CN115219259B - 一种获取脱粒过程信息的电子玉米果穗和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于农业传感器领域，具体涉及一种获取脱粒过程信息的电子玉米果穗和方法。电子玉米果穗包括仿真果穗外壳、电子芯轴和果穗尾盖；仿真果穗外壳具备真实玉米果穗的外形，仿真果穗外壳的底部设有电子芯轴安装孔；所述电子芯轴由电子芯轴安装孔插入仿真果穗外壳内部，并通过果穗尾盖和螺栓与仿真果穗外壳固接为一整体；所述电子芯轴包括电子芯轴盖板、电子芯轴外壳、按钮开关、锂电和传感器‑主控电路板。本发明结构简单、功能完善、性能稳定，可以高效还原电子玉米果穗在脱粒滚筒内的运动和受力情况。
Description
技术领域
本发明属于农业传感器领域，具体涉及一种获取脱粒过程信息的电子玉米果穗和方法。
背景技术
玉米具有“粮-饲-经”多元结构属性，是我国重要的粮食作物。玉米的收获质量对玉米的产量、品质等都有重要影响。在我国一年两束和一年多熟地区，玉米收获时普遍存在抢收现象。传统人工摘穗的收获方式劳动强度大、耗费时间长、作业效率低，随着我国农业机械化的快速发展，低损伤、高效率收获技术逐渐实现并将很快得到推广，而玉米籽粒直收技术将成为未来的主要收获方式。我国黄淮海地区的玉米成熟时由于籽粒含水率高，目前的籽粒直收机械将带来破损率高等问题，为籽粒直收带来极大挑战。
研究脱粒过程能够为玉米籽粒直收机械的研究提供关键技术和数据支撑，有助于人们揭示玉米果穗在脱粒滚筒中的详细受力信息，从而为玉米籽粒脱粒元件的设计提供优化支撑，是目前学术界的研究的热点内容。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种获取脱粒过程信息的的电子玉米果穗和方法，可以高效直观地检测玉米果穗脱粒过程信息，如所受冲击力和姿态信息。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种获取脱粒过程信息的电子玉米果穗，包括仿真果穗外壳1、电子芯轴和果穗尾盖7。
所述仿真果穗外壳1的材质为高性能尼龙，具备真实玉米果穗的外形，仿真果穗外壳1的底部设有电子芯轴安装孔11；所述电子芯轴由电子芯轴安装孔11插入仿真果穗外壳1内部，并通过果穗尾盖7和螺栓与仿真果穗外壳1固接为一整体。
所述电子芯轴包括电子芯轴盖板2、电子芯轴外壳5、按钮开关6、锂电池9和传感器-主控电路板10。
所述电子芯轴盖板2通过定位螺栓3与电子芯轴外壳5固接，将锂电池9和传感器-主控电路板10固定在电子芯轴外壳5的前端内部；所述电子芯轴外壳5的后端设有用于容纳按钮开关6的按钮开关安装槽8，按钮开关安装槽8设有开关母座，按钮开关6具有两个引脚，插在按钮开关安装槽8的开关母座上；所述电子芯轴外壳5内部设有导线槽4，所述传感器-主控电路板10通过沿导线槽4布置的导线分别与锂电池9和按钮开关6电连接。
所述果穗尾盖7设有与按钮开关6的按钮相对应的通孔，可通过通孔对按钮开关6的按钮进行按压操作。
所述传感器-主控电路板10包括主控芯片和用于采集电子玉米果穗的加速度和姿态信息的惯性测量元件，所述主控芯片接收惯性测量元件的测量数据并通过Wi-Fi获取IP地址和端口号，进而与数据采集与控制系统12建立无线通信连接，接收来自数据采集与控制系统12的控制指令并向数据采集与控制系统12发送测量数据。
所述仿真果穗外壳1的材质为高性能尼龙。
所述惯性测量元件包括低量程惯性测量元件和高量程惯性测量元件，所述低量程惯性测量元件的量程为±16g m/s2，获取玉米果穗的加速度值和姿态欧拉角；所述姿态欧拉角包括滚转角、俯仰角、偏航角；所述高量程惯性测量元件的量程为±200g m/s2，获取玉米果穗的加速度值。
所述传感器-主控电路板10采用ESP32-PICO-D4作为主控芯片，采用MPU9250和ADXL372作为惯性测量元件。
所述数据采集与控制系统12包括PC机和基于MATLAB的控制界面；所述控制界面包含网络连接区12-1、参数设置区12-2、操作区12-3和结果显示区；所述结果显示区包括3D模型展示模块12-4、源数据显示模块12-5和过程曲线显示模块12-6。
所述网络连接区12-1提供上下两个文本输入框，分别用于输入电子玉米果穗的IP地址和端口号，并设有按钮，能够实现连接和断开与电子玉米果穗之间的无线通信连接；
所述参数设置区12-2提供电子玉米果穗的质量、长度和直径参数输入，用于电子玉米果穗受力情况的计算；
所述操作区12-3提供导入数据、导入模型、显示模型和计算功能，分别用于导入历史测量数据、导入3D模型文件、控制界面上显示的3D模型、计算电子玉米果穗脱粒过程受力信息；
所述3D模型展示模块12-4用于提供直观的3D显示效果，能够根据测量数据实时动态或历史回放电子玉米果穗的运动状态，并在其左侧的文本框内显示时间、受力数据，该模块的下侧布置了“上一帧”“播放”“下一帧”三个按钮以及滑动条；单击“播放”按钮实现动画的自动播放，单击“上一帧”或“下一帧”按钮实现查看某一时刻的上一时刻或下一时刻电子玉米果穗的运动状态；实现3D动画的连续播放、逐帧播放、手动控制播放和暂停；
所述源数据显示模块12-5用于显示电子玉米果穗测得的加速度和姿态数据；
所述过程曲线显示模块12-6用于显示测量结果数据曲线，能够直观展示模拟脱粒过程中的受力曲线。
一种基于所述的电子玉米果穗的获取脱粒过程信息的方法，包括如下步骤：
S1、打开电子玉米果穗的按钮开关6和数据采集与控制系统12，通过控制界面的网络连接区12-1键入电子玉米果穗的IP地址和端口号使数据采集与控制系统12与电子玉米果穗之间建立无线通信连接；随后将电子玉米果穗放入脱粒滚筒内部进行模拟脱粒实验；
S2、电子玉米果穗在滚筒中的不断被脱粒元件击打、弹跳，传感器-主控电路板10的主控芯片实时接收低量程惯性测量元件和高量程惯性测量元件的测量数据并发送至数据采集与控制系统12；数据采集与控制系统12接收到的数据帧格式为:
$mm,ss,adx,ady,adz,mpax,mpay,mpaz,roll,pitch,yaw\n
其含义依次为：$表示帧头，mm表示分钟，ss表示秒，adx表示高量程惯性测量元件X轴加速度值，ady表示高量程惯性测量元件Y轴加速度值，adz表示高量程惯性测量元件Z轴加速度值，mpax表示低量程惯性测量元件X轴加速度值,mpay表示低量程惯性测量元件Y轴加速度值，mpaz表示低量程惯性测量元件Z轴加速度值，roll表示滚转角，pitch表示俯仰角，yaw表示偏航角，\n表示结束换行符；
S3、数据采集与控制系统12根据接收到的测量数据，通过公式1计算获得方向余弦姿态矩阵即电子玉米果穗的实时姿态信息；通过公式2和公式3计算获得电子玉米果穗的实时冲击力的大小F；通过公式4或公式5计算获得冲击力的空间中的姿态矩阵，即电子玉米果穗的实时受力方向；
公式1中，φ为滚转角，单位为°，θ为俯仰角，单位为°，ψ为航向角，单位为°；
公式2和公式3中，F为冲击力的大小，单位为N；m为电子玉米果穗的质量，单位为kg；(anx,any,anz)T为冲击力F产生的加速度在为“西-北-天”地理坐标系下的空间矢量表示；为方向余弦矩阵；(abx,aby,abz)T为惯性测量元件坐标系下的三轴加速度空间矢量表示；
其中，当加速度测量值均低于16g时，(abx,aby,abz)取利用现有卡尔曼滤波方法对低量程惯性测量元件的加速度值和高量程惯性测量元件的加速度值进行数据融合产生新的加速度值(akx,aky,akz)；
当任意一轴的加速度测量值高于16g时，(abx,aby,abz)取高量程惯性测量元件的加速度值(adx,ady,adz)；
公式4和公式5中，Rb为冲击力在惯性测量元件坐标系下的空间姿态矩阵；Rn为冲击力在地理坐标系下的空间姿态矩阵；θ为俯仰角，单位为°；ψ为航向角，单位为°；为方向余弦矩阵；
S4、数据采集与控制系统12根据步骤S3获得的电子玉米果穗的实时姿态信息、实时冲击力的大小和实时受力方向，将电子玉米果穗在空间中运动过程3D模型、受力方向及大小实时显示到控制界面上。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)本发明可用于玉米脱粒机的脱粒性能检测。
2)本发明可以直接测得电子玉米果穗在脱粒滚筒内部的所受冲击力和姿态信息，用于优化玉米籽粒直收机械关键元件。
3)本发明结构简单、功能完善、性能稳定，可以高效还原电子玉米果穗在脱粒滚筒内的运动和受力情况，有助于科研人员检测脱粒机构中作业质量不合格的部件。
附图说明
图1为本发明的获取脱粒过程信息的电子玉米果穗的分解结构示意图；
图2为本发明的获取脱粒过程信息的电子玉米果穗的外观示意图；
图3为本发明的获取脱粒过程信息的电子玉米果穗的芯轴部分剖视结构示意图；
图4为本发明的获取脱粒过程信息的电子玉米果穗的整体剖视结构示意图；
图5为本发明的获取脱粒过程信息的电子玉米果穗与数据采集与控制系统12连接示意图；
图6为本发明控制界面的3D模型展示模块；
图7为本发明的数据采集与控制系统中控制界面的源数据表格显示模块；
图8为本发明的数据采集与控制系统中控制界面的过程曲线显示模块；
其中的附图标记为：
1、仿真果穗外壳 2、电子芯轴盖板
3、定位螺栓 4、导线槽
5、电子芯轴外壳 6、按钮开关
7、果穗尾盖 8、按钮开关安装槽
9、锂电池 10、传感器-主控电路板
11、电子芯轴安装孔 12、数据采集与控制系统
12-1、网络连接区 12-2、参数设置区
12-3、操作区 12-4、3D模型展示模块
12-5、源数据显示模块 12-6、过程曲线显示模块
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
如图1～图4所示，一种获取脱粒过程信息的电子玉米果穗，包括仿真果穗外壳1、电子芯轴和果穗尾盖7。
所述仿真果穗外壳1的材质为高性能尼龙，具备真实玉米果穗的外形，仿真果穗外壳1的底部设有电子芯轴安装孔11；所述电子芯轴由电子芯轴安装孔11插入仿真果穗外壳1内部，并通过果穗尾盖7和螺栓与仿真果穗外壳1固接为一整体。
所述电子芯轴包括电子芯轴盖板2、电子芯轴外壳5、按钮开关6、锂电池9和传感器-主控电路板10。
所述电子芯轴盖板2通过定位螺栓3与电子芯轴外壳5固接，将锂电池9和传感器-主控电路板10固定在电子芯轴外壳5的前端内部；所述电子芯轴外壳5的后端设有用于容纳按钮开关6的按钮开关安装槽8，按钮开关安装槽8设有开关母座，按钮开关6具有两个引脚，插在按钮开关安装槽8的开关母座上；所述电子芯轴外壳5内部设有导线槽4，所述传感器-主控电路板10通过沿导线槽4布置的导线分别与锂电池9和按钮开关6电连接。
所述果穗尾盖7设有与按钮开关6的按钮相对应的通孔，可通过通孔对按钮开关6的按钮进行按压操作。
所述传感器-主控电路板10包括主控芯片和用于采集电子玉米果穗的加速度和姿态信息的惯性测量元件，所述主控芯片接收惯性测量元件的测量数据并通过Wi-Fi获取IP地址和端口号，进而与数据采集与控制系统12建立无线通信连接，接收来自数据采集与控制系统12的控制指令并向数据采集与控制系统12发送测量数据，如图5所示。
优选地，所述惯性测量元件包括低量程惯性测量元件和高量程惯性测量元件，所述低量程惯性测量元件的量程为±16g m/s2，获取玉米果穗的加速度值和姿态欧拉角；所述姿态欧拉角包括滚转角、俯仰角、偏航角；所述高量程惯性测量元件的量程为±200g m/s2，获取玉米果穗的加速度值。
传感器-主控电路板10采用ESP32-PICO-D4作为主控芯片，采用MPU9250和ADXL372作为惯性测量元件；主控芯片兼备数据计算和Wi-Fi能力；其中，MPU9250的作用是获取低量程(±16g)玉米果穗的加速度和姿态欧拉角；ADXL372的作用是获取高量程(±200g)加速度值。
ESP32-PICO-D4与ADXL372通过SPI总线的方式连接，与MPU9250通过IIC的方式连接。ESP32-PICO-D4通过GPIO引脚对ADXL372和MPU9250进行初始化控制。ESP32-PICO-D4、ADXL372与MPU9250均采用3.3V电源供电。电源模块核心采用RT9193-33GB电源芯片。
所述数据采集与控制系统12包括PC机和基于MATLAB的控制界面；如图6所示，所述控制界面包含网络连接区12-1、参数设置区12-2、操作区12-3和结果显示区；所述结果显示区包括3D模型展示模块12-4、源数据显示模块12-5和过程曲线显示模块12-6。
所述网络连接区12-1提供上下两个文本输入框，分别用于输入电子玉米果穗的IP地址和端口号，并设有按钮，能够实现连接和断开与电子玉米果穗之间的无线通信连接。
所述参数设置区12-2提供电子玉米果穗的质量、长度和直径参数输入，用于电子玉米果穗受力情况的计算。
所述操作区12-3提供导入数据、导入模型、显示模型和计算功能，分别用于导入历史测量数据、导入3D模型文件、控制界面上显示的3D模型、计算电子玉米果穗脱粒过程受力信息。
所述3D模型展示模块12-4用于提供直观的3D显示效果，能够根据测量数据实时动态或历史回放电子玉米果穗的运动状态，并在其左侧的文本框内显示时间、受力数据，该模块的下侧布置了“上一帧”“播放”“下一帧”三个按钮以及滑动条。单击“播放”按钮实现动画的自动播放，单击“上一帧”或“下一帧”按钮实现查看某一时刻的上一时刻或下一时刻电子玉米果穗的运动状态。该功能模块能够实现3D动画的连续播放、逐帧播放、手动控制播放和暂停，如图6所示。
所述源数据显示模块12-5用于显示电子玉米果穗测得的加速度和姿态数据，如图7所示。
所述过程曲线显示模块12-6用于显示测量结果数据曲线，能够直观展示模拟脱粒过程中的受力曲线，如图8所示。
本发明的基于电子玉米果穗的获取脱粒过程信息的方法，包括如下步骤：
S1、打开电子玉米果穗的按钮开关6和数据采集与控制系统12，通过控制界面的网络连接区12-1键入电子玉米果穗的IP地址和端口号使数据采集与控制系统12与电子玉米果穗之间建立无线通信连接；随后将电子玉米果穗放入脱粒滚筒内部进行模拟脱粒实验；
S2、电子玉米果穗在滚筒中的不断被脱粒元件击打、弹跳，传感器-主控电路板10的主控芯片实时接收低量程惯性测量元件和高量程惯性测量元件的测量数据并发送至数据采集与控制系统12；数据采集与控制系统12接收到的数据帧格式为:
$mm,ss,adx,ady,adz,mpax,mpay,mpaz,roll,pitch,yaw\n
其含义依次为：$表示帧头，mm表示分钟，ss表示秒，adx表示高量程惯性测量元件X轴加速度值，ady表示高量程惯性测量元件Y轴加速度值，adz表示高量程惯性测量元件Z轴加速度值，mpax表示低量程惯性测量元件X轴加速度值,mpay表示低量程惯性测量元件Y轴加速度值，mpaz表示低量程惯性测量元件Z轴加速度值，roll表示滚转角，pitch表示俯仰角，yaw表示偏航角，\n表示结束换行符。
S3、数据采集与控制系统12根据接收到的测量数据，通过公式1计算获得方向余弦姿态矩阵即电子玉米果穗的实时姿态信息；通过公式2和公式3计算获得电子玉米果穗的实时冲击力的大小F；通过公式4或公式5计算获得冲击力的空间中的姿态矩阵，即电子玉米果穗的实时受力方向；
公式1中，φ为滚转角，单位为°，θ为俯仰角，单位为°，ψ为航向角，单位为°；
公式2和公式3中，F为冲击力的大小，单位为N；m为电子玉米果穗的质量，单位为kg；(anx,any,anz)T为冲击力F产生的加速度在为“西-北-天”地理坐标系下的空间矢量表示；为方向余弦矩阵；(abx,aby,abz)T为惯性测量元件坐标系下的三轴加速度空间矢量表示；
其中，当加速度测量值均低于16g时，(abx,aby,abz)取利用现有卡尔曼滤波方法对低量程惯性测量元件的加速度值和高量程惯性测量元件的加速度值进行数据融合产生新的加速度值(akx,aky,akz)，加速度单位为m/s2；
当任意一轴的加速度测量值高于16g时，(abx,aby,abz)取高量程惯性测量元件的加速度值(adx,ady,adz)，加速度单位为m/s2；
公式4和公式5中，Rb为冲击力在惯性测量元件坐标系下的空间姿态矩阵；Rn为冲击力在地理坐标系下的空间姿态矩阵；θ为俯仰角，单位为°；ψ为航向角，单位为°；为方向余弦矩阵。
S4、数据采集与控制系统12根据步骤S3获得的电子玉米果穗的实时姿态信息、实时冲击力的大小和实时受力方向，将电子玉米果穗在空间中运动过程3D模型、受力方向及大小实时显示到控制界面上。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变都落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种获取脱粒过程信息的电子玉米果穗，其特征在于，所述电子玉米果穗包括仿真果穗外壳(1)、电子芯轴和果穗尾盖(7)；
所述仿真果穗外壳(1)的材质为高性能尼龙，具备真实玉米果穗的外形，仿真果穗外壳(1)的底部设有电子芯轴安装孔(11)；所述电子芯轴由电子芯轴安装孔(11)插入仿真果穗外壳(1)内部，并通过果穗尾盖(7)和螺栓与仿真果穗外壳(1)固接为一整体；
所述电子芯轴包括电子芯轴盖板(2)、电子芯轴外壳(5)、按钮开关(6)、锂电池(9)和传感器-主控电路板(10)；
所述电子芯轴盖板(2)通过定位螺栓(3)与电子芯轴外壳(5)固接，将锂电池(9)和传感器-主控电路板(10)固定在电子芯轴外壳(5)的前端内部；所述电子芯轴外壳(5)的后端设有用于容纳按钮开关(6)的按钮开关安装槽(8)，按钮开关安装槽(8)设有开关母座，按钮开关(6)具有两个引脚，插在按钮开关安装槽(8)的开关母座上；所述电子芯轴外壳(5)内部设有导线槽(4)，所述传感器-主控电路板(10)通过沿导线槽(4)布置的导线分别与锂电池(9)和按钮开关(6)电连接；
所述果穗尾盖(7)设有与按钮开关(6)的按钮相对应的通孔，通过通孔对按钮开关(6)的按钮进行按压操作；
所述传感器-主控电路板(10)包括主控芯片和用于采集电子玉米果穗的加速度和姿态信息的惯性测量元件，所述主控芯片接收惯性测量元件的测量数据并通过Wi-Fi获取IP地址和端口号，进而与数据采集与控制系统(12)建立无线通信连接，接收来自数据采集与控制系统(12)的控制指令并向数据采集与控制系统(12)发送测量数据。
2.根据权利要求1所述的获取脱粒过程信息的电子玉米果穗，其特征在于，所述仿真果穗外壳(1)的材质为高性能尼龙。
3.根据权利要求1所述的获取脱粒过程信息的电子玉米果穗，其特征在于，所述惯性测量元件包括低量程惯性测量元件和高量程惯性测量元件，所述低量程惯性测量元件的量程为±16g m/s2，获取玉米果穗的加速度值和姿态欧拉角；所述姿态欧拉角包括滚转角、俯仰角、偏航角；所述高量程惯性测量元件的量程为±200g m/s2，获取玉米果穗的加速度值。
4.根据权利要求1所述的获取脱粒过程信息的电子玉米果穗，其特征在于，所述传感器-主控电路板(10)采用ESP32-PICO-D4作为主控芯片，采用MPU9250和ADXL372作为惯性测量元件。
5.根据权利要求1所述的获取脱粒过程信息的电子玉米果穗，其特征在于，所述数据采集与控制系统(12)包括PC机和基于MATLAB的控制界面；所述控制界面包含网络连接区(12-1)、参数设置区(12-2)、操作区(12-3)和结果显示区；所述结果显示区包括3D模型展示模块(12-4)、源数据显示模块(12-5)和过程曲线显示模块(12-6)。
6.根据权利要求5所述的获取脱粒过程信息的电子玉米果穗，其特征在于，所述网络连接区(12-1)提供上下两个文本输入框，分别用于输入电子玉米果穗的IP地址和端口号，并设有按钮，能够实现连接和断开与电子玉米果穗之间的无线通信连接；
所述参数设置区(12-2)提供电子玉米果穗的质量、长度和直径参数输入，用于电子玉米果穗受力情况的计算；
所述操作区(12-3)提供导入数据、导入模型、显示模型和计算功能，分别用于导入历史测量数据、导入3D模型文件、控制界面上显示的3D模型、计算电子玉米果穗脱粒过程受力信息；
所述3D模型展示模块(12-4)用于提供直观的3D显示效果，能够根据测量数据实时动态或历史回放电子玉米果穗的运动状态，并在其左侧的文本框内显示时间、受力数据，该模块的下侧布置了“上一帧”“播放”“下一帧”三个按钮以及滑动条；单击“播放”按钮实现动画的自动播放，单击“上一帧”或“下一帧”按钮实现查看某一时刻的上一时刻或下一时刻电子玉米果穗的运动状态；实现3D动画的连续播放、逐帧播放、手动控制播放和暂停；
所述源数据显示模块(12-5)用于显示电子玉米果穗测得的加速度和姿态数据；
所述过程曲线显示模块(12-6)用于显示测量结果数据曲线，能够直观展示模拟脱粒过程中的受力曲线。
7.一种基于如权利要求1-6任一项所述的电子玉米果穗的获取脱粒过程信息的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、打开电子玉米果穗的按钮开关(6)和数据采集与控制系统(12)，通过控制界面的网络连接区(12-1)键入电子玉米果穗的IP地址和端口号使数据采集与控制系统(12)与电子玉米果穗之间建立无线通信连接；随后将电子玉米果穗放入脱粒滚筒内部进行模拟脱粒实验；
S2、电子玉米果穗在滚筒中的不断被脱粒元件击打、弹跳，传感器-主控电路板(10)的主控芯片实时接收低量程惯性测量元件和高量程惯性测量元件的测量数据并发送至数据采集与控制系统(12)；数据采集与控制系统(12)接收到的数据帧格式为:
$mm,ss,adx,ady,adz,mpax,mpay,mpaz,roll,pitch,yaw\n
其含义依次为：$表示帧头，mm表示分钟，ss表示秒，adx表示高量程惯性测量元件X轴加速度值，ady表示高量程惯性测量元件Y轴加速度值，adz表示高量程惯性测量元件Z轴加速度值，mpax表示低量程惯性测量元件X轴加速度值,mpay表示低量程惯性测量元件Y轴加速度值，mpaz表示低量程惯性测量元件Z轴加速度值，roll表示滚转角，pitch表示俯仰角，yaw表示偏航角，\n表示结束换行符；
S3、数据采集与控制系统(12)根据接收到的测量数据，通过公式1计算获得方向余弦姿态矩阵即电子玉米果穗的实时姿态信息；通过公式2和公式3计算获得电子玉米果穗的实时冲击力的大小F；通过公式4或公式5计算获得冲击力的空间中的姿态矩阵，即电子玉米果穗的实时受力方向；
公式1中，φ为滚转角，单位为°，θ为俯仰角，单位为°，ψ为航向角，单位为°；
公式2和公式3中，F为冲击力的大小，单位为N；m为电子玉米果穗的质量，单位为kg；(anx,any,anz)T为冲击力F产生的加速度在为“西-北-天”地理坐标系下的空间矢量表示；为方向余弦矩阵；(abx,aby,abz)T为惯性测量元件坐标系下的三轴加速度空间矢量表示；
其中，当加速度测量值均低于16g时，(abx,aby,abz)取利用现有卡尔曼滤波方法对低量程惯性测量元件的加速度值和高量程惯性测量元件的加速度值进行数据融合产生新的加速度值(akx,aky,akz)；
当任意一轴的加速度测量值高于16g时，(abx,aby,abz)取高量程惯性测量元件的加速度值(adx,ady,adz)；
公式4和公式5中，Rb为冲击力在惯性测量元件坐标系下的空间姿态矩阵；Rn为冲击力在地理坐标系下的空间姿态矩阵；θ为俯仰角，单位为°；ψ为航向角，单位为°；为方向余弦矩阵；
S4、数据采集与控制系统(12)根据步骤S3获得的电子玉米果穗的实时姿态信息、实时冲击力的大小和实时受力方向，将电子玉米果穗在空间中运动过程3D模型、受力方向及大小实时显示到控制界面上。
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|---|---|---|---|
| CN202210846864.XA CN115219259B (zh) | 2022-07-06 | 2022-07-06 | 一种获取脱粒过程信息的电子玉米果穗和方法 |
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| CN115219259A CN115219259A (zh) | 2022-10-21 |
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2022
- 2022-07-06 CN CN202210846864.XA patent/CN115219259B/zh active Active
Patent Citations (6)
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| Title |
|---|
| 低损伤组合式玉米脱粒分离装置设计与试验;樊晨龙等;农业机械学报;20190222;50(04);113-123 * |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115219259A (zh) | 2022-10-21 |
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