CN118216297A - 具有喂入损失测量功能的收获机喂入量监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有喂入损失测量功能的收获机喂入量监测装置及方法，包括割台喂入量监测组件和割前喂入量监测组件，割台喂入量监测组件包括用于安在过桥机构外壳出料侧底部的升降机构，升降机构与挡板连接，还包括用于设在挡板前方且位于外壳底部的压力检测元件，还包括多个弹齿，多个弹齿用于安装在设定的链耙上，还包括两个磁感应传感器，其中一个磁感应传感器用于设在压力检测元件前方、另一个磁感应传感器用于设在压力检测元件后方且两个磁感应传感器安装位置对应于弹齿的运动路径；割前喂入量监测组件包括用于安装在割台的谷物高度检测元件以及用于安装在驾驶室顶部的图像采集设备，采用本发明的监测装置对喂入量的测量更加准确。
Description
技术领域
本发明涉及收获机技术领域，具体涉及具有割台喂入损失量测量功能的收获机喂入量监测装置及方法。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
谷物收获机正朝着智能化、自动化、多功能化方向发展。喂入量是收获机的重要性能指标之一，对喂入量的实时监测一直是关注的问题。收获机喂入量超过额定量时会使机具作业质量降低，甚至造成工作部件堵塞；喂入量低于额定量或最佳喂入量时会使联合收割机作业性能下降，降低工作效率。因此，实时、准确获取喂入量信息具有十分重要的意义。
目前，喂入量及喂入损失量的测试通常为割前喂入量预测和割台喂入量监测，然后根据预测的割前喂入量和监测的割台喂入量获取喂入损失量，其中割台喂入量监测时采用人工或辅助装置接样，用接收的作物样品总质量除以接样时间得到收获机在一段时间内的平均喂入量，但这种方法无法达到对喂入量的实时监测。为了实现对联合收获机喂入量的实时监测，目前主要的测试方法包括通过谷物对过桥底板的挤压力测量喂入量，通过分析过桥主动轴扭矩间接测量喂入量等方法。但由于过桥机构中链耙拨动的谷物重量较轻，导致挤压力较小，压力传感器自身存在一定的误差，该误差与测得的压力值相差不大，进而导致喂入量测量误差大，至今尚未有商品化的喂入量实时测量装置，因此，研发一种精确的收获机喂入量监测系统及监测方法已成为智慧农业生产中亟需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种收获机喂入量监测系统及方法，通过监测割前理论喂入量，得出喂入量预测值；通过监测过桥喂入量，得出实际喂入量；
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明的实施例提供了具有喂入损失测量功能的收获机喂入量监测装置，包括割台喂入量监测组件和割前喂入量监测组件；
割台喂入量监测组件包括用于安装在过桥机构外壳出料侧底部的升降机构，升降机构与挡板连接，还包括用于设置在挡板前方且位于过桥机构外壳底部的压力检测元件，还包括多个弹齿，多个弹齿用于安装在设定的过桥机构的链耙上，且多个弹齿间隔设定数量的链耙安装，还包括用于安装在过桥机构外壳侧部壳壁的两个磁感应传感器，其中一个磁感应传感器用于设在压力检测元件前方、另一个磁感应传感器用于设在压力检测元件后方且两个磁感应传感器安装位置对应于弹齿的运动路径；
割前喂入量监测组件包括用于安装在割台的谷物高度检测元件以及用于安装在驾驶室顶部的图像采集设备。
可选的，所述升降机构包括升降驱动件，升降驱动件与安装板固定，安装板用于与过桥机构的外壳固定连接，升降驱动件的输出轴与齿轮连接，齿轮与挡板侧面设置的齿条相啮合，升降板与安装板之间设有导向机构以对升降板的运动进行导向。
可选的，所述导向机构包括固定在升降板的导向套，导向套与导向轴滑动连接，导向轴的底端与安装板固定连接。
可选的，所述压力检测元件采用分布式压力传感器。
可选的，所述分布式压力传感器包括多个用于沿过桥机构横向等间隔分布的S型压力传感器。
可选的，所述谷物高度检测元件包括用于安装在割台前部顶面的支架，支架与旋转驱动件连接，旋转驱动件的输出轴与安装板连接，安装板上安装有超声波传感器；
还包括用于安装在割台前端底部的接触式割台高度检测传感器以检测割茬高度；
还包括用于安装在割台升降旋转轴上的角度传感器。
可选的，所述安装板上还安装有姿态检测元件以检测安装板的姿态。
可选的，所述姿态检测元件采用陀螺仪。
第二方面，本发明的实施例提供了第一方面所述的具有喂入损失测量功能的收获机喂入量监测装置的工作方法：
单位作业时间内，获取多次测量的割前喂入量，根据多次测量的割前喂入量的总和获取单位作业时间内总的割前喂入量，单次割前喂入量的获取方法为：通过图像采集元件获取单位面积内的谷穗数量；通过谷物高度检测元件获取谷物高度，通过单位面积内的谷穗数量、谷物高度获取单次的割前总喂入量；
单位作业时间内，获取多次的割台喂入量，根据多次割台喂入量的总和获取单位作业时间内割台总喂入量，单次割台喂入量获取方法为：过桥机构工作时，当第二磁感应传感器检测到设定的弹齿而被触发时，升降机构带动挡板上升，喂入物料在挡板前堆积，当设定弹齿后方的下一个弹齿运动并触发第一磁感应传感器检测时，获取压力检测元件检测得到的压力值，同时升降机构带动挡板下降，在弹齿的作用下，堆积的喂入流出；根据获取的压力值、第一磁感应传感器和第二磁感应传感器触发的间隔时间获取单次测量时的割台喂入量；
根据获取的单位作业时间内的割前总喂入量和割台喂入总量结合作业时间获取作业时间内的割前总喂入量和割台总喂入量。
可选的，根据获取的作业时间内的割前总喂入量、割台喂入量获取喂入损失量。
本发明的有益效果如下：
1.本发明的监测装置，通过设置升降机构和挡板，能够使得过桥机构输送的谷物在挡板前方堆积，从而增大谷物的重量，当谷物堆积较多时，利用压力检测元件测量谷物的挤压力，由于测量得到的谷物的挤压力较大，与压力传感器自身的误差相比较大，因此能够减小测量误差，提高了割台喂入量的测量准确度。
2.本发明的监测装置，升降机构、两个磁感应传感器、多个弹齿以及谷物高度检测元件、图像采集元件能够直接安装在现有的收获机上，无需对收获机的结构进行大幅度的改进，安装方便，适用性强。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例1割台喂入量监测组件在过桥机构的分布示意图；
图2是本发明实施例1升降机构与挡板装配示意图；
图3是本发明实施例1谷物高度检测元件、工业相机、角度传感器在收获机上的安装示意图；
图4是本发明实施例1高度检测组件结构示意图；
图5是本发明实施例1谷物高度检测原理示意图；
其中，1.工业相机，2.支架，3.高度检测组件，4.接触式割台高度检测传感器，5.角度传感器，6.挡板，7.导向轴，8.齿条，9.齿轮，10.升降驱动电机，11.第二磁感应传感器，12.第一磁感应传感器，13.弹齿，14.分布式压力传感器；
3-1.旋转驱动电机，3-2.陀螺仪，3-3.安装板，3-4.超声波传感器，3-5.输出轴。
具体实施方式
为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”字样，仅表示与附图本身的上、下方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
本实施例提供了具有喂入损失测量功能的收获机喂入量监测装置，包括割台喂入量监测组件和割前喂入量监测组件。
其中割台喂入量监测组件用于安装在过桥机构上，如图1所示，过桥机构采用现有技术即可，包括外壳，外壳内设置有链传动机构，链传动机构包括前侧链轮、后侧链轮和绕接在前侧链轮和后侧链轮之间的传动链，传动链上设置有多个链耙，多个链耙等间隔设置，外壳的后侧设置有出料口，传动链动作，能够通过链耙将喂入物料通过出料口送出并进入脱粒机构。
上述外壳和链传动机构的设置方式采用现有收获机用过桥机构的设置方式即可，其进一步的技术细节在此不进行详细叙述，本实施例在现有的过桥机构的基础上进行改进。
所述割台喂入量监测组件包括升降机构、挡板、压力检测元件、两个磁感应传感器以及多个弹齿。
升降机构用于安装在过桥机构的外壳的后端底部，升降机构的输出运动方向垂直于外壳的底部壳壁，升降机构与挡板6连接，升降机构能够带动挡板6做升降运动，从而实现对外壳的出料口的遮挡和打开。
本实施例中，所述升降机构采用齿轮齿条升降机构，为了保证挡板的升降稳定性，所述挡板的两侧均连接有升降机构。
如图2所示，所述升降机构包括升降驱动件，所述升降驱动件采用升降驱动电机10，升降驱动电机10的壳体固定在安装板上，安装板用于与外壳的底部壳壁固定，升降驱动电机的输出轴与齿轮9连接，齿轮9与位于挡板6侧面的齿条8相啮合，所述安装板和挡板之间还设有导向机构以对挡板的运动进行导向。
所述导向机构包括固定在挡板板面的导向套，导向套套在导向轴外周并与导向轴7滑动连接，导向轴7的底端与安装板固定连接。
所述升降驱动电机10能够带动齿轮9转动，进而通过齿轮9齿条8的啮合作用带动挡板6做升降运动，当挡板6升起时，能够封堵过桥机构外壳的出料口，从而使得喂入物料在挡板前方堆积。
为了能够将堆积的喂入物料顺利的送入脱粒机构，本实施例的割台喂入量监测组件设置有多个弹齿13，弹齿13采用现有结构即可，在此不进行详细叙述。弹齿13用于安装在过桥机构的链耙上。
相邻两个安装有弹齿13的链耙之间间隔设定数量N的链耙。
压力检测元件用于安装在所述挡板6前方的外壳的底部壳壁部分，压力检测元件采用分布式压力传感器14。
进一步的，分布式压力传感器14由多个S型压力传感器沿过桥机构的横向等间隔分布构成。
优选的，设置有三个S型压力传感器。
两个磁感应传感器分别为第一磁感应传感器和第二磁感应传感器，第一磁感应传感器12和第二磁感应传感器11用于安装在过桥机构外壳的一侧侧部壳壁上，第一磁感应传感器12和第二磁感应传感器11的安装位置分别位于压力检测元件的前方和后方，第一磁感应传感器12和第二磁感应传感器11的安装位置位于弹齿的运动路径上。
优选的，第一磁感应传感器12的安装位置为压力检测元件的前方，过桥机构后侧链轮下方的第一设定位置，第二磁感应传感器11的安装位置为压力检测元件后方、过桥机构后侧链轮后方的第二设定位置。
当弹齿13运动至第一磁感应传感器12位置时，能够触发第一磁感应传感器12，当弹齿13运动至第二磁感应传感器11位置时，能够触发第二磁感应传感器11。
所述第一磁感应传感器12、第二磁感应传感器11、压力检测元件均与控制系统连接，能够将信号传递给控制系统，控制系统与升降驱动电机连接，能够控制升降驱动电机的工作。
所述割前喂入量监测组件包括用于安装在割台的谷物高度检测元件以及用于安装在收获机驾驶室顶部的图像采集元件。
所述图像采集元件采用工业相机，所述工业相机1用于采集收获机前方谷物的图像，图像采集后采用R、G、B三通道直方图均衡化方法来增强图像对比度，对拍摄的图像进行预处理，网格化图像并提取谷穗颜色特征和纹理特征，将提取的特征数据标准化，基于标准化的特征数据采用分类学习方法对图像中的图斑进行分类，进而识别出谷穗轮廓，通过孔洞填充对谷穗轮廓图像细化，计算图像中谷穗骨架的数量和谷穗与谷穗的真实交点数量之和即为图像中谷穗的总数，进而得出单位面积内谷物穗个数B，上述单位面积内谷物穗个数B的获取方法采用现有图像处理方法即可，在此不进行进一步的详细叙述。
所述谷物高度检测元件包括用于安装在割台前端底面的接触式割台高度检测传感器4，能够随地形起伏变化实时反馈割台的离地高度。
割台高度检测传感器4采用现有技术即可，在此不进行详细叙述。
所述谷物高度检测元件还包括角度传感器5，角度传感器5用于安装在割台的升降旋转轴上，以检测不同割台高度对应的旋转轴旋转角度。
如图4所示，所述谷物高度检测元件还包括用于固定在割台前端的支架2，支架2采用L型结构，支架2的底端与割台固定，顶端固定有高度检测组件3，高度检测组件3包括旋转驱动件，旋转驱动件采用旋转驱动电机3-1，旋转驱动电机3-1的壳体与支架2的顶端固定，其输出轴的轴面与安装板3-3固定连接，安装板3-3安装有超声波传感器3-4，超声波传感器3-4的轴线与安装板3-3垂直，超声波传感器3-4的超声波发射头朝下设置，所述安装板3-3上还安装有姿态检测元件，优选的，所述姿态检测元件采用陀螺仪3-2，用于检测安装板是否处于水平状态，从而通过旋转驱动电机3-1调节安装板3-3的姿态。
当割台前端转动到达割茬高度h(为已知的定值)时，超声波传感器3-4的轴线为竖直状态。当割台前端转动达到割茬高度h时，如果陀螺仪3-2检测到安装板未处于水平状态，则旋转驱动电机3-1工作，带动安装板3-3调节至水平状态，使得超声波传感器3-4的轴线为竖直状态。
所述工业相机1、超声波传感器3-4，接触式割台高度检测传感器4均与控制系统连接，能够将采集得到的信息传递给控制系统。
应用本实施例监测装置的一种收获机中，将上述的割台喂入量监测组件和割前喂入量监测组件安装在目标位置以实现工作过程中对割前喂入量和割台喂入量的在线实时监测。
本实施例的监测装置，升降机构、两个磁感应传感器、多个弹齿以及谷物高度检测元件、图像采集元件能够直接安装在现有的收获机上，无需对收获机的结构进行大幅度的改进，安装方便，适用性强。
实施例2
本实施例提供了一种实施例1所述的具有喂入损失测量功能的收获机喂入量监测装置的工作方法：
步骤1：获取单次作业时间内割前总喂入量，具体的：
单位作业时间内，获取多次测量的割前喂入量，根据多次测量的割前喂入量的总和获取单位作业时间内总的割前喂入量，单次割前喂入量的获取方法为：
单位时间内按照工业相机1图像采集周期T进行多次测量，即间隔T进行一次测量，其中工业相机1的视场范围长度为D，收获机的行进速度为v，为了使得工业相机1拍摄区域不发生重叠或漏拍，工业相机图像采集周期T为：
单次采集后，能够通过采集的图像获取单位面积内谷物穗个数B，即获得单次测量的单位面积内谷物穗个数B。
单次测量时，如图5所示，通过谷物高度检测元件获取谷物高度H，具体的：
其中：H1为割台升降旋转轴离地高度，为已知的定值；h为割茬高度为定值，通过接触式割台高度检测传感器4检测，当接触式割台高度检测传感器4检测得到割台前端转动至高度为h时，割台停止转动；h2为超声波传感器3-4到谷物顶端的距离，通过超声波传感器3-4检测获得；L为从割台升降旋转轴到割台前端的长度，为已知量；L1为支架2底端到割台前端的长度，为已知量；L2为支架2垂直于割台部分的长度，为已知量；L3为支架2平行于割台部分的长度，α为割台落到地面时过桥与垂直方向的夹角，为设备已知量，能够预先获得；θ为割台前端提升到割茬高度时升降旋转轴转动的角度，可通过角度传感器5获取。
通过获取的单位面积内谷物穗个数B以及谷物高度H得到一次测量时的割前喂入量Q
其中：B为单位面积内谷穗个数；W为割幅，为已知量；v为机具前进速度，可由收获机安装的速度传感器实时获取；M为单棵谷物穗秆平均质量；L穗为单棵谷物谷穗平均长度；H为谷物高度；h为割茬高度，为已知量；γ为穗秆质量中谷穗所占质量的百分比。
M、L穗、γ的值需要在作业前通过采样统计的方式获得，获得方式采用现有技术即可，在此不进行详细叙述。
将单位作业时间内所有次测量的割前喂入量求和，得到单位时间内的割前总喂入量
k为单位作业时间内总的测量次数，i＝1、2、3…k。
将单位作业时间内的割前总喂入量乘以作业时间Tw得到作业时间内的割前总喂入量。
步骤2：获取单位时间内的割台总喂入量，具体的：
单位作业时间内，获取多次的割台喂入量，根据多次割台喂入量的总和获取单位作业时间内割台总喂入量，单次割台喂入量获取方法为：
链传动机构工作，通过链耙和弹齿13带动进入外壳的喂入物料由外壳的前侧运动至外壳的后侧，当设定的弹齿13运动至第二磁感应传感器11对应位置时，第二磁感应传感器11被触发，向控制系统发送信号，控制系统控制升降驱动电机10工作，带动挡板6上升，挡住外壳的出料口，从而使得喂入物料在挡板前方堆积。
当设定的弹齿后方的下一个弹齿13运动至第一磁感应传感器12对应位置时，第一磁感应传感器12被触发，向控制系统发送信号，控制系统控制升降驱动电机10工作，带动挡板6下降，同时控制系统接收压力检测元件检测得到的压力值F。
挡板6下降将外壳的出料口打开后，在带弹齿13的链耙的作用下，堆积的喂入物料通过外壳的出料口进入脱粒机构，此时完成一次测量。
当第二磁感应传感器11再次被触发时，开始进行下一次的测量。
根据获取的压力值F、第一磁感应传感器12和第二磁感应传感器11触发的间隔时间△t(挡板上升和下降的间隔时间)获取单次测量时的割台喂入量。
具体的，单次测量时的割台喂入量为Q1，其中：
g代表重力加速度，F代表获取的压力值，△t为第一磁感应传感器12和第二磁感应传感器11触发的间隔时间，β为收获机割台落到水平地面时过桥机构与垂直方向的夹角α与割台提升到割茬高度时升降旋转轴转动的角度θ的和，β为设定的已知值，可预先获取。
则单位时间内割台总喂入量Q′1为：
n为单位时间内总的割台喂入量测量次数。
单位时间内的割台总喂入量乘以作业时间Tw得到单位时间内的割台总喂入量。
步骤3：根据获取的单位时间内的割前总喂入量和获取的割台总喂入量Q′1结合作业时间Tw得到作业时间内的喂入损失量M，具体的：
本实施例的喂入量监测方法，通过设置升降机构和挡板，能够使得过桥机构输送的谷物在挡板前方堆积，从而增大谷物的重量，当谷物堆积较多时，利用压力检测元件测量谷物的挤压力，由于测量得到的谷物的挤压力较大，与压力传感器自身的误差相比较大，因此能够减小测量误差，提高了割台喂入量的测量准确度。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.具有喂入损失测量功能的收获机喂入量监测装置，包括割台喂入量监测组件和割前喂入量监测组件，其特征在于，
割台喂入量监测组件包括用于安装在过桥机构外壳出料侧底部的升降机构，升降机构与挡板连接，还包括用于设置在挡板前方且位于过桥机构外壳底部的压力检测元件，还包括多个弹齿，多个弹齿用于安装在设定的过桥机构的链耙上，且多个弹齿间隔设定数量的链耙安装，好包括两个用于安装在过桥机构外壳侧部壳壁的磁感应传感器，其中一个磁感应传感器用于设在压力检测元件前方、另一个磁感应传感器用于设在压力检测元件后方且两个磁感应传感器安装位置对应于弹齿的运动路径；
割前喂入量监测组件包括用于安装在割台的谷物高度检测元件以及用于安装在驾驶室顶部的图像采集设备。
2.如权利要求1所述的有喂入损失测量功能的收获机喂入量监测装置，其特征在于，所述升降机构包括升降驱动件，升降驱动件与安装板固定，安装板用于与过桥机构的外壳固定连接，升降驱动件的输出轴与齿轮连接，齿轮与挡板侧面设置的齿条相啮合，升降板与安装板之间设有导向机构以对升降板的运动进行导向。
3.如权利要求2所述的有喂入损失测量功能的收获机喂入量监测装置，其特征在于，所述导向机构包括固定在升降板的导向套，导向套与导向轴滑动连接，导向轴的底端与安装板固定连接。
4.如权利要求1所述的有喂入损失测量功能的收获机喂入量监测装置，其特征在于，所述压力检测元件采用分布式压力传感器。
5.如权利要求4所述的有喂入损失测量功能的收获机喂入量监测装置，其特征在于，所述分布式压力传感器包括多个用于沿过桥机构横向等间隔分布的S型压力传感器。
6.如权利要求1所述的有喂入损失测量功能的收获机喂入量监测装置，其特征在于，所述谷物高度检测元件包括用于安装在割台前部顶面的支架，支架与旋转驱动件连接，旋转驱动件的输出轴与安装板连接，安装板上安装有超声波传感器；
还包括用于安装在割台前端底部的接触式割台高度检测传感器以检测割茬高度；
还包括用于安装在割台升降旋转轴上的角度传感器。
7.如权利要求6所述的有喂入损失测量功能的收获机喂入量监测装置，其特征在于，所述安装板上还安装有姿态检测元件以检测安装板的姿态。
8.如权利要求7所述的有喂入损失测量功能的收获机喂入量监测装置，其特征在于，所述姿态检测元件采用陀螺仪。
9.一种权利要求1-8任一项所述的具有喂入损失测量功能的收获机喂入量监测装置的工作方法，其特征在于：
单位作业时间内，获取多次测量的割前喂入量，根据多次测量的割前喂入量的总和获取单位作业时间内总的割前喂入量，单次割前喂入量的获取方法为：通过图像采集元件获取单位面积内的谷穗数量；通过谷物高度检测元件获取谷物高度，通过单位面积内的谷穗数量、谷物高度获取单次的割前总喂入量；
单位作业时间内，获取多次的割台喂入量，根据多次割台喂入量的总和获取单位作业时间内割台总喂入量，单次割台喂入量获取方法为：过桥机构工作时，当第二磁感应传感器检测到设定的弹齿而被触发时，升降机构带动挡板上升，喂入物料在挡板前堆积，当设定弹齿后方的下一个弹齿运动并触发第一磁感应传感器检测时，获取压力检测元件检测得到的压力值，同时升降机构带动挡板下降，在弹齿的作用下，堆积的喂入流出；根据获取的压力值、第一磁感应传感器和第二磁感应传感器触发的间隔时间获取单次测量时的割台喂入量；
根据获取的单位作业时间内的割前总喂入量和割台喂入总量结合作业时间获取作业时间内的割前总喂入量和割台总喂入量。
10.如权利要求9所述的具有喂入损失测量功能的收获机喂入量监测装置的工作方法，其特征在于，根据获取的作业时间内的割前总喂入量、割台喂入量获取喂入损失量。
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| CN202410414921.6A CN118216297A (zh) | 2024-04-08 | 2024-04-08 | 具有喂入损失测量功能的收获机喂入量监测装置及方法 |
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Family Applications (1)
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2024
- 2024-04-08 CN CN202410414921.6A patent/CN118216297A/zh active Pending
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