CN115384643B - 全地形农业作物信息监测移动平台及监测方法 - Google Patents

全地形农业作物信息监测移动平台及监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全地形农业作物信息监测移动平台及监测方法，所述信息监测移动平台包括行走模块、平台搭载机构、车体、导航系统、信息监测装置和主控模块；所述行走模块为多组，每组行走模块包括履带行走机构、履带轮安装缓冲机构和驱动机构，所述履带行走机构通过履带轮安装缓冲机构与车体连接，所述驱动机构分别与车体、履带行走机构和主控模块连接；所述平台搭载机构设置在车体顶部，用于搭载导航系统、信息监测装置和主控模块。本发明可以实现多工位多方向的农业信息采集功能，平台的履带行走机构在复杂路面下能够更好地贴合地面，提高行进的稳定性，并且平台可以根据实际工作环境来实时调节车体宽度，提高平台适用性。

Description

全地形农业作物信息监测移动平台及监测方法
技术领域
本发明涉及一种全地形农业作物信息监测移动平台及监测方法，属于农业机械技术领域。
背景技术
农业机械领域所采用的移动平台主要包括轮式和履带式两种结构，但两类结构都具有一定的缺陷性。轮式结构只能在平地或者无较大起伏的路面行驶，在复杂路面尤其泥泞路面行驶不畅。履带式的结构相较于轮式底盘具有较强的地型适应性，可以在道路状况良好的温室作业也可以在松软的土地上进行作业。但传统履带式底盘一般采用双履带结构，即左右两边各一条履带各自采用一个动力源进行驱动，这样的结构行驶在坡度较大的路面上时会因为重心过高或质量过大而发生侧翻。
在履带行走机构上，大部分悬架被设置成独立悬架，此种独立悬架结构简单，刚度较弱，稳定性较差；在驱动上，传统履带结构与大部分轮式结构采用的驱动方式都是双驱，采用差速运动来控制底盘的前进与转弯。这种驱动方式在复杂地型运动时可能会因为两侧履带所处的地型不同而造成底盘运动无法按照既定路线运动，也可能会发生侧翻与倾倒；在工作环境上，不同作物的间距不同，单一宽度的移动平台难以适应不同间距的地形；在控制系统上，主控部分为弱电，驱动部分为强电，两部分电路在一起容易形成干扰且较难处理；在信息监测上面对不同的作物需采用不同的监测方法与监测仪器，但一类农业机械与一种监测仪器只能适用一种工作环境，无法再另一个工作环境适用，同时在地表作物信息监测中，因为作业环境监测仪器很难做到等距监测，造成采集信息的不准确。为此，急需一种能适应全地形作业的监测移动平台。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全地形农业作物信息监测移动平台，该监测移动平台能够有效地解决路面坡度过大而造成的车体重心过高或质量过大的侧翻问题，可以防止车体侧翻与倾倒，从而保证正常的监测工作，同时该平台可调节自身车体宽度，适应不同的地形，并可携带多类作物监测仪器，该移动平台将主控制系统与电池监测系统、电机驱动系统分开，有效降低信号干扰问题，通过设计电池监测电路实时监测用电信息与电池状况。
本发明的另一目的在于提供一种基于上述全地形农业作物信息监测移动平台实现的监测方法。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种全地形农业作物信息监测移动平台，包括行走模块、平台搭载机构、导航系统、信息监测装置、车体和主控模块；所述行走模块为多组，每组行走模块包括履带行走机构、履带轮安装缓冲机构和驱动机构，所述履带行走机构通过履带轮安装缓冲机构与车体连接，所述驱动机构分别与车体、履带行走机构和平台搭载机构连接；所述平台搭载机构设置在车体顶部，用于搭载导航系统、信息监测装置和主控模块。
进一步的，所述履带行走机构包括履带、驱动轮、X形内外联动悬架减震装置、张紧轮装置、导向轮装置和履带轮骨架，所述履带与驱动轮、X形内外联动悬架减震装置、张紧轮装置和导向轮装置连接，所述驱动轮设置在履带轮骨架的上端，所述X形内外联动悬架减震装置以左右对称的方式设置在履带轮骨架的中间，所述张紧轮装置和导向轮装置分别设置在履带轮骨架的前后两侧，所述X形内外联动悬架减震装置位于张紧轮装置和导向轮装置的下面。
进一步的，所述X形内外联动悬架减震装置包括承重轮组、弹簧减震器组和悬架轴，所述承重轮组分为外承重轮组和内承重轮组；
所述外承重轮组和内承重轮组以方向相反的方式铰接在悬架轴上，其中内承重轮组设置在外承重轮组的中央，所述弹簧减震器组设置在外承重轮组和内承重轮组的中央。
进一步的，所述张紧轮装置包括第一固定板、张紧轮组和第一橡胶减震器，所述第一固定板固定在履带轮骨架上，所述第一橡胶减震器的一端固定在第一固定板的中央，所述第一橡胶减震器的另一端与张紧轮组连接；
所述导向轮装置包括第二固定板、导向轮组和螺栓组，所述第二固定板固定在履带轮骨架上，所述螺栓组的一端穿过第二固定板，并固定在第二固定板的中央，所述螺栓组的另一端与导向轮组连接。
进一步的，所述履带轮安装缓冲机构包括第一连接板、第二连接板、第二橡胶减震器和第三橡胶减震器；所述第一连接板的一端通过两个第二橡胶减震器与车体连接，所述第一连接板的另一端与履带轮骨架的外侧连接，所述第二连接板有两个，所述第二连接板的一端通过一个第三橡胶减震器与履带轮骨架的上端连接，所述第二连接板的另一端与车体连接。
进一步的，所述平台搭载机构包括第一安装板、第二安装板和缓冲垫，所述第一安装板通过相应的缓冲垫设置在车体的前部，所述第二安装板通过相应的缓冲垫设置在车体的后部。
进一步的，所述车体包括车体框架和宽度调节装置，所述宽度调节装置安装在车体框架上，所述车体的宽度随着宽度调节装置的变化而变化，所述宽度调节装置分为手动宽度调节装置与自动宽度调节装置；
所述手动宽度调节装置为两组，每组手动宽度调节装置包括两个直线导轨滑块组，每个直线导轨滑块组包括直线导轨、两块滑块和两块滑块固定板，两块滑块可滑动地设置在直线导轨上，两块滑块与两块滑块固定板一一对应，每块滑块固定板将对应的滑块和直线导轨固定；
所述自动宽度调节装置为两组，每组自动宽度调节装置包括两个电动直线导轨组，每个电动直线导轨组包括相对设置的两个电动直线导轨和两个导轨电机，两个电动直线导轨与两个导轨电机一一对应，每个导轨电机安装在对应的电动直线导轨尾部。
进一步的，所述驱动机构包括电机、减速器、电机连接板、轴承座、驱动轴、第一链轮、第二链轮和链条，所述电机连接板与减速器连接，所述第一链轮安装在减速器的轴端，所述减速器的另一端与电机连接，所述电机连接板的一端与车体连接另一端与履带行走机构连接，所述轴承座安装在电机连接板上，所述驱动轴与轴承座配合，所述第二链轮安装在驱动轴的一端，所述驱动轴的另一端与驱动轮连接，所述第一链轮与第二链轮通过链条连接。
进一步的，所述信息监测装置包括等距俯视监测装置和工位旋转监测装置，所述等距俯视监测装置和工位旋转监测装置设置在平台搭载机构上；
所述等距俯视监测装置包括导轨升降平台、第一监测仪器、夹紧装置和超声波模块，所述导轨升降平台通过相应的缓冲垫设置在车体的中部，所述第一监测仪器通过夹紧装置固定在导轨升降平台上，所述超声波模块以成对的形式设置在第一监测仪器的两侧，并固定在导轨升降平台上；
所述工位旋转监测装置包括剪式升降平台、第二监测仪器和十字旋转台，所述剪式升降平台设置在第三安装板上，所述十字旋转台设置在剪式升降平台上，所述第二监测仪器设置在十字旋转台上。
进一步的，所述导航系统包括深度相机、GNSS模块、激光雷达、第四连接板和第五连接板，所述深度相机和所述GNSS模块通过第四连接板设置在第一安装板上，所述激光雷达通过第五连接板设置在第三安装板上；
所述GNSS模块用于实现定位导航功能，所述深度相机和激光雷达用于实现同步定位建图功能以及视觉导航功能，所述激光雷达兼具避障功能。
进一步的，所述主控模块包括上位系统、主控制系统、电池监测系统、电机驱动系统和电源系统，所述电源系统分别与上位系统、主控制系统、电机驱动系统、电池监测系统连接，所述主控制系统的一端与上位系统连接，一端与电机驱动系统、电池监测系统连接；
所述上位系统包括串口屏、上位机与遥控器，串口屏和上位机与主控制系统连接，遥控器与主控制系统远程无线连接；
所述主控制系统包括串口屏接口、遥感接收器，微控制器、输出隔离端与输入隔离端；通过输出隔离端与输入隔离端将主控制系统与其余控制系统电路隔离；
所述电源系统包括电池和隔离电源模块，隔离电源模块将电池电压降低到各个控制器所需的电压值；
所述电池监测系统包括ADC模数转换器、电流检测电路和电压检测电路；
所述电机驱动系统包括各执行机构电机驱动器；各执行机构电机驱动器与各执行机构电机连接。
本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种监测方法，基于上述的信息监测移动车实现，所述方法包括：
获取待监测农作物区域；
导航系统基于待监测农作物区域，给定指定路线，所述监测移动车沿着指定路线进行运动；
当遇到障碍物时，X形内外联动悬架减震装置中的滑轮组和弹簧减震器组相互配合，同时履带轮安装缓冲机构中的车体减震器对车体进行减震缓冲，从而确保能安全翻越障碍；
在上述运动过程中，根据待监测农作物区域中的地表作物和茎蔓作物，分别利用信息监测装置中的等距俯视监测装置和工位旋转监测装置进行监测。根据不同作物以及不同作物间距通过宽度调节装置做出车体宽度调整从而实现农业作物信息监测。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本发明采用多组行走模块，每组行走模块包括履带行走机构、履带轮安装缓冲机构和伺服驱动机构，能够满足在不同地形运行的需求，每组行走模块的履带行走机构与伺服驱动机构相连，每组行走模块的履带行走机构独立驱动，履带行走机构与车体通过履带轮安装缓冲结构连接在一起，增加车体的稳定性与牢固性，并且行进时拥有较好的平顺性，传动方式采用链传动提高了平台离地间隙，导航系统实现移动平台的自主导航与避障，通过信息监测装置搭载超声波模块实现从与地面等距俯视监测地表作物信息以及从侧面多工位旋转监测茎蔓作物信息的功能。
2、本发明的履带行走机构采用一种X形内外联动悬架减震装置，该装置采用铰接的方式安装在履带轮骨架上，在橡胶履带通过障碍物时X形内外联动悬架减震装置中的单组悬架可以携带承重轮摆动，使悬架柔性变形，同时通过弹簧减震器来达到缓冲减震作用，进而使履带与承重轮更好的与地面接触和使承重轮受力更加平衡，从而确保监测移动车平稳通过复杂路面。
3、本发明采用手动调紧双螺栓的方式控制导向轮装置中移动板的前后移动，进而实现对橡胶履带的张紧调节，从而克服在设计加工中因误差产生的配合问题；此外，张紧轮装置在橡胶履带通过障碍物时，通过压迫橡胶减震器来使张紧轮收缩，起到自动张紧的作用，进而缓解橡胶履带的形变程度，减少橡胶履带的损害。
4、本发明的履带轮安装缓冲机构使履带行走机构内外都与车体连接，增大了车体的牢固性和稳定性，减小了各个零部件的受力与形变；其中履带轮安装缓冲机构的车体减震器增大了车体行进时的平顺性。
5、本发明通过将宽度调节装置安装在车体框架上，车体的宽度随着宽度调节装置的变化而变化，通过宽度调节装置可调节车体的宽度来适应不同的地形。
6、本发明将主控制部分、电池监测部分和无刷直流电机驱动系统部分分开，有效降低信号干扰，使输出信号更加稳定；此外，电池监测部分能够同时监测电池的电流与电压信息通过算法解算出电池的实时电量与电池状况。
8、本发明信息监测装置搭载超声波模块实现从地面等距俯视监测地表作物信息以及从侧面多工位旋转监测茎蔓作物信息的功能。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例的全地形农业作物信息监测移动平台的示意图。
图2为本发明实施例的全地形农业作物信息监测移动平台的去除履带示意图。
图3为本发明实施例的全地形农业作物信息监测移动平台的俯视图。
图4为本发明实施例的X形内外联动悬架减震装置的示意图。
图5为本发明实施例的张紧轮装置的示意图。
图6为本发明实施例的导向轮装置的示意图。
图7为本发明实施例的履带轮安装缓冲机构的示意图。
图8为本发明实施例的手动宽度调节车体与平台搭载机构的示意图。
图9为本发明实施例的自动宽度调节车体与平台搭载机构的示意图。
图10为本发明实施例的伺服驱动机构的示意图。
图11为本发明实施例的等距俯视监测装置的示意图。
图12为本发明实施例的工位旋转监测装置的示意图。
图13为本发明实施例的主控模块示意图。
图14为本发明实施例电流检测电路示意图。
图15为本发明实施例电压检测电路示意图。
其中，101为履带，102为驱动轮，103为悬架轴，104为承重轮，105为承重轮连接板，106为承重轮轴，107为弹簧减震器，108为弹簧减震器轴，201为第一固定板，202为第一橡胶减震器，203为张紧轮，204为张紧轮轴，205为第一移动板，301为第二固定板，302为导向轮，303为导向轮轴，304为第二移动板，305导向螺母，306为导向螺栓，401为履带轮上骨架，402为履带轮侧骨架，501为第一连接板，502为第二连接板，503为第二橡胶减震器，504为第三橡胶减震器，601为第一安装板，602为第二安装板，604为第三安装板，701为车体框架，702为外沿连接板，703为履带轮连接板，704为直线导轨、705为滑块、706为滑块固定板、707为滑块连接板，708为直线导轨，709为导轨电机，801为电机，802为减速器，803为电机连接板、804为轴承座、805为第一链轮、806为第二链轮、807为驱动轴和，808为链条，901为深度相机，902为GNSS模块，903为激光雷达，904为第四连接板，905为第五连接板，1001为导轨升降平台，1002为第一监测仪器，1003为夹紧装置，1004为超声波模块，1101为剪式升降平台，1102为第二监测仪器，1103为十字旋转台，1201为控制箱，1202为主控制系统，1203为光耦隔离器，1204为电池，1205为电压隔离模块，1206为串口屏、1207为上位机，1208为遥控器，1209为电机驱动器，1210为ADC模数转换电路，1211为霍尔传感器、1212为U3B放大器，1213为U3A放大器，1214为光电耦合器、1215为U1A放大器，1216为U3B放大器，14为固定轴环。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动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。
实施例：
如图1-11所示，本实施例提供了一种全地形农业作物信息监测移动车，该信息监测移动车包括车体、行走模块、平台搭载机构、导航系统、信息监测装置和主控模块；其中：行走模块为四组，每组行走模块包括履带行走机构、履带轮安装缓冲机构和伺服驱动机构，履带行走机构通过履带轮安装缓冲机构与车体连接，伺服驱动机构分别与车体、履带行走机构和平台搭载机构连接；平台搭载机构设置在车体顶部，用于搭载导航系统、信息监测装置和主控模块。
进一步地，如图2所示，履带行走机构包括履带101、驱动轮102、X形内外联动悬架减震装置、张紧轮装置、导向轮装置和履带轮骨架；其中，履带101与驱动轮102、X形内外联动悬架减震装置、张紧轮装置和导向轮装置连接，驱动轮102设置在履带轮骨架的上端，X形内外联动悬架减震装置以左右对称的方式安装在履带轮骨架的中间，张紧轮装置和导向轮装置分别安装在履带轮骨架的前后两侧，X形内外联动悬架减震装置位于张紧轮装置和导向轮装置的下面。
本实施例中的履带101使用的是橡胶履带。
进一步地，如图4所示，X形内外联动悬架减震装置包括承重轮组、弹簧减震器组和悬架轴103；其中，承重轮组分为外承重轮组和内承重轮组，外承重轮组和内承重轮组以方向相反的方式铰接在悬架轴103上，其中内承重轮组安装在外承重轮组的中央；弹簧减震器组安装在外承重轮组和内承重轮组的中央。
本实施例中的X形内外联动悬架减震装置可绕悬架轴103摆动。
具体地，承重轮组包括承重轮104、承重轮连接板105和承重轮轴106；其中，承重轮连接板有四个，以内外的位置关系进行两两划分，分为外承重轮连接板组和内承重轮连接板组，并以方向相反且对称的方式铰接在悬架轴103上，两个承重轮轴106分别穿过外承重轮连接板组的底部预留孔和内承重轮连接板组的底部预留孔进行固定安装，两个承重轮104以对称的方式安装在承重轮轴106上。
本实施例中的内承重轮组安装在外承重轮组的中央，使得X形内外联动悬架减震装置的重心保持在中位线上，从而让X形内外联动悬架减震装置在受力和运动时更加稳定。
具体地，弹簧减震器组包括弹簧减震器107和弹簧减震器轴108；其中，两个弹簧减震器轴108分别穿过外承重轮连接板组的上端预留孔和内承重轮连接板组的上端预留孔进行固定安装；弹簧减震器107固定安装在两个弹簧减震器轴108的中央，并通过固定轴环14限制其左右位移；
本实施例中的两对承重轮组(指外承重轮组和内承重轮组)通过弹簧减震器连接，实现两对承重轮组的并联和相互作用，每对承重轮组可以独立摆动，具备缓冲与运动后的复位功能。
本实施例的全地形农业作物信息监测移动车在行进中：当履带行走机构越过较小障碍物时，首先通过障碍的承重轮组绕着悬架轴转动，未通过障碍的承重轮组不发生转动，通过障碍的承重轮组挤压弹簧减震器，使弹簧减震产生形变，当越过障碍时弹簧减震器连带着承重轮组回到初始位置；随后后方的承重轮组绕悬架轴摆动，前端承重轮组不发生转动，后端承重轮组挤压弹簧减震器产生形变，当越过障碍时弹簧减震器连带着承重轮组回到初始位置。当履带行走机构越过较大障碍物时，两对承重轮组一起绕轴摆动，可以使履带行走机构更好贴合地面，行进更加稳定。
如图5所示，张紧轮装置包括第一固定板201、张紧轮组和第一橡胶减震器202；其中，第一固定板201固定安装在履带轮骨架上，第一橡胶减震器202的一端固定在第一固定板201的中央，第一橡胶减震器202的另一端与张紧轮组连接。
具体地，张紧轮组包括张紧轮203、张紧轮轴204和第一移动板205；其中，第一移动板205与第一橡胶减震器202连接，张紧轮轴204穿过第一移动板205的前端进行固定安装，两个张紧轮203以对称的方式安装在张紧轮轴204上。当履带行走机构接触前方障碍物时，橡胶履带会被拉紧并压迫张紧轮装置，此时张紧轮装置中的第一橡胶减震器会收缩，可以缓解通过障碍物时橡胶履带的形变，从而减少橡胶履带的损害。
如图6所示，导向轮装置包括第二固定板301、导向轮组和螺栓组；其中，第二固定板301固定安装在履带轮骨架上，螺栓组的一端穿过第二固定板，并固定在第二固定板的中央，螺栓组的另一端与导向轮组连接。
具体地，导向轮组包括导向轮302、导向轮轴303和第二移动板304，其中，第二移动板304与螺栓组连接，导向轮轴303穿过第二移动板304的前端进行固定安装，两个导向轮302以对称的方式安装在导向轮轴303上。当安装橡胶履带时，可以通过调节螺栓组中的导向螺母305使第二移动板304沿着螺栓组中的导向螺栓306前后移动，进而调节橡胶履带的张紧，从而克服在设计加工中因误差产生的配合问题。
如图2所示，本实施例中的履带轮骨架包括履带轮上骨架401和履带轮侧骨架402；其中，履带轮侧骨架402的数量为二，紧贴履带轮上骨架401安装。
如图1、图8和图9所示，本实施例中的车体包括车体框架701、外沿连接板702、履带轮连接板703和宽度调节装置；其中，车体框架701呈四边形，采用铝型材搭建，外沿连接板702与履带轮连接板703安装在车体框架701的四周，宽度调节装置安装在车体框架701上。
具体地，宽度调节装置可选用手动宽度调节装置和自动调节装置；手动宽度调节装置为两组，每组手动宽度调节装置包括两个直线导轨滑块组，每个直线导轨滑块组包括直线导轨704、两块滑块705、两块滑块固定板706和两块滑块连接板707，两块滑块705、两块滑块固定板706和两块滑块连接板707均为一一对应的关系。滑块705嵌入直线导轨704，可在直线导轨704上来回滑动，车体框架701通过滑块连接板707与滑块705连接，调整好车体宽度后通过滑块固定板706来对车体宽度进行固定；自动宽度调节装置为两组，每组自动宽度调节装置包括两个电动直线导轨组，每个电动直线导轨组包括相对设置的两个电动直线导轨708和两个导轨电机709，每个导轨电机709安装在对应的电动直线导轨708尾部，通过导轨电机709来带动电动直线导轨708上滑块的移动从而带动车体宽度的调整，移动平台通过摄像机识别路径宽度，实时自动调节自身宽度。车体宽度调节范围为：最小宽度为宽度调节装置导轨长度，最大宽度为宽度调节装置导轨长度加两倍的车轮宽度。
进一步地，如图7和图8所示，履带轮安装缓冲机构包括第一连接板501、第二连接板502、第二橡胶减震器503和第三橡胶减震器504；其中，第一连接板501的一端通过两个第二橡胶避震器503与外沿连接板702连接固定，第一连接板501的另一端与履带轮骨架的外侧(履带轮侧骨架402)连接固定，第二连接板502有两个，第二连接板502的一端通过一个第三橡胶减震器504与履带轮骨架的上端(履带轮上骨架401)连接固定，第二连接板502的另一端与履带轮连接板703连接固定。在车体行驶在不平路面时，履带轮安装缓冲机构中的第二橡胶减震器和第三橡胶减震器对车体起到减震缓冲作用，减小了振动与冲击，保证了车体行驶的平顺性。
本实施例中的第二橡胶减震器和第三橡胶减震器统称为车体减震器。
本实施例中的橡胶减震器内部阻尼高于金属，且体积小，重量轻，在各个方向均具有隔离震动的性能。
进一步地，如图3所示，平台搭载机构包括第一安装板601、第二安装板602；其中，第一安装板601安装在车体的前部，第二安装板602安装在车体的后部，安装板安装在宽度调节装置上。
本实施例中的第一安装板601、第二安装板602承担搭载功能。
进一步地，如图1和图10所示，驱动机构包括电机801、减速器802、电机连接板803、轴承座804、第一链轮805、第二链轮806、驱动轴807和链条808；其中，电机801与减速器802连接，并通过减速器802的前端安装孔固定在电机连接板803的一端，电机连接板803的另一端固定在车体上，轴承座804安装在电机连接板上，驱动轴807与轴承座804配合，第二链轮806安装在驱动轴807的一端，驱动轴807的另一端与驱动轮102连接，第一链轮805安装在减速器802的轴端，第一链轮805与第二链轮806通过链条808连接。
本实施例中的减速器802悬空安装在车体上，通过链传动增大了底盘的高度，使底盘高度增至0.9m，满足地表作物监测需求；此外，每组驱动机构独立连接每组履带行走机构的驱动轮101，实现全地形农业作物信息监测移动车的前进后退功能，以及利用差速调节，实现全地形农业作物信息监测移动车的转向功能。
进一步地，如图1所示，导航系统包括深度相机901、GNSS模块902、激光雷达903、第四连接板904和第五连接板905；其中，深度相机901和GNSS模块902通过第四连接板904安装在第一安装板602上，激光雷达903通过第五连接板905安装在第三安装板604上。
本实施例的全地形农业作物信息监测移动车在不同空间行进时：当所述监测移动车行驶在户外时，通过GNSS模块中的GNSS信号接收器接收信号，并反馈自身位置，进而实现在户外的定位导航；当所述监测移动车行驶在室内时，通过深度相机和激光雷达实现同步定位建图和视觉导航的功能。
本实施例中的激光雷达兼具避障功能。
进一步地，如图1和图2和图3所示，信息监测装置包括等距俯视监测装置和工位旋转监测装置；其中，等距俯视监测装置和工位旋转监测装置设置在平台搭载机构上。
具体地，如图11所示，等距俯视监测装置包括导轨升降平台1001、第一监测仪器1002、夹紧装置1003、超声波模块1004；其中，导轨升降平台1001通过相应的缓冲垫601设置在车体的中部，第一监测仪器1002通过夹紧装置1003固定在导轨升降平台1001上；超声波模块1004以成对的形式设置在第一监测仪器1002的两侧，并固定在导轨升降平台1001上。
本实施例中的第一监测仪器与超声波模块随升降平台进行上升和下降运动；超声波模块通过测距实时反馈与地表的距离。
具体地，如图12所示，工位旋转监测装置包括剪式升降平台1101、第二监测仪器1102和十字旋转台1103；其中，剪式升降平台1101设置在第三安装板604上，十字旋转台1103设置在剪式升降平台1101上，所述第二监测仪器1102设置在十字旋转台1103上。
本实施例中的十字旋转台1103可携带第二监测仪器1102旋转；此外，剪式升降平台具有更大的抗压性优点。
进一步地，如图2和图13所示，主控模块包括电源系统，电池监测系统、电机驱动系统、主控制系统1202、上位系统和光耦隔离器1203，主控模块内置于控制箱1201内并设置在第一安装板602上，分别连接驱动机构、导航系统、信息监测装置。主控制系统1202一端与上位系统连接通信，一端连接光耦隔离器1203并与电机驱动系统、电池监测系统连接，电源系统与其余系统(上位系统、主控制系统、电机驱动系统、电池监测系统)连接供电，各系统通过光耦隔离器1203分隔，有效的降低信号干扰问题，使输出信号更加稳定。
具体的，电源系统包括电池1204和电压隔离模块1205，电压隔离模块1205连接电池1204将电源电压转换成各个系统所需的电压值。
上位系统包括包括串口屏1206、上位机1207与遥控器1208，串口屏1206和上位机1207与主控制系统1202连接，遥控器1208与主控制系统1202远程无线连接。
电机驱动系统包括各个执行机构的电机驱动器1209，各执行机构电机驱动器1209与各执行机构电机连接，通过接收主控制系统1202的信息驱动各个执行机构电机。
电池监测系统包括电流监测电路、电压监测电路与ADC模数转换电路1210，电流电压监测电路通过ADC模数转换电路1210将电流监测信号与电压监测信号数字化，数据将通过I2C送入主控制系统当中。
如图14所示，电流监测电路包括霍尔传感器1211、U3B放大器1212和U3A放大器1213。设计将采用大电流霍尔传感器1211探测电池的释放电流，霍尔传感器1211将电流转换为电压信号，U3B放大器1212复杂跟随一级电压，U3A放大器1213负责跟随一级电压的1/2以供ADC模数转换电路1210转换，主控制系统1202接受信号后电流计入行走PID控制算法当中，可以通过累计电流，计算电池1204寿命与剩余容量。
如图15所示，电压监测电路包括光电耦合器1214、U1A放大器1215和U3B放大器1216。U1A放大器1215负责将电池1204的电压信号转换为电流信号,以驱动光电耦合器1214内的发光二极管，同时引入反馈,:负责将光电耦合器1214转换的电流信号放大且转换为电压信号，主控制系统1202接受信号后，能够通过预定线性函数计算剩余电量。
本实施例通过主控模块实现了各个模块信息之间的交流传递，同时通过串口屏1206实现人机交互，从而控制平台作业模式和工作位置。
本实施例还提供了一种监测方法，该方法主要通过上述的信息监测移动车实现，其包括以下步骤：
获取待监测农作物区域；
导航系统基于待监测农作物区域，给定指定路线，所述监测移动车沿着指定路线进行运动；
当遇到障碍物时，X形内外联动悬架减震装置中的滑轮组和弹簧减震器组相互配合，同时履带轮安装缓冲机构中的车体减震器对车体进行减震缓冲，从而确保能安全翻越障碍；
若选用手动宽度调节装置，则根据农作物区域中间距大小以及监测作物类型做出调整，当采用俯视监测时，移动平台两侧履带轮行驶在作物两端，平台宽度为作物垄宽加两侧间距宽度。当采用侧方位监测时，移动平台行驶在作物间距过道内，车体宽度设置为小于间距宽度。
若采用电动宽度调节装置，移动平台通过搭载的深度相机实时检测作物类型测算间距宽度，主控模块将宽度信息反馈到电动宽度调节装置做到实时调节车体宽度的功能。
在上述运动过程中，根据待监测农作物区域中的地表作物和茎蔓作物，分别利用信息监测装置中的等距俯视监测装置和工位旋转监测装置进行监测，从而实现农业作物信息监测。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和约定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
综上所述，本发明采用多组行走模块，每组行走模块包括履带行走机构、履带轮安装缓冲机构和伺服驱动机构，能够满足在不同地形运行的需求，每组行走模块的履带行走机构与伺服驱动机构相连，每组行走模块的履带行走机构独立驱动，履带行走机构与车体通过履带轮安装缓冲结构连接在一起，增加车体的稳定性与牢固性，并且行进时拥有较好的平顺性，导航系统实现移动平台的自主导航与避障，并通过摄像头实时监测作物间距宽度，反馈到宽度调节装置达到实时调整车体宽度的功能，通过信息监测装置搭载超声波模块实现从与地面等距俯视监测地表作物信息通过工位旋转监测装置达到从侧面多工位旋转监测茎蔓作物信息的功能；此外，履带行走机构采用X形内外联动悬架减震装置，能够使承重轮能够更好的贴合地面，且具有更好的稳定性。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (11)

1.一种全地形农业作物信息监测移动平台，其特征在于，包括行走模块、平台搭载机构、车体、导航系统、信息监测装置和主控模块；所述行走模块为多组，每组行走模块包括履带行走机构、履带轮安装缓冲机构和驱动机构，所述履带行走机构通过履带轮安装缓冲机构与车体连接，所述驱动机构分别与车体、履带行走机构和主控模块连接；所述平台搭载机构设置在车体顶部，用于搭载导航系统、信息监测装置和主控模块；
所述履带行走机构包括履带、驱动轮、X形内外联动悬架减震装置、张紧轮装置、导向轮装置和履带轮骨架，所述履带与驱动轮、X形内外联动悬架减震装置、张紧轮装置和导向轮装置连接，所述驱动轮设置在履带轮骨架的上端，所述X形内外联动悬架减震装置以左右对称的方式设置在履带轮骨架的中间，所述张紧轮装置和导向轮装置分别设置在履带轮骨架的前后两侧。
2.根据权利要求1所述的信息监测移动平台，其特征在于，所述X形内外联动悬架减震装置包括承重轮组、弹簧减震器组和悬架轴，所述承重轮组分为外承重轮组和内承重轮组；
所述外承重轮组和内承重轮组以方向相反的方式铰接在悬架轴上，其中内承重轮组设置在外承重轮组的中央，所述弹簧减震器组设置在外承重轮组和内承重轮组的中央。
3.根据权利要求1所述的信息监测移动平台，其特征在于，所述张紧轮装置包括张紧轮固定板、张紧轮组和第一橡胶减震器，所述张紧轮固定板固定在履带轮骨架上，所述第一橡胶减震器的一端固定在张紧轮固定板的中央，所述第一橡胶减震器的另一端与张紧轮组连接；
所述导向轮装置包括导向轮固定板、导向轮组和螺栓组，所述导向轮固定板固定在履带轮骨架上，所述螺栓组的一端穿过导向轮固定板，并固定在导向轮固定板的中央，所述螺栓组的另一端与导向轮组连接。
4.根据权利要求1所述的信息监测移动平台，其特征在于，所述履带轮安装缓冲机构包括外连接板、内连接板、第二橡胶减震器和第三橡胶减震器；所述外连接板的一端通过两个第二橡胶减震器与车体连接，所述内连接板的另一端与履带轮骨架的外侧连接，所述内连接板有两个，所述内连接板的一端通过一个第三橡胶减震器与履带轮骨架的上端连接，所述内连接板的另一端与车体连接。
5.根据权利要求1所述的信息监测移动平台，其特征在于，所述平台搭载机构包括第一安装板、第二安装板和缓冲垫，所述第一安装板通过相应的缓冲垫设置在车体的前部，所述第二安装板通过相应的缓冲垫设置在车体的后部。
6.根据权利要求1所述的信息监测移动平台，其特征在于，所述车体包括车体框架和宽度调节装置，所述宽度调节装置安装在车体框架上，所述车体的宽度随着宽度调节装置的变化而变化，所述宽度调节装置分为手动宽度调节装置与自动宽度调节装置；
所述手动宽度调节装置为两组，每组手动宽度调节装置包括两个直线导轨滑块组，每个直线导轨滑块组包括直线导轨、两块滑块和两块滑块固定板，两块滑块可滑动地设置在直线导轨上，两块滑块与两块滑块固定板一一对应，每块滑块固定板将对应的滑块和直线导轨固定；
所述自动宽度调节装置为两组，每组自动宽度调节装置包括两个电动直线导轨组，每个电动直线导轨组包括相对设置的两个电动直线导轨和两个导轨电机，两个电动直线导轨与两个导轨电机一一对应，每个导轨电机安装在对应的电动直线导轨尾部。
7.根据权利要求1-6任一项所述的信息监测移动平台，其特征在于，所述驱动机构包括电机、减速器、电机连接板、轴承座、驱动轴、第一链轮、第二链轮和链条，所述电机连接板与减速器连接，所述第一链轮安装在减速器的轴端，所述减速器的另一端与电机连接，所述电机连接板的一端与车体连接另一端与履带行走机构连接，所述轴承座安装在电机连接板上，所述驱动轴与轴承座配合，所述第二链轮安装在驱动轴的一端，所述驱动轴的另一端与驱动轮连接，所述第一链轮与第二链轮通过链条连接。
8.根据权利要求1-6任一项所述的信息监测移动平台，其特征在于，所述信息监测装置包括等距俯视监测装置和工位旋转监测装置，所述等距俯视监测装置和工位旋转监测装置设置在平台搭载机构上；
所述等距俯视监测装置包括导轨升降平台、第一监测仪器、夹紧装置和超声波模块，所述导轨升降平台通过相应的缓冲垫设置在车体的中部，所述第一监测仪器通过夹紧装置固定在导轨升降平台上，所述超声波模块以成对的形式设置在第一监测仪器的两侧，并固定在导轨升降平台上；
所述工位旋转监测装置包括剪式升降平台、第二监测仪器和十字旋转台，所述剪式升降平台设置在第三安装板上，所述十字旋转台设置在剪式升降平台上，所述第二监测仪器设置在十字旋转台上。
9.根据权利要求1-6任一项所述的信息监测移动平台，其特征在于，所述导航系统包括深度相机、GNSS模块、激光雷达、第四连接板和第五连接板，所述深度相机和所述GNSS模块通过第四连接板设置在第一安装板上，所述激光雷达通过第五连接板设置在第三安装板上；
所述GNSS模块用于实现定位导航功能，所述深度相机和激光雷达用于实现同步定位建图功能以及视觉导航功能，所述激光雷达兼具避障功能。
10.根据权利要求1-6任一项所述的信息监测移动平台，其特征在于，所述主控模块包括上位系统、主控制系统、电池监测系统、电机驱动系统和电源系统，所述电源系统分别与上位系统、主控制系统、电机驱动系统、电池监测系统连接，所述主控制系统的一端与上位系统连接，一端与电机驱动系统、电池监测系统连接；
所述上位系统包括串口屏、上位机与遥控器，串口屏和上位机与主控制系统连接，遥控器与主控制系统远程无线连接；
所述主控制系统包括串口屏接口、遥感接收器，微控制器、输出隔离端与输入隔离端；通过输出隔离端与输入隔离端将主控制系统与其余控制系统电路隔离；
所述电源系统包括电池和隔离电源模块，隔离电源模块将电池电压降低到各个控制器所需的电压值；
所述电池监测系统包括ADC模数转换器、电流检测电路和电压检测电路；
所述电机驱动系统包括各执行机构电机驱动器；各执行机构电机驱动器与各执行机构电机连接。
11.一种监测方法，基于权利要求1-10任一项所述的信息监测移动平台实现，其特征在于，所述方法包括：
获取待监测农作物区域；
导航系统基于待监测农作物区域，给定指定路线，所述信息监测移动平台沿着指定路线进行运动；
当遇到障碍物时，X形内外联动悬架减震装置中的滑轮组和弹簧减震器组相互配合，同时履带轮安装缓冲机构中的车体减震器对车体进行减震缓冲，从而确保能安全翻越障碍；
在上述运动过程中，根据待监测农作物区域中的地表作物和茎蔓作物，分别利用信息监测装置中的等距俯视监测装置和工位旋转监测装置进行监测，根据不同作物以及不同作物间距通过宽度调节装置做出车体宽度调整从而实现农业作物信息监测。
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