УБОРОЧНАЯ МАШИНА
HARVESTING MACHINE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к уборочной машине с признаками, раскрытыми в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Уровень техники
Рассматриваемая уборочная машина содержит корпус машины и разгрузочную трубу, прикрепленную к корпусу машины для перегрузки сельскохозяйственной культуры потоком сельскохозяйственной культуры на прицеп. Для этого поток сельскохозяйственной культуры должен быть направлен в приемную область прицепа, определяемую, по существу, верхней открытой стороной прицепа. Приводное устройство разгрузочной трубы присоединено к разгрузочной трубе таким образом, чтобы разгрузочную трубу можно было перемещать относительно корпуса машины, передавая команды приведения в движение на приводное устройство разгрузочной трубы.
Проблема состоит в необходимости постоянно выравнивать разгрузочную трубу, чтобы полученный в результате поток сельскохозяйственной культуры не выходил из приемной области прицепа. Эта проблема особенно значима для случая самоходной уборочной машины, сопровождаемой сцепкой трактора и прицепа.
Из уровня техники известна уборочная машина (DE 102014108449 А1), являющаяся прототипом настоящего изобретения и содержащая электронную систему управления разгрузочной трубой, предназначенную для формирования команд приведения в движение для приводного устройства разгрузочной трубы, автоматически направляющих поток сельскохозяйственной культуры в целевую точку падения на прицепе. Для этого предусмотрен первый датчик, формирующий информацию на основании оптического распознавания опорного признака на прицепе и определения положения этого опорного признака. Также, уборочная машина, известная из уровня техники, оснащена многочисленными датчиками, например датчиками ускорения, гироскопами и т.п., которые, очевидно, предназначены для направления этой уборочной машины.
Любое изменение направления движения является сложной задачей для автоматического управления разгрузочной трубой, так как даже малый угол поворота имеет большое влияние на фактическую точку падения потока сельскохозяйственной культуры. Уборочная машина, известная из уровня техники, не пытается решать эту проблему в принципе, то есть динамическое управление разгрузочной трубой с учетом изменения направления движения считают неблагоприятным.
Раскрытие сущности изобретения
Таким образом, задачей настоящего изобретения является усовершенствование известной из уровня техники уборочной машины таким образом, чтобы динамическое поведение электронной системы управления разгрузочной трубой было оптимизировано, в частности, в отношении изменения направления движения уборочной машины.
Указанная задача решена посредством уборочной машины в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения с признаками, раскрываемыми в отличительной части пункта 1 формулы.
В основе данного изобретения лежит тот факт, что одна из основных причин выхода потока сельскохозяйственной культуры из приемной области прицепа заключается в неожиданном изменении пространственной ориентации корпуса машины и/или разгрузочной трубы. Причиной этого является удлиненная форма разгрузочной трубы, вследствие которой небольшие отклонения пространственной ориентации приводят к относительно большим отклонениям траектории потока сельскохозяйственной культуры.
Соответственно, предложена конструкция, в которой второй датчик предоставляет информацию на основании определения пространственной ориентации корпуса машины и/или разгрузочной трубы, а электронная система управления разгрузочной трубой формирует команды управления приводным устройством для направления потока сельскохозяйственной культуры на основании информации, предоставленной как первым, так и вторым датчиком. Такая базовая концепция позволяет электронной системе управления разгрузочной трубой реагировать на изменение пространственной ориентации корпуса машины и/или разгрузочной трубы таким образом, чтобы можно было свести к минимуму влияние такого изменения пространственной ориентации на поток сельскохозяйственной культуры.
Следует отметить, что под выражением «положение» понимают точку в пространстве, которую можно описать в декартовой системе координат. Под выражением «пространственная ориентация» понимают ориентацию соответствующего компонента в данном конкретном положении. Пространственная ориентация может быть определена углом рыскания, углом наклона и углом крена.
Согласно пункту 3 формулы, возможно некоторое количество предпочтительных вариантов исполнения второго датчика. В особенно предпочтительном варианте второй датчик содержит механический или электронный гироскоп, способный определять изменение и/или скорость изменения пространственной ориентации корпуса машины и/или разгрузочной трубы.
Согласно пунктам 4 и 5 формулы, первый датчик содержит камеру или лазерный датчик, предназначенный для идентификации соответствующего опорного признака на прицепе. Предложенное решение имеет дополнительное преимущество. В связи с тем, что оптический датчик, как правило, требует относительно длительного времени распознавания, частота обновления информации датчика, передаваемой в электронную систему управления разгрузочной трубой, выше для второго датчика, чем для первого. Это означает, что задержка в получении информации от первого датчика компенсирована высокой частотой обновления информации второго датчика (пункт 6 формулы).
Пункты 10-12 формулы описывают три предпочтительных варианта осуществления, наиболее явно отражающих преимущества предложенного решения.
Согласно пункту 10 формулы, на основании информации от второго датчика определяют траекторию движения уборочной машины. Первый датчик выполняет поиск опорного признака только в области поиска, определяемой траекторией движения уборочной машины, предпочтительно находящейся в пределах траектории движения уборочной машины. Это позволяет исключить из области поиска область, окружающую траекторию движения, что не позволяет ошибочно распознавать какой-либо контур вне траектории движения в качестве опорного признака.
Согласно пункту 11 формулы, электронная система управления разгрузочной трубой определяет уборочную машину в кривой путем определения вышеупомянутой скорости рыскания. По меньшей мере в первой части кривой электронная система управления разгрузочной трубой использует информацию от второго датчика для направления потока сельскохозяйственной культуры в целевую точку падения. Тот же общий принцип может быть применен к уборочной машине, входящей в наклонное положение согласно пункту 12 формулы.
В следующем предпочтительном варианте осуществления, раскрытом в пункте 13 формулы, электронная система управления разгрузочной трубой работает независимо от системы рулевого управления уборочной машины. Такая независимость позволяет образовать автономную систему в составе электронной системы управления разгрузочной трубой и приводного устройства разгрузочной трубы, расположенную в верхней части корпуса машины.
Краткое описание чертежей
Предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны ниже со ссылкой на прилагаемые фигуры, на которых изображено:
Фигура 1: уборочная машина согласно изобретению, работающая совместно со сцепкой в составе трактора и прицепа, вид сбоку.
Фигура 2: устройство согласно фигуре 1 а) в штатном режиме эксплуатации, b) в самом начале кривой и с) в кривой после отклонения разгрузочной трубы на основании информации второго датчика.
Фигура 3: устройство согласно фигуре 1 а) в штатном режиме эксплуатации, b) в самом начале наклона и с) во время наклона после отклонения разгрузочной трубы на основании информации второго датчика.
Фигура 4: устройство согласно фигуре 2 во время исключения электронной системой управления разгрузочной трубой области, окружающей траекторию движения, из области поиска опорного признака первым датчиком.
Осуществление изобретения
В первую очередь необходимо указать, что предложенная уборочная машина 1 может иметь различные конструкции. Например, предложенная уборочная машина 1 может быть выполнена в виде комбайна или кормоуборщика. Несмотря на то, что подобные уборочные машины 1 относят к классу самоходных машин, изобретение может также быть использовано для уборочных машин 1, буксируемых трактором или другим подобным тягачом.
Уборочная машина 1 содержит корпус 2 и разгрузочную трубу 3, присоединенную к корпусу 2 машины, причем разгрузочная труба 3 служит для перегрузки сельскохозяйственной культуры в прицеп 5 потоком 4 сельскохозяйственной культуры.
Электронная система 6 управления разгрузочной трубой и приводное устройство 7 разгрузочной трубы предназначены для перемещения разгрузочной трубы 3 относительно корпуса 2 машины на основании команд, подаваемых электронной системой 6 управления разгрузочной трубой на приводное устройство. Команды управления приводным устройством могут содержать ряд параметров, описывающих смещение разгрузочной трубы 3. Впрочем, они могут также содержать только координаты перемещения разгрузочной трубы 3.
Формирование команд управления приводным устройством электронной системой 6 управления разгрузочной трубой служит для направления потока 4 сельскохозяйственной культуры в целевую точку 8 падения на прицепе 5. Под целевой точкой 8 падения понимают воображаемую точку на прицепе 5, в которую должен попадать концевой участок 9 потока сельскохозяйственной культуры 4. Целевая точка 8 падения предпочтительно сформирована электронной системой 6 управления разгрузочной трубой на основании информации о геометрии прицепа 5, полученной из базы данных или иного подобного источника.
Для автоматического направления потока 4 сельскохозяйственной культуры в целевую точку 8 падения предусмотрен первый датчик 10, формирующий информацию на основании оптического распознавания опорного признака 11 на прицепе 5 и определения положения и/или пространственной ориентации опорного признака 11. Возможный опорный признак 11 показан на укрупненном виде фигуры 2. В данном случае опорным признаком 11 служит часть рамы прицепа 5.
Согласно изобретению предусмотрен второй датчик 12, формирующий информацию на основании определения пространственной ориентации корпуса 2 машины и/или разгрузочной трубы 3. Электронная система 6 управления разгрузочной трубой формирует команды управления приводным устройством для направления потока 4 сельскохозяйственной культуры на основании информации от первого датчика 10 и информации от второго датчика 12. Как было отмечено выше, даже небольшие изменения пространственной ориентации корпуса 2 машины и/или разгрузочной трубы 3 приводят к значительному и нежелательному смещению концевого участка 9 потока 4 сельскохозяйственной культуры, что может привести даже к выходу потока 4 сельскохозяйственной культуры за пределы соответствующей области прицепа 5.
Пространственная ориентация содержит угол α рыскания, который можно увидеть на фигуре 2, угол β наклона, который можно увидеть на фигуре 3, и угол γ крена, который лишь намечен на фигуре 1. Второй датчик 12 может быть выполнен с возможностью определения абсолютной пространственной ориентации корпуса 2 машины и/или разгрузочной трубы 3. Тем не менее, может быть предпочтительным вариант, в котором второй датчик 12 определяет изменение и/или скорость изменения соответствующей пространственной ориентации. Этот вариант детально рассмотрен ниже.
На фигуре 1 представлена общая концепция предпочтительного режима эксплуатации предложенной уборочной машины 1. В процессе уборки урожая уборочная машина 1 взаимодействует со сцепкой в составе трактора 5а и прицепа 5, буксируемого трактором 5а. Сцепка в составе трактора 5а и прицепа 5 может перемещаться за уборочной машиной 1, как показано на фигуре 1. Впрочем, сцепка в составе трактора 5а и прицепа 5 также может двигаться рядом с уборочной машиной 1, то есть поток 4 сельскохозяйственной культуры не обязательно должен проходить над трактором 5а.
Как показано на укрупненном виде фигуры 1, разгрузочная труба 3 содержит первую секцию 3а, которую можно перемещать вверх и вниз в направлении V1 посредством первого привода 7а приводного устройства 7 разгрузочной трубы и которую можно перемещать вбок в направлении Н1 посредством второго привода 7b приводного устройства 7 разгрузочной трубы.
Кроме того, разгрузочная труба 3 содержит вторую секцию 3b, присоединенную к первой секции 3а, причем вторую секцию 3b можно перемещать посредством третьего привода 7с вверх и вниз в направлении V2 относительно первой секции 3а разгрузочной трубы 3. В зависимости от области применения разгрузочная труба 3 может содержать более двух секций.
Второй датчик 12 может быть выбран из датчиков различных типов. Предпочтительно, второй датчик 12 содержит механический или электронный гироскоп. Это позволяет измерять изменения пространственной ориентации посредством конструктивно простого второго датчика 12. В альтернативном варианте второй датчик 12 может быть выполнен в виде датчика ускорения или компаса, как механических, так и электронных. Также возможны другие варианты исполнения второго датчика 12.
Первый датчик 10, предназначенный для распознавания опорного признака 11 на прицепе 5, предпочтительно содержит камеру, более предпочтительно 3D-камеру, что позволяет использовать большое количество стандартных компонентов. В альтернативном варианте первый датчик 10 может содержать лазерный датчик, более предпочтительно лазерный сканер, формирующий соответствующую информацию от датчика.
Существуют различные возможности определения опорного признака 11, который должен быть распознан первым датчиком 10. Здесь опорный признак 11 предпочтительно определен областью 13 приема сельскохозяйственной культуры прицепа 5, в частности рамой 14 области 13 приема сельскохозяйственной культуры. Это особенно верно для прицепа 5, содержащего контейнер 15 в виде короба с открытым верхом, образующим вышеупомянутую область 13 приема сельскохозяйственной культуры.
Первый датчик 10 содержит аналитический блок 16, показанный только на детальном виде фигуры 1. Аналитический блок 16 анализирует сигналы, сформированные первым датчиком 10, для распознавания вышеупомянутого опорного признака 11. Поскольку анализ сигналов первого датчика 10 занимает много времени, в частности, если первый датчик 10 требует обработки трехмерных изображений, то частота обновления полученной в результате информации, предоставляемой датчиком электронной системе 6 управления разгрузочной трубой, для второго датчика 12 выше, чем для первого датчика 10. По существу, второй датчик 12 заполняет зазор между двумя циклами обновления первого датчика 10 таким образом, чтобы время реакции электронной системы 6 управления разгрузочной трубой на изменения пространственной ориентации корпуса 2 машины и/или разгрузочной трубы 3 было относительно небольшим.
Прагматичный подход к уменьшению указанного времени реакции электронной системы 6 управления разгрузочной трубой состоит в конфигурировании электронной системы 6 управления разгрузочной трубой для формирования команд управления приводом для направления потока 4 сельскохозяйственной культуры в целевую точку 8 падения на основании информации от первого датчика 10. Информацию от второго датчика 12 используют только для настройки команд управления приводом от первого датчика 10. Это позволяет добавить второй датчик 12 к существующей электронной системе 6 управления разгрузочной трубой, которая исходно направляет поток 4 сельскохозяйственной культуры на основании информации от первого датчика 10.
Один из предпочтительных примеров вышеупомянутой корректировки заключается в том, что электронная система 6 управления разгрузочной трубой корректирует свои команды управления приводом на основании информации от второго датчика 12, если второй датчик 12 распознал изменение или скорость изменения пространственной ориентации корпуса 2 машины и/или разгрузочной трубы 3. Такую корректировку предпочтительно выполняют только в случае определения изменения или скорости изменения.
Кроме того, электронная система 6 управления разгрузочной трубой предпочтительно корректирует свои команды управления приводом на основании информации от второго датчика 12, если обнаруженное изменение или скорость изменения пространственной ориентации корпуса 2 машины и/или разгрузочной трубы 3 превышает предварительно заданное критическое значение. Опять же, такую корректировку предпочтительно выполняют только в случае определения изменения или скорости изменения, превышающей предварительно заданное критическое значение.
На фигурах 2-4 изображены предпочтительные режимы работы предложенной электронной системы 6 управления разгрузочной трубой, которые можно комбинировать друг с другом.
На фигуре 4 изображена уборочная машина 1, движущаяся по кривой 17, за которой следует сцепка из трактора 5а и прицепа 5. Справа от прицепа 5 припаркован второй прицеп 18, что затрудняет корректное распознавание опорного признака 11 первого прицепа 5. В наиболее неблагоприятном случае второй прицеп 18 будет распознан как часть опорного признака 11, вследствие чего электронная система 6 управления будет направлять разгрузочную трубу 3 во второй прицеп 18, что приведет к существенным потерям сельскохозяйственной культуры. Чтобы не допустить этого, в предложенном решении электронная система 6 управления разгрузочной трубой анализирует информацию, предоставленную вторым датчиком 12, следующим образом: на основании информации от второго датчика 12 электронная система 6 управления разгрузочной трубой определяет траекторию 19 движения уборочной машины 1. Используя информацию о траектории 19 движения уборочной машины 1, электронная система 6 управления разгрузочной трубой может исключить область 20 вне траектории 19 движения из области поиска опорного признака 11. В частности, первый датчик 10, предназначенный для распознавания опорного признака 11, выполняет поиск опорного признака 11 в области поиска, определяемой траекторией 19 движения и предпочтительно находящейся в пределах траектории движения уборочной машины 1. Первый датчик 10 явно исключает область 20, находящуюся вне траектории 19 движения, что позволяет исключить возможность ошибочного распознавания второго прицепа 18, показанного на фигуре 4, как части опорного признака 11.
Другая ситуация прохождения кривой показана на фигуре 2. В этом случае электронная система 6 управления разгрузочной трубой на основании информации от второго датчика 12 определяет вхождение уборочной машины 1 в кривую 17. Предполагается, что, по меньшей мере, в первой части кривой 17 электронная система 6 управления разгрузочной трубой направляет поток 4 сельскохозяйственной культуры в целевую точку 8 падения, основываясь на информации от второго датчика 12, путем перемещения, а в данном случае, предпочтительно, поворота по меньшей мере части разгрузочной трубы 3, а в данном случае, предпочтительно, первой секции 3а разгрузочной трубы 3, в боковом направлении Н1 посредством приводного устройства 7 разгрузочной трубы.
Вхождение уборочной машины 1 в кривую 17 показано на фигуре 2b. Фактическая точка 21 падения значительно удалена от целевой точки 8 падения, так как пространственная ориентация корпуса 2 машины изменена за счет движения рыскания, в то время как первый датчик 10 еще не предоставил обновленную информацию о положении опорного признака 11. Тем не менее, поскольку второй датчик 12 уже передает в электронную систему 6 управления разгрузочной трубой значение угла α рыскания, электронная система 6 управления разгрузочной трубой, основываясь на информации от второго датчика 12, может формировать команды управления приводом для компенсации угла α рыскания за счет соответствующего смещения разгрузочной трубы 3. Это показано на фигуре 2с. Очевидно, что сочетание первого датчика 10 и второго датчика 12 уменьшает времена реакции электронной системы 6 управления разгрузочной трубой даже при динамических изменениях направления движения уборочной машины 1.
Аналогичный эффект может быть достигнут с помощью предложенного решения в ситуации, в которой уборочная машина 1 входит в наклон 22, например, при наезде на кочку в поле. В данном случае электронная система 6 управления разгрузочной трубой на основании информации от второго датчика 12, распознает вхождение уборочной машины 1 в наклон 22. По-прежнему, по меньшей мере, в первой части наклона 22 электронная система 6 управления разгрузочной трубой направляет поток 4 сельскохозяйственной культуры в целевую точку 8 падения, основываясь на информации от второго датчика 12, путем перемещения, в данном случае, предпочтительно, поворота по меньшей мере части разгрузочной трубы 3, в данном случае, предпочтительно, по меньшей мере первой секции 3а разгрузочной трубы 3, вверх и вниз в направлении V1 с посредством приводного устройства 7 разгрузочной трубы.
Последовательность фигур 3а и 3b иллюстрирует вхождение уборочной машины 1 в наклон 22 и, тем самым, перемещение фактической точки 21 падения далеко в сторону от целевой точки 8 падения, так как информация от первого датчика 10 еще не была обновлена. Основываясь на информации от второго датчика 12, электронная система 6 управления разгрузочной трубой компенсирует угол β наклона уборочной машины 1, как показано на фигуре 3с.
В результате получают простой механизм компенсации на основании информации от второго датчика 12, обеспечивающий высокую надежность автоматического направления потока 4 сельскохозяйственной культуры даже при динамических изменениях пространственной ориентации уборочной машины 1. Механизм способен компенсировать не только углы рыскания и наклона, но и углы крена (не показаны).
В следующем предпочтительном варианте осуществления уборочная машина 1 также содержит систему рулевого управления и приводное устройство рулевого управления, предназначенные для автоматического управления уборочной машиной 1 на основании команд управления приводом, поступающих от системы рулевого управления (не показана). Предпочтительно, электронная система 6 управления разгрузочной трубой и система рулевого управления независимо друг от друга формируют команды управления для приводного устройства рулевого управления и приводного устройства 7 разгрузочной трубы, соответственно. Таким образом, электронная система 6 управления разгрузочной трубой работает по меньшей мере частично автономно по отношению к системе рулевого управления уборочной машины 1. Это значительно облегчает реализацию предложенного решения на существующей уборочной машине 1.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 уборочная машина
2 корпус машины
3 разгрузочная труба
3а первая секция
3b вторая секция
V1 направление вверх / вниз
V2 направление вверх / вниз
Н1 боковое направление
4 поток сельскохозяйственной культуры
5 прицеп
6 электронная система управления разгрузочной трубой
7 приводное устройство разгрузочной трубы
7а первый привод
7b второй привод
7с третий привод
8 целевая точка падения
9 концевой участок потока сельскохозяйственной культуры
10 первый датчик
11 опорный признак
12 второй датчик
α угол рыскания
β угол наклона
γ угол крена
13 область приема сельскохозяйственной культуры
14 рама
15 контейнер
16 аналитический блок
17 кривая
18 второй прицеп
19 траектория движения
20 наружная область
21 фактическая точка падения
22 наклон