本發明涉及玉米收割設備，具體為一種智能玉米收割設備及其使用方法。

背景技術：
玉米是我國主要的農作物之一，全國的種植面積約為2400多萬公頃，屬于世界上第二大玉米生產國。但是玉米收獲機械化水平與發達國家相比，差距較大。目前，我國玉米機收面積僅占種植面積的3％左右。近幾年隨著國家對農業的支持力度越來越大，廣大農民對農業生產機械化的要求越來越迫切。我國目前研制生產的自走式玉米收獲機只能完成單一的玉米收獲作業，機具成本高(一般在11-17萬元)，一年內使用時間短(一年只有在收獲季節使用20天左右，年使用率僅為5％左右)，資金回收期長，農民購買困難。另外機組外型尺寸大，質量重，造成轉彎半徑大，重心高，難適應丘陵山區的一般地塊玉米收獲作業，作業范圍小。作為一種自動化玉米收割設備，農業智能玉米收割設備越來越受到重視，從20世紀80年代至今，基于自動定位技術、智能控制行走技術研究經歷了從室內到田間；從非實時到實時的發展過程。定位技術主要采用的機器視覺定位和GPS定位，但是機器視覺定位的運算量很大，很難做到實時處理，而GPS定位的誤差較大，不適合田間的精確玉米收割；在行走技術上目前的農業智能設備還沒有解決當單行玉米收割結束后如何換行的問題。

技術實現要素：
本發明的目的在于解決現有技術中的上述不足，提供了一種智能玉米收割設備以及使用方法。為了實現上述目的，本發明的技術方案為：如圖1所示，一種智能玉米收割設備，其由行走裝置、收割裝置、射頻收發裝置、控制裝置、機架構成，所述收割裝置、射頻收發裝置、控制裝置固定在所述機架上，所述收割裝置包括上割臺、下割臺、輸送槽、切碎器、脫皮機和倉體，其中所述上割臺位于所述智能玉米收割設備的前部，用于完成對玉米的摘取與收集，其包括分禾器、摘玉米輥、變速箱以及玉米收集攪龍；所述摘玉米輥為縱臥式，分為前、中、后三段，前段為帶有凸棱的錐體，用于引導桿莖順利進入摘摘玉米輥的間隙，中段為摘玉米段，后段為強拉段，作用是將拉斷的桿莖或其末梢部分從縫隙強制拉出或絞斷，防止堵塞；所述下割臺位于所述上割臺的正下方，用于完成對玉米桿莖的切斷、收集與輸送，其包括往復式切斷裝置、桿莖收集攪龍和桿莖輸送過橋；所述往復式切斷裝置包括動刀片、定刀片、護刃器、壓刃器、摩擦片，所述動刀片兩面刻有齒紋，防止桿莖從剪切口滑出，還起到一定的自磨刃作用；所述護刃器尖端有護舌，護刃器上鉚接定刀片，所述動刀片與定刀片組成切割副，所述定刀片與護刃器成為兩個固定支撐點，構成對桿莖的雙支撐，所述動刀片由曲柄連桿或擺環機構驅動，作往復運動，使所述動刀片和定刀片構成穩定的剪切副；所述輸送槽位于所述上割臺的玉米收集攪龍后部，用于將收集到的玉米輸送至所述脫皮機，玉米經過脫皮后進入倉體，完成玉米的收集；所述切碎器位于所述下割臺的桿莖輸送過橋的后端，用于將輸送來的玉米桿莖切碎、拋撒還田或回收，其包括滾筒式切碎器和拋送筒。所述行走裝置包括履帶、履帶輪、換行移動結構。其中所述履帶輪共有2組，構成所述智能玉米收割設備行進機構，每組履帶輪包括1個主動輪和2個從動輪，每組履帶輪與所述履帶構成三角形，所述主動輪位于三角形的頂端并與所述機架上的驅動電機固定連接，所述2個從動輪位于三角形的兩側底端；所述換行移動結構包括主框架、支撐桿、絲杠滑塊結構，所述主框架為長方形框架，長邊為2條平行的導桿，短邊為2條平行的連接桿，所述支撐桿共有4個，分別垂直于所述主框架并固定在其4個角上，所述支撐桿在液壓驅動電機的作用下能夠同步伸縮，所述絲杠滑塊結構的絲杠平行于所述導桿并且兩端固定在所述主框架，所述絲杠滑塊結構的滑塊與所述機架固定連接，并且具有與所述導桿配合的通孔，在驅動電機的作用下所述滑塊沿著所述導桿移動；所述射頻收發裝置包括射頻發射裝置和射頻接收裝置，所述射頻發射裝置包括發射天線、射頻產生模塊、微處理器、存儲器、電池，3個以上的所述射頻發射裝置散布在所述智能玉米收割設備周圍的工作環境，構成網絡，所述存儲器存儲所述射頻發射裝置的身份識別數據，所述微處理器將該身份識別數據調制到由所述射頻產生模塊產生的頻率為正弦波的載波信號中，產生的調制信號的頻率為300Mhz-3Ghz，并通過所述發射天線發射出去；所述射頻接收裝置包括接收天線、射頻信號處理裝置，安裝在所述機架上，通過所述接收天線接收來自所述射頻發射裝置發射的調制信號，所述射頻信號處理裝置解調調制信號獲取所述射頻發射裝置的身份數據，并獲取信號幅值；所述控制裝置接收來自所述射頻接收裝置提供的身份數據和信號幅值，根據所述身份數據和信號幅值使用三點輔助定位法計算出所述智能玉米收割設備的位置，從而控制所述行走裝置進行行進、停止或者換行操作，并同時控制所述收割裝置進行收割動作；所述控制裝置通過所述射頻接收裝置能夠接收來自遠程控制計算機發出的指令，實現遠程控制。上述智能玉米收割設備的使用方法，其特征在于包括如下步驟：步驟(1)啟動3個以上的射頻發射裝置，并散布在智能玉米收割設備的工作環境中，構成網絡；步驟(2)放置智能玉米收割設備，啟動電源，初始化智能玉米收割設備，射頻接收裝置接收信號開始定位，實時監控智能玉米收割設備的行進路徑；步驟(3)判斷智能玉米收割設備是否處于田地的一端，如果是則執行步驟(4)，如果不是則執行步驟(5)步驟(4)由于到了田地的一端，因此需要換行，支撐桿伸出，支撐在地面上，將智能玉米收割設備抬起，在絲杠滑塊結構的作用下實現智能玉米收割設備平移，到達要換行的位置時，支撐桿收縮，將所述智能玉米收割設備放置在地面上；步驟(5)支撐桿收縮，在電機的驅動下，履帶和履帶輪配合繼續行走；步驟(6)在行走的過程中，控制裝置控制玉米收割裝置進行玉米收割動作；步驟(7)玉米收割工作結束。本發明與現有技術相比，有益效果如下：(1)收割裝置采用縱臥式的摘玉米輥，其功率消耗小，對莖稈的適應性較強，設計強拉段，使其能夠進行二次摘取，對不同直徑、不同狀態的桿莖適應性更強，降低了含雜率，提高了摘取的效率，并且對桿莖的擠壓程度較小，簡化了系統，減輕了整機質量，便于多行配置，工作使用可靠，堵塞情況明顯減少，在一定程度上能夠起到剝掉苞葉的作用，摘玉米輥對桿莖有螺旋輸送功能；(2)收割裝置采用種往復式切斷裝置有著工作可靠、性能好，傳動簡單，適應性強、功率消耗小、震動小、結構簡單、割茬整齊、無漏割、容易更換的優點。將切割器設計成雙支撐切割裝置，與摘玉米輥螺旋輸送和夾持能力相配合，很好的彌補了限于往復式切割的缺陷；(3)使用三點輔助定位法，有效的減少了環境對定位精度的影響，并且運算量很少，非常適合實時監控定位智能玉米收割設備；(4)使用帶有換行移動結構和履帶結構的行走裝置，保證了智能玉米收割設備在農田中的正常行走，并實現了跨越式自動換行，免除了需要從農田中駛出換行或者人工轉向的麻煩。附圖說明圖1為本發明的設備組成示意圖；圖2為本發明的三點輔助定位法的原理示意圖；圖3為本發明的智能玉米收割設備的使用方法流程圖；圖中，1：射頻發射裝置，2：收割裝置，3：機架，4：射頻接收裝置，5：控制裝置，6：行走裝置，7：智能玉米收割設備。具體實施方式下面結合附圖與實施例對本發明作進一步的說明。本發明的實施例參考圖1-3所示。如圖1所示，一種智能玉米收割設備，其由行走裝置、收割裝置、射頻收發裝置、控制裝置、機架構成，所述收割裝置、射頻收發裝置、控制裝置固定在所述機架上，所述收割裝置包括上割臺、下割臺、輸送槽、切碎器、脫皮機和倉體，其中所述上割臺位于所述智能玉米收割設備的前部，用于完成對玉米的摘取與收集，其包括分禾器、摘玉米輥、變速箱以及玉米收集攪龍。所述摘玉米輥為縱臥式，分為前、中、后三段，前段為帶有凸棱的錐體，用于引導桿莖順利進入摘摘玉米輥的間隙，中段為摘玉米段，后段為強拉段，作用是將拉斷的桿莖或其末梢部分從縫隙強制拉出或絞斷，防止堵塞。采用縱臥式的摘玉米輥功率消耗小，對莖稈的適應性較強，設計強拉段，使其能夠進行二次摘取，對不同直徑、不同狀態的桿莖適應性更強，降低了含雜率，提高了摘取的效率，并且對桿莖的擠壓程度較小，簡化了系統，減輕了整機質量，便于多行配置，工作使用可靠，堵塞情況明顯減少，在一定程度上能夠起到剝掉苞葉的作用，摘玉米輥對桿莖有螺旋輸送功能。所述下割臺位于所述上割臺的正下方，用于完成對玉米桿莖的切斷、收集與輸送，其包括往復式切斷裝置、桿莖收集攪龍和桿莖輸送過橋；所述往復式切斷裝置包括動刀片、定刀片、護刃器、壓刃器、摩擦片，所述動刀片兩面刻有齒紋，防止桿莖從剪切口滑出，還起到一定的自磨刃作用；所述護刃器尖端有護舌，護刃器上鉚接定刀片，所述動刀片與定刀片組成切割副，所述定刀片與護刃器成為兩個固定支撐點，構成對桿莖的雙支撐，所述動刀片由曲柄連桿或擺環機構驅動，作往復運動，使所述動刀片和定刀片構成穩定的剪切副。該種往復式切斷裝置有著工作可靠、性能好，傳動簡單，適應性強、功率消耗小、震動小、結構簡單、割茬整齊、無漏割、容易更換的優點。將切割器設計成雙支撐切割裝置，與摘玉米輥螺旋輸送和夾持能力相配合，很好的彌補了限于往復式切割的缺陷。所述桿莖輸送過橋包括4個喂入輥、過橋殼體、浮動裝置，所述喂入輥與所述過橋殼體的底板之間形成喂入室，桿莖在所述喂入室中調直、輸送至所述切碎器；所述喂入輥的輥一為浮動輥，軸接在所述浮動裝置上，所述喂入輥的輥二、輥三、輥四與所述過橋殼體軸接，所述輥一、輥二、輥三直徑大小相同，中心軸線在同一平面與底板平面平行，所述輥四直徑小于所述輥一，與底板間隙同所述輥一、輥二、輥三與底板間隙相同，保證喂入時的壓緊與夾持作用；所述輥一的齒形為三角形的尖齒，其作用在于給喂入的桿莖提供抓取力，同時對桿莖調直、壓緊；所述輥二、輥三與輥一齒形相同，所述輥二齒形與輥一的齒形相交錯，使輸送方向上無盲區；所述輥四的齒形為腰梯形的尖齒，作用是將輸送的桿莖壓緊喂入，便于切碎器的切碎；所述浮動裝置包括浮動板、拉簧和拉板，所述浮動板的后端通過端蓋套接在所述輥二的輥軸上，所述浮動板的中間部分通過軸承套接在所述輥一上，所述浮動板的前端連接所述拉簧，所述拉簧下部分用螺栓固定在浮動拉板上，進而使輥一能夠上下浮動，根據喂入量的多少來調節拉簧。當喂入量過大時，喂入的桿莖會克服拉簧的拉力，輥一與過橋底板間隙變大，桿莖順利喂入。所述輸送槽位于所述上割臺的玉米收集攪龍后部，用于將收集到的玉米輸送至所述脫皮機，玉米經過脫皮后進入倉體，完成玉米的收集；所述切碎器位于所述下割臺的桿莖輸送過橋的后端，用于將輸送來的玉米桿莖切碎、拋撒還田或回收，其包括滾筒式切碎器和拋送筒；所述行走裝置包括履帶、履帶輪、換行移動結構。其中所述履帶輪共有2組，構成所述能玉米收割設備行進機構，每組履帶輪包括1個主動輪和2個從動輪，每組履帶輪與所述履帶構成三角形，所述主動輪位于三角形的頂端并與所述機架上的驅動電機固定連接，所述2個從動輪位于三角形的兩側底端；所述換行移動結構包括主框架、支撐桿、絲杠滑塊結構，所述主框架為長方形框架，長邊為2條平行的導桿，短邊為2條平行的連接桿，所述支撐桿共有4個，分別垂直于所述主框架并固定在其4個角上，所述支撐桿在液壓驅動電機的作用下能夠同步伸縮，所述絲杠滑塊結構的絲杠平行于所述導桿并且兩端固定在所述主框架，所述絲杠滑塊結構的滑塊與所述機架固定連接，并且具有與所述導桿配合的通孔，在驅動電機的作用下所述滑塊沿著所述導桿移動；所述滑塊內部具有相互嚙合的驅動齒輪和從動齒輪，所述驅動齒輪與驅動電機的驅動軸固定，所述從動齒輪中心具有與所述絲杠螺紋配合的螺紋通孔，通過驅動齒輪和從動齒輪的配合實現了旋轉運動到直線運動的轉換。當所述智能玉米收割設備正常行走時，所述支撐桿收縮，在電機的驅動下，所述履帶和履帶輪配合前進，當所述智能玉米收割設備到達田地的一端需要換行時，所述支撐桿伸出，支撐在地面上，將所述智能玉米收割設備抬起，在所述絲杠滑塊結構的作用下實現所述智能玉米收割設備的平移，到達要換行的位置時，所述支撐桿收縮，將所述智能玉米收割設備放置在地面上，繼續行走；所述射頻收發裝置包括射頻發射裝置和射頻接收裝置，所述射頻發射裝置包括發射天線、射頻產生模塊、微處理器、存儲器、電池，3個以上的所述射頻發射裝置散布在所述智能玉米收割設備周圍的工作環境，構成網絡，所述存儲器存儲所述射頻發射裝置的身份識別數據，所述微處理器將該身份識別數據調制到由所述射頻產生模塊產生的頻率為正弦波的載波信號中，產生的調制信號的頻率為300Mhz-3Ghz，并通過所述發射天線發射出去；所述射頻接收裝置包括接收天線、射頻信號處理裝置，安裝在所述機架上，通過所述接收天線接收來自所述射頻發射裝置發射的調制信號，所述射頻信號處理裝置解調調制信號獲取所述射頻發射裝置的身份數據，并獲取信號幅值；所述控制裝置接收來自所述射頻接收裝置提供的身份數據和信號幅值，根據所述身份數據和信號幅值使用三點輔助定位法計算出所述智能收割玉米設備的位置，從而控制所述行走裝置進行行進、停止或者換行操作，并同時控制所述收割裝置進行收割動作；所述控制裝置通過所述射頻接收裝置能夠接收來自遠程控制計算機發出的指令，實現遠程控制。所述三點輔助定位法包括如下步驟：如圖2所示，步驟(1)對接收的信號幅值進行排序，獲取幅值強度前四的信號對應的射頻發射裝置身份，各個射頻發射裝置的位置按照由強到弱的順序依次為O1(x1，y1)、O2(x2，y2)、O3(x3，y3)；步驟(2)則各個射頻發射裝置距離智能玉米收割設備T(xT，yT)的距離r1、r2、r3可以根據以下關系式計算得出，其中，S(r)表示射頻發射裝置和射頻接收裝置之間的距離，r0表示相對接近距離，通常取1m，n表示路徑損耗系數；步驟(3)建立方程組，解出上述方程組，得到兩組解T1(xT，yT)和T2(xT，yT)；步驟(4)確定最小線段的坐標點，建立方程組，解出上述方程組，得到兩組解T3(xT，yT)和T4(xT，yT)；解出上述方程組，得到兩組解T5(xT，yT)和T6(xT，yT)；分別計算線段T3T5、T3T6、T4T5、T4T6的長度，取其中的最小值線段所對應的兩個點T3、4min(xT，yT)和T5、6min(xT，yT)；步驟(5)將步驟(4)得到的兩個點T3、4min(xT，yT)和T5、6min(xT，yT)分別與T1(xT，yT)和T2(xT，yT)進行長度計算，得到T1T3、4min，T2T3、4min，T1T5、6min，T2T5、6min，比較T1T3、4min+T1T5、6min與T2T3、4min+T2T5、6min之間的大小，取最小值對應的解T1(xT，yT)或T2(xT，yT)，為智能玉米收割設備的真正位置；在使用射頻定位中，環境的變化是難以預知，很難準確設定損耗系數，而損耗系數與路徑成指數影響，在距離越大，損耗系數的影響越大，因此盡可能使用少量的距離目標設備近的射頻發射器能夠減少損耗系數的影響，提高定位精度，本發明使用的三點輔助定位法是使用信號強度最高的兩點定位確定兩個解，在加入信號強度第三的第三個點確定那個解為真正的解，進而獲取智能玉米收割設備的真正位置。如圖3所示，上述智能玉米收割設備的使用方法，其特征在于包括如下步驟：步驟(1)啟動3個以上的射頻發射裝置，并散布在智能玉米收割設備的工作環境中，構成網絡；步驟(2)放置智能玉米收割設備，啟動電源，初始化智能玉米收割設備，射頻接收裝置接收信號開始定位，實時監控智能玉米收割設備的行進路徑；步驟(3)判斷智能玉米收割設備是否處于田地的一端，如果是則執行步驟(4)，如果不是則執行步驟(5)步驟(4)由于到了田地的一端，因此需要換行，支撐桿伸出，支撐在地面上，將智能玉米收割設備抬起，在絲杠滑塊結構的作用下實現智能玉米收割設備平移，到達要換行的位置時，支撐桿收縮，將所述智能玉米收割設備放置在地面上；步驟(5)支撐桿收縮，在電機的驅動下，履帶和履帶輪配合繼續行走；步驟(6)在行走的過程中，控制裝置控制玉米收割裝置進行玉米收割動作；步驟(7)玉米收割工作結束；進一步的說，步驟(2)具體包括如下步驟：步驟(2.1)射頻發射裝置的微處理器將存儲器存儲的身份識別數據調制到由射頻產生模塊產生的頻率為正弦波的載波信號中，產生的調制信號的頻率為300Mhz-3Ghz，并通過所述發射天線發射出；步驟(2.2)射頻接收裝置通過接收天線接收來自射頻發射裝置發射的調制信號，射頻信號處理裝置解調調制信號獲取所述射頻發射裝置的身份數據，并獲取信號幅值；步驟(2.3)控制裝置接收來自射頻接收裝置提供的身份數據和信號幅值，根據所述身份數據和信號幅值使用三點輔助定位法計算出智能玉米收割設備的位置；所述三點輔助定位法包括如下步驟：步驟(2.3.1)對接收的信號幅值進行排序，獲取幅值強度前四的信號對應的射頻發射裝置身份，各個射頻發射裝置的位置按照由強到弱的順序依次為O1(x1，y1)、O2(x2，y2)、O3(x3，y3)；步驟(2.3.2)則各個射頻發射裝置距離智能玉米收割設備T(xT，yT)的距離r1、r2、r3可以根據以下關系式計算得出，其中，S(r)表示射頻發射裝置和射頻接收裝置之間的距離，r0表示相對接近距離，通常取1m，n表示路徑損耗系數；步驟(2.3.3)建立方程組，解出上述方程組，得到兩組解T1(xT，yT)和T2(xT，yT)；步驟(2.3.4)確定最小線段的坐標點，建立方程組，解出上述方程組，得到兩組解T3(xT，yT)和T4(xT，yT)；解出上述方程組，得到兩組解T5(xT，yT)和T6(xT，yT)；分別計算線段T3T5、T3T6、T4T5、T4T6的長度，取其中的最小值線段所對應的兩個點T3、4min(xT，yT)和T5、6min(xT，yT)；步驟(2.3.5)將步驟(2.3.4)得到的兩個點T3、4min(xT，yT)和T5、6min(xT，yT)分別與T1(xT，yT)和T2(xT，yT)進行長度計算，得到T1T3、4min，T2T3、4min，T1T5、6min，T2T5、6min，比較T1T3、4min+T1T5、6min與T2T3、4min+T2T5、6min之間的大小，取最小值對應的解T1(xT，yT)或T2(xT，yT)，為智能玉米收割設備的真正位置。以上所述實施方式僅表達了本發明的一種實施方式，但并不能因此而理解為對本發明范圍的限制。應當指出，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。