[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于單線(xiàn)激光雷達(dá)的變量施肥機(jī)排肥量測(cè)量機(jī)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811118743.3
• 申請(qǐng)日: 2018-09-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109348800B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉慧力;郭春江;賈洪雷;劉行;路云
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): A01C15/00
• 分類(lèi)號(hào): A01C15/00;G01S17/88
• 代理公司: 長(zhǎng)春吉大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 邵銘康;朱世林

1.一種基于單線(xiàn)激光雷達(dá)的變量施肥機(jī)排肥量測(cè)量機(jī)構(gòu)，由雷達(dá)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(Ⅰ)，排肥機(jī)構(gòu)(Ⅱ)，數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)(Ⅲ)組成，其中排肥機(jī)構(gòu)(Ⅱ)由肥箱(15)、步進(jìn)電機(jī)Ⅱ(16)、轉(zhuǎn)軸(20)、排肥器Ⅰ(19)、排肥器Ⅱ(21)、排肥器Ⅲ(22)、支撐板Ⅰ(17)和支撐板Ⅱ(24)組成，其中步進(jìn)電機(jī)Ⅱ(16)固接于支撐板Ⅰ(17)的左面；支撐板Ⅰ(17)固接于肥箱(15)的左下部，支撐板Ⅱ(24)固接于肥箱(15)的右下部；排肥器Ⅰ(19)、排肥器Ⅱ(21)和排肥器Ⅲ(22)自左至右等距排列，排肥器Ⅰ(19)、排肥器Ⅱ(21)和排肥器Ⅲ(22)上端口與肥箱(15)的底部連通；轉(zhuǎn)軸(20)中部貫穿排肥器Ⅰ(19)、排肥器Ⅱ(21)和排肥器Ⅲ(22)，轉(zhuǎn)軸(20)左端經(jīng)聯(lián)軸器(18)與步進(jìn)電機(jī)Ⅱ(16)的輸出軸連接，轉(zhuǎn)軸(20)右端經(jīng)支撐板Ⅱ(24)的孔與軸承座(23)活動(dòng)連接，軸承座(23)固接于支撐板Ⅱ(24)右面，雷達(dá)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(Ⅰ)位于排肥機(jī)構(gòu)(Ⅱ)上方，雷達(dá)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(Ⅰ)中連接板Ⅰ(C)經(jīng)圓孔組Ⅰ(13)固接于排肥機(jī)構(gòu)(Ⅱ)中肥箱(15)后面的圓孔組Ⅲ(25)，雷達(dá)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(Ⅰ)中連接板Ⅱ(D)經(jīng)其上的圓孔組Ⅱ(14)固接于排肥機(jī)構(gòu)(Ⅱ)中肥箱(15)前面的圓孔組Ⅳ(26)；雷達(dá)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(Ⅰ)的單線(xiàn)激光雷達(dá)(3)與數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)(Ⅲ)的串口服務(wù)器(a)連接；數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)(Ⅲ)的驅(qū)動(dòng)器Ⅰ(d)控制排肥機(jī)構(gòu)(Ⅱ)的步進(jìn)電機(jī)Ⅱ(16)；數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)(Ⅲ)的驅(qū)動(dòng)器Ⅱ(e)控制雷達(dá)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(Ⅰ)中防塵直線(xiàn)滑臺(tái)組(A)的步進(jìn)電機(jī)Ⅰ(1)；數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)(Ⅲ)的單片機(jī)(c)與雷達(dá)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(Ⅰ)的光電開(kāi)關(guān)Ⅰ(2)和光電開(kāi)關(guān)Ⅱ(4)連接；數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)(Ⅲ)通過(guò)串口服務(wù)器(a)將單線(xiàn)激光雷達(dá)(3)的數(shù)據(jù)經(jīng)以太網(wǎng)傳輸至電腦上位機(jī)(b)；雷達(dá)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(Ⅰ)中的單線(xiàn)激光雷達(dá)(3)的中心線(xiàn)(f)與排肥機(jī)構(gòu)(Ⅱ)中肥箱(15)的中心線(xiàn)(g)共線(xiàn)；雷達(dá)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(Ⅰ)中單線(xiàn)激光雷達(dá)(3)與排肥機(jī)構(gòu)(Ⅱ)中肥箱(15)的位置關(guān)系式為：

h≥h'_min≥0.5L

其中：L為肥箱(15)的內(nèi)長(zhǎng)；h為單線(xiàn)激光雷達(dá)(3)的激光發(fā)射中心與肥箱(15)頂部表面的距離；h'為單線(xiàn)激光雷達(dá)(3)的激光發(fā)射中心與肥箱(15)中肥料表面的距離；所述的數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)(Ⅲ)由串口服務(wù)器(a)、電腦上位機(jī)(b)、單片機(jī)(c)、驅(qū)動(dòng)器Ⅰ(d)和驅(qū)動(dòng)器Ⅱ(e)組成，其中串口服務(wù)器(a)與電腦上位機(jī)(b)通過(guò)以太網(wǎng)線(xiàn)連接；電腦上位機(jī)(b)與單片機(jī)(c)通過(guò)WIFI無(wú)線(xiàn)連接；單片機(jī)(c)與驅(qū)動(dòng)器Ⅰ(d)和驅(qū)動(dòng)器Ⅱ(e)連接；所述的雷達(dá)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(Ⅰ)由防塵直線(xiàn)滑臺(tái)組(A)、角板(B)、光電開(kāi)關(guān)Ⅰ(2)、單線(xiàn)激光雷達(dá)(3)、光電開(kāi)關(guān)Ⅱ(4)、連接板Ⅰ(C)和連接板Ⅱ(D)組成，其中防塵直線(xiàn)滑臺(tái)組(A)為市售的標(biāo)準(zhǔn)件，其上包括步進(jìn)電機(jī)Ⅰ(1)、滑臺(tái)(5)、右板(6)和底板(7)；其特征在于：所述的角板(B)由橫板(8)、豎板Ⅰ(9)、擋光板Ⅰ(10)、豎板Ⅱ(11)和擋光板Ⅱ(12)組成，其中橫板(8)的右側(cè)固接于豎板Ⅰ(9)的上側(cè)，且呈直角；豎板Ⅱ(11)的左側(cè)上部固接于豎板Ⅰ(9)的前側(cè)下部，且呈直角；擋光板Ⅰ(10)固接于豎板Ⅰ(9)右面后下方，擋光板Ⅱ(12)固接于豎板Ⅱ(11)前面左上方，擋光板Ⅰ(10)和擋光板Ⅱ(12)在一條水平線(xiàn)上；單線(xiàn)激光雷達(dá)(3)固接于角板(B)中的豎板Ⅱ(11)后面；角板(B)中橫板(8)的下面固接于防塵直線(xiàn)滑臺(tái)組(A)中滑臺(tái)(5)的上面；光電開(kāi)關(guān)Ⅰ(2)固接于防塵直線(xiàn)滑臺(tái)組(A)中右板(6)的右面近后端，光電開(kāi)關(guān)Ⅱ(4)固接于防塵直線(xiàn)滑臺(tái)組(A)中右板(6)的右面前端；連接板Ⅰ(C)和連接板Ⅱ(D)結(jié)構(gòu)相同，連接板Ⅰ(C)上設(shè)有由3排共18個(gè)孔組成的圓孔組Ⅰ(13)，連接板Ⅱ(D)上設(shè)有由3排共18個(gè)孔組成的圓孔組Ⅱ(14)，且3排孔中橫向每組孔的圓心構(gòu)成等邊三角形；每組圓孔的間距L₁為：12-18mm；連接板Ⅰ(C)上端固接于防塵直線(xiàn)滑臺(tái)組(A)中底板(7)的下面近后端，連接板Ⅱ(D)上端固接于防塵直線(xiàn)滑臺(tái)組(A)中底板(7)的下面近前端。

2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述基于單線(xiàn)激光雷達(dá)的變量施肥機(jī)排肥量測(cè)量機(jī)構(gòu)的測(cè)量方法,其特征在于,包括下列步驟：

步驟1：系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后，單線(xiàn)激光雷達(dá)(3)隨防塵直線(xiàn)滑臺(tái)組(A)的滑臺(tái)(5)運(yùn)動(dòng)到光電開(kāi)關(guān)Ⅰ(2)的位置，且該位置作為系統(tǒng)零位，同時(shí)單線(xiàn)激光雷達(dá)(3)經(jīng)串口服務(wù)器(a)將數(shù)據(jù)傳輸至電腦上位機(jī)(b)；

步驟2：?jiǎn)尉€(xiàn)激光雷達(dá)(3)回歸零位的同時(shí)，步進(jìn)電機(jī)Ⅰ(1)與步進(jìn)電機(jī)Ⅱ(16)同時(shí)開(kāi)始工作，使單線(xiàn)激光雷達(dá)(3)掃描肥箱(15)內(nèi)部的肥料表面；當(dāng)單線(xiàn)激光雷達(dá)(3)掃描時(shí)，考慮每組數(shù)據(jù)點(diǎn)云的均值在肥箱內(nèi)，肥箱邊緣表面和肥箱外有關(guān)系式：

其中：為數(shù)據(jù)點(diǎn)云在肥箱外的均值；為數(shù)據(jù)點(diǎn)云在肥箱內(nèi)的均值；為數(shù)據(jù)點(diǎn)云在肥箱邊緣表面的均值；

電腦上位機(jī)(b)分析每組數(shù)據(jù)點(diǎn)云的均值判斷單線(xiàn)激光雷達(dá)(3)是否位于肥箱(15)內(nèi)和排除無(wú)用數(shù)據(jù)；當(dāng)單線(xiàn)激光雷達(dá)(3)運(yùn)動(dòng)至光電開(kāi)關(guān)Ⅱ(4)時(shí)，即為完成一次掃描，然后電腦上位機(jī)(b)利用收集的有效數(shù)據(jù)點(diǎn)云計(jì)算出肥料的排出量；正向掃描完成后立即反向掃描，反向掃描數(shù)據(jù)采集完成后，電腦上位機(jī)(b)按照同樣方法計(jì)算出肥料的排出量；

步驟3：電腦上位機(jī)(b)計(jì)算出的肥料的排出量作為步進(jìn)電機(jī)Ⅱ(16)的反饋量，通過(guò)WIFI無(wú)線(xiàn)傳輸給單片機(jī)(c)以控制排肥機(jī)構(gòu)(Ⅱ)中步進(jìn)電機(jī)Ⅱ(16)的轉(zhuǎn)速，保證肥料的排出穩(wěn)定一致。