口31进入阀组6，经过控制阀和阀组回油口38回到液压油箱3。
[0031] 液压驱动装置包括两个安装在底盘1上的液压马达5，两个液压马达5的输出轴分别与底盘1的驱动轮2直连，为驱动履带提供转矩；两个液压马达5的第一进油口24-1和第二进油口24-2通过硬管与油路块33的进油口连接，阀组6中的比例换向阀用于控制进入第一进油口24-1和第二进油口24-2的流量，从而控制两个液压马达5输出轴的转速与转向，在两个液压马达5输出转矩的配合下改变机体的
姿态，实现整机的行走和转向。
[0032] 液压升降装置采用类三点悬挂设计，包括安装在液压油箱3后侧的升降油缸9、上拉杆47左侧下拉杆43和右侧下拉杆41，用于实现播种装置10的抬升和降落；上拉杆47、左侧下拉杆43和右侧下拉杆41两端都设有关节轴承48，其中一端通过第一双耳环铰链座44铰接在油箱后侧板45与L型支座8上，另一端与播种装置10铰接；升降油缸9一端耳环与油箱后侧板45上的铰链座铰接，另一端与上拉杆47铰接，油缸
活塞杆的伸缩带动上拉杆47的摆动；油缸塞腔油口42通过软管与阀组6连接，油缸杆腔油口49与油箱连接，依靠阀组6中的电磁换向阀27、液压锁和双向节流阀25来实现油缸的伸缩、停止和浮动状态。直播机作业时，通过控制电磁换向阀27，升降油缸9内部卸荷，播种装置10可贴合地面上下浮动，实现播种装置10对地面仿形。
[0033] 播种装置10包括设有第二双耳环铰链座56的挂接架57，挂接架57焊接在播种机架52上，播种机架52上安装有地轮53和一器多行型离心式排种器58，排种器的出种口与导种管61一端相连，导种管61另一端安装在开沟器51中；多个开沟器51均匀地安装在开沟器支撑梁62上，开沟器51通过连接调节杆63可以实现高度调节；排种器将
种子从出种口排出，种子受重力经过导种管61滑落到开沟器51形成的沟中，再由覆土板50覆土。
[0034] 控制装置用于控制液压驱动装置、液压升降装置和播种装置10的动作，其包括车体平台12搭载的车载软件控制系统、控制箱16、视觉传感器7、卫星定位接收机17、电子罗盘15，安装在液压马达5上的编码器4和播种装置10上安装的的随速排种系统。
[0035] 车载软件控制系统为车载电脑13，其给本发明提供硬件通信、控制执行、算法和人机交互支持；控制箱16、视觉传感器7、卫星定位接收机17和电子罗盘15分别通过USB和串口与软件控制系统连接，视觉传感器7和电子罗盘15通过支撑杆以可拆卸式和可调节式分别装设在车体平台12的前部和中部，控制箱16包括数据采集卡、信号调理模块和电源；编码器4、随速排种系统和阀组6中的控制阀皆与控制箱16电性连接；编码器4与液压马达5尾端小输出轴同轴连接，采集液压马达5转速；随速排种系统包括与地轮53同轴安装的光电码盘
54、固定在播种机架52上的光电传感器55以及安装在播种机架52上的电池60和直流电机
59，光电码盘54和光电传感器55采集地轮53转速，软件控制系统和控制箱16处理数据并控制直流电机59转速，实现播种装置10自动随速排种。
[0036] 本发明工作时，电磁溢流阀29通电，使液压系统卸荷，此时电启动汽油发动机19为无负载安全启动，稳定运行后使电磁溢流阀29断电，液压系统恢复工作压力。发动机通过皮带轮20传动带动液压泵21工作，液压泵21从油箱将液压油泵出，泵出的油经过管路过滤器23过滤后到达阀组6，阀组6将液压油根据控制分配到液压马达5和升降油缸9。液压泵21上通过液压泵泄油管64与液压油箱3连通；当控制装置向比例换向阀输出模拟量信号(AO)，此时液压马达5带动履带转动，两边履带速度同步时，机体直线行走，机体转向由两边履带的转速差实现；同时，调节该
控制信号模拟量的大小还可以改变机体的行走速度。在行进过程中，若需要停车，控制装置将逐渐减小输出到比例换向阀的控制信号，使行走速度逐渐减小直到机体停止，避免突然抱死由惯性引起机体急冲；直播机在斜坡停止时，液压锁闭锁液压马达5油路中的油液，使车体不会因自重下滑。当直播机田间作业时，控制装置给定电磁换向阀27控制信号A，升降油缸9内部卸荷，播种装置10对地面仿形，光电传感器55和光电码盘
54采集地轮53转速，控制装置根据地轮53转速控制排种速度；作业结束后，控制装置给定电磁换向阀27控制信号B，升降油缸9将播种装置10抬起，当控制信号置零，液压锁闭锁油缸中的油液，使播种装置10不会因自重下降，上述液压控制系统采用现有技术中的液压
操作系统进行控制，液压油路简图参考图7，通过图7的液压油路连通方式，可以方便快捷的进行液压系统的控制操作。
[0037] 进一步的，本发明一种全液压履带式无人油菜直播机通过车载软件控制系统具有多种作业模式，包括人工遥控模式和无人驾驶全自动模式。在人工遥控模式下，遥控器向控制装置发出控制指令，车载软件控制系统中的执行层将控制指令解析并传输给通信层的数据采集卡，通过数据采集卡输出相应控制信号，实现对直播机运动、播种装置10升降和排种过程的遥控。
[0038] 本发明所提供的无人驾驶全自动模式包括环境信息获取、路径规划、路径跟踪、田间避障、随速排种和人机交互等过程。本发明无人驾驶自动作业的一般实施例为：车载软件控制系统通过USB和串口与卫星定位接收机17、电子罗盘15和视觉传感器7通信，分别实时获取定位信息、航向信息和田间图像信息，并将信息融合解算得到直播机的位置信息。将预作业田块的边界信息输入系统，或通过人工遥控直播机绕田块一周采集田块边界信息，车载软件控制系统根据田块大小和作业要求自动规划全局路径。结合直播机位置信息和规划路径信息实时计算直播机与作业路径的航向偏差和航位偏距，结合编码器4采集的履带转速信息，根据路径跟踪纠偏算法得到控制量，通过与数据采集卡通信以驱动直播机行走、转向以实现路径跟踪。作业过程中，车载软件控制系统通过光电传感器55和光电码盘54实时采集地轮53转速，并根据随速排种算法控制直流电机59转速，实现自动播种。软件控制系统内嵌田头线识别算法和障碍物检测算法，通过处理所采集田间图像信息分析田间情况，并结合路径跟踪算法和局部动态路径规划以实现直播机田间掉头和避障。同时，车载软件控制系统还提供人机交互界面和导航信息存储功能，用于导航信息设置、显示和存储，实现无人作业过程
可视化，便于开展后期研究和提高人机交互体验。
[0039] 进一步的，本发明所提供的一种全液压履带式无人油菜直播机软件控制系统还预留通信
接口，以供搭载其他的传感器和执行装置，以便实现对本发明的进一步优化。
[0040] 本发明所提供的一种全液压履带式无人油菜直播机还可以搭载其他的播种装置10，若更换播种装置10，则需将挂接装置与液压升降装置配合连接。通过更换播种装置10，可实现不同幅宽、不同种植密度的油菜直播，通过加载排肥装置，还能实现施肥播种一体化作业，达到一机多用的效果。
[0041] 本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本
说明书内容不应理解为对本发明的限制。
