CN111194165A - 植物扫描车辆 - Google Patents

Abstract

植物扫描车辆(10)包括但不限于用于基于田地的表型分析中的植物扫描车辆。存在中心主体(16)；三条或更多条支腿(15)，所述三条或更多条支腿(15)从所述中心主体(16)延伸以在每条支腿(15)上支撑车轮(13)；其中所述三条或更多条支腿(15)围绕相应的垂直轴线(95)可旋转地安装到所述中心主体(16)以允许通过旋转所述支腿来调整所述车辆的轮距W，其中所述支腿机械地联接以围绕其相应的垂直轴线在所述支腿之间传递旋转，并且所述中心主体(16)或者所述三条或更多条支腿(13)被配置成支撑传感器(47)来扫描植物。

Description

植物扫描车辆

技术领域

本发明涉及植物扫描车辆，包括但不限于用于基于田地的表型分析中的植物扫描车辆。

背景技术

农业中使用的机械设备往往被设计用于繁重的工作。因此，机械设备往往是庞大、笨重和昂贵的。然而，对植物扫描的需求是不同的。植物扫描指代沿着跨越植物生长的区域的一定距离，诸如沿着一片或一行植物收集样本。样本可包括传感器数据样本，诸如使用飞行时间激光扫描仪、超声波、温度传感器、湿度传感器、光传感器、空气传感器等等获得的植物高度。所采用的诸如激光扫描仪之类的传感器是相对轻质的并且会在许多不同的位置处扫描植物，这意味着植物扫描车辆应当相对容易运输。植物扫描车辆是可支持扫描植物或植物生长环境的任何元素的车辆。同时，所述植物扫描车辆应当具有能够跨立于典型的植物排的宽轮距。然而，很难同时实现所有这些期望的特性。因此需要一种在作物或田地中使用时较稳固且易于运输和调整的新的有用的车辆。

发明内容

一种植物扫描车辆包括：中心主体；三条或更多条支腿，所述三条或更多条支腿从中心主体延伸以在每条支腿上支撑车轮；其中三条或更多条支腿围绕相应的垂直轴线可旋转地安装到中心主体以允许通过旋转支腿来调整车辆的轮距，其中所述支腿机械地联接以围绕其相应的垂直轴线在支腿之间传递旋转，并且中心主体或者三条或更多条支腿被配置成支撑传感器来扫描植物。

支腿可机械地联接以保持车辆的车轮和支腿与主体之间的对称性。

支腿机械地联接以使支腿围绕相应的垂直轴线旋转相同的角度。

传感器可与车辆的中心线对准，支腿可包括两个前车轮并且所述支腿机械地联接以在两个前车轮远离彼此或朝向彼此移动期间保持传感器与中心线的对准。

支腿在中心主体处可具有近端并且可经由齿式联接件来联接。另外，齿式联接件可包括附接到每条支腿的近端的弯曲齿条。

三条或更多条支腿可支撑前车轮和后车轮，前车轮可通过具有可变长度的刚性构件连接到后车轮，并且减小刚性构件的长度可减小前车轮与后车轮之间的距离。另外，刚性构件可包括第一致动器以改变刚性构件的长度，从而调整轮距。第一致动器可以是蜗杆传动致动器、气动致动器或电动致动器。调整轮距可通过改变刚性构件的长度来进行，并且可使支腿围绕相应的垂直轴线旋转并且由此保持中心主体的恒定高度。

支腿包括一个或多个接头以允许支腿围绕相应的水平轴线旋转以调整中心主体的高度和/或使车辆收拢。另外，第二致动器可作用于支腿上以使支腿围绕接头向上和向下旋转。支腿的向上旋转可使主体降低并且支腿的向下旋转可使主体升高。支腿的向上旋转可使支腿朝向收拢构型移动，并且支腿的向下旋转可使支腿朝向扩张构型移动。第二致动器可以是气动撑杆。

支腿可被形成为平行四边形，所述平行四边形包括一对平行杆，所述一对平行杆在一端处连接到中心主体并且在另一端处连接到车轮。第二致动器可在对角线上跨平行四边形连接，使得第二致动器的收缩可使支腿向上或向下旋转，并且第二致动器的扩张可使支腿在相反方向上旋转。

可调整传感器安装件可被提供用来将传感器安装到中心主体，其中传感器安装件可被配置成在行进方向上移动传感器或调整传感器的高度或两者。

传感器可以是用于测量植物相对于传感器的距离的激光扫描仪。

可提供应用于车辆的车轮的旋转编码器以提供车辆的相对位置数据。

可提供移动机构以推进车辆。

车轮中的一个或多个可围绕垂直轴线旋转以操纵车辆。

可提供控制电子器件以基于用户输入而确定用于致动器的控制信号。用户输入可指示中心主体的期望高度或期望轮距或两者。

一种植物扫描车辆，所述植物扫描车辆包括：

中心主体，所述中心主体用于支撑传感器来扫描植物；

三条或更多条支腿，所述三条或更多条支腿从中心主体延伸以在每条支腿上支撑车轮；

所述支腿围绕相应的垂直轴线可旋转地安装到中心主体以允许通过使支腿俯仰旋转来调整车辆的轮距，其中所述支腿机械地联接以围绕其相应的垂直轴线在支腿之间传递俯仰旋转，并且

支腿包括一个或多个接头以允许支腿围绕相应的水平轴线旋转以调整中心主体的高度和/或使车辆收拢。

一种可收拢车辆，所述可收拢车辆包括：

主体，

第一前车轮和第二前车轮，

第一后车轮和第二后车轮，

四条支腿，每条支腿从中心主体延伸以支撑第一前车轮和第二前车轮以及第一后车轮和第二后车轮的车轮，所述支腿从中心主体以围绕中心主体所呈的对称构型延伸，

支腿可在收拢构型与扩张构型之间旋转，由此在收拢构型中，车轮接近中心主体，并且在扩张构型中，车轮远离中心主体，

支腿彼此机械地连接，使得：

支腿中的一个在收拢构型与扩张构型之间的旋转带来其他支腿在收拢构型与扩张构型之间的相同程度的旋转，并且

在支腿在收拢构型与扩张构型之间旋转期间保持支腿围绕主体所呈的对称构型。

一种用于基于田地的表型分析中的可收拢车辆，所述可收拢车辆包括：

中心主体，

第一前车轮和第二前车轮，

第一后车轮和第二后车轮，

四条支腿，每条支腿从中心主体延伸以支撑第一前车轮和第二前车轮以及第一后车轮和第二后车轮的车轮，所述支腿从中心主体以围绕中心主体所呈的对称构型延伸，

支腿可在收拢构型与扩张构型之间旋转，由此在收拢构型中，车轮接近中心主体，并且在扩张构型中，车轮远离中心主体。

一种可收拢车辆，所述可收拢车辆包括：

主体，

第一前车轮和第二前车轮，

第一后车轮和第二后车轮，

四条支腿，每条支腿连接到主体并且从主体延伸以支撑第一前车轮和第二前车轮以及第一后车轮和第二后车轮的车轮，所述支腿从主体以围绕主体所呈的对称构型延伸，

支腿可在收拢构型与扩张构型之间旋转，由此在收拢构型中，车轮接近主体，并且在扩张构型中，车轮远离主体，

所述车辆还包括致动器，所述致动器作用于支腿上以使支腿围绕接至主体的连接向上和向下旋转，使得主体能够通过支腿的向上旋转来降低并且通过支腿的向下旋转来升高，

并且由此在支腿朝向收拢构型旋转期间，支腿围绕接至中心主体的连接向上旋转，使得主体在支腿旋转时降低，并且由此在支腿朝向扩张构型旋转期间，支腿围绕接至中心主体的连接向下旋转，使得主体在支腿旋转时升高。

附图说明

为了可以更全面地理解本发明，现将参考附图描述一些实施方案，在附图中：

图1是根据本发明的一种形式的以基于田地的植物扫描示出的可收拢车辆的透视图。

图2是图1的可收拢车辆的透视图。

图3是图2的车辆的中心主体的视图。

图4是图2的车辆的支腿的透视图。

图5是处于收拢构型的图2的车辆的透视图。

图6a和图6b是相应地处于扩张构型和收拢构型的图2的车辆的端视图。

图7是示出图2的车辆的支腿连接的平面图。

图8是图7的弯曲齿条的视图。

图9是传感器安装布置的视图。

图10a和图10b是相应地处于收拢构型和扩张构型的图2的车辆的平面图。图10c是处于最大长度和最小宽度构型的车辆的平面图。

图11a和图11b是相应地处于扩张构型和收拢构型的图2的车辆的侧视图。

图12是装载到多用途运载车上的图2的车辆的透视图。

图13是图2的车辆的车轮组件的侧视图。

图14是由操作者操纵的车辆的侧正视图。

图15是图14中的配置的平面图。

图16示出了控制器。

图17a示出了中心主体被降低来扫描较小植物的车辆配置，而图17b示出了中心主体被升高来扫描较大植物的车辆配置。

图18更详细地示出了车轮中的一个。

具体实施方式

图1是可折叠或可收拢车辆10的透视图，所述可折叠或可收拢车辆10已被构造用于基于田地的植物扫描的目的并且被示出为具有跨立于包括植物的一般作物的样地11的四个车轮。车辆10被示出为由示意性操作者12控制，使得在图1中，操作者12控制车辆10的速度和方向，并且在车辆10沿着样地11前进时陪着所述车辆一起行进。在其他实施方案中，操作者可例如使用视频波道来远程地控制车辆，或者车辆可使用在本文被论述为导航输入的各种传感器而成为自主车辆。

车辆10具有定位在样地11的任一侧上的车轮13。样地11被示出为作物行，所述作物行将形成间隔开间隔行的多个作物行中的一个。车辆10的车轮13之间的宽度是可调整的，并且因此被选择为使得车轮沿着相邻作物行之间的间距行进。在一个实例中，操作者12通过诸如按钮或触摸屏之类的输入装置来选择车辆10的宽度。在其他实例中，车辆诸如通过使用相机图像或激光扫描数据来检测植物行之间的间隙，并且自动地调整宽度以进入所述间隙中。

图2独立于样地11示出了车辆10，并且该图示出了车辆10的四个车轮13间接地连接到立式支柱14，所述立式支柱14连接到四点式铰接支腿15。支腿15连接在支柱14与中心主体(又被称为“壳体”或“毂”)16之间。应注意，相对于主体的“中心”关系并不意味着主体16确切地处于车辆的中心，而是意味着主体16是在由车轮限定的周界内。换言之，中心主体16是在车轮之间并且可以是远离轴心的，从而导致不对称的设置。中心毂16单独地示出于图3中，并且这示出了中心毂16具有上部结构罩壳18和下部结构主体19。上部结构罩壳18被提供用于容纳相关仪表装置和操作控制装置，而下部结构主体19包括用于将车辆10的结构构件连接到中心毂16的配件，诸如用于接纳支柱26的轴承。下部结构主体19还包括如由空腔20所示的存储容量和门封闭件21。上部罩壳18也可由封闭件22封闭。

毂16被形成为六边形，但是所述毂可以包括方形、矩形和圆形的任何合适的形状形成。图3还示出了包括水平x轴线93、水平y轴线94和垂直z轴线95的坐标系92。支腿15围绕位于x轴线和y轴线的平面内的任何水平轴线在毂16周围进行的旋转在本文被称为俯仰旋转。围绕垂直z轴线95在毂周围进行的旋转在本文被称为偏航旋转。在图3中，支柱26安装到毂16，使得所述毂能够围绕z轴线95旋转。为此，毂包括在支柱26的两端上接纳支柱26的轴承23，但是支柱26的顶端已被毂16遮挡。

参考图1和图2，支腿15从毂16以及确切地说从毂16的下部结构主体19延伸。在所示的形式中，支腿15是更详细地示出于图4中的四点式铰接连杆。每条支腿15因此包括连接到毂16的支柱26(参见图3和图8)的连接支架25。支架25包括开口27，可穿过所述开口27容纳支柱26。支柱26的顶部延伸穿过开口27。在图4中可看到，支架25由围绕支柱26栓接在一起的一对板28和29形成。

支腿15还包括上下联接件或撑杆30、31，所述上下联接件或撑杆30、31在一端处围绕销32和33可旋转地连接到支架25，并且在另一端处围绕销36和37可旋转地连接到第二支架35。在这个意义上，销32和33充当允许支腿15围绕水平轴线41(也示出了垂直偏航旋转轴线95)进行俯仰旋转的接头。支架35接纳如图1和图2所示的支柱14的上端，并且为此，支架35包括以与支架25的开口27类似的方式形成的开口，并且类似于支架25，支架35包括围绕支柱14的上端栓接在一起的板38和39。支柱14的上端并不延伸穿过上板40，而是在支架35内终止于板40的下方。

支腿15意图允许上下运动，诸如支架35相对于支架25的垂直运动并且所述运动由致动器45驱动。致动器45可以是液压、柴油、电动或气动致动器45。致动器45的相对端连接到联接件30和31的在对角线上相对的区域，并且致动器45的收缩倾向于相对于支架25升高支架35，而致动器45的伸展倾向于相对于支架25降低支架35。在与图5相比较时，以如图1和图2所示的车轮14的相对位置示出了致动器45的扩张状态与收缩状态之间的对比。致动器45可具有任何合适的形式，并且可包括线性致动器和/或诸如滚珠螺杆的螺杆致动器，或者气动或液压撑杆。致动器45在最大和最小构型内影响支腿围绕支架25进行的俯仰旋转。最小和最大构型对应于车辆的最小和最大高度，所述最小和最大高度反过来由支腿15的平行四边形的几何结构限定。最小和最大构型是平行四边形内的空间刚好足够容纳气动致动器45的那些构型。这意味着在最大构型/最大高度下，支腿从毂16向下延伸并且具有支架25的毂16高于支架35。可选地，致动器45和/或物理阻挡器可提供支腿15基本上为水平的最大构型。

在图5中，显而易见的是，支腿15相对于支架25分别向上旋转，使得支架35定位在支架25的上方。通过所述俯仰旋转，如图2所示的轮距W已被减小，在相应的前车轮与后车轮13之间的长度方向间距L也是如此。这导致车轮13移动成更靠近中心毂16。在一个实施方案中，约2.8米的最大轮距可通过经由这种俯仰旋转将支腿15从最伸展的构型旋转至其最缩回的构型而减小到约1.5米的轮距。此外，前车轮与后车轮之间的纵向或长度方向中心间距(轴距)可从2.8米的最大间距减小到1.5米的最小间距，并且是相对于支腿15的长度来说的。应注意，支腿15的俯仰可在恒定偏航下在收拢构型与扩张构型之间的整个范围内调整。这大体上与杆67/68的伸展或收缩相一致。然而，偏航是改变还是保持恒定对于机构的运行来说并不重要。

应注意，图1和图2所示的间距不是车轮13的最大间距。最大间距示出于图10b中。最小间距示出于图5中。应注意，不同的最小间距和最大间距可能同样是可行的。具体地说，对于较大规模的农业环境，车辆可折叠到3.3米的最大间距并且可拖挂在拖拉机或其他移动机构的后方。框架折叠几何结构自身会带来可伸缩性。在一个实例中，车辆10是用于扫描作物或其他功能的可运输的自主车辆，所述可运输的自主车辆使用3m或更大的最大轮距来适应当前的拖拉机间距，但是需要在2.4m的道路法定宽度下进行最大限度的折叠。缩放型式的车辆10可实现这一点。另外，还可以针对其他应用进行缩小并且制造更小型式的车辆。

本文稍后将更详细地描述用于使车辆10在图1和图2的操作位置与图5的完全收拢或折叠位置之间折叠或收拢的机构，但是机构的一方面是用于致动器45收缩，从而开始从图1和图2所示的位置进行升高运动以使支架35上升到图5所示的位置。操作位置是车辆针对特定应用操作所处的位置并且在跨植物移动的过程中通常不会改变。操作位置可以是毂16的最大高度位置或支腿15为水平的位置。然而，应注意，包括支腿15在水平面上下伸展的位置的任何位置都可被视为是操作位置。使支腿15伸展到水平位置具有以下优点：针对不同作物高度进行调整而作出的毂15的高度的变化确实会带来轮距的仅仅较小的变化(根据俯仰角的余弦)。应注意，通过改变致动器45(参见图4)的长度来改变毂15的高度，而不使支腿15围绕其相应的轴线95旋转会导致宽度变化。然而，在恒定宽度下通过在使支腿15相应地旋转的同时改变致动器45的长度，可改变毂高度。控制途径的这种“混合”可被编程到微控制器中以在用户通过用户输入改变高度时自动地进行所述混合。

图17a和图17b示出了一个实例。图17a示出了中心主体16被降低来扫描较小植物的车辆配置，而图17b示出了中心主体16被升高来扫描较大植物的车辆配置。应注意，车轮之间的距离在这个实例中保持恒定。

在图5所示的布置中，收拢动作可通过使车辆沿着地面进行滚动运动以避免车轮13向侧面滑移来完成。

从图中将显而易见的是，车辆10可扩张到图1和图2的构型，或图10b的最大构型，并且可收拢或折叠到图5的最小构型。然而，车辆10还可能采用在最大构型与最小构型之间的无数位置。通过致动器45的致动，这种调整是简单且迅速的，并且在车辆10行驶时，一旦杆67/68被释放来允许其根据需要进行收缩，就可完成所述调整。实际上，当杆67/68尽可能地收缩并且气动致动器也尽可能地收缩时实现最小构型。偏航角之后完全由部件的几何结构限定。

此外，本发明的主要优点可通过控制致动器45，使得车辆保持车轮13与毂16之间的对称性来实现。这使得车辆10携带的传感器的位置在车辆10的其他零件，诸如车轮13与毂16之间能够具有恒定的可重复关系。例如，附图示出了传感器47，所述传感器47固定到传感器支腿48，所述传感器支腿48连接到滑轨50从其延伸的支柱49。滑轨50延伸穿过毂16的滑动管51(参见图3)。滑动管51从毂16的一侧延伸到另一侧，使得传感器47的位置可相对于毂16向前和向后调整。同样，如本文稍后将描述可调整传感器47的高度。然而，可由车辆10以及其折叠的方式提供的优点是，由于车轮13可被控制成朝向毂16移动以减小图2的间距W和L，因此在毂16车轮13的一侧上的车轮13与传感器47之间的相对间距与相对的车轮13与传感器47之间的间距保持相同。因此，由此得出，在致动器45的相等的扩张或收缩下，不管前车轮13与后车轮13之间的间距W如何，传感器47都总是会定位在它们之间的中间位置。这在图6a和图6b中是显而易见的，由此取自传感器47的垂直中心线与在一对前车轮13之间作出的水平线相交，使得车轮中的第一车轮13与中心线之间的间距W1等于车轮中的第二车轮13与中心线之间的间距W2。同样，当车辆10完全收拢时，W3等于W4。将显而易见的是，在图6a和图6b所示的位置之间的任何点处，在穿过传感器47的垂直中心线的任一侧上的车轮13之间都将存在相等的间距。优点是，每次将运动赋予车辆或对所述车辆作出调整时，对于整个传感设备来说都不需要传感器再校准。

作为一个实例，在传感器设置在前车轮之间的中心线上的情况下，前车轮远离彼此或朝向彼此进行的对称运动将传感器保持在相同的传感器线上。也就是说，车轮之间的中心线不会偏移，因为车轮在每次运动时都相对于彼此向外或向内偏移相等的距离。可能定位在前车轮上的编码器可能会朝向和远离传感器设置在上面的中心线移动，但是在中心线的任一侧上，车轮的距离将总是相等的。应注意，本文的实例涉及在中心附接到支腿48的传感器，但是对于本领域技术人员而言将显而易见的是，传感器可在任何位置安装到车辆10。毂16被配置为在传感器可以各种不同的方式附接到毂的意义上支撑传感器，所述方式包括支腿、台架、转盘、绳索、钻具和其他结构。

图18更详细地示出了车轮13中的一个。在这种情况下，示出了前车轮中的一个。车轮13安装在车轮支撑件110上，所述车轮支撑件110包括由支腿15(未示出于图18中)中的一个接纳的支柱14。车轮支撑件110还包括车轮防护件111以引导侧面分枝或茎秆远离车轮以减少对植物的损害。还存在悬挂元件112，诸如气弹簧，以在跨越田地时提供平稳的行车。车轮支撑件110还包括由风扇114冷却的电子器件室113。在电子器件室113的外侧，存在传感器115。在这个实例中，传感器115向内，即朝向另一个前车轮定向。还可能存在安装在另一个前车轮上的匹配的传感器。例如，在一个前车轮上可能存在垂直的LED阵列并且在另一个前车轮上可能存在光电二极管阵列以形成光幕，所述光幕通过检测植物覆盖哪个光路来测量作物高度。同样可提供其他传感器，并且所述其他传感器可测量车轮之间的距离以实现车辆的自动配置。

如上所述，支腿15围绕相应的水平轴线进行的旋转如由图4中充当枢转接头的销36、37所限定会使车轮13朝向或远离毂16移动。同时，毂16上下移动。在一种使用车辆10的方式中，操作者12卸下收拢的车辆，并且通过控制致动器45的扩张来使车辆10扩张直到车辆10被展开为止。例如，当支腿15如图6a所示大致为水平时，操作者12停止所述支腿的旋转。操作者12之后可微调支腿的旋转以将毂16的高度调整到期望高度。这个期望高度可取决于将被扫描的作物的类型或将执行的扫描的类型。因此，毂16的设定高度在扫描的进程中可能不会变化。在其他实例中，毂16的高度在支腿为水平的位置上保持恒定，并且气动致动器45仅在车辆收拢时激活。

然而，行的宽度可随着扫描的进展而变化。另外，不同宽度的不同样地都可用所述车辆扫描，同时保持与其他设定，诸如毂16的高度的一致性。因此，在这些情形下重要的是，可在不改变毂16的高度的情况下改变轮距。具体地说，如果传感器47是距离传感器，诸如激光测距仪，则重要的不是改变传感器47的高度，因为改变传感器47的高度会改变感测到的作物高度，这可能会使测量不一致。

图7示出了在保持恒定的传感器高度时可以如何实现对轮距的调整的实例。在相对于图4和图8进行进一步论述的情况下会发生图7的论述。在图4中，支柱26的上端被示出为从开口27突出来，并且支柱26在图3中还被示出为安装在毂16的下部结构主体19内。在图3中未示出的是齿轮55，所述齿轮55示出于图4、图7和图8中。未示出齿轮55是因为所述齿轮位于毂16的下侧并且因此被遮挡。图4、图7和图8示出了齿轮55连接到支柱26的底端，并且被形成为包括多个齿轮齿的弯曲齿条，并且还包括杆件56以连接到支柱26。应注意，齿轮55可同样连接到支柱26的顶端。然而，将齿轮55连接到支柱26的底部具有以下优点：齿轮55可位于下部结构主体19的下侧和外侧，这意味着在下部结构主体19中不需要额外的开口来接纳齿轮55。齿轮55可受到在齿轮下方的另一块钢板以及位于钢板与结构主体19的下侧之间的并包围齿轮55的橡胶密封件的保护。

支腿15中的每一个包括齿轮55。如图7所示，在车辆10的组装好的布置中，相应齿轮55在毂16的中心进行啮合。如在图7中显而易见的是，每个齿轮55直接与另外两个齿轮55啮合。此外，由于齿轮55所连接的支柱26可旋转地安装到毂16，因此支腿15中的一个的旋转会借助于齿轮55之间的啮合传动作用而带来其他三条支腿15的旋转。由此得出，相对于图7，该图所示的相应角度在支腿15旋转时会保持相等。也就是说，在所示的布置中，α＝β＝ε＝δ总是成立。这是因为借助于在支腿之间传递偏航旋转的齿轮传动布置，支腿15在物理上受到约束以保留所述支腿之间的倾斜度。换言之，呈弯曲齿条55的形式的机械联接将支腿中的一个的偏航旋转传递到所有其他支腿。因此，在车辆10的布置中不可能在不移动其他支腿15的情况下移动支腿15中的一个，也不可能移动支腿15中的一个来更改图7所示的恒定的角度关系。保持车辆部件的相对几何结构允许车辆的车轮移动来增大或减小轮距，而不需要在每次进行移动或调整时都对整个传感设备进行再校准。也就是说，由于对称性得以保持，因此尽管车轮的位置可加以调整，但是安装在车轮上的编码器和主体上的传感器的相对位置将是已知的。这种对称性的保留意味着尽管实际距离或间距可能会变化，但是传感器与车轮之间的间距比得以保持。应注意，编码器和传感器可安装在车辆10上的任何位置。在一些实例中，为了简化传感器数据的准确的位置标记，在编码器和传感器的位置之间存在恒定关系。

在一种形式中，支腿15的内端经由齿式连接来连接，所述齿式连接可包括例如附接到每条支腿15的弯曲齿条55。在这种形式中，支腿的内端延伸到彼此接近的位置，由此与每个内端相关联的弯曲齿条55接合，并且由此一条支腿15的偏航旋转会使与所述支腿相关联的弯曲齿条55旋转，将偏航旋转传递到其他支腿并且因此同样引起其他支腿的偏航旋转。应注意，可断开图7中的弯曲齿条55之间的一个连接，同时保留整体功能性。例如，可断开角度ε与δ之间的连接，并且如果其他三个连接得以保持，则就能保留偏航旋转的传递。可选地，如图7所示，每个弯曲齿条可与两个弯曲齿条接触。考虑到每个弯曲齿条具有两个连接点，这后一种布置提供了具有良好稳定性的紧凑布置。经由这种布置，一条支腿通过设定角度的偏航旋转会引起其他支腿的相同量的旋转。由此得出，如果提供驱动器来使支腿旋转，则仅需要单个驱动器。可选地，如果手动地旋转支腿，则一条支腿的运动会引起其他三条支腿的运动。在一个实例中，存在不是经由机械联接而连接的两条支腿。由于这两条支腿仍然经由联接件间接地联接到其他支腿，因此这种机械系统仍然是完全确定的。

图7的布置是支腿15之间的机械连接或联接，并且确保了无论何时驱动支腿中的一个的旋转，支腿15都会一起并在相同的程度上旋转。此外，支腿之间的齿轮传动的连接允许车轮的间距在最大构型与最小构型之间的无限变化，所述最大构型与最小构型可通过偏航旋转，也就是说杆67/68的最小和最大长度来实现。应注意，存在可实现传感器47与车轮13之间的定位一致性，同时保持毂16的高度恒定的其他机械联接件。这些机械联接件可包括在支柱26之间传递偏航旋转的条带或链条。

在本文先前对传感器47进行的论述中，本发明的优点被给出为是支柱49在车轮13中的每一个之间总是保持相同的间距。图7的布置示出了如何通过所论述的齿轮传动布置来实现这一点。当然，可以采用其他布置来实现这个相同的结果，但是图7所示的齿轮传动布置是简单的并且能高度有效地实现这个结果，并且有利地，即使四条支腿15中的仅一个受驱动来旋转，也能够实现所述结果。

还将理解，一旦受驱动的支腿被驱动到期望位置，图7所示的齿轮传动布置就能保持车轮13之间的间距恒定。因此，在支腿15进一步受到驱动之前，所有支腿将保持它们之间的设定的角度关系并且不会偏离所述位置，直到受驱动的支腿进一步受到驱动。

图9示出了用于安装传感器47的安装布置，并且更详细地示出了支腿48、支柱49和滑轨50。从图9中可看到，板59将支腿48固定到支柱49，但是所述布置可以可选地是可调整布置，由此支腿48可以相对于支柱49向前和向后移动，并且事实上，可以存在可旋转的调整装置，使得支腿48可以围绕支柱49的长度方向轴线旋转。

支柱49可从图9所示的位置垂直地移动以调整传感器47的垂直高度。滑轨50安装在支柱49上的轨道内并且因此可在轨道内移动，并且当滑轨50相对于支柱49的最终位置已被实现时，夹具60可被上紧来固定滑轨的相对位置以固定滑轨50相对于支柱49的相对位置。以此方式，可调整传感器47相对于毂16的高度。

如先前所指示，图9的整个安装布置可通过使滑轨50移动穿过毂16的滑动管51而相对于毂16向前和向后移动。虽然仅示出了单个传感器47，但是需要了解到，车辆10可以承载或支撑各种传感器，并且意图设置好下部结构主体19以便适当地安装附加传感器。传感器可以例如从毂16侧向地延伸到滑轨15以便对车辆10的侧部进行测量，而其他传感器可以设置在滑轨50的与支柱49相对的端部上以感测被分析的作物的不同特性。传感器还可以放置于支腿15上或从其延伸，例如从驱动器壳体42延伸。这一论述是为了突出传感器或测量设备可在任何合适的位置放置于车辆10上以感测或测量对于被分析的作物而言适当的各种特征。更进一步，毂16或车辆10的其他结构元件可以支持递送系统，以在传感设备(例如传感器47)检测到特定缺乏症的情况下并在经由车辆10可立即获得处理产品的情况下递送肥料或其他作物处理用品。例如，车辆10可以包括某种肥料的供应并且可以包括合适的喷雾或递送设备，使得在通过传感器47感测到作物的缺乏症时，可在检测到缺乏症的时间点进行肥料的即时递送。在其他实例中，车辆10用于杂草检测和除草剂施加或者自动除草或者害虫检测和农药除害。图13是车辆10的前车轮13中的一个的详细视图，所述前车轮13包括驱动器壳体42，但是被示出为是开放的，使得壳体42内的内部部件是可见的。图13示出了车轮推进机构，所述车辆推进机构包括诸如由电池63供电的驱动马达62的移动机构。离合器64提供在驱动马达62与链条传动布置65之间。链条传动装置带动齿轮传动链轮，所述齿轮传动链轮连接到车轮13的车轴，所有这些都已被链条盖66遮挡。图13所示的驱动布置是与应用于前车轮13中的每一个的驱动布置相同的驱动布置，并且相应马达62的驱动允许以不同的速度驱动前车轮13以便操纵车辆10。移动机构的其他实例是包括柴油或汽油的燃烧发动机以及拖拉机或者拖曳或推动车辆10的其他车辆。

车轮13可以不同速度驱动来进行操纵并且因此所述车轮可被固定而不能旋转，或者可选地或此外，车轮13中的一个或多个可以是可旋转和可操纵的。在一个实例中，前车轮中的一个或两个被驱动，两个后车轮都是可旋转的，并且后车轮中的一个被布置成用于手动操纵。这有利地使得车辆能够从后方进行操纵，这在一些表型分析活动中可能是需要的，但是更可能的是允许手动操纵以使车辆在不同的作物之间移动，或者将所述车辆移动到运输车辆上并从所述运输车辆上移出所述车辆。

图13进一步示出了从壳体42向后侧延伸的中空杆67，并且所述杆67接纳延伸到后车轮13的另一杆68(参见图2)。夹具69允许固定杆67和杆68的相对位置，并且将了解到，在夹具69已被释放之后并在车辆10的折叠和展开运动期间，杆68在杆67内伸缩地滑动。对夹具69的致动是使车辆10在折叠和展开构型与在折叠和展开构型中间的位置之间转变的几个程序步骤之一，但是一旦已实现适当的构型，就可将车辆10的相对侧上的夹具69固定或上紧，并且这就固定了相应的前车轮与后车轮13之间的距离(轴距)L(图2)。

在一个实例中，车辆10包括使杆组件67、68扩张或收缩的另外的致动器91。另外的致动器91可以是蜗轮传动致动器、气动致动器或电动致动器。致动器改变前车轮与后车轮之间的长度L，并且如上所述，由于支腿在毂16中的机械联接，这能改变车辆的轮距W。优点是，操作者12可连续地调整轮距以适应变化的行宽，而不会影响车辆10的对称性或改变传感器47的高度。诸如电动马达的致动器或致动器的零件可位于壳体42内。

在图2中可看到，后车轮13包括可旋转联接件70，所述可旋转联接件70连接在悬挂臂71与支柱14之间并且允许后车轮13根据需要旋转。在图2中，可看到，操作者12控制操纵杆72并且这允许车辆10的手动操纵。交互装置75还被示出为附接到杆72的自由端，并且所述交互装置可用于向操作者12提供信息以用于评估车辆速度、车辆位置、电池电量、感测数据等的目的。将了解到，虽然这些图示出操作者12处于操纵和控制车辆10的运动的位置，但是车辆10可以可选地使用GPS导航或其他控制系统来远程地控制以自主地移动。例如，控制器75可基于由车轮旋转编码器提供的高度准确的相对位置数据而保持恒定速度。还可能存在拖拉机或者用于拉动或推动车辆10的其他移动机构，并且车辆10可包括适合于这种应用的联接件。

编码器可例如采用于车轮上以跟踪速度、方向和距离。编码器可动态地且准确地识别车辆在田地中的相对位置，使得诸如行扫描仪的传感器收集的图像或数据可被编译成准确的图像以供稍后分析。更具体地说，对于一些应用来说，重要的是，来自每个行扫描的数据与相对位置相关联。一种这样的应用可以是生物质的数值的计算。因此，重要的是，准确地测量所行进的距离。在这个意义上，相对不太重要的是，绝对位置保持准确，因为所计算的生物质不会显著地取决于例如GPS参考内的绝对位置。

车辆10的可收拢性或可折叠性在上文中已被描述为对于本发明来说具有重大意义。图6a和图6b已经示出了在扩张构型与最小折叠构型之间的运动，而图10a和图10b以及图11a和图11b示出了在车辆10中可获得的运动的平面图和侧视图。图10a示出了处于完全收拢状态的车辆10的平面图，而图10b示出了处于完全扩张状态的车辆10，其中支腿15已进一步旋转到超出了图7所示的状态以增大角度α、β、ε和δ，使得轮距被进一步加宽。图10b可与图7的平面图进行比较以显示支腿15的不同角度位置以及车轮13之间的较大宽度W。在图10b的位置中，夹具69已经由杆68在杆67中的伸缩运动而偏移(诸如在致动器的控制下)，使得夹具已移动成紧密接近后车轮13的联接件70或实际上与所述联接件接合。此时，无法进行支腿15在图10b的箭头A的方向上的进一步旋转。然而，再次，应注意，尽管支腿15旋转到了最大伸展构型，但是车辆10的车轮13与支腿48之间的间距保持相等，使得车辆的对称性保持恒定。

图11a和图11b清楚地示出了在图2的扩张构型与图5的收拢构型之间发生的长度L的变化。

本发明的车辆10的主要优点是在完全收拢构型中，车辆10可转换到能够在多用途运载车80(参见图12)的托板上，或者在挂车或平板车上容易地运输的尺寸。图12示出了标准多用途运载车，其中先前的图的车辆10搁置在托板81上并搁置在车辆80的壁82内。收拢到图13所示的最小构型的能力使得能够在不同位置(不同农场，或同一农场内的不同作物)之间进行迅速而简易的运输，并且考虑到车辆10可装到标准多用途运载车80上，且考虑到大多数农场(如果不是所有的话)都可获得这种车辆，运输过程不需要特殊设备。当与车辆10能够经历来提供约2.8m的轮距的显著扩张组合时，这个优点在发明人已知的其他类似车辆中是不可获得的。可能能够装到多用途运载车的托板上的其他车辆无法提供本发明的车辆实现的扩张，而确实提供这种扩张的车辆无法装到如图所示的多用途运载车上。

作为另一实例，且相对于基于田地的表型分析，实现准确而有用的结果的一个方面是车辆的位置在任何时候都是准确地已知的。相对于行扫描，每3mm进行对作物的扫描并且将许多单独的扫描合并在一起来产生二维图像。还可使用激光扫描仪来提供深度以产生三维图像。由于扫描宽度如此小，因此在任何时候了解车辆的位置，尤其是车辆的增量位置是很重要的，使得被产生的图像通过连续的行扫描来产生。GPS的单独使用可能无法给出足够的准确性，因此将诸如编码器的传感器应用于车辆的车轮并且所述编码器彼此通信来就车辆10在作物中定位在何处提供反馈。尽管前车轮和后车轮的各个车轮之间的间距会被修改或改变，但是对彼此通信的传感器的校准可执行一次并且不需要进一步的校准。

除了上文论述的优点之外，支腿之间的连接还有助于非常快速地调整支腿来增大或减小车轮的轮距，或者使车辆从用于运输的收拢构型转变为用于基于田地的表型分析的扩张构型。随着一条支腿的移动，所有四条支腿都会一起移动，使得不需要支腿的单独移动。

车辆的主体通常是中心主体，但是这不是必需的。对于车辆来说最重要的是主体形成车辆的重心。然而，可设想的是，在本发明的大多数形式中，所述主体会是中心主体，因为这提供了非中心主体可能很难达成的车辆扩张和收缩的优点。

虽然本文描述的一些实例涉及中心定位的传感器，但是传感器不需要中心地定位就可产生所论述的益处。其他传感器可定位在车辆上的其他位置并且保留住支腿和车轮的对称运动的益处，因为考虑到支腿和车轮都移动相同的量，算法能够适应位置变化。将了解，传感器可以是本领域可获得的任何合适的传感器。这类传感器的实例包括用于测量植物密度的便携式x射线、用于提取植物的形态量化结果的多层面立体式RGB系统、用于量化植物生理状况的化学性质的多光谱或高光谱相机、用于测量光合参数的荧光系统、用于测量植物高度远红外成像来测量植物温度的光幕以及用于测量电磁光谱来量化植物水分状况和温度的水下使用或辐射测量传感器。

在中心主体形成车辆的重心的实例中，特别是像在植物扫描，例如表型分析活动期间使用一样，可收拢车辆可有利地提供提高的稳定性。在这些活动中，往往会在高低不平的地面上驱动车辆，并且地面可能是倾斜的，从而需要车辆上下坡行驶并且穿越斜坡。通过由中心主体形成车辆的重心，车辆不太可能会翻车，同时安装到中心主体的传感器将更稳定地用于更好的图像或信息捕获。在车辆重量方面，中心主体优选地具有大部分重量，例如约所述重量的至少50％。

图14是由操作者12操纵的车辆10的侧正视图。这个视图示出了如何选择中心主体的高度，使得支腿15是水平的。在一个实例中，当操作者12指示控制器75来使车辆10扩张时，控制器75自动地控制气动致动器45来扩张直到支腿15变水平为止。夹具69可手动地释放或由控制器75自动地释放，使得杆67和68在这个操作中自由地滑动。操作者12之后可对这个配置作出进一步调整以适应例如特定作物高度。当设置好期望配置时，由操作者12固定或自动地固定夹具69。

图15是图14中的配置的平面图。如可以看到，在任两条支腿15之间存在约90度的角度。根据这个配置，操作者12可指示控制器75来改变车辆10的轮距。进而，控制器75控制第二致动器(通常由91指示)来使连接构件67、68伸展或缩回，以改变前车轮与后车轮之间的距离并且由此改变轮距。应注意，由于毂16中的向其他支腿传递旋转的机械联接，因此仅需要单个致动器91。然而，为了额外的刚性，在本实例中提供了第二致动器91。虽然致动器91被提供在前车轮与后车轮之间，但是它们也可被提供在左右车轮之间。在前车轮与后车轮之间具有致动器91的优点是它们不会影响车辆10的间隙。致动器91可在以下这样的意义上结合使用夹具69的布置一起使用：当车辆收拢/扩张时，可松开夹具69，然后可使用致动器91来对轮距作出调整。在这种情况下，每个夹具69可由穿过杆67和68的在扩张位置对准的孔替代，使得能够将销引导穿过所述孔以将杆67和68锁定在其相对的位置。在其他实例中，操作者12可输入期望轮距和期望高度，并且诸如远程控制装置或车载电子器件之类的控制器计算致动器的所需长度来实现期望的宽度和高度，并且向致动器发送控制信号以使所述宽度和高度得到相应调整。

图16更详细地示出了控制器75。控制器75包括手柄101，使得操作者12能够可靠地抓握并操纵车辆10。还存在操纵杆102、第一显示器103和第二显示器104。操纵杆102可在机动化推进和机动化操纵的情况下使用。然而，在其他实例中，车辆10是手动地推动和手动地操纵的。第二显示器104可显示车辆配置的当前参数，诸如主体高度和轮距，所述参数还可经由操纵杆102或通过触摸显示器103来调整。第一显示器103可以侧正视图或3D/等轴视图显示当前的行扫描，使得操作者12能够确认进行了扫描。理想地，操作者12将能够将行扫描的任一端上的触底点辨别为最低植物高度/相对于传感器的最大距离的部位。如果操作者12在扫描的任一侧上都未看到触底点，则可能需要加宽轮距。相反地，如果过多扫描表示触底点，则可能需要缩短轮距。

虽然本文的一些实例涉及作物，但是存在同样可接受扫描的其他植物，诸如攀缘植物、树或花以及园艺和林业中的其他应用。另外，虽然本文的一些实例涉及具有四条支腿的车辆，但是其他示例车辆可能仅具有三条支腿，其中移除了支撑四轮配置的后车轮的一条支腿。在另一些实例中，车辆可具有六个或八个车轮，其中两侧各有一半车轮。在另一个实例中，代替车轮或除此之外，车辆还具有轨道。

贯穿本说明书的描述和权利要求，词语“包含”和所述词语的变型，诸如“包含(comprising)”和“包含(comprises)”不意图排除其他添加剂、部件、整数或步骤。

本文描述的发明容易有除确切描述的那些之外的变化、修改和/或添加，并且应理解，本发明包括落入本公开的精神和范围内的所有这类变化、修改和/或添加。

未来的专利申请可基于或要求本申请的优先权在澳大利亚或海外进行提交。应理解，以下临时权利要求仅通过举例提供，并且不意图限制任何此类未来申请中可能要求保护的范围。可在稍后的日期将特征添加到临时权利要求或者从中省略所述特征，以便进一步限定或重新限定一个或多个发明。

Claims (24)

1.一种植物扫描车辆，所述植物扫描车辆包括：

中心主体；

三条或更多条支腿，所述三条或更多条支腿从所述中心主体延伸以在每条支腿上支撑车轮；

其中所述三条或更多条支腿围绕相应的垂直轴线可旋转地安装到所述中心主体以允许通过旋转所述支腿来调整所述车辆的轮距，其中所述支腿机械地联接以围绕其相应的垂直轴线在所述支腿之间传递旋转，并且所述中心主体或者所述三条或更多条支腿被配置成支撑传感器来扫描植物。

2.如权利要求1所述的植物扫描车辆，其中所述支腿机械地联接以保持所述车辆的所述车轮和所述支腿与所述主体之间的对称性。

3.如前述权利要求中任一项所述的植物扫描车辆，其中所述支腿机械地联接以使所述支腿围绕所述相应的垂直轴线旋转相同的角度。

4.如前述权利要求中任一项所述的植物扫描车辆，其中所述传感器与所述车辆的中心线对准，所述支腿包括两个前车轮并且所述支腿机械地联接以在所述两个前车轮远离彼此或朝向彼此移动期间保持所述传感器与所述中心线的所述对准。

5.如前述权利要求中任一项所述的植物扫描车辆，其中所述支腿在所述中心主体处具有近端并且经由齿式联接件来联接。

6.如权利要求5所述的植物扫描车辆，其中所述齿式联接件包括附接到每条支腿的所述近端的弯曲齿条。

7.如前述权利要求中任一项所述的植物扫描车辆，其中

所述三条或更多条支腿支撑前车轮和后车轮，

所述前车轮通过具有可变长度的刚性构件连接到所述后车轮，并且

减小所述刚性构件的所述长度减小了所述前车轮与所述后车轮之间的距离。

8.如权利要求7所述的植物扫描车辆，其中所述刚性构件包括第一致动器以改变所述刚性构件的所述长度，从而调整所述轮距。

9.如权利要求8所述的植物扫描车辆，其中所述第一致动器可为蜗杆传动致动器、气动致动器或电动致动器。

10.如权利要求8或9所述的植物扫描车辆，其中通过改变所述刚性构件的所述长度来调整所述轮距使所述支腿围绕相应的垂直轴线旋转并且由此保持所述中心主体的恒定高度。

11.如前述权利要求中任一项所述的植物扫描车辆，其中所述支腿包括一个或多个接头以允许所述支腿围绕相应的水平轴线旋转以调整所述中心主体的所述高度和/或使所述车辆收拢。

12.如权利要求11所述的植物扫描车辆，所述植物扫描车辆还包括第二致动器，所述第二致动器作用于所述支腿上以使所述支腿围绕所述接头向上和向下旋转。

13.如权利要求12所述的植物扫描车辆，其中所述支腿的向上旋转使所述主体降低，并且所述支腿的向下旋转使所述主体升高。

14.如权利要求12或13所述的植物扫描车辆，其中所述支腿的向上旋转使所述支腿朝向收拢构型移动，并且所述支腿的向下旋转使所述支腿朝向扩张构型移动。

15.如权利要求12、13或14所述的植物扫描车辆，其中所述第二致动器是气动撑杆。

16.如前述权利要求中任一项所述的植物扫描车辆，其中所述支腿被形成为平行四边形，所述平行四边形包括一对平行杆，所述一对平行杆在一端处连接到所述中心主体并且在另一端处连接到所述车轮。

17.如权利要求16所述的植物扫描车辆，其中第二致动器在对角线上跨所述平行四边形连接，使得所述第二致动器的收缩使所述支腿向上或向下旋转，并且所述第二致动器的扩张使所述支腿在相反方向上旋转。

18.如前述权利要求中任一项所述的植物扫描车辆，所述植物扫描车辆还包括可调整传感器安装件，所述可调整传感器安装件用于将所述传感器安装到所述中心主体，其中所述传感器安装件被配置成在行进方向上移动所述传感器或调整所述传感器的高度或两者。

19.如前述权利要求中任一项所述的植物扫描车辆，其中所述传感器是用于测量所述植物相对于所述传感器的距离的激光扫描仪。

20.如前述权利要求中任一项所述的植物扫描车辆，所述植物扫描车辆还包括旋转编码器，所述旋转编码器应用于所述车辆的所述车轮以提供所述车辆的相对位置数据。

21.如前述权利要求中任一项所述的植物扫描车辆，所述植物扫描车辆还包括移动机构，所述移动机构用于推进所述车辆。

22.如前述权利要求中任一项所述的植物扫描车辆，其中所述车轮中的一个或多个能够围绕垂直轴线旋转以操纵所述车辆。

23.如前述权利要求中任一项所述的植物扫描车辆，所述植物扫描车辆还包括控制电子器件，所述控制电子器件用于基于用户输入而确定用于致动器的控制信号。

24.如权利要求23所述的植物扫描车辆，其中所述用户输入指示所述中心主体的期望高度或期望轮距或两者。

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