本發(fā)明涉及一種智能割灌機(jī)控制系統(tǒng)與方法，屬于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前割灌基本采用人工的方法，采用背負(fù)式割灌機(jī)械割灌的也很少，能夠自動(dòng)割灌的智能型割灌機(jī)目前還沒(méi)有出現(xiàn)。

采用人工割灌勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，且隨著人工成本的不斷提高，采用人工割灌的經(jīng)濟(jì)效益會(huì)越來(lái)越差；背負(fù)式割灌機(jī)雖然割灌效率有所提高，但仍未擺脫勞動(dòng)強(qiáng)度大，人工成本高、經(jīng)濟(jì)效益差的困擾。

模糊控制是一類應(yīng)用模糊集合理論的控制方法，它沒(méi)有像經(jīng)典控制理論那樣：把實(shí)際情況加以簡(jiǎn)化從而建立起數(shù)學(xué)模型。而是，通過(guò)人的經(jīng)驗(yàn)和決策進(jìn)行相應(yīng)的模糊邏輯推理，并且用具有模糊性的語(yǔ)言來(lái)描述整個(gè)時(shí)變的控制過(guò)程。對(duì)于移動(dòng)中割灌機(jī)避障這樣一個(gè)復(fù)雜的事件，用經(jīng)典控制理論建立起的數(shù)學(xué)模型將會(huì)非常粗糙的，而模糊控制則把經(jīng)典控制中被簡(jiǎn)化的部分也綜合起來(lái)考慮了。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的技術(shù)方案提供了一種智能割灌機(jī)控制系統(tǒng)與方法，用于實(shí)現(xiàn)有效的割灌機(jī)控制和管理。

本發(fā)明的技術(shù)方案包括一種智能割灌機(jī)控制系統(tǒng)，用于割灌機(jī)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：設(shè)定模塊，用于對(duì)割灌機(jī)工作路線及工作模式進(jìn)行預(yù)設(shè)值設(shè)定；感應(yīng)模塊，用于對(duì)工作時(shí)的割灌機(jī)進(jìn)行工作環(huán)境數(shù)據(jù)采集，并將工作環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至割灌機(jī)控制裝置；適應(yīng)模塊，當(dāng)在工作時(shí)所采集的工作環(huán)境數(shù)據(jù)超過(guò)所述設(shè)定模塊設(shè)定的預(yù)設(shè)值時(shí)，針對(duì)不同的情形對(duì)割灌機(jī)采取相應(yīng)的操作模式。

根據(jù)所述的智能割灌機(jī)控制系統(tǒng)，所述的設(shè)定模塊還包括：當(dāng)割灌機(jī)遇到不同狀況時(shí)，對(duì)割灌機(jī)的反應(yīng)處理進(jìn)行設(shè)定。

根據(jù)所述的智能割灌機(jī)控制系統(tǒng)，所述的感應(yīng)模塊還包括：初始化子模塊，用于根據(jù)所述設(shè)定模塊設(shè)定的預(yù)設(shè)值對(duì)多個(gè)感應(yīng)子模塊進(jìn)行初始化設(shè)置；速度子模塊，用于對(duì)割灌機(jī)切割速度與車(chē)體行進(jìn)速度進(jìn)行感應(yīng)，并動(dòng)態(tài)調(diào)整割灌機(jī)切割速度與車(chē)體行進(jìn)速度，使得切割速度與車(chē)體行進(jìn)速度保持一致；距離子模塊，用于對(duì)切割機(jī)的鋸片與地面的距離進(jìn)行感應(yīng)，并動(dòng)態(tài)調(diào)整切割機(jī)的鋸片與地面的距離使之保持在設(shè)定范圍內(nèi)；安全子模塊，用于使用紅外感知裝置對(duì)割灌機(jī)一定距離內(nèi)的人和/或動(dòng)物進(jìn)行感應(yīng)，當(dāng)在設(shè)定距離內(nèi)出現(xiàn)人和/或動(dòng)物時(shí)，則進(jìn)行關(guān)閉割灌機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置并進(jìn)行警告；定位子模塊，用于對(duì)割灌機(jī)的工作路線進(jìn)行實(shí)時(shí)感應(yīng)，若感應(yīng)到割灌機(jī)的工作路線偏離設(shè)定的行進(jìn)路線時(shí)，向控制裝置發(fā)送定位請(qǐng)求，進(jìn)而將割灌機(jī)的行進(jìn)路線調(diào)整回設(shè)定路線；角度子模塊，用于對(duì)割灌的機(jī)械臂角度進(jìn)行感應(yīng)，當(dāng)擺動(dòng)角度超過(guò)設(shè)定時(shí)，則動(dòng)態(tài)調(diào)整至正常角度。

根據(jù)所述的智能割灌機(jī)控制系統(tǒng)，所述的適應(yīng)模塊還包括：自動(dòng)子模塊，用于解析所述設(shè)定模塊的設(shè)定的工作模式，當(dāng)工作模式為自動(dòng)割灌模式時(shí)，則獲取預(yù)設(shè)值并根據(jù)預(yù)設(shè)值進(jìn)行自動(dòng)割灌；障礙物模塊，用于對(duì)割灌機(jī)前方的障礙物及樹(shù)木大小進(jìn)行檢測(cè)，若超過(guò)設(shè)定值且無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)規(guī)避時(shí)，則向控制裝置發(fā)送啟用遙控模式的請(qǐng)求；遙控子模塊，用于根據(jù)控制模塊下發(fā)的遙控模式請(qǐng)求，并接收控制裝置的遙控指令，啟用遙控模式完成同時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟割灌機(jī)的全方位攝像機(jī)并進(jìn)行錄像，并將錄像信息回送至控制裝置。

根據(jù)所述的智能割灌機(jī)控制系統(tǒng)，所述的適應(yīng)模塊還包括：模糊化輸入子模塊，用于對(duì)割灌機(jī)運(yùn)行時(shí)一定范圍內(nèi)的樹(shù)木及障礙物大小使用模糊化控制器進(jìn)行輸入處理；模糊化計(jì)算子模塊，用于使用模糊化控制器對(duì)樹(shù)木及障礙物輸入的模糊化數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，及具體運(yùn)算方式為X=Y*R，其中X表示模糊化數(shù)據(jù)輸入，R為受約于[0,1]區(qū)間的N個(gè)變量的函數(shù)，進(jìn)一步得到精確輸出值Y，所述Y表示數(shù)據(jù)及障礙物精確位置、形狀信息。

本發(fā)明的技術(shù)方案還包括一種智能割灌機(jī)控制方法，其特征在于，該方法包括：對(duì)割灌機(jī)工作路線及工作模式進(jìn)行預(yù)設(shè)值設(shè)定；對(duì)工作時(shí)的割灌機(jī)進(jìn)行工作環(huán)境數(shù)據(jù)采集，并將工作環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至割灌機(jī)控制裝置；當(dāng)在工作時(shí)所采集的工作環(huán)境數(shù)據(jù)超過(guò)所述設(shè)定模塊設(shè)定的預(yù)設(shè)值時(shí)，針對(duì)不同的情形對(duì)割灌機(jī)采取相應(yīng)的操作模式。

進(jìn)一步，該方法還包括：當(dāng)割灌機(jī)遇到不同狀況時(shí)，對(duì)割灌機(jī)的反應(yīng)處理進(jìn)行設(shè)定。

進(jìn)一步，該方法還包括：根據(jù)所述設(shè)定模塊設(shè)定的預(yù)設(shè)值對(duì)多個(gè)感應(yīng)子模塊進(jìn)行初始化設(shè)置；對(duì)割灌機(jī)切割速度與車(chē)體行進(jìn)速度進(jìn)行感應(yīng)，并動(dòng)態(tài)調(diào)整割灌機(jī)切割速度與車(chē)體行進(jìn)速度，使得切割速度與車(chē)體行進(jìn)速度；對(duì)切割機(jī)的鋸片與地面的距離進(jìn)行感應(yīng)，并動(dòng)態(tài)調(diào)整切割機(jī)的鋸片與地面的距離使之保持在設(shè)定范圍內(nèi)；使用紅外感知裝置對(duì)割灌機(jī)一定距離內(nèi)的人和/或動(dòng)物進(jìn)行感應(yīng)，當(dāng)在設(shè)定距離內(nèi)出現(xiàn)人和/或動(dòng)物時(shí)，則進(jìn)行關(guān)閉割灌機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置并進(jìn)行警告；對(duì)割灌機(jī)的工作路線進(jìn)行實(shí)時(shí)感應(yīng)，若感應(yīng)到割灌機(jī)的工作路線偏離設(shè)定的行進(jìn)路線時(shí)，向控制裝置發(fā)送定位請(qǐng)求，進(jìn)而將割灌機(jī)的行進(jìn)路線調(diào)整回設(shè)定路線；對(duì)割灌的機(jī)械臂角度進(jìn)行感應(yīng)，當(dāng)擺動(dòng)角度超過(guò)設(shè)定時(shí)，則動(dòng)態(tài)調(diào)整至正常角度。

進(jìn)一步，該方法還包括：解析所述設(shè)定模塊的設(shè)定的工作模式，當(dāng)工作模式為自動(dòng)割灌模式時(shí)，則獲取預(yù)設(shè)值并根據(jù)預(yù)設(shè)值進(jìn)行自動(dòng)割灌；對(duì)割灌機(jī)前方的障礙物及樹(shù)木大小進(jìn)行檢測(cè)，若超過(guò)設(shè)定值且無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)規(guī)避時(shí)，則向控制裝置發(fā)送啟用遙控模式的請(qǐng)求；根據(jù)控制模塊下發(fā)的遙控模式請(qǐng)求，并接收控制裝置的遙控指令，啟用遙控模式完成同時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟割灌機(jī)的全方位攝像機(jī)并進(jìn)行錄像，并將錄像信息回送至控制裝置。

進(jìn)一步，該方法還包括：對(duì)割灌機(jī)運(yùn)行時(shí)一定范圍內(nèi)的樹(shù)木及障礙物大小使用模糊化控制器進(jìn)行輸入處理；使用模糊化控制器對(duì)樹(shù)木及障礙物輸入的模糊化數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，及具體運(yùn)算方式為X=Y*R，其中X表示模糊化數(shù)據(jù)輸入，R為受約于[0,1]區(qū)間的N個(gè)變量的函數(shù)，進(jìn)一步得到精確輸出值Y，所述Y表示數(shù)據(jù)及障礙物精確位置、形狀信息。

本發(fā)明的有益效果為：提高了割灌效率和質(zhì)量，節(jié)省了人力和物力的開(kāi)銷(xiāo)并安全性得到了保障。

附圖說(shuō)明

圖1所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的系統(tǒng)總體框圖；

圖2所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的智能割灌流程圖；

圖3所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的感應(yīng)組成框圖；

圖4a所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的模糊處理結(jié)構(gòu)圖；

圖4b所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的避障模糊控制的框圖；

圖5所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的割灌機(jī)工作流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明的智能割灌方法適用于割灌。

圖1所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的系統(tǒng)總體框圖。設(shè)定模塊，用于對(duì)割灌機(jī)工作路線及工作模式進(jìn)行預(yù)設(shè)值設(shè)定；感應(yīng)模塊，用于對(duì)工作時(shí)的割灌機(jī)進(jìn)行工作環(huán)境數(shù)據(jù)采集，并將工作環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至割灌機(jī)控制裝置；適應(yīng)模塊，當(dāng)在工作時(shí)所采集的工作環(huán)境數(shù)據(jù)超過(guò)所述設(shè)定模塊設(shè)定的預(yù)設(shè)值時(shí)，針對(duì)不同的情形對(duì)割灌機(jī)采取相應(yīng)的操作模式。

圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的智能割灌流程圖。通過(guò)控制設(shè)備對(duì)割灌機(jī)的運(yùn)行設(shè)置進(jìn)行預(yù)設(shè)，在此同時(shí)還對(duì)割灌機(jī)的工作方式進(jìn)行判定。如果地面地形全部符合自動(dòng)割灌的條件則使用自動(dòng)割灌，只需要根據(jù)預(yù)設(shè)的運(yùn)行設(shè)置運(yùn)行就行；如果地形全部不符合自動(dòng)割灌的方式，則可以進(jìn)行全部的可視遙控和駕駛操作完成割灌；如果部分符合自動(dòng)割灌方式進(jìn)行割灌。

其中，自動(dòng)模式是根據(jù)上述設(shè)定的“工作路線（地圖導(dǎo)航指引）、工作距離、割幅寬度、鋸片離地高度、切割行走速度、小型物體通過(guò)等參數(shù)，進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別進(jìn)行工作的一種方式，從目前的條件看該種模式只適應(yīng)于地形不復(fù)雜的30度以下坡度平緩的作業(yè)環(huán)境。

其中，遙控模式適應(yīng)于地形復(fù)雜的山地環(huán)境作業(yè)，在作業(yè)中是由一名操作員手持配有顯示器的遙控器來(lái)控制本機(jī)的工作狀態(tài)，其控制方式與步驟如下（1）-（5）所示：

（1）在無(wú)障礙和較大直徑的樹(shù)木前提下，控制該機(jī)按照設(shè)定程序及工作路線進(jìn)行邊切割邊前進(jìn)，實(shí)現(xiàn)林帶清理的目的；

（2）作業(yè)中遇到大直徑雜灌樹(shù)木操作者要控制行走部分停止前進(jìn)，等到鋸片切除后再繼續(xù)邊行走邊切割（自動(dòng)模式要設(shè)立受力感應(yīng)傳感器控制停車(chē)）；

（3）地形發(fā)生變化時(shí)操作者應(yīng)根據(jù)不同的地形條件及時(shí)控制機(jī)器的工作狀態(tài)；

（4）作業(yè)中遇到較大障礙物時(shí)，操作者要控制機(jī)器進(jìn)行合理避讓；

（5）單向工作完成、轉(zhuǎn)彎繼續(xù)工作均需操作者通過(guò)遙控器控制完成。

圖3所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的感應(yīng)組成框圖。其中，

速度控制傳感器：主要控制車(chē)速與切割速度保持一致，車(chē)速大于切割速度就會(huì)出現(xiàn)漏割現(xiàn)象，漏割的部分就會(huì)成為障礙阻礙機(jī)器前行，傳感器探測(cè)到較大樹(shù)木時(shí)會(huì)發(fā)回信號(hào)，車(chē)輛會(huì)停車(chē)切割，直到切除為止車(chē)輛會(huì)繼續(xù)前行作業(yè)；

距離傳感器：主要控制鋸片距地面的設(shè)定距離，由于山地高低不平，安裝鋸片內(nèi)側(cè)的傳感器根據(jù)設(shè)定高度信號(hào)通過(guò)處理器控制2號(hào)3號(hào)油缸的伺服器，由2號(hào)3號(hào)油缸根據(jù)指令拉動(dòng)機(jī)械臂，使鋸片始終處于距地面同一高度，保證切割效果；

安全傳感器：是隨時(shí)測(cè)定工作安全范圍內(nèi)有無(wú)人員或動(dòng)物進(jìn)入，一旦進(jìn)入機(jī)器會(huì)自動(dòng)發(fā)出語(yǔ)音警告驅(qū)離，以免發(fā)生危險(xiǎn)；

遠(yuǎn)紅外測(cè)定傳感器：主要控制機(jī)器前方是否有障礙物和作業(yè)方向，避免撞擊障礙物或因鏈軌滑動(dòng)使工作方向偏離保持正確的工作方位；

衛(wèi)星定位傳感器：是通過(guò)接收器和處理器在無(wú)人操控的情況下保證清理工作能按設(shè)定的坐標(biāo)方位及路線保持正常連續(xù)工作狀態(tài)，同時(shí)也承擔(dān)人工遙控器的接收和發(fā)送任務(wù)；

機(jī)械臂角度控制傳感器：根據(jù)鋸片割幅寬度需要進(jìn)行設(shè)定數(shù)據(jù)，主要用來(lái)控制機(jī)械臂擺動(dòng)角度和割幅寬度（該部分也可通過(guò)限位開(kāi)關(guān)完成）；

全方位攝像頭：采集機(jī)器及機(jī)器周邊的信息并通過(guò)發(fā)射器將信息時(shí)時(shí)傳輸給管理人員手中的顯示器，使管理人員掌握機(jī)器的工作狀態(tài)和工作效果。

圖4a所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的模糊處理結(jié)構(gòu)圖。其中表示精確的數(shù)值輸入，表示精確的數(shù)值輸出，x表示模糊化的數(shù)值輸入，y表示模糊化的數(shù)值輸出，關(guān)系R可視為受約于[0,1]區(qū)間的N個(gè)變量的函數(shù)。

圖4b所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的避障模糊控制的框圖。避障系統(tǒng)中的模糊控制器可以稱之為整個(gè)系統(tǒng)的核心，它實(shí)際上是一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)，主要完成障礙物距離值的模糊化、避障模糊關(guān)系的運(yùn)算、模糊決策以及避障決策結(jié)果的非模糊化處理（精確化）等重要過(guò)程，依此來(lái)智能的控制移動(dòng)割灌機(jī)的避障行為。一般而言，通過(guò)模糊控制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)割灌機(jī)避障的整個(gè)系統(tǒng)由四個(gè)部分組成。分別為作為系統(tǒng)核心的模糊控制器、輸入/輸出接口電路、廣義被控對(duì)象（伺服電動(dòng)機(jī)）和傳感器。

圖5所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的割灌機(jī)工作流程圖。用于表示割灌機(jī)在接收到相應(yīng)的運(yùn)行指令后進(jìn)行的工作的流程圖。

本發(fā)明的技術(shù)方案還提供了液壓系統(tǒng)主要由液壓泵、伺服器、液壓油缸、液壓馬達(dá)和液壓油管等組成，液壓泵是由發(fā)動(dòng)機(jī)拉動(dòng)，伺服器上配有六只小型直流電機(jī)，該直流電機(jī)是由控制箱中處理器發(fā)出指令方可動(dòng)作。具體如下a-e所示，包括：

a.1號(hào)油缸的任務(wù)是機(jī)器工作時(shí)由它首先將機(jī)械臂及旋轉(zhuǎn)盤(pán)整體推出并鎖定，工作完成后將機(jī)械臂和旋轉(zhuǎn)盤(pán)整體收回并鎖定。

b.2號(hào)油缸和3號(hào)油缸是承擔(dān)切割鋸片的角度調(diào)整，它受控于鋸片內(nèi)側(cè)距離傳感器和控制箱內(nèi)的處理器。

c.4號(hào)油缸是在改變切割角度時(shí)開(kāi)啟，本油缸是手動(dòng)控制后鎖定。

d.5號(hào)液壓馬達(dá)是高速旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，是拉動(dòng)鋸片的動(dòng)力。

e.6號(hào)正反轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)是通過(guò)兩條兩組V型皮帶通過(guò)減速介輪及小皮帶輪同軸的小齒輪拉動(dòng)半齒輪旋轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，使固定在旋轉(zhuǎn)盤(pán)上的機(jī)械臂向正反兩方向旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力源，受控于兩只限位傳感器。

以上所述，只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式，只要其以相同的手段達(dá)到本發(fā)明的技術(shù)效果，都應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)其技術(shù)方案和/或?qū)嵤┓绞娇梢杂懈鞣N不同的修改和變化。