一种基于前馈补偿控制的防侧滑农用小型导航履带车

本发明涉及农用导航履带车，具体是一种基于前馈补偿控制的防侧滑农用小型导航履带车。

背景技术：

1、小型履带车采用履带式行走机构，履带与地面直接接触，具有接地面积大、农田土壤破坏力小、爬坡越障能力强和制动转向性能强等优点，是应用于设施大棚、丘陵山地零散农田和果园等作业场合的重要农用动力机械；随着农业智能装备的研究发展，自动导航控制系统已广泛应用于小型履带车以提高其作业质量和作业效率；但当搭载有自动导航系统的导航履带车在坡陡路窄、湿滑泥泞的丘陵山地作业时，由于地形复杂易发生履带侧滑的情况，导致导航履带车的路径追踪控制精度降低，不能按照预期的作业路线行驶，影响其作业质量和作业效率，严重时还会造成侧翻事故。

2、在导航履带车主动位姿补偿方面，中国专利cn113341985a公开了一种高质量作业插秧机及其导航控制方法，主要是利用横移机构运动配合导航控制系统进行插秧机作业路径纠偏，解决了插秧机对行种植不均匀的问题；中国专利cn115792999a公开了一种多信息融合导航的牵引式农机具路径跟踪装置及控制方法，主要是通过多传感器信息采集进行路径决策，同时配合液压缸活塞调控作业机具横向位移实现农机具作业时的自主对行；以上两项专利均针对农用作业机械，采用了横向位移方式对作业机具进行路径纠偏，然而小型履带车在复杂地形条件下受到侧滑影响时，采用上述专利的液压系统进行横向位移具有滞后性，且采用电动推杆进行横移时惯性冲击大，因此上述专利所述装置和方法对不同复杂地形条件下产生的不同侧滑量的自适应能力和稳定性较差。

3、基于此，亟需发明一种基于前馈补偿控制的防侧滑农用小型导航履带车，以解决在复杂地形作业时导航履带车易发生履带侧滑的情况。

技术实现思路

1、本发明为了解决在复杂地形作业时导航履带车易发生履带侧滑的问题，提供了一种基于前馈补偿控制的防侧滑农用小型导航履带车。

2、本发明是采用如下技术方案实现的：

3、一种基于前馈补偿控制的防侧滑农用小型导航履带车，包括履带车车体、基于前馈补偿控制的自动导航控制系统和变量旋转装置；自动导航控制系统装配于履带车车体的上部，变量旋转装置安装于履带车车体的前部；

4、所述自动导航控制系统包括位姿传感器、基于前馈补偿控制的导航控制器和人机交互终端；位姿传感器、人机交互终端均与导航控制器电性连接；

5、所述变量旋转装置包括底座、拨叉、拨齿型中心轴、分体式配重轮和环形剪叉机构；底座上安装有伺服电机驱动器、直线推杆电机驱动器、伺服电机、直线推杆电机和轴承座，且轴承座位于伺服电机的正前方；伺服电机驱动器与伺服电机电性连接，直线推杆电机驱动器与直线推杆电机电性连接；所述拨叉上开设有安装孔a和安装孔b；所述拨齿型中心轴上套设有开孔套管；拨齿型中心轴的一端沿环向均匀固定设有若干个连接片，拨齿型中心轴的轴身沿环向均匀固定设有若干个插杆，开孔套管的一端沿环向均匀固定设有若干个连接片i，开孔套管的管壁沿环向均匀开设有若干个长条孔，且若干个所述连接片与连接片i的数量相等，若干个所述插杆与长条孔的数量相等，若干个插杆一一对应地插于若干个长条孔内；每个所述连接片上均开设有连接孔，每个所述连接片i上均开设有连接孔i；拨齿型中心轴远离若干个连接片的一端转动支撑于轴承座上且与伺服电机的输出轴连接，拨齿型中心轴的另一端通过若干个连接片和对应的连接孔安装于环形剪叉机构的内圈前端；开孔套管远离若干个连接片i的一端装配有推力轴承，开孔套管的另一端通过若干个连接片i和对应的连接孔i安装于环形剪叉机构的内圈后端；所述分体式配重轮装配于环形剪叉机构的外圈；所述拨叉通过安装孔a套设于拨齿型中心轴上，拨叉通过安装孔b与直线推杆电机固定连接，拨叉位于推力轴承与轴承座之间，且拨叉与推力轴承固定连接；

6、伺服电机驱动器、直线推杆电机驱动器均与导航控制器电性连接。

7、进一步地，所述履带车车体可挂接不同的小型农用作业机具进行作业。

8、进一步地，当履带车车体存在侧滑趋势且位姿偏差发生扩大，在常规导航算法对履带车车体位姿纠偏不足的情况下，自动导航控制系统通过变量旋转装置对履带车车体进行主动位姿补偿。

9、进一步地，所述导航控制器可根据农田土壤条件和地形特征对变量旋转装置进行角动量的实时在线调节，使履带车车体可以适应不同的作业场景。

10、进一步地，变量旋转装置通过底座固定安装于履带车车体的前部。

11、进一步地，所述分体式配重轮包括六个60°扇形配重块；分体式配重轮包括三种规格型号，其三种规格型号的配重轮半径依次为150mm、175 mm、200 mm。

12、本发明有益效果在于：其一、本发明采用基于前馈补偿控制的自动导航控制系统来实时精确调节变量旋转装置的角动量，以此作为主动位姿补偿方法对导航履带车进行位姿纠偏，当导航履带车存在侧滑趋势且位姿偏差发生扩大时，可以前馈矫正其异常运动状态，确保位姿偏差处于设定范围内，有效提高导航履带车的作业质量和作业效率，避免侧翻事故；其二、本发明克服了导航履带车在复杂地形条件下发生履带侧滑仅利用常规导航算法所导致的路径追踪控制精度降低的问题；其三、本发明中的变量旋转装置实现了分体式配重轮转速和质量分布的同时在线调节，可使导航履带车精准获取角动量补偿量，对不同复杂地形条件的适应性强；相较于现有的位姿纠偏方式，通过角动量对导航履带车进行位姿纠偏的实时性强、冲击力小、可靠性高；其四、采用本发明可轻简化离线更换分体式配重轮的规格型号，保证了导航履带车在挂接不同质量小型农用作业机具时车体的平衡性，通用性强。

技术特征：

1.一种基于前馈补偿控制的防侧滑农用小型导航履带车，其特征在于：包括履带车车体（1）、基于前馈补偿控制的自动导航控制系统（2）和变量旋转装置（3）；自动导航控制系统（2）装配于履带车车体（1）的上部，变量旋转装置（3）安装于履带车车体（1）的前部；

2.根据权利要求1所述的一种基于前馈补偿控制的防侧滑农用小型导航履带车，其特征在于：所述履带车车体（1）可挂接不同的小型农用作业机具进行作业。

3.根据权利要求1所述的一种基于前馈补偿控制的防侧滑农用小型导航履带车，其特征在于：当履带车车体（1）存在侧滑趋势且位姿偏差发生扩大，在常规导航算法对履带车车体（1）位姿纠偏不足的情况下，自动导航控制系统（2）通过变量旋转装置（3）对履带车车体（1）进行主动位姿补偿。

4.根据权利要求1所述的一种基于前馈补偿控制的防侧滑农用小型导航履带车，其特征在于：所述导航控制器（22）可根据农田土壤条件和地形特征对变量旋转装置（3）进行角动量的实时在线调节，使履带车车体（1）可以适应不同的作业场景。

5.根据权利要求1所述的一种基于前馈补偿控制的防侧滑农用小型导航履带车，其特征在于：变量旋转装置（3）通过底座（31）固定安装于履带车车体（1）的前部。

6.根据权利要求1所述的一种基于前馈补偿控制的防侧滑农用小型导航履带车，其特征在于：所述分体式配重轮（311）包括六个60°扇形配重块；分体式配重轮（311）包括三种规格型号，其三种规格型号的配重轮半径依次为150mm、175 mm、200 mm。

技术总结本发明涉及农用导航履带车技术领域，具体是一种基于前馈补偿控制的防侧滑农用小型导航履带车，包括履带车车体、基于前馈补偿控制的自动导航控制系统和变量旋转装置；自动导航控制系统包括位姿传感器、基于前馈补偿控制的导航控制器和人机交互终端；位姿传感器、人机交互终端均与导航控制器电性连接；变量旋转装置包括底座、拨叉、拨齿型中心轴、分体式配重轮和环形剪叉机构；底座上安装有伺服电机驱动器、直线推杆电机驱动器、伺服电机、直线推杆电机，伺服电机驱动器、直线推杆电机驱动器均与导航控制器电性连接。本发明采用主动位姿补偿方法对导航履带车进行位姿纠偏，解决了只利用常规导航算法对导航履带车在侧滑趋势下位姿纠偏不足的问题。技术研发人员：张燕青,何永强,王菊霞,张志勇,崔清亮受保护的技术使用者：山西农业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/26