智能控制半自动高速插秧机浅析

夏利利 魏国俊 祁文恺 张剑 徐友伟

插秧是水稻种植中的关键环节，插秧质量直接影响水稻产量。传统的插秧方式需要投入大量的人力物力，还无法保证插植精度。随着我国人口老龄化加速，农村劳动力资源越来越紧缺，传统的插秧方式已无法满足规模化作业需求。智能控制半自动高速插秧机有着不同于传统插秧机的智能控制系统，能够让插秧机在作业过程中实现全路径无人驾驶，具有较好的推广应用前景。

1 智能控制半自动高速插秧机结构组成及工作原理

智能控制半自动高速插秧机借助全球卫星定位系统，采用先进的网络通信技术及尖端的智能算法，集成多种精密传感器，结合传统的机械自动化，实现各种田况下的自动导航无人驾驶插秧作业。智能控制半自动高速插秧机智能控件主要由智能控制箱部分（包括控制盒、通讯开关）、天线、基站、遥控器、智能驾驶执行控件五部分组成（见图1）。

图1 智能控制半自动高速插秧机及其智能控件

智能控制半自动高速插秧机具备智能驾驶和手动驾驶两种操作模式，两种模式可随意切换。采用田间打点方式，自动规划作业路径，支持断点、断联续航，信号丢失20 min内依旧精准导航。作业时，可实现自动转弯。转弯时，插植部自动上升并离合。转弯后，插植部自动下降并插秧，机插秧苗直线精度≤5 cm。遥控器与机器能在4 km范围内保持联接，有效保证大田块智能作业。作业效果见图2。

图2 智能控制半自动高速插秧机作业效果图

2 智能控制半自动高速插秧机技术特点分析

智能控制半自动高速插秧机可根据田块的大小选择不同的作业模式：

1）辅助直行模式。田头转弯时，使插秧机进入人工驾驶模式，驾驶员操作完成调头对行后，重新使插秧机进入辅助直线驾驶模式。

2）一键调头模式。田头转弯时，点击后置控制面板上左转键（右转键）按钮，插秧机自动转弯，并结合插植部自动升降完成插植自动对行，接着沿下一航线继续自动驾驶。

3）全路径规划模式。在输入田块信息后插秧机可自动规划作业路径，自动控制插秧机直行，并在田头转向调头时同步控制插植部升降，作业过程仅需要操作者进行作业观察并在特定状态下人工制动停机。

智能插秧作业过程中，在作业速度不低于1.2 m/s的情况下，导航作业的直线精度保持±5 cm以内、衔接行间距精度在±5 cm以内。可通过调节插秧机上的控制面板旋钮等方式调整机器的作业速度，以保证作业效率。支持断联续航功能，在RTK信号丢失后显控屏终端会发出报警信号，此时机器自动进入断联续航模式，仍可按原作业路径继续进行高精度作业。

3 智能控制半自动高速插秧机发展前景展望

智能控制半自动高速插秧机可通过智能化升级实现产品更新迭代。产品未来将可搭载智能自动送秧装置，真正意义上解决插秧机无法摆脱加秧人员的问题；通过利用物联网系统，实现多台机器编队协同作业；根据设定的轨迹实现机器一键出入库功能；配合智能监控系统，实时监测土壤的酸碱度、肥沃度及农作物病虫害情况。未来高速插秧协同作业及监控系统场景见图3。

图3 未来高速插秧协同作业及监控系统场景