[發(fā)明專利]一種基于單線激光雷達的變量施肥機排肥量測量機構

有效

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• 申請日: 2018-09-25
• 公開（公告）號: CN109348800B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設計）人: 劉慧力;郭春江;賈洪雷;劉行;路云
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: A01C15/00
• 分類號: A01C15/00;G01S17/88
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 邵銘康;朱世林

一種基于單線激光雷達的變量施肥機排肥量測量機構屬農業(yè)機械技術領域,本發(fā)明由雷達運動機構，排肥機構，數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)組成，所述雷達運動機構通過防塵直線滑臺組帶動單線激光雷達經光電開關Ⅰ和光電開關Ⅱ控制來回運動，并采集肥料的動態(tài)表面的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)接收雷達的數(shù)據(jù)并計算出排肥量，該排肥量作為反饋量對排肥機構的步進電機Ⅱ進行控制，使排肥量穩(wěn)定準確，以形成變量施肥的閉環(huán)控制；本發(fā)明的單線激光雷達的采樣頻率高，精度高，防塵直線滑臺組的運動速度較快，能實現(xiàn)較快的排肥量數(shù)據(jù)更新頻率，以保證變量施肥的穩(wěn)定性和準確性。

技術領域

本發(fā)明屬于農業(yè)機械技術領域，具體設計了一種基于單線激光雷達的變量施肥機排肥量測量機構。

背景技術

當前變量施肥機械大多沒有采集到有效的排肥量的反饋數(shù)據(jù)，多是通過檢測與排肥器相連接的電機的轉速或排肥軸的轉速間接得到排肥量的數(shù)據(jù)。這樣做會使排肥量的誤差較大，影響變量施肥的效果。例如公開號為CN106843062A的中國發(fā)明專利文獻公開了智能變量施肥控制系統(tǒng)及控制方法。該公開專利主要通過轉速傳感器測量施肥步進電機的轉速來采集排肥量，未做到直接對排肥量的測量。

在現(xiàn)階段，精準農業(yè)中的變量施肥技術，需要解決排肥時排肥量的準確反饋問題，以實現(xiàn)有效的閉環(huán)控制，而單線激光雷達的數(shù)據(jù)更新頻率快，精度高，有利于排肥量的測量。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對排肥量無法有效反饋的問題，提出了一種基于單線激光雷達的變量施肥機排肥量測量機構。

本發(fā)明的一種基于單線激光雷達的變量施肥機排肥量測量機構，由雷達運動機構Ⅰ，排肥機構Ⅱ，數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)Ⅲ組成，其中排肥機構Ⅱ由肥箱15、步進電機Ⅱ16、轉軸20、排肥器Ⅰ19、排肥器Ⅱ21、排肥器Ⅲ22、支撐板Ⅰ17和支撐板Ⅱ24組成，其中步進電機Ⅱ16固接于支撐板Ⅰ17的左面；支撐板Ⅰ17固接于肥箱15的左下部，支撐板Ⅱ24固接于肥箱15的右下部；排肥器Ⅰ19、排肥器Ⅱ21和排肥器Ⅲ22自左至右等距排列，排肥器Ⅰ19、排肥器Ⅱ21和排肥器Ⅲ22上端口與肥箱15的底部連通；轉軸20中部貫穿排肥器Ⅰ19、排肥器Ⅱ21和排肥器Ⅲ22，轉軸20左端經聯(lián)軸器18與步進電機Ⅱ16的輸出軸連接，轉軸20右端經支撐板Ⅱ24的孔與軸承座23活動連接，軸承座23固接于支撐板Ⅱ24右面。

雷達運動機構Ⅰ位于排肥機構Ⅱ上方，雷達運動機構Ⅰ中連接板ⅠC經圓孔組Ⅰ13固接于排肥機構Ⅱ中肥箱15后面的圓孔組Ⅲ25，雷達運動機構Ⅰ中連接板ⅡD經其上的圓孔組Ⅱ14固接于排肥機構Ⅱ中肥箱15前面的圓孔組Ⅳ26；雷達運動機構Ⅰ的單線激光雷達3與數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)Ⅲ的串口服務器a連接；數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)Ⅲ的驅動器Ⅰd控制排肥機構Ⅱ的步進電機Ⅱ16；數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)Ⅲ的驅動器Ⅱe控制雷達運動機構Ⅰ中防塵直線滑臺組A的步進電機Ⅰ1；數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)Ⅲ的單片機c與雷達運動機構Ⅰ的光電開關Ⅰ2和光電開關Ⅱ4連接；數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)Ⅲ通過串口服務器a將單線激光雷達3的數(shù)據(jù)經以太網(wǎng)傳輸至電腦上位機b；雷達運動機構Ⅰ中的單線激光雷達3的中心線f與排肥機構Ⅱ中肥箱15的中心線g共線；雷達運動機構Ⅰ中單線激光雷達3與排肥機構Ⅱ中肥箱15的位置關系式為：

h≥h'_min≥0.5L

其中：L為肥箱15的內長；h為單線激光雷達3的激光發(fā)射中心與肥箱15頂部表面的距離；h'為單線激光雷達3的激光發(fā)射中心與肥箱15中肥料表面的距離。

所述的雷達運動機構Ⅰ由防塵直線滑臺組A、角板B、光電開關Ⅰ2、單線激光雷達3、光電開關Ⅱ4、連接板ⅠC和連接板ⅡD組成，其中防塵直線滑臺組A為市售的標準件，其上包括步進電機Ⅰ1、滑臺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Ⅰ9、擋光板Ⅰ10、豎板Ⅱ11和擋光板Ⅱ12組成，其中橫板8的右側固接于豎板Ⅰ9的上側，且呈直角；豎板Ⅱ11的左側上部固接于豎板Ⅰ9的前側下部，且呈直角；擋光板Ⅰ10固接于豎板Ⅰ9右面后下方，擋光板Ⅱ12固接于豎板Ⅱ11前面左上方，擋光板Ⅰ10和擋光板Ⅱ12在一條水平線上；