CN111412886B - 一种检测方法及检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种检测方法及检测系统，涉及农具自动化控制领域，用于检测农具转向时的倾角数据。该方法包括：使用角度传感器检测农具的倾角数据；使用卫星定位数据计算农具的行驶速度；使用所述行驶速度计算农具转向时的角速度；获取所述角速度对应的偏差值；以及使用所述偏差值对角度传感器输出的倾角数据进行修正。该系统包括：角度传感器，卫星定位仪，与所述角度传感器和所述卫星定位仪连接的微处理器，以及存储有能够被所述微处理器执行的计算机可读程序的存储器。本方法和系统使得农具在高速转向时仍然能够正确检测倾斜状态。

Description

一种检测方法及检测系统
技术领域
本发明涉及农具自动化控制领域，具体是一种检测方法及检测系统，用于检测农具转向时的倾角数据。
背景技术
随着科技的进步，农业已经逐步实现自动化作业。现有的自动化农具，例如平地机，通过安装在农具上的角度传感器(包括陀螺仪)来检测农具是否平衡。
在农具转向时由于离心力的作用，陀螺仪等角度传感器容易失效，导致农具平衡检测结果不准确，例如，转向时农具已经出现两端不等高的现象，但陀螺仪等角度传感器所测的数据仍然表明农具处于平衡状态。这样将会导致农具平衡控制出现错误，造成作业质量下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种检测方法及检测系统，以解决相关技术存在的上述缺陷。
为达上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种检测方法，用于检测农具转向时的倾角数据，该检测方法包括以下步骤：
使用角度传感器检测农具的倾角数据；
使用卫星定位数据计算农具的行驶速度；
使用所述行驶速度计算农具转向时的角速度；
获取所述角速度对应的偏差值；以及
使用所述偏差值对角度传感器输出的倾角数据进行修正。
优选地，在所述的使用卫星定位数据计算农具的行驶速度的步骤中，卫星定位数据的更新频率为10-20赫兹。
优选地，所述角度传感器包括MEMS传感器和/或陀螺仪。
优选地，所述检测方法还包括：生成多个偏差值、及各偏差值与农具转向时的角速度的对应关系的预处理步骤。
优选地，在所述的预处理步骤中，生成偏差值的方法包括以下子步骤：
通过公式θ＝arcsinaz/aB生成农具的倾角θ的计算值；
从角度传感器读取农具的倾角θ的检测值；
比较农具的倾角θ的计算值和检测值，生成偏差值；以及
将生成的偏差值与农具此时转向的角速度关联；
其中，arcsin为反正弦函数，aB为角度传感器绕拖拉机转向时旋转轴OF的加速度，az为aB沿着与农具垂直方向上的分量，az从角度传感器读取获得，aB＝VBOF 2/R＝(V-ωB*L’)2/R，R为转向轮的半径，ωB为农具绕其转向时内侧与地面的接触点A的旋转角速度，L’为角度传感器到农具端部的距离，V为农具的转向速度。
一种检测系统，用于检测农具转向时的倾角数据，该检测系统包括：
安装在所述农具的、用于检测农具的倾角的角度传感器；
安装在所述农具的卫星定位仪；
分别与所述角度传感器和所述卫星定位仪连接的微处理器；以及
存储有能够被所述微处理器执行的计算机可读程序的存储器；
所述计算机可读程序被所述微处理器执行时，所述检测系统执行如上述任意一项所述的检测方法。
优选地，所述角度传感器包括MEMS传感器和/或陀螺仪。
优选地，所述农具包括平地机或联合整地机。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明通过检测农具转向时的角速度，匹配与当前角速度对应的偏差量，对角度传感器输出的倾角数据进行修正，使得农具在高速转向时仍然能够正确检测农具的倾斜状态。
附图说明
图1为检测方法的流程图；
图2为农具转向时计算角速度的原理图；
图3为角度传感器、卫星定位仪在农具的安装位置示意图；
图4为拖拉机转向时物理量的关系示意图；
图5为农具转向时运动分析示意图；
图6为绕OF轴旋转的加速度aB的分解示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1，本检测方法用于检测农具转向时的倾角数据，其包括以下步骤：
S1、使用角度传感器检测农具的倾角数据；
S2、使用卫星定位数据计算农具的行驶速度；
S3、使用所述行驶速度计算农具转向时的角速度；
S4、获取所述角速度对应的偏差值；以及
S5、使用所述偏差值对角度传感器输出的倾角数据进行修正。
步骤S1中，可以采用的角度传感器包括但不限于MEMS传感器，陀螺仪。
步骤S2中，通过安装在农具上的高精度定位仪，实时获取农具的卫星定位数据。卫星定位数据的更新频率优选10-20赫兹，过低的更新频率不能满足角速度计算的实时性，过高的更新频率则对硬件要求高，会导致成本增加。
根据单位时间内卫星定位数据的变化即可计算出农具的行驶速度。具体通过公式Vt＝SAB/Δt计算农具的行驶速度Vt，式中，SAB表示坐标变化，即卫星定位数据的变化，Δt表示时间变化。
步骤S3中，使用所述行驶速度计算农具转向时的角速度。具体地，如图2所示，根据一定时间ΔT内农具速度矢量变化v2-v1，计算农具的转角θ，即可计算出农具转向时的角速度ωt，用公式表示为ωt＝θ/ΔT＝Δv/ΔT＝(v2-v1)/ΔT。
步骤S4中，获取所述角速度对应的偏差值。预先存储有角速度和偏差值的对应关系，得到角速度后，根据对应关系即可快速匹配出对应的偏差值。其中，角速度和偏差值的对应关系可以是一个角速度对应一个偏差值，也可以多个角速度对应一个偏差值，即一个速度区间对应一个偏差值，前者可获得更好的精度，但是需要较大的数据存储空间，后者精度稍差但只需较小的数据存储空间。
步骤S5中，使用偏差值对角度传感器输出的倾角数据修正，即可获得正确的倾角数据。可采用的修正算法包括加法运算、减法运算。
本检测方法还包括：生成多个偏差值、及各偏差值与农具转向时的角速度的对应关系的预处理步骤。一种生成偏差值的方法包括以下子步骤：
通过公式θ＝arcsinaz/aB生成农具的倾角θ，为便于描述，本申请中将该方法得到的倾角θ称为倾角θ的计算值；
从角度传感器读取农具的倾角θ，为便于描述，本申请中将该方法得到的倾角θ称为倾角θ的检测值；
然后比较农具的倾角θ的计算值和检测值，生成偏差值。
将生成的偏差值与农具此时转向的角速度关联，就得到了偏差值与角速度的对应关系。
其中，arcsin为反正弦函数，aB为角度传感器绕拖拉机转向时旋转轴OF的加速度，az为aB沿着与农具垂直方向上的分量，az从角度传感器读取获得，aB＝VBOF 2/R＝(V-ωB*L’)2/R，R为转向轮的半径，ωB为农具绕其转向时内侧与地面的接触点A的旋转角速度，L’为角度传感器到农具端部的距离，V为农具的转向速度。
通过公式θ＝arcsinaz/aB生成农具的倾角θ的原理如下：
如图3所示，农具4由拖拉机1拖动运行，角度传感器2采用陀螺仪，角度传感器2安装在农具4的上部的正中间，卫星定位仪3也安装在农具4的上部。
拖拉机转向时，角速度的确定如下：
图4中示出了拖拉机转向时物理量的关系。如图4所示，各物理量的定义如下，v：拖拉机行驶速度，L：拖拉机轴距，α：外转向轮的转向角，β：内转向轮的转向角，R：车辆的转向半径，ω：车辆转向时的角速度，a：车辆的横向加速度，O：车辆的转向中心。由阿克曼转向原理可知，车辆在转向过程中，所有车轮轴线的延长线都相交于一点，即，转向中心O。由此得出：车辆的转向半径R＝L/sinα，转向时的角速度ω＝v/R＝v*sinα/L。
对安装在农具正中间的角度传感器2进行运动分析，农具与拖拉机看成整体，具有相同的运动速度V。当拖拉机转向时，由于惯性和离心力的关系，农具会发生倾斜，如图5所示，其中，OF线为拖拉机转向时旋转轴；A点为农具转向时内侧与地面接触点；B点为角度传感器安装位置；θ为农具倾斜角度；vB为农具绕A点旋转速度；ωB为农具绕A点旋转角速度。定义角度传感器(B点)绕OF轴的旋转速度为VBOF；角度传感器(B点)的速度可分解为绕OF轴旋转速度VBOF和绕A点旋转速度vB，角度传感器与拖拉机一体，与拖拉机速度相同，故：V＝VBOF+VB，
其中，VB＝ωB*L’，所以VBOF＝V-VB，
VBOF产生绕OF轴旋转的加速度为：aB＝VBOF 2/R，
如图6所示，将aB分解为沿着农具方向的分量ay和垂直方向上的分量az，则：θ＝arcsinaz/aB，其中，ay不产生对θ有影响的力矩，az可通过角度传感器直接读取计算。
上述获取偏差值和对应关系的预处理步骤可以在第一次使用前执行，以建立起偏差值和转向时的角速度的对应关系，后序使用时则直接调用该对应关系来匹配偏差值即可。应当理解，也可以由装备生产厂商通过试验获得偏差值、以及偏差值和角速度的对应关系，将这些数据预置在检测系统的存储器，这样则不再需要上述的预处理步骤。
本发明还提供了检测系统，用于检测农具转向时的倾角数据。一实施例的检测系统包括：安装在所述农具的、用于检测农具的倾角的角度传感器；安装在所述农具的卫星定位仪；分别与所述角度传感器和所述卫星定位仪连接的微处理器；以及存储有能够被所述微处理器执行的计算机可读程序的存储器；所述计算机可读程序被所述微处理器执行时，所述检测系统执行上述的检测方法。
可以采用的角度传感器包括但不限于MEMS传感器、陀螺仪。
可以使用上述检测系统的农具包括但不限于平地机、联合整地机。
上述通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，这些详细的说明仅仅限于帮助本领域技术人员理解本发明的内容，并不能理解为对本发明保护范围的限制。本领域技术人员在本发明构思下对上述方案进行的各种润饰、等效变换等均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种检测方法，用于检测农具转向时的倾角数据，其特征在于，包括以下步骤：
使用角度传感器检测农具的倾角数据；
使用卫星定位数据计算农具的行驶速度；
使用所述行驶速度计算农具转向时的角速度；
获取所述角速度对应的偏差值；以及
使用所述偏差值对角度传感器输出的倾角数据进行修正；
所述检测方法还包括：生成多个偏差值、及各偏差值与农具转向时的角速度的对应关系的预处理步骤；
在所述的预处理步骤中，生成偏差值的方法包括以下子步骤：
通过公式θ=arcsinaz/aB生成农具的倾角θ的计算值；
从角度传感器读取农具的倾角θ的检测值；以及
比较农具的倾角θ的计算值和检测值，从而生成偏差值；
其中，arcsin为反正弦函数，aB为角度传感器绕拖拉机转向时旋转轴OF的加速度，az为aB沿着与农具垂直方向上的分量，az从角度传感器读取获得，aB=VBOF 2/R=(V-ωB*L’)2/R，R为转向轮的半径，ωB为农具绕其转向时内侧与地面的接触点A的旋转角速度，也即农具转向时的角速度，L’为角度传感器到农具端部的距离，V为农具的转向速度，也即农具的行驶速度。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，在所述的使用卫星定位数据计算农具的行驶速度的步骤中，卫星定位数据的更新频率为10-20赫兹。
3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述角度传感器包括MEMS传感器和/或陀螺仪。
4.根据权利要求1所述检测方法的检测系统，用于检测农具转向时的倾角数据，其特征在于，所述检测系统包括：
安装在所述农具的、用于检测农具的倾角的角度传感器；
安装在所述农具的卫星定位仪；
分别与所述角度传感器和所述卫星定位仪连接的微处理器；以及
存储有能够被所述微处理器执行的计算机可读程序的存储器；
所述计算机可读程序被所述微处理器执行时，所述检测系统执行如权利要求1至3中任意一项所述的检测方法。
5.根据权利要求4所述的检测系统，其特征在于，所述角度传感器包括MEMS传感器和/或陀螺仪。
6.根据权利要求4所述的检测系统，其特征在于，所述农具包括平地机或联合整地机。
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