CN113002254A - 自走式田间作物表型监测平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自走式田间作物表型监测平台，该监测平台包括行走与转向机构、轮距与离地间隙调节装置、减震装置和机箱，所述行走与转向机构包括多个轮边电机、车轮以及扭矩电机组成，所述车轮通过轮边电机驱动进行行走并且通过扭矩电机驱动进行转向，同时所述车轮通过刚性独立的悬架分别与平台的立柱连接，所述立柱采用套筒结构，减振装置连接在上下两节套筒之间，所述轮距与离地间隙调节装置用于调节机箱的高度以及车轮之间的间距，轮距与离地间隙调节装置的下端与立柱转动连接，上端与机箱转动连接。本发明有两种状态可供选择，既保证了平台的田间通过性，避免损伤作物，又可以满足不同的监测高度。

Description

自走式田间作物表型监测平台
技术领域
本发明涉及作物表型监测领域，特别涉及一种自走式田间作物表型监测平台。
背景技术
表型是研究基因与环境的重要桥梁，自走式作物表型监测平台是监测田间作物表型的重要工具。目前鲜有专门用于田间作物表型监测的自走式平台，且现有自走式平台多存在轮距和离地间隙难以自动调节、或者调节时车轮与路面间阻力过大导致车身形变等问题，以及田间转向和跨行不便等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种自走式田间作物表型监测平台，该平台能够在避免车轮与路面间产生较大阻力的情况下，自动进行轮距和离地间隙调节，实现田间自动跨行和转向。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种自走式田间作物表型监测平台，该监测平台包括行走与转向机构、轮距与离地间隙调节装置、减震装置和机箱，所述行走与转向机构包括多个轮边电机、车轮以及扭矩电机组成，所述车轮通过轮边电机驱动进行行走并且通过扭矩电机驱动进行转向，同时所述车轮通过刚性独立的悬架分别与平台的立柱连接，所述立柱采用套筒结构，减振装置连接在上下两节套筒之间，所述轮距与离地间隙调节装置用于调节机箱的高度以及车轮之间的间距，轮距与离地间隙调节装置的下端与立柱转动连接，上端与机箱转动连接。
进一步的，所述轮边电机输出轴与减速器相连，减速器的输出轴与车轮的转动轴同轴，通过轮边电机的正反转从而使车轮正反转，进而带动平台前进和后退。
更进一步的，所述轮边电机、减速器、车轮以及扭矩电机均设置四个，且所述轮边电机7和减速器8均位于车轮内侧，同时轮边电机位于减速器上方，轮边电机通过减速器将动力传递至车轮的转动轴。
进一步的，所述立柱包括上部套筒和下部套筒，所述上部套筒和下部套筒之间连接弹簧减震，用于减小路面振动对监测装置的影响，同时所述上部套筒与轮距与离地间隙调节装置通过转动副连接，下部套筒内置有扭矩电机，所述扭矩电机的底座与下部套筒底端固定连接，扭矩电机的输出轴与悬架之间利用花键连接，并采用卡簧限位，通过扭矩电机的转动来带动车轮转动，实现转向。
进一步的，所述轮距与离地间隙调节装置采用的是双摇臂结构，该双摇臂结构包括上摇臂和下摇臂两部分，上摇臂呈梯形结构，下摇臂呈三角形状结构。
更进一步的，所述上摇臂、下摇臂的两端分别通过转动副与机箱和立柱上部分连接，并且上摇臂和下摇臂的转动轴线均平行。
更进一步的，所述下摇臂的顶角处以及机身侧面焊接有吊耳，电动液压杆两端分别通过转动副与两处吊耳连接，吊耳与电动液压杆连接处空隙部分填充有橡胶垫片，通过电动液压杆的伸缩实现轮距与离地间隙的调节。
进一步的，该监测平台平台进行跨行的方式为：四个电动液压杆中的其中一个缩短，其余三个液压杆锁死，缩短的液压杆带动双摇臂转动并向机箱靠拢，从而带动立柱、悬架和车轮向上运动，使车轮离开地面，然后扭矩电机将离地车轮转向90°，再将缩短的液压杆伸长至原位，使车轮接触地面，最后按照同样的方法，依次利用液压杆将其余三个车轮提至脱离地面，调节至相同方向的90°后，并放置地面；四个车轮均转向90°后，由轮边电机驱动四个车轮沿相同方向运动，进行横向跨行运动；跨行至所需位置后，四个液压杆依次缩短，通过双摇臂带动车轮离地，再由扭矩电机使车轮转回初始位置(转-90°)，之后液压杆伸长，使车轮着地，跨行动作完成。
进一步的，该监测平台轮距调节方式为：四个液压杆需要依次缩短，通过双摇臂收拢将车轮提起脱离地面，由扭矩电机使车轮转向90°，然后液压杆伸长至原来的长度使车轮着地，四个车轮都完成上述动作后，根据需要的轮距，调节液压杆伸缩，从而使双摇臂带动机箱两侧车轮沿对向滚动，进行轮距调节；轮距调节之后再将车轮提离地面，恢复至初始的位置(转-90°)，并将车轮着地。轮距调节可以避免由于车轮与土壤间阻力过大造成的车身形变。
更进一步的，所述机箱内部装有电池，机箱上部用于搭载监测装置；在轮距调节的过程中，由于机箱与双摇臂间发生转动，所以机箱离地高度即平台的离地间隙随之发生变化。在整个轮距调节过程中，机箱所处位置分为两种状态，一种是高于立柱，此时整个平台呈“凸”型结构，双摇臂与立柱间夹角为钝角；另一种状态是低于立柱顶端，此时整个平台呈“M”型，双摇臂与立柱的夹角为锐角。
本发明的有益效果是：本自走式田间作物表型监测平台实现了在同一种轮距下，平台离地间隙有两种状态可供选择，这样既保证了平台的田间通过性，避免损伤作物，又可以满足不同的监测高度。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为自走式田间作物表型监测平台结构示意图(“凸”型)。
图2为图1的A向视图。
图3为图2的B向视图。
图4为图2的C向视图。
图5为自走式田间作物表型监测平台结构示意图(“M”)。
图中标记为：1-车轮，2-悬架，3-立柱，31-立柱上部套筒，32-立柱下部套筒，4-减振装置，5-轮距与离地间隙调节装置，51-上摇臂，52-下摇臂，6-机箱，7-轮边电机，8-减速器，9-扭矩电机，10-电动液压杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1至5所示，一种自走式田间作物表型监测平台，包括行走机构、转向机构、轮距和离地间隙调节装置、减震装置、立柱、机箱等。所述行走机构包括四个轮边电机7、四个减速器8和四个车轮1组成；车轮1通过刚性独立悬架2分别与平台的四个立柱的下部分连接，减振装置4连接立柱上下两部分；轮距与离地间隙调节装置5下端通过转动副连接立柱上部分，上端连接机箱6；机箱6是个长方体壳体，机箱6内部装有电池等装置；机箱6上部用于搭载监测装置。
本发明中，轮边电机7和减速器8都位于车轮1内侧，电机输出轴与减速器8相连，减速器8的输出轴与车轮1的转动轴同轴，通过轮边电机7的正反转从而使车轮1正反转，带动平台前进和后退；车轮通过刚性独立悬架2与立柱3相连。
本发明中，立柱3采用套筒结构，包括上部套筒31和下部套筒32，上部套筒31与轮距和离地间隙调节装置5通过转动副相连；下部套筒32内置扭矩电机9，扭矩电机9的底座与下部套筒32底端焊接，扭矩电机9的输出轴与悬架2之间利用花键连接、卡簧限位；转向时，由扭矩电机9转动，带动立柱3、悬架2、车轮1转动相同的角度，实现平台的转向功能。
本发明中，套筒的上下两部分之间对称连接了弹簧减震装置4，用于缓解田间路面振动对平台监测的影响。
本发明中，轮距与离地间隙调节装置5采用双摇臂结构，由上、下摇臂组成；上摇臂51呈梯形，上端由转动副连接在机箱6上，下端由转动副与立柱上部套筒31相连；下摇臂52呈三角形，上下两端通过转动副连接至机箱6和立柱上部套筒31；上下摇臂的转动轴线都是相互平行的。下摇臂52的三角形的顶角处以及机箱6侧面焊接有吊耳，电动液压杆10通过吊耳连接在机箱6以及下摇臂52间，通过液压杆9的伸缩可以带动双摇臂5结构进行转动，从而带动双摇臂下部连接的立柱3、悬架2和车轮1进行相应的运动。
本发明中，跨行时，首先一个电动液压杆10缩短，其余三个液压杆锁死不动，液压杆10带动使双摇臂5转动并向机箱6靠拢，从而双摇臂5将其下部连接的立柱3、悬架2和车轮1向上提升，此时车轮1离开地面，然后扭矩电机9转动将车轮转向90°后，再将液压杆10伸长，回复至调节之前的长度，使车轮1接触地面，最后按照同样的方法，利用液压杆10依次将其余车轮提至脱离地面，调节至相同方向的90°后，并放置地面；四个车轮1均转向90°后，由轮边电机7驱动车轮前进，实现跨行；跨行至所需位置后，四个液压杆10依次缩短，通过双摇臂5带动车轮1离地，再由扭矩电机9使车轮转回初始位置(转-90°)，之后液压杆10伸长，使车轮1着地，跨行动作完成。这种跨行方式避免了平台在田头调头跨行时，由于转弯半径过大，对作物碾压严重以及转弯空间不足的问题；而且车轮是在脱离地面的情况下进行的转动，避免了车轮对作物的损伤，也避免了车轮直接在路面上扭转时产生较大摩擦，部分部件因此而产生形变。
本发明中，轮距调节前四个液压杆10需要依次缩短，通过双摇臂5收拢将车轮提起脱离地面，由扭矩电机9使车轮转向90°，然后液压杆伸10长至原来的长度使车轮1着地，四个车轮1都完成上述动作后，根据需要的轮距，调节液压杆10伸缩，从而使双摇臂5带动车轮1滚动，进行轮距调节；轮距调节之后再将车轮1提离地面，恢复至初始的位置(反转90°)。轮距调节的范围为1.2m-1.6m，可以满足常见旱田作物的多行监测。
本发明中，轮距调节的过程中，由于机箱6与双摇臂5间发生转动，所以机箱6离地高度即平台的离地间隙随之发生变化。机箱6所处位置分为两种状态，一种是高于立柱3，此时整个平台呈“凸”型结构，双摇臂5与立柱3间夹角为钝角；另一种状态是低于立柱3顶端，此时整个平台呈“M”型，双摇臂5与立柱3的夹角为锐角。因此，同一种轮距下，离地间隙有两种状态可供选择，平台离地间隙的调节范围是770-1333mm。这样既保证了平台的田间通过性，避免损伤作物，又可以满足不同的监测高度。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本发明的保护范围内。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种自走式田间作物表型监测平台，其特征在于，该监测平台包括行走与转向机构、轮距与离地间隙调节装置、减震装置和机箱，所述行走与转向机构包括多个轮边电机、车轮以及扭矩电机组成，所述车轮通过轮边电机驱动进行行走并且通过扭矩电机驱动进行转向，同时所述车轮通过刚性独立的悬架分别与平台的立柱连接，所述立柱采用套筒结构，减振装置连接在上下两节套筒之间，所述轮距与离地间隙调节装置用于调节机箱的高度以及车轮之间的间距，轮距与离地间隙调节装置的下端与立柱转动连接，上端与机箱转动连接。
2.根据权利要求1所述的自走式田间作物表型监测平台，其特征在于，所述轮边电机输出轴与减速器相连，减速器的输出轴与车轮的转动轴同轴，通过轮边电机的正反转从而使车轮正反转，进而带动平台前进和后退。
3.根据权利要求2所述的自走式田间作物表型监测平台，其特征在于，所述轮边电机、减速器、车轮以及扭矩电机均设置四个，且所述轮边电机7和减速器8均位于车轮内侧，同时轮边电机位于减速器上方，轮边电机通过减速器将动力传递至车轮的转动轴。
4.根据权利要求1所述的自走式田间作物表型监测平台，其特征在于，所述立柱包括上部套筒和下部套筒，所述上部套筒和下部套筒之间连接弹簧减震，用于减小路面振动对监测装置的影响，同时所述上部套筒与轮距与离地间隙调节装置通过转动副连接，下部套筒内置有扭矩电机，所述扭矩电机的底座与下部套筒底端固定连接，扭矩电机的输出轴与悬架之间利用花键连接，并采用卡簧限位，通过扭矩电机的转动来带动车轮转动，实现转向。
5.根据权利要求1所述的自走式田间作物表型监测平台，其特征在于，所述轮距与离地间隙调节装置采用的是双摇臂结构，该双摇臂结构包括上摇臂和下摇臂两部分，上摇臂呈梯形结构，下摇臂呈三角形状结构。
6.根据权利要求5所述的自走式田间作物表型监测平台，其特征在于，所述上摇臂、下摇臂的两端分别通过转动副与机箱和立柱上部分连接，并且上摇臂和下摇臂的转动轴线均平行。
7.根据权利要求5或6所述的自走式田间作物表型监测平台，其特征在于，所述下摇臂的顶角处以及机身侧面焊接有吊耳，电动液压杆两端分别通过转动副与两处吊耳连接，吊耳与电动液压杆连接处空隙部分填充有橡胶垫片，通过电动液压杆的伸缩实现轮距与离地间隙的调节。
8.根据权利要求1所述的自走式田间作物表型监测平台，其特征在于，该监测平台平台进行跨行的方式为：四个电动液压杆中的其中一个缩短，其余三个液压杆锁死，缩短的液压杆带动双摇臂转动并向机箱靠拢，从而带动立柱、悬架和车轮向上运动，使车轮离开地面，然后扭矩电机将离地车轮转向90°，再将缩短的液压杆伸长至原位，使车轮接触地面，最后按照同样的方法，依次利用液压杆将其余三个车轮提至脱离地面，调节至相同方向的90°后，并放置地面；四个车轮均转向90°后，由轮边电机驱动四个车轮沿相同方向运动，进行横向跨行运动；跨行至所需位置后，四个液压杆依次缩短，通过双摇臂带动车轮离地，再由扭矩电机使车轮转回初始位置，之后液压杆伸长，使车轮着地，跨行动作完成。
9.根据权利要求1所述的一种自走式田间作物表型监测平台，其特征在于，该监测平台轮距调节方式为：四个液压杆需要依次缩短，通过双摇臂收拢将车轮提起脱离地面，由扭矩电机使车轮转向90°，然后液压杆伸长至原来的长度使车轮着地，四个车轮都完成上述动作后，根据需要的轮距，调节液压杆伸缩，从而使双摇臂带动机箱两侧车轮沿对向滚动，进行轮距调节；轮距调节之后再将车轮提离地面，恢复至初始的位置，并将车轮着地。
10.根据权利要求1或8或9所述的一种自走式田间作物表型监测平台，其特征在于，所述机箱内部装有电池，机箱上部用于搭载监测装置；通过调节机箱所处位置分为两种状态，一种是高于立柱，此时整个平台呈“凸”型结构；另一种状态是低于立柱顶端，此时整个平台呈“M”型。
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