Система автоматического вождения сельскохозяйственного агрегата по заданной траектории

 

Использование: в сельскохозяйственном машиностроении. Система содержит в передней части агрегата ориентир-водитель , выполненный в виде планки, закрепленной на вертикальной оси с электронным датчиком отклонения, чувствительным эле2 ментом которого является приемопередатчик дальномера, направленный перпендикулярно продольно оси стрелки и соединенный через схемы обработки сигнала правого и левого отклонений с инвертирующими и неинвертирующими входами пары компараторов, выходы которых соединены с электромагнитами переключающего злектрогидрораспределителя, сообщенного гидравлически с гидроцилиндром поворота управляемых колес агрегата через полости поршневого мотор-насоса, шток которого соединен кинематически с приемопередатчиком дальномера через планку ориентирводителя, что обеспечивает вождение с.х. агрегата по равносигнальным линиям электромагнитного поля и повышение точности автоматического вождения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

СО Оз сОВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕ-СКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю А 01 В 69/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

В (21) 4931117/15 (22) 25,04,91 (46) 30.05.93. Бюл. N 20 (71) Украинский научно-исследовательский институт сельскохозяйственного машиностроения (72) Ф.А.Черняков и А,С.Кашурко (56) Авторское свйдетельство СССР

N 511892, кл. А 01 В 69/04, 1976. (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО ВОЖДЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО АГРЕГАТА ПО ЗАДАННОЙ ТРАЕКТОРИИ (57) Использование: в сельскохозяйственном машиностроении. Система содержит в передней части агрегата ориентир-водитель, выполненный в виде планки, закрепленной на вертикальной оси с электронным датчиком отклонения, чувствительным элеИзобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к системам направления тракторов по ориентирующим линиям.

Целью изобретения является повышение точности автоматического вождения.

На фиг,1 изображена схема системы автовождения сельскохозяйственного агрегата по заданной траектории; на фиг.2— графики сигнальных токов основного и вспомогательного контуров парафазного дальномера в зависимости от разности фаз измерительного и сигнального токов и дальности от ориентира.

Система автоматического вождения сельскохозяйственного агрегата содержит ориентир-водитель 1 B виде корпуса и планки 2, подвешенной на вертикальной оси к раме 3 агрегата в передней зоне обзора

„„Я „„1817958 А1 ментом которого является приемопередатчик дальномера, направленный перпендикулярно продольно оси стрелки и соединенный через схемы обработки сигнала правого и левого отклонений с инвертирующими и неинвертирующими входами пары компараторов, выходы которых соединены с электромагнитами переключающего электрогидрораспределителя, сообщенного гидравлически с гидроцилиндром поворота управляемых колес агрегата через полости поршневого мотор-насоса, шток которого соединен кинематически с приемопередатчиком дальномера через планку ориентирводителя, что обеспечивает вождение с.х. агрегата по равносигнальным линиям электромагнитного поля и повышение точности автоматического вождения. 2 э.п. ф-лы, 2 ил.

CO механизатора и направленной по курсу движения. На планке 2 установлен корпус ориентир-водителя 1, в котором размещен сО электронный датчик 4 отклонения — приемо- Qg передатчик дальномера, например пара- ©y фазного светодальномера типа КДГ-З, МСД-1М и др. Дальномер находится в оптической связи с ориентиром — уголковым отражателем 5, раеположенным на плантации, где осуществляется перемещение агрегата. В таком случае ось оптической системы 6 дальномера датчика 4 расположена перпендикулярно продольной оси планки 2.

Датчик 4 имеет генератор 10 масштабной частоты (150, 1549 МГц) и импульсный генератор 11 низкой частоты (80 Гц) манипуляции фазы масштабной частоты, выходы

1817958

10

55 которых соединены с входом фазового манипулятора 9, изменяющего форму масштабной частоты на 180 с частотой импульсов генератора 11, Выход фазового манипулятора 9 через усилитель 8 соединен со светодиодом 7, излучающим промодули-. рованный по интенсивности и по фазе световой поток через оптическую систему 6 в сторону уголкового отражателя 5, Кроме того, датчик 4 имеет принимающий отраженный световой поток через ту же оптическую систему 6, фотоприемник 14— фотоэлектронный умножитель с внешним электродом — диафрагмой 15, к которому электрически подсоединен выход генератора 10 масштабной частоты через фазовращатель 12 и усилитель 13, Анод фотоприемника 14 соединен электрически через усилитель 16 низкой частоты с синхронным детектором 17, вход которого соединен с выходом импульсного генератора

11. На выходе синхронного детектора 17 установлен стрелочный нуль-индикатор 18 с размыкающим контактом (выключателем)

19.

Y. нуль-индикатору 18 подключены схемы 20 и 21 обработки сигналов выходных токов И и iz основного и вспомогательного контуров модулятор-демодулятор; 10, 9, 8, 7 — 10, 12, 13, 15, 14, 16, 17 и 11; 10, 9, 8, 7 — 10, 12, 13, 15, 14, 16, 11, 17 соответственно.

Каждая из схем 20 и 21 является схемой обработки сигнала соответственно правого и левого отклонений агрегата и имеет по фильтру 23 нижних частот, а одна из них— линию 22 задержки нв половину периода частоты импульсного генератора 11. Выход схемы 20 обработки сигнала правого отклонения агрегата соединен с инвертирующим входом компаратора 24 сигнала направления агрегата вправо и с неинвертирующим входом компаратора 25 сигнала направления агрегата влево. Выход схемы 21 обработки сигнала левого отклонения агрегата соединен с инвертирующим входом компаратора 25 сигнала направления агрегата влево и с неинвертирующим входом компаратора 24 сигнала направления агрегата вправо.

Компараторы 24 и 25 построены, например, нэ операционных усилителях А2030, выходные параметры которых по напряжению и току согласуются с электрическими . параметрами электрогидрораспределителя

26, например, типа 3СУ-8 с катушками электромагнитов 27 и 28 его включения. Выход компаратора 24 соединен с катушкой электромагнита 27, а выход компаратора 25 — с катушкой электромагнита 28. Схемы 20 и 21 обработки сигналов левого и правого отклонений агрегата, компараторы 24 и 25, электромагниты 27 и 28, а также соединительные провода 30 образуют каналы сигналов соответственно правого и левого направлений агрегата, Электросхема запитана от аккумулятора 29 агрегата.

Планка 2 ориентир-водителя 1 соединена кинематически со штоком поршневого мотор-насоса 45. На штоке тандемом установлены два поршня, образующие в цилиндре мотор-насоса 45 с перегородкой между ними четыре полости 46 — 49. Полости 48 и 49 сообщены маслопроводами 33 и 35 с управляющими каналами электрогидрораспределителя 26 и являются переменными полостями гидромотора, Полости 46 и 47 являются переменными полостями насоса и сообщены маслопроводами 34, 41 и 36, 42 с поршневой и штоковой полостями гидроцилиндра 44 исполнительного механизма направления агрегата, выполненного, например, в виде управляемого колеса 43.

Объем каждой из полостей мотор-насоса 45 в несколько раз меньше объема полостей гидроцилиндрэ 44, С гидроцилиндром 44 маслопроводами 39 и 40 сообщен и узел 50 дистанционного корректирования статизма вождения и рулевого управления. Узел 50 дистанционного корректирования статизма вождения и рулевого управления сообщен с баком 60 через напорный маслопровод 32 и насос 52, а также по сливному маслопроводу 38 и через фильтр 56 или перепускной клапан 58. Напорный и сливной соответственно маслопроводы 32 и 38 соединены через предохранительный клапан 54.

Злектрогидрораспределитель 26 сообщен с баком 59 через напорный маслопровод 31 и насос 51, э также по сливному маслопроводу 37 и через фильтр 55 или перепускной клапан 57, Напорный и сливной маслопроводы 31. и 37 соответственно соединены через предохранительный клапан 53.

Ориентиры-уголковые отражатели 5 размещены нэ плантации, например, сахарной свеклы в двух пунктах, расстояние между которыми равно половине ширины захвата агрегата и так, что величины углов оптических секторов приемоизлучения составляют 180О, но направлены противоположно друг другу.

Механизатор при ручном вождении устанавливает (например, посевной) агрегат в исходное положение и включает контактом

19 стрелочный нуль-индикатор 18. При этом высокочастотный генератор 10 масштабной частоты и низкочастотный импульсный генератор 11 подают свои напряжения в фазовый манипулятор 9, в котором фаза

1817958 масштабной частоты скачком изменяется на

180ос частотой следования импульсов генератора 11 и после усиления в усилителе 8. подается на светодиод 7, излучающий поэтому промодулированный по интенсивно- 5 сти и фазе световой поток через оптическую систему 6 в сторону уголкового отражателя

5. Отраженный луч оптическая система 6 направляет на катод фотоэлектронного умножителя — фотоприемник 14, который де- 10 модулирует световой поток, т,к. к его внешнему электроду 15 приложено измерительное напряжение, поступающее через усилитель 13 и фазовращатель 12 от генератора 10 масштабной частоты. В результате 15 взаимодействия фототока, образованного отраженным лучом с модулирующим напряжением, поданным на электрод 15, в анодной цепи фотоэлектронного умножителя— фотоприемника 14 возникают "сигнальные" 20 токи i1 и!2, чередующиеся счастотой импульсного генератора 11. После усиления в усилителе 16 они подаются на синхронный детектор 17, на который подается и напряжение с импульсного генератора 11. Под 25 действием сигналов импульсного генератора 11 в детекторе 17 происходит синхронно с работой фазового манипулятора 9 изменение направления тока, протекающего через нуль-индикатор 18. Из-за инерционности 30 нуль-индикатора 18 его показания равны разности противоположно направленных чередующих токов!1 и i2.

Известно, что

i1 = А+ Bcos(p> — <Щ +а) и iz = А — Bcos ((Р1 — p2 +а), где A — коэффициент, зависящий от напряжения питания; 40

 — коэффициент, зависящий от прозрачности атмосферы;

p1 — фаза модуляции светового потока на выходе из светодиода 7; — фаза модуляции светового пото- 45 ка HG входе в фотоприемник 14 после пробега до уголкового отражателя 5 и обратно зависит от величины пробега; а — разница фаз между р1 и фазой измерительного напряжения (массштабной 50 частоты), приложенного к внешнему электроду 15, т,е. разность фаз работы модулятора и демодулятора, которую механизатор подрегулировал рукояткой фазовращателя

12. 55

Откуда 11= !2 при p> — р2 +а=90 (или

270) .

Поэтому в исходном положении агрегата механизатор вращением рукоятки фазовII ращателя 12 изменяет параметр„а до совмещения стрелки нуль-индикатора 18 с нулем.

Этим он уравнивает по модулю токи I > и iz за счет различия их фаз на 90О, когда движение стрелки к нулю совпадает с направлением вращения ручки фазовращателя 12 (при встречном движении рукоятки и стрелки—

270О).

После этого механизатор размыкает контакт 19 и включает рабочую скорость движения агрегата. При отклонении агрегата влево (вправо) от дуги окружности с центром в оптическом центре уголкового отражателя 5 радиус движения агрегата и оптического центра дальномера — датчика 4, а также фаза р2 увеличивается (уменьшается). Поэтому аргумент косинуса (pi — pz + а) становится меньше(больше)

90 и пульсирующий в схеме 21 обработки

l сигнала левого отклонения агрегата ток i< будет больше (меньше) тока lz, пульсирующего в схеме 20 обработки сигнала правого

>> .И отклонения агрегата на величину i1, ((2 ), показанную на графике (фиг,2). Поэтому после совмещения пульсаций токов i> и 6 во времени линией 22 задержки и сглаживания фильтрами 23 нижних частот, их потенциалы на неинвертирующем входе компаратора 24 сигнала направления агрегата вправо и на инвертирующем входе компаратора 25 сигнала направления агрегата влево будут больше (меньше), чем на неинвертирующем входе компаратора 25 и инвертирующем входе компаратора 24, В результате на выходе компаратора 24 (25) появляется напряжение, близкое к напряжению аккумуляторной батареи 29, и ток, определяемый сопротивлением катушки электромагнита 27 (28) электрогидрораспределителя 26, а на выходе компаратора 25 (24) они равны нулю, Электромагнит 27 (28) смещает плунжер электрогидрораспределителя 26 на подачу масла от насоса 51 через маслопровод 33 (35) в полость 48 (49) поршневого мотор-насоса 45. B результате шток мотор-насоса 45 смещается и поворачивает планку 2 ориентир-водителя 1 вместе с оптическим центром датчика 4 вправо (влево) до восстановления начального значения фазы щ, I I и равенстватоковi1 и i2. При этомэлектрические потенциалы на входах компараторов 24,25 уравниваются, напряжение и ток на выходах компараторов 24, 25 исчезают и плунжер электрогидрораспределителя 26 устанавливается пружинами в нейтральное положение, запирая маслопроводы 33 и 35. Так осуществляется прямая и обратная связи в системе, 1817958

Одновременно с изменением обьемов полостей 48 и 49 мотор-насоса 45 изменяются и объемы полостей 46 и 47, При отклонении ориентир - водителя 1 вправо (влево ) и увеличении объема полости 48(49) уменьша- 5 ется объем полости 47 (46). Масло из полости 47 (46) по маслоправодам 36 и 42 (34 и

41) вытесняется в штоковую (поршневую) полость гидроцилиндра 44, втягивая (выталкивая) его шток, который поворачивает уп- 10 равляемое колесо 43 вправо (влево) пропорционально отклонению ориентирводителя 1 и задает тем самым соответствующее направление перемещения сельскохозяйственного агрегата. 15

При вращении рулевого колеса узла 50 дистанционного корректирования статизма вождения и ручного управления, например, вправо (влево) порция масла, пропорциональная углу поворота рулевого колеса, по- 20 ступает от насоса 52 по маслопроводам 32, 39, 42 (32, 40, 41) в штоковую (поршневую) полость гидроцилиндрв 44 и суммируется с порцией масла от мотор-насоса 45. Но каждая из полостей мотор-насоса 45 в несколь- 25 ко раз меньше соответствующих полостей гидроцилиндра 44, т,к, при автовождении колебания колеса 43 от заданного направления невелико (1 — 3 ), а полное отклонение при ручном вождении до 40 . Поэтому меха- 30 низатор без дополнительных манипуляций простым вращением рулевого колеса может при необходимости направить агрегат по нужному направлению и без отключения системы автовождения, 35

При междурядных обработках механизатор устанавливает культиваторный агрегат в исходное положение, как и на посеве, а затем на самой малой скорости и при ручном вождении астора>кно заводит рабочие 40 . органы культиватора в междурядья симметрично относительно рядков и останавливает агрегат. Затем замыкает контакт 19, выставляет стрелку нуль-индикатора 18 на нуль, размыкет контакт 19 и включает рабочую 45 скорость. Агрегат движется в автоматическом режиме, как и при посеве, воспроизведя ту же траекторию. При обнаружении статического смещения от рядков при любой причине механизатор чуть доворачива- 50 ет руль в необходимом направлении; подавая соответствующую порцию масла в гидроцилиндр 44 и доворачивая колесо 43 до устранения статизма. При дальнейшем автоматическом вождении система откло- 55 няет колесо 43 в ту или иную сторону от его нового исходного положения.

Точное направление пропашного культиватора на плантации сахарной свеклы позволяет уменьшить ширину защитной зоны со180-200 мм до 80-40 мм и количество сорняков в 2-5 раз, Поданным Всесоюзного научно-исследовательского института сахарной свеклы (ВНИС) средняя засоренность плантаций сахарной свеклы (115 шт. сорняков на 1 м ) приводит к потере урожая

2 на 12,4 т/га, Поэтому уменьшение количества сорняков в 3,5 раза за счет соответствующего уменьшения защитной зоны увеличивает урожай на 10,5 т/га.

Формула изобретения.

1, Система автоматического вождения сельскохозяйственного агрегата по заданной траектории, содержащая переключаюший электрогидрораспределитель, гидроцилиндр исполнительного механизма направления движения агрегата, гидравлически сообщенный с узлом дистанционного корректирования статизма и ручного управления, ориентир-водитель с датчиком отклонения и блок связи датчика отклонения с переключающим злектрогидрораспределителем, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности автоматического вождения, она снабжена дозирующим поршневым мотор-насосом, правая и левая полости которого гидравлически связаны соответственно с линиями переключающего электрогидрораспределителя и полостями гидроцилиндра исполнительного механизма направления движения агрегата, при этом ориентир-водитель выполнен в виде корпуса, в котором размещен датчик отклонения и планки, один конец которой жестко соединен с корпусом;средняя часть кинематически связана со штоком дозирующего поршневого мотор-насоса, а на противоположном конце установлен шарнир для закрепления планки на раме агрегата, причем блок связи датчика отклонения с переключающим электрогидрораспределителем включает компараторы сигналов левого и правого направления движения агрегата и схемы обработки сигнала правого и левого отклонения агрегата, выход каждой из которых соединен с инвертирующим входом компаратора сигнала одноименного направления движения агрегата и с неинвертирующим входом компаратора сигнала противоположного направления движения агрегата, а выход каждого компаратора подключен к катушке электомагнита включения электрогидрораспределителя на подачу масла для одноименного направления движения агрегата, при этом датчик отклонения выполнен в виде приемопередтчика дальномера, выходы которого связаны с входами схем обработки сигнала левого и правого

1817958 отклонения агрегата, а оптическая ось перпендикулярна продольной оси планки ориентир-вбдителя.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что на входе одной из схем обработки сигнала отклонения агрегата включена линия задержки, 3. Система по пп.1и2,,о т л и ч а ю щ а яс я тем, что на выходе каждой схемы обра5 ботки сигнала отклонения агрегата включен сглаживающий фильтр.