Сельскохозяйственный комплекс с системой управления и направления маневров и способ, осуществляемый таким комплексом - заявка 2016143189 на патент на изобретение в РФ

1. Комплекс, включающий в себя в качестве составных рабочих компонентов трактор (2) и по меньшей мере одну буксируемую или полунавесную сельскохозяйственную машину (3,3',3''), сцепленную напрямую с указанным трактором (2) или с предыдущей машиной (3,3') в комплексе при помощи по меньшей мере одного шарнирного соединения (4,4',4''), при этом указанный комплекс (1) содержит также систему управления и направления маневров, в частности, разворотов, содержащую по меньшей мере один блок (5,5') вычисления и управления, встроенный в прицепную машину или одну из прицепных машин (3,3',3'') и связанный по меньшей мере с одним датчиком (6,6',6''), передающим в него текущие взаимные относительные положения двух компонентов (2,3; 3,3'; 3',3'') каждой пары рабочих компонентов (2,3,3',3'') комплекса, соединенных между собой при помощи шарнирного соединения (4,4',4''), а также с блоком (7) контроля и управления трактором (2) и/или с интерфейсом (8) связи, в частности, индикации и, возможно, управления для связи с трактористом, и также по меньшей мере с одним средством (9) параметризации или программирования дополнительных функциональных компонентов (6,6',6'',7,8,9), причем эти дополнительные функциональные компоненты, с которыми связан вышеупомянутый блок (5,5') вычисления и управления, тоже являются частью системы управления и направления маневров, отличающийся тем, что
блок (5,5') вычисления и управления прицепной сельскохозяйственной машиной (3) или одной из прицепных сельскохозяйственных машин (3',3'') представляет собой главный блок системы управления и направления маневров и предпочтительно комплекса (1), и
указанный блок выполнен с возможностью под контролем программы, адаптированной для управления маневрами:
вычислять заданную траекторию по меньшей мере для одного предстоящего маневра, начинаемого автоматически или трактористом, на основе предварительно запрограммированных параметров, относящихся к характеристикам и физическим величинам трактора (2) и прицепной машины или прицепных машин (3,3',3''), к задачам и/или к условиям осуществляемой сельскохозяйственной работы и к обрабатываемому участку, а также к выбору работы комплекса (1), с применением алгоритма предсказания траекторий и алгоритма оптимизации заданных значений траекторий, а также
автоматически выполнять указанный маневр или содействовать полуавтоматическому выполнению указанного маневра, причем, возможно, многократно, управляя трактором (2) напрямую или через его блок (7) контроля и управления и определяя во время маневра отклонения между заранее определенной заданной траекторией и реальной или текущей оценочной траекторией с целью их автоматической коррекции или оповещения тракториста в полуавтоматическом режиме, возможно, после вычисления маневров для коррекции траектории при помощи соответствующего алгоритма.
2. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один дополнительный датчик (10) на тракторе (2), выполненный с возможностью передачи информации об угле поворота управляемых колес (2'), скорости вращения ведущих колес (2''), абсолютной скорости движения, положении по высоте его трехточечной сцепки и/или скорости вращения его механизма отбора мощности.
3. Комплекс по п. 1 или 2, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере две сельскохозяйственные машины (3,3'), прицепленные последовательно одна за другой к трактору (2), при этом первая машина (3) из данной последовательности соединена с трактором (2) напрямую и является буксируемой, навесной или полунавесной, и вторая машина (3'), а также возможные следующие машины (3'') шарнирно соединены с машиной (3,3'), соответственно находящейся перед ними, при этом по меньшей мере один датчик (6,6',6''), выдающий сигнал указания взаимного относительного положения двух рабочих компонентов (2, 3,3',3''), соединенных между собой через шарнирное соединение (4,4',4''), подсоединен или установлен на указанном шарнирном соединении или на каждом шарнирном соединении (4,4',4'').
4. Комплекс по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что указанное шарнирное соединение или каждое шарнирное соединение (4,4',4'') имеет по меньшей мере одну степень свободы в виде возможности поворота вокруг оси поворота, вертикальной и/или перпендикулярной к земле, при этом указанный датчик или некоторые датчики, или каждый датчик (6,6',6''), связанный(ые) с шарнирным соединением или с шарнирными соединениями (4,4',4''), выдает(ют) сигнал, указывающий на конфигурацию соответствующего(их) шарнирного соединения или шарнирных соединений (4,4',4'') относительно соответствующей оси вращения.
5. Комплекс по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что трактор (2) и/или по меньшей мере одна из буксируемых сельскохозяйственных машин (3,3',3'') оснащены антенной (11,11') геолокации, данные из которой поступают в главный блок (5) вычисления и управления и обрабатываются этим блоком в автоматическом режиме и/или выводятся на интерфейс (8) связи.
6. Комплекс по любому из пп. 3-5, отличающийся тем, что главный блок (5) вычисления и управления, а также, в случае необходимости, антенна (11) геолокации установлены на первой сельскохозяйственной машине (3), напрямую соединенной с трактором (2), когда она является буксируемой или полунавесной.
7. Комплекс по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что главный блок (5) вычисления и управления соединен с силовым интерфейсом (12) управления трактора или с его блоком (7) контроля и управления через шину (13) связи, при этом шина (13) обеспечивает также передачу данных между этим главным блоком (5) и другими функциональными компонентами (8, 10, 11') указанной системы управления и направления, которыми может быть оснащен трактор (2).
8. Комплекс по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что интерфейс (8) связи с трактористом дополнительно содержит средство выбора режима работы из режимов работы с полностью автоматическим управлением, полуавтоматическим управлением и ручным управлением.
9. Способ автоматического или полуавтоматического управления маневрами, в частности, разворотами шарнирного или многошарнирного комплекса (1), включающего в себя трактор (2) и по меньшей мере одну буксируемую или полунавесную сельскохозяйственную машину (3,3',3''), сцепленную напрямую с указанным трактором (2) или с предыдущей машиной в комплексе при помощи по меньшей мере одного шарнирного соединения (4,4',4''), а также систему управления и направления маневров, в частности, разворотов, содержащую один блок (5,5') вычисления и управления, встроенный в указанную прицепную машину или одну из прицепных машин и связанный по меньшей мере с одним датчиком (6,6',6''), передающим в него текущие взаимные относительные положения двух компонентов каждой пары рабочих компонентов (2, 3,3',3'') комплекса (1), соединенных между собой при помощи шарнирного соединения (4,4',4''), а также с блоком (7) контроля и управления трактора (2) и/или с интерфейсом (8) связи, в частности, индикации и, возможно, управления для связи с трактористом, и также по меньшей мере с одним средством (9) параметризации или программирования, причем эти дополнительные функциональные компоненты (6,6',6'',7,8,9) тоже являются частью указанной системы управления и направления маневров,
отличающийся тем, что при помощи блока (5) вычисления и управления рассматриваемой сельскохозяйственной машины (3), действующего как главный блок указанной системы управления и направления маневров комплекса (1), и при исполнении программы, адаптированной для управления маневрами вычисляют заданную траекторию по меньшей мере для одного предстоящего маневра, начинаемого автоматически или трактористом, на основе предварительно запрограммированных параметров, относящихся к надлежащим конструктивным, функциональным и размерным характеристикам трактора (2) и прицепной машины или прицепных машин (3,3',3''), к задачам и/или к условиям осуществляемой сельскохозяйственной работы и к обрабатываемому участку, а также к выбору работы комплекса (1), с применением алгоритма предсказания траекторий и алгоритма оптимизации заданных значений траекторий,
затем автоматически осуществляют указанный маневр или содействуют полуавтоматическому исполнению указанного маневра, причем, в случае необходимости, многократно, при этом управляют трактором (2) напрямую или через его блок (7) контроля и управления и определяют во время маневра отклонения между заранее определенной заданной траекторией и реальной или текущей оценочной траекторией с целью их автоматической коррекции или оповещения тракториста в полуавтоматическом режиме, возможно, после вычисления показателей коррекции траектории при помощи соответствующего алгоритма.
10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что в режиме полуавтоматического управления маневром для оператора, находящегося в тракторе (2), и предпочтительно при помощи устройства индикации, являющегося частью интерфейса (8) связи, выводят предписанную заданную траекторию, в случае необходимости, скорректированную или обновленную в ходе маневра в зависимости от положения трактора (8), сельскохозяйственной машины (3,3',3'') и/или комплекса (1), и разрешают оператору осуществить маневр в пределах условий обстановки и безопасности, а также физических, кинематических и механических возможностей комплекса (1), при этом блок (5) вычисления и управления рассматриваемой сельскохозяйственной машины (3) предоставляет помощь для принятия решения в виде рекомендованной траектории и, возможно, более или менее подробных указаний для осуществления действий с целью управления маневром и/или коррекции траектории.
11. Способ по п. 9, отличающийся тем, что в автоматическом режиме управления маневром при помощи главного блока (5) учитывают данные, поступающие по меньшей мере от одной антенны (11,11') геолокации, которой оснащен трактор (2) или по меньшей мере одна из прицепных машин (3',3'').
12. Способ по любому из пп. 9-11, отличающийся тем, что перед обработкой поля, предпочтительно сразу после формирования комплекса (1) с целью простой или сложной работы производят параметризацию алгоритма вычисления траекторий, вводя в главный блок (5) различные функциональные, конструктивные и размерные характеристики трактора (2) и сельскохозяйственной машины или других сельскохозяйственных машин данного комплекса (1).
13. Способ по любому из пп. 9-12, отличающийся тем, что для каждого шарнирного соединения (4,4',4'') учитывают по меньшей мере одну степень свободы в виде возможности поворота вокруг оси вращения вертикальной и/или перпендикулярной к земле, при этом указанный датчик, некоторые датчики или каждый датчик (6,6',6''), связанный(ые) с указанным шарнирным соединением или шарнирными соединениями (4,4',4''), выдает сигнал, указывающий на конфигурацию соответствующего(их) шарнирного(ых) соединения(ий) (4,4',4'') относительно соответствующей оси вращения.
14. Способ по п. 12 или 13, отличающийся тем, что во время фазы параметризации алгоритма вычислений траекторий используют следующие характеристики и физические величины:
максимальный угол поворота трактора (2),
максимальные значения ширины компонентов (2, 3,3',3'') комплекса (1),
требуемая скорость движения во время маневра,
максимальная угловая скорость поворота управляемых колес трактора (2),
максимальные углы складывания или поворота между компонентами (2, 3,3',3'') комплекса,
расстояние между задним мостом компонента комплекса (1) и точкой сцепки со связанным с ним следующим компонентом,
расстояние между задним мостом прицепного компонента и его точкой сцепки с предыдущим компонентом,
базы компонентов кинематической системы, образованной комплексом (1),
направление поворота: правое или левое.
15. Способ по любому из пп. 11-14, отличающийся тем, что выполняют параметризацию алгоритма оптимизации траектории с учетом преследуемых задач оптимизации, таких как, например, минимизация времени работы, минимизация расстояния, проходимого одним из компонентов (2, 3,3',3'') комплекса (1) во время маневра, и/или минимизация по меньшей мере одного геометрического размера, характеризующего пространство маневра, например, такого как ширина краевой полосы в случае разворота.
16. Способ по любому из пп. 11-15, отличающийся тем, что выполняют параметризацию алгоритма оптимизации траектории в случае управления разворотами путем указания требований к исполнению, например, таких как задание точки входа и/или точки выхода в зоне обработки почвы или культуры или задание максимальной допустимой ширины краевой полосы, соответствующей определенному кратному, например, 2 или 3, рабочей ширины самой широкой сельскохозяйственной машины (3,3',3'') комплекса (1).
17. Способ по любому из пп. 10-16, отличающийся тем, что во время маневра, контролируемого по вычисленной и оптимизированной заданной траектории, учитывают данные, выдаваемые различными датчиками (6,6',10), установленными на тракторе (2) и/или сельскохозяйственной(ых) машине(ах) (3,3',3''), и/или связанными с шарнирным соединением или различными шарнирными соединениями (4,4',4'') между компонентами (2, 3,3',3'') комплекса (1).
18. Способ по любому из пп. 11-17, отличающийся тем, что во время контролируемого исполнения маневра в соответствии с вычисленной и оптимизированной заданной траекторией учитывают данные, выдаваемые системой геолокализации, по меньшей мере одна соответствующая антенна (11,11') которой установлена на сельскохозяйственной машине (3), содержащей главный блок (5), на другой сельскохозяйственной машине (3',3'') комплекса (1) или на тракторе (2), и, в случае необходимости, определяют отклонения с предписанной заданной траекторией и отображают их и даже, в случае необходимости, вычисляют, и указывают оператору компенсационные меры, и/или корректируют их автоматически.
19. Способ по любому из пп. 11-18, отличающийся тем, что указанный маневр осуществляют под контролем главного блока (5) путем передачи команд из последнего в силовой интерфейс (12) управления трактора (2) для управления, в частности, системами поворота, ускорения и торможения указанного трактора (2).
Наверх