智能控制半自動(dòng)高速插秧機(jī)淺析

夏利利 魏國(guó)俊 祁文愷 張劍 徐友偉

插秧是水稻種植中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，插秧質(zhì)量直接影響水稻產(chǎn)量。傳統(tǒng)的插秧方式需要投入大量的人力物力，還無(wú)法保證插植精度。隨著我國(guó)人口老齡化加速，農(nóng)村勞動(dòng)力資源越來(lái)越緊缺，傳統(tǒng)的插秧方式已無(wú)法滿(mǎn)足規(guī)?；鳂I(yè)需求。智能控制半自動(dòng)高速插秧機(jī)有著不同于傳統(tǒng)插秧機(jī)的智能控制系統(tǒng)，能夠讓插秧機(jī)在作業(yè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)全路徑無(wú)人駕駛，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

1 智能控制半自動(dòng)高速插秧機(jī)結(jié)構(gòu)組成及工作原理

智能控制半自動(dòng)高速插秧機(jī)借助全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及尖端的智能算法，集成多種精密傳感器，結(jié)合傳統(tǒng)的機(jī)械自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)各種田況下的自動(dòng)導(dǎo)航無(wú)人駕駛插秧作業(yè)。智能控制半自動(dòng)高速插秧機(jī)智能控件主要由智能控制箱部分（包括控制盒、通訊開(kāi)關(guān)）、天線(xiàn)、基站、遙控器、智能駕駛執(zhí)行控件五部分組成（見(jiàn)圖1）。

圖1 智能控制半自動(dòng)高速插秧機(jī)及其智能控件

智能控制半自動(dòng)高速插秧機(jī)具備智能駕駛和手動(dòng)駕駛兩種操作模式，兩種模式可隨意切換。采用田間打點(diǎn)方式，自動(dòng)規(guī)劃作業(yè)路徑，支持?jǐn)帱c(diǎn)、斷聯(lián)續(xù)航，信號(hào)丟失20 min內(nèi)依舊精準(zhǔn)導(dǎo)航。作業(yè)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)彎。轉(zhuǎn)彎時(shí)，插植部自動(dòng)上升并離合。轉(zhuǎn)彎后，插植部自動(dòng)下降并插秧，機(jī)插秧苗直線(xiàn)精度≤5 cm。遙控器與機(jī)器能在4 km范圍內(nèi)保持聯(lián)接，有效保證大田塊智能作業(yè)。作業(yè)效果見(jiàn)圖2。

圖2 智能控制半自動(dòng)高速插秧機(jī)作業(yè)效果圖

2 智能控制半自動(dòng)高速插秧機(jī)技術(shù)特點(diǎn)分析

智能控制半自動(dòng)高速插秧機(jī)可根據(jù)田塊的大小選擇不同的作業(yè)模式：

1）輔助直行模式。田頭轉(zhuǎn)彎時(shí)，使插秧機(jī)進(jìn)入人工駕駛模式，駕駛員操作完成調(diào)頭對(duì)行后，重新使插秧機(jī)進(jìn)入輔助直線(xiàn)駕駛模式。

2）一鍵調(diào)頭模式。田頭轉(zhuǎn)彎時(shí)，點(diǎn)擊后置控制面板上左轉(zhuǎn)鍵（右轉(zhuǎn)鍵）按鈕，插秧機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)彎，并結(jié)合插植部自動(dòng)升降完成插植自動(dòng)對(duì)行，接著沿下一航線(xiàn)繼續(xù)自動(dòng)駕駛。

3）全路徑規(guī)劃模式。在輸入田塊信息后插秧機(jī)可自動(dòng)規(guī)劃作業(yè)路徑，自動(dòng)控制插秧機(jī)直行，并在田頭轉(zhuǎn)向調(diào)頭時(shí)同步控制插植部升降，作業(yè)過(guò)程僅需要操作者進(jìn)行作業(yè)觀察并在特定狀態(tài)下人工制動(dòng)停機(jī)。

智能插秧作業(yè)過(guò)程中，在作業(yè)速度不低于1.2 m/s的情況下，導(dǎo)航作業(yè)的直線(xiàn)精度保持±5 cm以?xún)?nèi)、銜接行間距精度在±5 cm以?xún)?nèi)?？赏ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)插秧機(jī)上的控制面板旋鈕等方式調(diào)整機(jī)器的作業(yè)速度，以保證作業(yè)效率。支持?jǐn)嗦?lián)續(xù)航功能，在RTK信號(hào)丟失后顯控屏終端會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，此時(shí)機(jī)器自動(dòng)進(jìn)入斷聯(lián)續(xù)航模式，仍可按原作業(yè)路徑繼續(xù)進(jìn)行高精度作業(yè)。

3 智能控制半自動(dòng)高速插秧機(jī)發(fā)展前景展望

智能控制半自動(dòng)高速插秧機(jī)可通過(guò)智能化升級(jí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品更新迭代。產(chǎn)品未來(lái)將可搭載智能自動(dòng)送秧裝置，真正意義上解決插秧機(jī)無(wú)法擺脫加秧人員的問(wèn)題；通過(guò)利用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)機(jī)器編隊(duì)協(xié)同作業(yè)；根據(jù)設(shè)定的軌跡實(shí)現(xiàn)機(jī)器一鍵出入庫(kù)功能；配合智能監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤的酸堿度、肥沃度及農(nóng)作物病蟲(chóng)害情況。未來(lái)高速插秧協(xié)同作業(yè)及監(jiān)控系統(tǒng)場(chǎng)景見(jiàn)圖3。

圖3 未來(lái)高速插秧協(xié)同作業(yè)及監(jiān)控系統(tǒng)場(chǎng)景