CN106915391B - 一种基于sick激光传感器的茎秆类作物高度动态识别平台 - Google Patents

一种基于sick激光传感器的茎秆类作物高度动态识别平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于SICK激光传感器的茎秆类作物高度动态识别平台，由动力平台、水平调平机构、SICK角度调节转台、SICK激光传感器、GPS天线及数据传输天线构成，所述动力平台上安装有可升降的水平调平机构，所述水平调平机构上安装有SICK角度调节转台，所述SICK角度调节转台由前后方向旋转台、左右方向旋转台及水平旋转台构成，所述SICK激光传感器固定于水平旋转台的上表面。本发明采用双层底盘设计，下层底盘安置小型汽油发电机及锂电池，为整个平台的动力来源；上层底盘为工作平台，工作平台上设计安装有水平调平机构，能够保证架设于水平调平机构上的SICK作业时不因上层底盘的倾斜而倾斜，使其始终保持水平。

Description

一种基于SICK激光传感器的茎秆类作物高度动态识别平台
技术领域：
本发明属于利用激光传感器动态测量茎秆类作物高度领域，主要涉及一种基于SICK激光传感器的茎秆类作物高度动态识别平台。
背景技术：
茎秆类作物的高度值对于育种的选择和收割时收获机割台高度的调节有着重要的参考意义，然而目前茎秆类作物的高度测量普遍选用抽样加静态测量的方法，测量结果是以局部信息来表示全局信息，误差较大，尤其对于收割时割台高度的调节，不能输入精确的高度值来调节割台高度，导致大量籽粒不能被收获。
电力驱动有着平稳、易于控制及环保等众多优点，因此越来越多的设备平台采用电机驱动，轮毂电机就是众多驱动电机中的一种。如今的各种工厂导引车、农业用植保机平台及其他特种用途平台都越来越青睐于用轮毂电机作为驱动，虽然这些平台新颖、先进，但是都没有广泛地推广开来，其中一个主要的原因在于轮毂电机的动力来源并没有很好地得到有效地解决，致使这些平台不能够长时间、大负载地工作。
本发明涉及一种基于SICK激光传感器的茎秆类作物高度动态识别平台，该平台带动SICK激光传感器行走来动态测量茎秆类作物的高度，为了保证平台移动过程中SICK的平稳及角度的可调节，平台上设计安装了水平调平机构、前后旋转机构、左右旋转机构及水平旋转机构，同时为了实现动态的测量，平台加装了GPS导航装置，实现了SICK的自主、动态测量茎秆类作物的高度。另外，该平台采用小型汽油发电机通过电源管理模块对锂电池进行充放电，为轮毂电机提供动力来源，保证了平台长时间、大负载的工作。
发明内容：
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于SICK激光传感器的茎秆类作物高度动态识别该平台，解决了传统的茎秆类作物的高度测量的抽样加静态测量法的不足，以及以内嵌轮毂电机作为驱动轮的动力来源不足问题，实现了SICK激光传感器自主、动态地测量茎秆类作物的高度，并能使内嵌轮毂电机能够长时间、大负载的工作。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于SICK激光传感器的茎秆类作物高度动态识别平台，其特征在于：由动力平台、水平调平机构、SICK角度调节转台、SICK激光传感器、GPS天线及数据传输天线构成，所述动力平台上安装有可升降的水平调平机构，所述水平调平机构上安装有SICK角度调节转台，所述SICK角度调节转台由前后方向旋转台、左右方向旋转台及水平旋转台构成，所述SICK激光传感器固定于水平旋转台的上表面。
所述的动力平台包括有上底盘和下底盘构成的双层式平台底盘，所述下底盘的底端安装有用于行走的驱动轮和用于转向的转向轮，所述上底盘和下底盘之间放置有用于提供动力的小型汽油发电机、锂电池、转向用伺服电机及电磁制动器，所述小型汽油发电机通过电源管理模块对锂电池进行充放电，并通过电源管理模块为驱动轮的轮毂电机、转向轮的伺服电机以及相关的控制器提供动力。
所述的驱动轮为设置在动力平台后端的后轮，所述后轮由内嵌的轮毂电机驱动，并通过法兰刚性固定于下底盘上；所述的转向轮为设置在平台前端的前轮，所述前轮上装有圆形刹车片，且前轮固定于转向轴上；所述圆形刹车片一面平行且贴近电磁制动器，共同构成混合动力平台的刹车系统。
所述的转向轴由圆柱套筒、侧轴及侧拉杆焊接而成，所述侧轴和侧拉杆错位分布在圆柱套筒的圆周方向，且侧轴与侧拉杆的中心线不在同一平面，其之间的夹角为钝角，所述侧拉杆通过拉杆与转向用伺服电机传动连接。
所述的小型汽油发电机、锂电池、转向用伺服电机及电磁制动器依次安装在下底盘上，且小型汽油发电机位于下底盘的后部，锂电池在中部，转向用伺服电机在中前部，所述电磁制动器在前部。
所述的上底盘与下底盘之间通过阻尼减震器连接，所述阻尼减震器为多个，包括有前阻尼减震器和后阻尼减震器，其分布在上底盘和下底盘之间的两端部。
所述的上底盘前部是由两支撑架构成的倾斜结构，且其中一个支撑架与一对前阻尼减震器连接，上底盘后部是由支撑架构成的水平结构，支撑架与一对后阻尼减震器连接。
所述的水平调平机构为两个，其对称分布在动力平台上底盘上的左右侧，其均由伺服电机驱动的丝杆机构、三角支撑架及倾角传感器构成；所述三角支撑架由水平连杆和两交叉铰接的倾斜连杆组成，所述倾斜连杆的底端与安装在动力平台上的与丝杆机构铰接，所述倾角传感器竖直固定于三角支撑架水平连杆上表面的两端。
所述的前后方向旋转台位于中间位置通过T型轴连接于三角支撑架的中间位置并通过伺服电机驱动，实现前后30°转角的转动；左右方向旋转台位于前后方向旋转台的中间位置通过T型轴连接于前后方向旋转台的中间位置并通过伺服电机驱动，实现左右30°转角的转动；水平旋转台通过旋转轴连接于左右方向旋转台的上表面，并通过伺服电机实现360°的旋转。
所述的SICK激光传感器固定于水平旋转台的上表面，GPS天线固定于动力平台的上底盘上，并且前后各一个，完成平台自主导航的信息获取，数据传输天线固定于上底盘的前端，传送SICK激光传感器测得的数据。
本发明的优点是：
本发明以内嵌轮毂电机的后轮作为驱动轮，采用小型汽油发电机通过电源管理模块对锂电池进行充放电，从而为轮毂电机提供强劲动力来源；整体结构采用双层底盘设计，下层底盘安置小型汽油发电机及锂电池，为整个平台的动力来源；上层底盘为工作平台，工作平台上设计安装有水平调平机构，能够保证架设于水平调平机构上的SICK作业时不因上层底盘的倾斜而倾斜，使其始终保持水平；架设SICK的转台能够分别实现前后、左右30°的旋转及水平360°的旋转。采用双层底盘的设计使得整个平台的动力来源与工作台面巧妙融合，使得其能够工作于需要长时间、大负载的作业环境；因为轮毂电机动力来源的有效解决，该平台能够广泛运用于工厂导引车、农业植保机平台及其他特种用途平台，为这些平台技术的推广提供了很好的便利条件。
附图说明：
图1为本发明的整体机械结构图；
图2为本发明的动力平台局部细节机械结构图；
图3为本发明去掉轮胎后的动力平台局部细节机械结构图；
图4为本发明去掉刹车片后的动力平台局部细节机械结构图；
图5为本发明去掉转向轴后的动力平台细节机械结构图；
图6为本发明中转向轴的结构图；
图7为本发明中水平调平机构的结构图；
图8为本发明中SICK角度调节转台的结构图；
图9为本发明中平台整个控制的流程图。
具体实施方式：
为使本发明的结构以及所述电源供应与控制更加清楚，下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明所述的一种基于SICK激光传感器的茎秆类作物高度动态识别平台，由动力平台1、水平调平机构2、SICK角度调节转台3、SICK激光传感器4、GPS天线5及数据传输天线6构成，所述动力平台上安装有可升降的水平调平机构，所述水平调平机构上安装有SICK角度调节转台，所述SICK角度调节转台由前后方向旋转台、左右方向旋转台及水平旋转台构成，所述SICK激光传感器固定于水平旋转台的上表面。
如附图1、附图2、附图3、附图4、附图5及附图6所示，后轮7为内嵌轮毂电机的驱动轮，前轮8为通过拉杆拉动的转向轮，底盘由上底盘9与下底盘10构成的双底盘。
后轮7借助轮毂电机伸出的轴通过法兰11将其刚性固定于下底盘10的后轴上构成后桥。
前轮8刚性固定于转向轴13的侧轴24上，转向轴13的圆柱套筒23上下安置轴承套在下底盘10上，实现前轮8的转向。
前轮8上安装有圆形刹车片12，圆形刹车片12与固定于下底盘10上的电磁制动器22作用，构成整个平台的制动系统。
转向轴13的侧拉杆25通过拉杆26连接到伺服电机21，伺服电机21转动拉动拉杆26使转向轴13带动前轮8转动，构成整个平台的转向系统。
上底盘9与下底盘10通过一对前阻尼减震器14及一对后阻尼减震器15连接，构成双底盘。
上底盘9前部是由支撑架16、支撑架17构成的倾斜结构，支撑架17与一对前阻尼减震器14连接。上底盘9后部是由支撑架18构成的水平结构，支撑架18与一对后阻尼减震器15连接。
下底盘10上固定有小型汽油发电机19、锂电池20、转向用伺服电机21及电磁制动器22，且位置关系是小型汽油发电机19在后部，锂电池20在中部，转向用伺服电机21在中前部，电磁制动器22在前部。
如附图7所示，水平调平机构左右各一副，固定于上底盘9上。伺服电机驱动的丝杆机构27与三角支撑架28、连杆29及三角支撑架28与连杆29铰接而成，倾角传感器30竖直固定于三角支撑架28的上表面，倾角传感器30实时感知三角支撑架28的水平值，驱动丝杆机构27的伺服电机根据倾角传感器30的数据实时调节三角支撑架28与连杆29以使支撑架28平动升降而保证支撑架28的水平。
如附图8所示，SICK角度调节转台3整体通过T型轴连接于水平调平机构上，通过伺服电机驱动T型轴转动而实现转台的旋转。前后方向旋转台31于中间位置通过T型轴连接于三角支撑架28的中间位置并通过伺服电机驱动，实现前后30°转角的转动；左右方向旋转台32于中间位置通过T型轴连接于前后方向旋转台31的中间位置并通过伺服电机驱动，实现左右30°转角的转动；水平旋转台33通过旋转轴连接于左右方向旋转台32的上表面，并通过伺服电机实现360°的旋转。
如附图9所示，小型汽油发电机19通过电源管理模块对锂电池20进行充放电，并通过电源管理模块为轮毂电机、伺服电机21及相关的控制器提供动力；控制器根据倾角传感器30感知的水平值控制丝杆机构27的驱动伺服电机调节三角支撑架28；控制器根据终端的输入来控制前后方向旋转台31驱动伺服电机、左右方向旋转台32驱动伺服电机及水平旋转台33驱动伺服电机调节SICK的作业角度；控制器根据上底盘9上的前后GPS天线5收到的GPS信号控制平台的走向；控制器还控制SICK激光传感器测得的数据通过上底盘9上前端的数据传输天线6向终端传输。

Claims (8)

1.一种基于SICK激光传感器的茎秆类作物高度动态识别平台，其特征在于：由动力平台、水平调平机构、SICK角度调节转台、SICK激光传感器、GPS天线及数据传输天线构成，所述动力平台上安装有可升降的水平调平机构，所述的水平调平机构为两个，其对称分布在动力平台上底盘上的左右侧，其均由伺服电机驱动的丝杆机构、三角支撑架及倾角传感器构成；所述三角支撑架由水平连杆和两交叉铰接的倾斜连杆组成，所述倾斜连杆的底端与安装在动力平台上的丝杆机构铰接，所述倾角传感器竖直固定于三角支撑架水平连杆上表面的两端；
所述水平调平机构上安装有SICK角度调节转台，所述SICK角度调节转台由前后方向旋转台、左右方向旋转台及水平旋转台构成，所述SICK激光传感器固定于水平旋转台的上表面；所述的前后方向旋转台位于中间位置通过T型轴连接于三角支撑架的中间位置并通过伺服电机驱动，实现前后30°转角的转动；左右方向旋转台位于前后方向旋转台的中间位置通过T型轴连接于前后方向旋转台的中间位置并通过伺服电机驱动，实现左右30°转角的转动；水平旋转台通过旋转轴连接于左右方向旋转台的上表面，并通过伺服电机实现360°的旋转。
2.根据权利要求1所述的基于SICK激光传感器的茎秆类作物高度动态识别平台，其特征在于：所述的动力平台包括有上底盘和下底盘构成的双层式平台底盘，所述下底盘的底端安装有用于行走的驱动轮和用于转向的转向轮，所述上底盘和下底盘之间放置有用于提供动力的小型汽油发电机、锂电池、转向用伺服电机及电磁制动器，所述小型汽油发电机通过电源管理模块对锂电池进行充放电，并通过电源管理模块为驱动轮的轮毂电机、转向轮的伺服电机以及相关的控制器提供动力。
3.根据权利要求2所述的基于SICK激光传感器的茎秆类作物高度动态识别平台，其特征在于：所述的驱动轮为设置在动力平台后端的后轮，所述后轮由内嵌的轮毂电机驱动，并通过法兰刚性固定于下底盘上；所述的转向轮为设置在平台前端的前轮，所述前轮上装有圆形刹车片，且前轮固定于转向轴上；所述圆形刹车片一面平行且贴近电磁制动器，共同构成混合动力平台的刹车系统。
4.根据权利要求2所述的基于SICK激光传感器的茎秆类作物高度动态识别平台，其特征在于：所述的转向轴由圆柱套筒、侧轴及侧拉杆焊接而成，所述侧轴和侧拉杆错位分布在圆柱套筒的圆周方向，且侧轴与侧拉杆的中心线不在同一平面，其之间的夹角为钝角，所述侧拉杆通过拉杆与转向用伺服电机传动连接。
5.根据权利要求2所述的基于SICK激光传感器的茎秆类作物高度动态识别平台，其特征在于：所述的小型汽油发电机、锂电池、转向用伺服电机及电磁制动器依次安装在下底盘上，且小型汽油发电机位于下底盘的后部，锂电池在中部，转向用伺服电机在中前部，所述电磁制动器在前部。
6.根据权利要求2所述的基于SICK激光传感器的茎秆类作物高度动态识别平台，其特征在于：所述的上底盘与下底盘之间通过阻尼减震器连接，所述阻尼减震器为多个，包括有前阻尼减震器和后阻尼减震器，其分布在上底盘和下底盘之间的两端部。
7.根据权利要求2所述的基于SICK激光传感器的茎秆类作物高度动态识别平台，其特征在于：所述的上底盘前部是由两支撑架构成的倾斜结构，且其中一个支撑架与一对前阻尼减震器连接，上底盘后部是由支撑架构成的水平结构，支撑架与一对后阻尼减震器连接。
8.根据权利要求1所述的基于SICK激光传感器的茎秆类作物高度动态识别平台，其特征在于：所述的SICK激光传感器固定于水平旋转台的上表面，GPS天线固定于动力平台的上底盘上，并且前后各一个，完成平台自主导航的信息获取，数据传输天线固定于上底盘的前端，传送SICK激光传感器测得的数据。
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