CN111503459A - 一种用于田间作物光谱信息获取的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于田间作物光谱信息获取的装置，包括平台主体、轮距调节机构、平台升降机构和至少两个独立行走机构，所述独立行走机构分别设置在所述平台主体的两侧，各所述独立行走机构分别与一所述平台升降机构的下端固定连接，所述轮距调节机构活动连接在所述平台升降机构上，所述轮距调节机构能够沿所述平台升降机构上下移动，所述轮距调节机构能够调节所述平台主体两侧的所述独立行走机构之间的宽度，所述平台主体固定在所述轮距调节机构上，所述平台主体上用于放置光谱相机。本发明使光谱信息获取装置适用于不同株高、不同种植宽度的多种作物的信息采集，以实现作物近地面冠层信息的获取，并能显著提高信息获取速率。

Description

一种用于田间作物光谱信息获取的装置
技术领域
本发明涉及农业检测设备技术领域，特别是涉及一种用于田间作物光谱信息获取的装置。
背景技术
植物冠层光谱数据可反映整个冠层的成分分布、生长状况和冠层结构等综合信息，通过光谱技术对冠层光谱信息进行获取和分析，具有简单、快速、直观、精度高和无损测定等优越性，成为获取油菜、玉米、高粱等植物光谱图像的重要手段，在植物长势监测、营养诊断、精准施肥管理、产量估测以及病害监测等方面都有很好的应用前景。以无人机为载体的光谱系统在大田作物光谱数据获取领域中应用广泛，但其所得光谱数据缺乏细节和近地面冠层的信息，为此，本领域技术人员采用实验室大型光谱仪器和人工手持光谱仪器对单株或少量作物进行细节信息的获取，但是信息获取速率极低。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于田间作物光谱信息获取的装置，以解决上述现有技术存在的问题，使光谱信息获取装置适用于不同株高、不同种植宽度的多种作物的信息采集，以实现作物近地面冠层信息的获取，并能显著提高信息获取速率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种用于田间作物光谱信息获取的装置，包括平台主体、轮距调节机构、平台升降机构和至少两个独立行走机构，所述独立行走机构分别设置在所述平台主体的两侧，各所述独立行走机构分别与一所述平台升降机构的下端固定连接，所述轮距调节机构活动连接在所述平台升降机构上，所述轮距调节机构能够沿所述平台升降机构上下移动，所述轮距调节机构能够调节所述平台主体两侧的所述独立行走机构之间的宽度，所述平台主体固定在所述轮距调节机构上，所述平台主体上用于放置光谱相机。
优选的，所述独立行走机构包括行走轮、伺服电机和电机固定壳，所述行走轮与所述伺服电机的输出轴传动连接，所述行走轮与所述输出轴同轴设置，所述伺服电机固定在所述电机固定壳中，所述电机固定壳利用螺栓、螺母与所述平台升降机构固定连接。
优选的，所述平台升降机构包括连接杆、下支座、上支座、螺纹杆、螺纹套和主体连接臂，所述连接杆与所述独立行走机构固定连接，所述连接杆固定在所述下支座的下端，所述螺纹杆竖直固定在所述下支座和所述上支座之间，所述螺纹套匹配套设在所述螺纹杆上，所述螺纹套与所述螺纹杆能够实现自锁，所述主体连接臂的一端套设在所述螺纹杆上且放置在所述螺纹套上，所述主体连接臂的另一端与所述轮距调节机构固定连接。
优选的，所述下支座和所述上支座之间固定设置有两个竖直的限位杆，两个所述限位杆之间留有一定间距供所述主体连接臂穿过。
优选的，所述螺纹杆上套设有连接臂固定箍，所述连接臂固定箍的下端与所述螺纹套固定连接，所述连接臂固定箍的开口端穿设有紧固螺钉。
优选的，所述轮距调节机构包括直线导轨，所述平台主体固定在所述直线导轨上，所述直线导轨为口字形钢管，所述直线导轨的一侧滑动穿设有一所述主体连接臂，所述直线导轨的另一侧滑动穿设有另一所述主体连接臂，所述主体连接臂和所述直线导轨上均设置有若干等间距分布的固定孔，所述主体连接臂和所述直线导轨均利用螺栓穿过所述固定孔实现固定连接；所述主体连接臂的两侧均设置有若干滚轮，所述滚轮均在所述直线导轨内部滚动。
优选的，所述平台主体上设置有相机移动机构，所述相机移动机构包括Y轴移动机构、X轴移动机构和Z轴移动机构，所述Y轴移动机构设置在所述平台主体上，所述X轴移动机构设置在所述Y轴移动机构上，所述Z轴移动机构设置在所述X轴移动机构上，所述光谱相机固定在所述Z轴移动机构上，所述Y轴移动机构、所述X轴移动机构和所述Z轴移动机构分别带动所述光谱相机进行Y轴、X轴和Z轴方向的移动。
优选的，所述Y轴移动机构包括沿Y轴水平设置且相互平行的第一主动同步带和第二从动同步带，所述平台主体上固定设有第一支架，所述第一主动同步带和所述第二从动同步带两端的带轮均与所述第一支架转动连接，所述第一主动同步带的其中一个所述带轮与第一电机传动连接，所述第一电机固定在所述平台主体上，所述第一主动同步带和所述第二从动同步带上均固定设置有第一移动块，所述X轴移动机构水平固定在两个所述第一移动块上。
优选的，所述X轴移动机构包括第二支架和第二同步带，所述第二支架的两端分别固定在两个所述第一移动块上，所述第二同步带沿X轴设置，所述第二同步带两端的带轮均与所述第二支架转动连接，所述第二同步带的其中一个所述带轮与第二电机传动连接，所述第二电机固定在所述第二支架上，所述第二同步带上固定设置有第二移动块，所述Z轴移动机构固定在所述第二移动块上。
优选的，所述Z轴移动机构包括第三支架和第三同步带，所述第三支架固定在所述第二移动块上，所述第三同步带沿Z轴设置，所述第三同步带两端的带轮均与所述第三支架转动连接，所述第三同步带的其中一个所述带轮与第三电机传动连接，所述第三电机固定在所述第三支架上，所述第三同步带上固定设置有第三移动块，所述第三移动块上固定设置有相机固定支架，所述光谱相机固定在所述相机固定支架上。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明通过平台升降机构调整平台主体的高度，以适用于不同株高的作物，通过轮距调节机构调整独立行走机构之间的宽度，以适用于不同种植宽度的作物，平台主体在独立行走机构的带动下，在作物间进行移动并进行作物近地面冠层信息的采集和获取，可以显著提高信息获取速率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明用于田间作物光谱信息获取的装置的结构示意图；
图2为本发明中平台主体的结构示意图；
图3为本发明中独立行走机构的结构示意图；
图4为本发明中平台升降机构的结构示意图；
图5为本发明中螺纹套的结构示意图；
图6为本发明中轮距调节机构的结构示意图；
图7为本发明中直线导轨的结构示意图；
其中：11-平台主体，21-相机移动机构，31-独立行走机构，41-平台升降机构，51-轮距调节机构，12-第一主动同步带，22-第二同步带，32-第三同步带，42-相机固定支架，14-行走轮，24-伺服电机，34-电机固定壳，51-螺纹杆，52-螺纹套，53-主体连接臂，54-连接臂固定箍，55-限位杆，56-顶盖，91-滚轮，92-直线导轨。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-图7所示：本实施例提供了一种用于田间作物光谱信息获取的装置，包括平台主体11、轮距调节机构51、平台升降机构41和至少两个独立行走机构31，独立行走机构31分别设置在平台主体11的两侧，各独立行走机构31分别与一平台升降机构41的下端固定连接，轮距调节机构51活动连接在平台升降机构41上，轮距调节机构51能够沿平台升降机构41上下移动，轮距调节机构51能够调节平台主体11两侧的独立行走机构31之间的宽度，平台主体11固定在轮距调节机构51上，平台主体11上用于放置光谱相机。具体的如图1所示，本实施例中独立行走机构31设置有四个，相应的设置四个平台升降机构41，独立行走机构31和平台升降机构41一一对应连接，平台主体11为一个矩形空心钢架，连接后的四组独立行走机构31与平台升降机构41分别设置在矩形空心钢架的四角处，且轮距调节机构51设置为两个，平台主体11前端的两个平台升降机构41分别安装在同一个轮距调节机构51的两侧，平台主体11后端的两个平台升降机构41分别安装在另一个轮距调节机构51的两侧，通过平台升降机构41调整平台主体11的高度，以适用于不同株高的作物，通过轮距调节机构51调整平台主体11两侧的独立行走机构31之间的宽度，以适用于不同种植宽度的作物，保证可以在作物之间行走，平台主体11在独立行走机构31的带动下，在作物间进行移动并进行作物近地面冠层信息的采集和获取，可以显著提高信息获取速率。
具体的，独立行走机构31包括行走轮14、伺服电机24和电机固定壳34，行走轮14与伺服电机24的输出轴传动连接，行走轮14与输出轴同轴设置，伺服电机24固定在电机固定壳34中，电机固定壳34利用螺栓、螺母与平台升降机构41固定连接。通过控制伺服电机24的速度可以控制平台主体11在田间的移动速度，而平台主体11的转向操作采用差速转向的方式，具体可以通过控制每个独立行走机构31中的伺服电机24产生速度差，以实现转向操作。
具体的，平台升降机构41包括连接杆、下支座、上支座、螺纹杆51、螺纹套52和主体连接臂53，连接杆与独立行走机构31固定连接，连接杆固定在下支座的下端，螺纹杆51竖直固定在下支座和上支座之间，螺纹套52匹配套设在螺纹杆51上，螺纹套52与螺纹杆51能够实现自锁，主体连接臂53的一端套设在螺纹杆51上且放置在螺纹套52上，主体连接臂53的另一端与轮距调节机构51固定连接。下支座和上支座之间固定设置有两个竖直的限位杆55，两个限位杆55之间留有一定间距供主体连接臂53穿过，具体的螺纹杆51和两个限位杆55成品字形分布，其下端均固定在下支座上，其上端均穿过上支座，其中两个限位杆55穿过上支座后利用顶盖56和开口销进行固定，而螺纹杆51穿过上支座后可以利用螺帽、螺母或其它固定结构进行固定，两根限位杆55用以夹住主体连接臂53，防止其前后摆动，保证主体连接臂53上下竖直调节，即拧动螺纹套52上下移动，进而使主体连接臂53处于不同的高度。为了防止在行走过程中，振动导致的螺纹自锁解锁对主体平台高度的影响，在螺纹杆51上套设有连接臂固定箍54，连接臂固定箍54的下端与螺纹套52固定连接，连接臂固定箍54的开口端穿设有紧固螺钉，即调整好高度后，拧紧紧固螺钉，使主体连接臂53以及螺纹套52稳定的固定在螺纹杆51上，使平台主体11的高度稳定。
具体的，轮距调节机构51包括直线导轨92，平台主体11固定在直线导轨92上，直线导轨92为口字形钢管，直线导轨92的一侧滑动穿设有一主体连接臂53，直线导轨92的另一侧滑动穿设有另一主体连接臂53，主体连接臂53和直线导轨92上均设置有若干等间距分布的固定孔，主体连接臂53和直线导轨92均利用螺栓穿过固定孔实现固定连接；主体连接臂53的两侧均设置有若干滚轮91，滚轮91均在直线导轨92内部滚动。调节主体连接臂53插入直线导轨92的长度，选择主体连接臂53和直线导轨92上对应的固定孔，利用螺栓和螺母将主体连接臂53和直线导轨92固定连接，使两侧行走轮14之间的宽度固定，以适用于不同种植宽度的田间作物信息的获取。
另外，平台主体11上还可以设置有相机移动机构21，相机移动机构21包括Y轴移动机构、X轴移动机构和Z轴移动机构，Y轴移动机构设置在平台主体11上，X轴移动机构设置在Y轴移动机构上，Z轴移动机构设置在X轴移动机构上，光谱相机固定在Z轴移动机构上，Y轴移动机构、X轴移动机构和Z轴移动机构分别带动光谱相机进行Y轴、X轴和Z轴方向的移动。各移动机构分别受独立控制，可实现平台主体11静止条件下光谱相机在一定范围的空间内自由移动，以方便近地面信息和更多细节信息的采集、获取。
其中，Y轴移动机构包括沿Y轴水平设置且相互平行的第一主动同步带12和第二从动同步带，平台主体11上固定设有第一支架，第一主动同步带12和第二从动同步带两端的带轮均与第一支架转动连接，第一主动同步带12的其中一个带轮与第一电机传动连接，第一电机固定在平台主体11上，第一主动同步带12和第二从动同步带上均固定设置有第一移动块，X轴移动机构水平固定在两个第一移动块上。X轴移动机构包括第二支架和第二同步带22，第二支架的两端分别固定在两个第一移动块上，第二同步带22沿X轴设置，第二同步带22两端的带轮均与第二支架转动连接，第二同步带22的其中一个带轮与第二电机传动连接，第二电机固定在第二支架上，第二同步带22上固定设置有第二移动块，Z轴移动机构固定在第二移动块上。Z轴移动机构包括第三支架和第三同步带32，第三支架固定在第二移动块上，第三同步带32沿Z轴设置，第三同步带32两端的带轮均与第三支架转动连接，第三同步带32的其中一个带轮与第三电机传动连接，第三电机固定在第三支架上，第三同步带32上固定设置有第三移动块，第三移动块上固定设置有相机固定支架42，光谱相机固定在相机固定支架42上。
需要说明的是，平台主体11的前端和后端还可以搭载蓄电池，以方便行走，而且还可以设置有控制云台，以实现遥控控制，而本发明旨在对用于田间作物光谱信息获取的装置的硬件结构进行改进，并未对控制云台以及遥控技术进行优化。
应用时，在对信息采集前，根据田间作物的宽度和高度对轮距调节机构51和平台升降机构41进行调节，使其能够适应不同作物或同一作物的不同生长时期的冠层光谱信息测量；宽度和高度调节完毕后，通过相机移动机构21调节光谱相机的FOV，启动每个行走轮14上的伺服电机24，实现单株或多株作物的冠层信息获取，另外，在平台主体11静止时，通过控制相机移动机构21调节光谱相机的位置，可快速获取一定范围内作物的光谱信息，还可以控制行走轮14上的伺服电机24，实现差速转向，减少转弯半径，避免对作物株的损坏。本实施例也适用于温室与实验室内植株的光谱信息获取。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种用于田间作物光谱信息获取的装置，其特征在于：包括平台主体、轮距调节机构、平台升降机构和至少两个独立行走机构，所述独立行走机构分别设置在所述平台主体的两侧，各所述独立行走机构分别与一所述平台升降机构的下端固定连接，所述轮距调节机构活动连接在所述平台升降机构上，所述轮距调节机构能够沿所述平台升降机构上下移动，所述轮距调节机构能够调节所述平台主体两侧的所述独立行走机构之间的宽度，所述平台主体固定在所述轮距调节机构上，所述平台主体上用于放置光谱相机。
2.根据权利要求1所述的用于田间作物光谱信息获取的装置，其特征在于：所述独立行走机构包括行走轮、伺服电机和电机固定壳，所述行走轮与所述伺服电机的输出轴传动连接，所述行走轮与所述输出轴同轴设置，所述伺服电机固定在所述电机固定壳中，所述电机固定壳利用螺栓、螺母与所述平台升降机构固定连接。
3.根据权利要求1所述的用于田间作物光谱信息获取的装置，其特征在于：所述平台升降机构包括连接杆、下支座、上支座、螺纹杆、螺纹套和主体连接臂，所述连接杆与所述独立行走机构固定连接，所述连接杆固定在所述下支座的下端，所述螺纹杆竖直固定在所述下支座和所述上支座之间，所述螺纹套匹配套设在所述螺纹杆上，所述螺纹套与所述螺纹杆能够实现自锁，所述主体连接臂的一端套设在所述螺纹杆上且放置在所述螺纹套上，所述主体连接臂的另一端与所述轮距调节机构固定连接。
4.根据权利要求3所述的用于田间作物光谱信息获取的装置，其特征在于：所述下支座和所述上支座之间固定设置有两个竖直的限位杆，两个所述限位杆之间留有一定间距供所述主体连接臂穿过。
5.根据权利要求3所述的用于田间作物光谱信息获取的装置，其特征在于：所述螺纹杆上套设有连接臂固定箍，所述连接臂固定箍的下端与所述螺纹套固定连接，所述连接臂固定箍的开口端穿设有紧固螺钉。
6.根据权利要求3所述的用于田间作物光谱信息获取的装置，其特征在于：所述轮距调节机构包括直线导轨，所述平台主体固定在所述直线导轨上，所述直线导轨为口字形钢管，所述直线导轨的一侧滑动穿设有一所述主体连接臂，所述直线导轨的另一侧滑动穿设有另一所述主体连接臂，所述主体连接臂和所述直线导轨上均设置有若干等间距分布的固定孔，所述主体连接臂和所述直线导轨均利用螺栓穿过所述固定孔实现固定连接；所述主体连接臂的两侧均设置有若干滚轮，所述滚轮均在所述直线导轨内部滚动。
7.根据权利要求1所述的用于田间作物光谱信息获取的装置，其特征在于：所述平台主体上设置有相机移动机构，所述相机移动机构包括Y轴移动机构、X轴移动机构和Z轴移动机构，所述Y轴移动机构设置在所述平台主体上，所述X轴移动机构设置在所述Y轴移动机构上，所述Z轴移动机构设置在所述X轴移动机构上，所述光谱相机固定在所述Z轴移动机构上，所述Y轴移动机构、所述X轴移动机构和所述Z轴移动机构分别带动所述光谱相机进行Y轴、X轴和Z轴方向的移动。
8.根据权利要求7所述的用于田间作物光谱信息获取的装置，其特征在于：所述Y轴移动机构包括沿Y轴水平设置且相互平行的第一主动同步带和第二从动同步带，所述平台主体上固定设有第一支架，所述第一主动同步带和所述第二从动同步带两端的带轮均与所述第一支架转动连接，所述第一主动同步带的其中一个所述带轮与第一电机传动连接，所述第一电机固定在所述平台主体上，所述第一主动同步带和所述第二从动同步带上均固定设置有第一移动块，所述X轴移动机构水平固定在两个所述第一移动块上。
9.根据权利要求8所述的用于田间作物光谱信息获取的装置，其特征在于：所述X轴移动机构包括第二支架和第二同步带，所述第二支架的两端分别固定在两个所述第一移动块上，所述第二同步带沿X轴设置，所述第二同步带两端的带轮均与所述第二支架转动连接，所述第二同步带的其中一个所述带轮与第二电机传动连接，所述第二电机固定在所述第二支架上，所述第二同步带上固定设置有第二移动块，所述Z轴移动机构固定在所述第二移动块上。
10.根据权利要求9所述的用于田间作物光谱信息获取的装置，其特征在于：所述Z轴移动机构包括第三支架和第三同步带，所述第三支架固定在所述第二移动块上，所述第三同步带沿Z轴设置，所述第三同步带两端的带轮均与所述第三支架转动连接，所述第三同步带的其中一个所述带轮与第三电机传动连接，所述第三电机固定在所述第三支架上，所述第三同步带上固定设置有第三移动块，所述第三移动块上固定设置有相机固定支架，所述光谱相机固定在所述相机固定支架上。
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