EA042547B1

EA042547B1 - GRIP-CUTTING DEVICE FOR DETERMINING THE LENGTH OF A TREE BRUSH AND A METHOD ASSOCIATED WITH IT

Info

Publication number: EA042547B1
Application number: EA202291451
Authority: EA
Inventors: Микаэль Элиассон; Хенрик ПЕРССОН
Original assignee: Лог Макс Аб
Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2020-11-13
Publication date: 2023-02-27

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

Изобретение относится к захватно-срезающему устройству для лесозаготовительной машины, лесозаготовительной машине и к способу определения длины ствола дерева.The invention relates to a cutting and gripping device for a logging machine, a logging machine and a method for determining the length of a tree trunk.

Предшествующий уровень техникиPrior Art

Одной из основных задач лесозаготовительной машины и захватно-срезающего устройства является обрезка стволов деревьев определенной длины, получая, при этом, как можно больше пригодной для использования древесины. Длина срезаемого ствола дерева определяется устройством для измерения длины, которое обычно расположено в захватно-срезающем устройстве лесозаготовительной машины.One of the main tasks of the forest machine and the grapple cutter is to cut tree trunks to a certain length, while getting as much usable wood as possible. The length of the tree trunk to be cut is determined by a length measuring device, which is usually located in the cutting and grappling device of the forest machine.

Такое захватно-срезающее устройство содержит подающие ролики для подачи ствола дерева в продольном направлении и режущее устройство для резки ствола дерева желаемой длины. Устройство для измерения длины содержит механический диск, изготовленный из металла с возможностью прокатывания в продольном направлении по стволу дерева, подлежащего измерению и резке. К диску подсоединен датчик, который определяет количество оборотов, пройденных диском по стволу дерева. Затем количество оборотов передается в систему управления лесозаготовительной машины, где пересчитывается в длину ствола дерева.Such a gripper-cutting device includes feed rollers for feeding the tree trunk in the longitudinal direction and a cutting device for cutting the tree trunk to the desired length. The device for measuring the length contains a mechanical disk made of metal with the possibility of rolling in the longitudinal direction along the tree trunk to be measured and cut. A sensor is connected to the disk, which determines the number of revolutions passed by the disk along the tree trunk. The number of revolutions is then transferred to the control system of the forest machine, where it is converted into the length of the tree trunk.

При использовании такого устройства для измерения длины очень важно, чтобы усилие, прикладываемое механическим диском на ствол дерева, оставалось как можно более постоянным, обеспечивая тем самым равномерное проникновение в ствол дерева. Даже небольшая разница в проникновении вызывает большое отклонение от измеряемой длины. Кроме того, на результат измерения влияют и другие факторы, такие как порода срезаемого дерева, форма механического диска, форма зубьев диска, которая меняется по мере их износа, температура ствола дерева и т.д. Следовательно, такое устройство для измерения длины не дает достаточно точного значения длины ствола дерева. Чтобы компенсировать неточные измерения длины ствола дерева, для каждого срезаемого ствола дерева вводят допуск по длине. Допуск по длине, применяемый к каждому стволу дерева, приводит к потере нескольких процентов древесины, что соответствует порядку сотен тысяч кубических метров древесины в одной только Швеции ежегодно.When using such a length measuring device, it is very important that the force exerted by the mechanical disk on the tree trunk remains as constant as possible, thus ensuring even penetration into the tree trunk. Even a small difference in penetration causes a large deviation from the measured length. In addition, other factors such as the type of wood being cut, the shape of the mechanical disc, the shape of the disc teeth that change as they wear, the temperature of the tree trunk, etc., also affect the measurement result. Therefore, such a device for measuring the length does not give a sufficiently accurate value of the length of the tree trunk. To compensate for inaccurate tree trunk length measurements, a length tolerance is introduced for each tree trunk that is cut. The length tolerance applied to each tree trunk results in a loss of several percent of wood, which corresponds to hundreds of thousands of cubic meters of wood in Sweden alone every year.

Таким образом, существует необходимость в совершенствовании решения для определения длины ствола дерева.Thus, there is a need to improve the solution for determining the length of a tree trunk.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Целью настоящего изобретения является предоставление решения для определения длины ствола дерева, в котором некоторые из раскрытых вышеуказанных проблем устраняются или, по меньшей мере, сглаживаются.The purpose of the present invention is to provide a solution for determining the length of a tree trunk, in which some of the above disclosed problems are eliminated or at least alleviated.

В изобретении представлено захватно-срезающее устройство для лесозаготовительной машины, в которой захватно-срезающее устройство содержит по меньшей мере одно режущее устройство, по меньшей мере два подающих ролика и радиолокационное устройство. Радиолокационное устройство содержит по меньшей мере одну антенну радиолокационного передатчика, выполненную с возможностью передачи сигнала на ствол измеряемого дерева, по меньшей мере одну антенну радиолокационного приемника, выполненную с возможностью получения радиолокационного сигнала, отраженного, по меньшей мере, от первой и во второй точек в ответ на переданный радиолокационный сигнал, при этом первая и вторая точки находятся в разных местах. Радиолокационное устройство дополнительно содержит устройство для приема параметров ствола дерева, основанных на сигнале (сигналах), отраженных в первой и второй точках. Устройство для приема параметров ствола дерева выполнено с возможностью распознавания характерных признаков участка ствола дерева, расположенного в первой точке, идентификации выявленных характерных признаков ствола дерева после перемещения участка ствола дерева во вторую точку, на основе чего и определяется длина ствола дерева.The invention presents a gripping and cutting device for a logging machine, in which the gripping and cutting device comprises at least one cutting device, at least two feed rollers and a radar device. The radar device comprises at least one radar transmitter antenna configured to transmit a signal to the trunk of the tree being measured, at least one radar receiver antenna configured to receive a radar signal reflected from at least the first and second points in response on the transmitted radar signal, while the first and second points are in different places. The radar device further comprises a device for receiving tree trunk parameters based on the signal(s) reflected at the first and second points. The device for receiving the tree trunk parameters is configured to recognize the characteristic features of the tree trunk section located at the first point, identify the detected characteristic features of the tree trunk after the tree trunk section has been moved to the second point, on the basis of which the tree trunk length is determined.

Преимущество использования радиолокационного устройства при определении длины заключается в бесконтактном способе измерения, а значит, устройство для определения длины не соприкасается физически со стволом дерева, подлежащим измерению.The advantage of using a radar device in determining the length lies in the non-contact method of measurement, which means that the device for determining the length does not physically come into contact with the tree trunk to be measured.

Кроме того, поскольку это бесконтактный способ, устройство для определения длины с использованием радиолокации изнашивается не так быстро, как в случае с устройством, находящимся в контакте со стволом дерева, что происходит при использовании устройства для измерения длины, содержащего механический диск, который выполнен с возможностью перемещения/прокатывания в продольном направлении по стволу измеряемого дерева.In addition, since it is a non-contact method, the length measuring device using radar does not wear out as quickly as in the case of a device in contact with a tree trunk, which occurs when using a length measuring device containing a mechanical disk that is configured to moving/rolling in the longitudinal direction along the trunk of the measured tree.

При использовании радиолокационного устройства для определения длины нет необходимости в калибровке устройства определения длины. В этом отличие от устройства для измерения длины, содержащего механический диск, в котором на измерения влияют, например, порода срезаемого дерева, форма механического диска, температура ствола дерева и т.д.When using a radar device for determining the length, it is not necessary to calibrate the device for determining the length. This is in contrast to a length measuring device containing a mechanical disc, in which the measurements are influenced by, for example, the species of the tree being cut, the shape of the mechanical disc, the temperature of the tree trunk, and so on.

В соответствии с настоящим изобретением, радиолокационное устройство может быть очень маленьким с объемом <10 см³. Таким образом, оно занимает меньше места при установке на захватносрезающем устройстве по сравнению с предшествующим устройством для измерения длины.In accordance with the present invention, the radar device can be very small with a volume of <10 cm ³ . Thus, it takes up less space when mounted on a gripping device compared to the previous length measuring device.

Отличительной особенностью радиолокационного излучения является то, что на него практически не влияют или, по крайней мере, влияют в очень малой степени такие примеси, как смола, опилки, снег и лед. Характерно, что на радиолокационное излучение практически не влияют или, по крайней мере, вA distinctive feature of radar radiation is that it is practically unaffected, or at least affected to a very small extent, by impurities such as tar, sawdust, snow and ice. It is characteristic that radar radiation is practically not affected, or at least in

- 1 042547 очень малой степени такие примеси, как смола, опилки, снег и лед. Следовательно, требующее очистки засорение устройства измерения длины смолой, опилками, снегом и льдом, обычно не происходит при использовании радиолокационного устройства.- 1 042547 very small impurities such as tar, sawdust, snow and ice. Therefore, clogging of the length measurement device with tar, sawdust, snow and ice that requires cleaning does not normally occur when using a radar device.

Согласно варианту осуществления изобретения, по меньшей мере одна антенна радиолокационного передатчика содержит первую и вторую антенны радиолокационного передатчика, и по меньшей мере одна антенна радиолокационного приемника содержит первую и вторую антенны радиолокационного приемника. Первая антенна радиолокационного приемника выполнена с возможностью приема сигнала от первой антенны радиолокационного передатчика, отраженного в первой точке, а вторая антенна радиолокационного приемника выполнена с возможностью приема сигнала от второй антенны радиолокационного передатчика, отраженного во второй точке.According to an embodiment of the invention, at least one radar transmitter antenna comprises first and second radar transmitter antennas, and at least one radar receiver antenna comprises first and second radar receiver antennas. The first radar receiver antenna is configured to receive a signal from the first radar transmitter antenna reflected at the first point, and the second radar receiver antenna is configured to receive a signal from the second radar transmitter antenna reflected at the second point.

Согласно варианту осуществления изобретения, расстояние между первой антенной радиолокационного передатчика и первой антенной радиолокационного приемника равно расстоянию между второй антенной радиолокационного передатчика и второй антенной радиолокационного приемника.According to an embodiment of the invention, the distance between the first radar transmitter antenna and the first radar receiver antenna is equal to the distance between the second radar transmitter antenna and the second radar receiver antenna.

Согласно варианту осуществления изобретения, угол между первой антенной радиолокационного передатчика и первой антенной радиолокационного приемника равен углу между второй антенной радиолокационного передатчика и второй антенной радиолокационного приемника. В конфигурации, где расстояние и угол между антенной радиолокационного передатчика и соответствующей антенной радиолокационного приемника равны для соответствующей пары радиолокационный передатчик/радиолокационный приемник, легче выполнить вычисление длины, поскольку ответы более похожи друг на друга по сравнению с конфигурацией с общей антенной передатчика. Следовательно, измерения, выполняемые в конфигурации с двумя отдельными антеннами радиолокационного передатчика, являются более точными по сравнению с конфигурацией с общей антенной передатчика.According to an embodiment of the invention, the angle between the first radar transmitter antenna and the first radar receiver antenna is equal to the angle between the second radar transmitter antenna and the second radar receiver antenna. In a configuration where the distance and angle between the radar transmitter antenna and the corresponding radar receiver antenna are equal for the respective radar transmitter/radar receiver pair, it is easier to perform the length calculation because the responses are more similar to each other compared to the common transmitter antenna configuration. Therefore, measurements made in a configuration with two separate radar transmitter antennas are more accurate than in a configuration with a common transmitter antenna.

Согласно варианту осуществления изобретения по меньшей мере одна антенна радиолокационного приемника содержит первую и вторую приемные антенны, каждая из которых выполнена с возможностью приема отраженного сигнала от той же антенны радиолокационного передатчика.According to an embodiment of the invention, at least one radar receiver antenna comprises first and second receive antennas, each of which is configured to receive a reflected signal from the same radar transmitter antenna.

Согласно варианту осуществления изобретения, расстояние от точки на стволе дерева до по меньшей мере двух приемных антенн определяется время-пролетным методом.According to an embodiment of the invention, the distance from a point on a tree trunk to at least two receiving antennas is determined by the time-of-flight method.

Согласно варианту осуществления изобретения, конечное положение ствола дерева определяется время-пролетным методом. Преимущество конфигурации, в которой радиолокационное устройство используется для определения конечного положения ствола дерева, такого как корень, состоит в том, что радиолокационное устройство менее чувствительно к загрязнению, такому как кора и/или масло, по сравнению с известными способами, использующими, например, фотоэлектрический датчик.According to an embodiment of the invention, the end position of the tree trunk is determined by the time-of-flight method. An advantage of a configuration in which a radar device is used to determine the final position of a tree trunk, such as a root, is that the radar device is less sensitive to contamination, such as bark and/or oil, compared to known methods using, for example, photoelectric sensor.

Согласно варианту осуществления изобретения, отраженный сигнал, полученный в ответ на переданный сигнал, относится к частоте.According to an embodiment of the invention, the reflected signal received in response to the transmitted signal is related to frequency.

Согласно варианту осуществления изобретения, отраженный сигнал, полученный в ответ на переданный сигнал, относится к разности фаз.According to an embodiment of the invention, the reflected signal received in response to the transmitted signal refers to the phase difference.

Согласно варианту осуществления изобретения, по меньшей мере одна антенна радиолокационного передатчика и по меньшей мере одна антенна радиолокационного приемника расположены практически перпендикулярно относительно продольного направления ствола измеряемого дерева.According to an embodiment of the invention, at least one radar transmitter antenna and at least one radar receiver antenna are located substantially perpendicular to the longitudinal direction of the trunk of the tree being measured.

Согласно варианту осуществления изобретения, захватно-срезающее устройство дополнительно содержит двигатель, предназначенный для приведения в действие по меньшей мере одного режущего устройства, и по меньшей мере один двигатель, предназначенный для приведения в действие подающих роликов.According to an embodiment of the invention, the gripper-cutting device further comprises a motor for driving at least one cutting device and at least one motor for driving the feed rollers.

В изобретении также предлагается захватно-срезающее устройство для лесозаготовительной машины, в которой захватно-срезающее устройство содержит по меньшей мере одно режущее устройство, по меньшей мере два подающих ролика и радиолокационное устройство. Радиолокационное устройство содержит по меньшей мере одну антенну радиолокационного передатчика, выполненную с возможностью передачи сигнала на ствол измеряемого дерева по меньшей мере одну антенну радиолокационного приемника, выполненную с возможностью получения радиолокационного сигнала, отраженного от ствола дерева, и устройство для приема параметров ствола дерева, основанных на сигналах, отраженных от ствола дерева. По меньшей мере одна антенна радиолокационного передатчика и по меньшей мере одна антенна радиолокационного приемника расположены практически параллельно продольному направлению ствола измеряемого дерева, и устройство для приема параметров ствола дерева выполнено с возможностью определения разности фаз отраженных сигналов, полученных в ответ на переданный сигнал, на основе чего и производится определение длины ствола дерева.The invention also provides a gripper-cutting device for a logging machine, in which the gripper-cutting device comprises at least one cutting device, at least two feed rollers, and a radar device. The radar device comprises at least one radar transmitter antenna configured to transmit a signal to the trunk of the tree being measured, at least one radar receiver antenna configured to receive a radar signal reflected from the tree trunk, and a device for receiving tree trunk parameters based on signals reflected from the tree trunk. At least one radar transmitter antenna and at least one radar receiver antenna are located substantially parallel to the longitudinal direction of the measured tree trunk, and the device for receiving tree trunk parameters is configured to determine the phase difference of the reflected signals received in response to the transmitted signal, on the basis of which and the length of the tree trunk is determined.

В изобретении также предлагается лесозаготовительная машина, имеющая стрелу крана, в которой стрела крана содержит захватно-срезающее устройство, расположенное на свободном конце стрелы крана.The invention also provides a forestry machine having a crane arm, in which the crane arm comprises a gripping and shearing device located at the free end of the crane arm.

- 2 042547- 2 042547

Согласно варианту осуществления изобретения, устройство для приема параметров ствола дерева содержит по меньшей мере один процессор для определения длины ствола дерева, установленный в захватно-срезающем устройстве и/или в лесозаготовительной машине.According to an embodiment of the invention, the device for receiving parameters of a tree trunk comprises at least one processor for determining the length of a tree trunk, installed in the grapple-cutting device and/or in the logging machine.

Согласно варианту осуществления изобретения, процессор выполнен с возможностью записи информации, относящейся к сегменту сигнала, отраженного в первой точке и принятого по меньшей мере одной антенной радиолокационного приемника, сравнения записанного сегмента сигнала с сигналом, отраженным во второй точке.According to an embodiment of the invention, the processor is configured to record information related to a signal segment reflected at a first point and received by at least one radar receiver antenna, comparing the recorded signal segment with a signal reflected at a second point.

Когда первый сегмент отраженного сигнала соответствует второму отраженному сигналу, он соответствует тому же месту на стволе дерева, и на основе такого сравнения определяют длину ствола дерева.When the first echo segment corresponds to the second echo, it corresponds to the same location on the tree trunk, and based on this comparison, the length of the tree trunk is determined.

Согласно варианту осуществления изобретения, записанная информация, относящаяся к сегменту отраженного сигнала, относится к разности фаз и/или разности во времени и/или частоты.According to an embodiment of the invention, the recorded information relating to a segment of the reflected signal refers to a phase difference and/or a difference in time and/or frequency.

Согласно варианту осуществления изобретения, лесозаготовительная машина дополнительно содержит блок управления, предназначенный для управления, по меньшей мере, двигателем, который приводит в действие по меньшей мере одно режущее устройство, и/или двигателем, который приводит в действие по меньшей мере два подающих ролика на основании данных определения длины, полученных от устройства для приема параметров ствола дерева.According to an embodiment of the invention, the forest machine further comprises a control unit for controlling at least a motor that drives at least one cutting device and/or a motor that drives at least two feed rollers on the base length determination data received from the device for receiving tree trunk parameters.

В изобретении также предлагается способ определения длины ствола дерева лесозаготовительной машиной, содержащей захватно-срезающее устройство; способ, включающий следующие этапы: передача радиолокационного сигнала на ствол измеряемого дерева; прием радиолокационного сигнала, отраженного, по меньшей мере, в первой и второй точках в ответ на переданный радиолокационный сигнал, причем первая и вторая точки находятся в разных местах. Способ далее включает распознавание характерных признаков участка ствола дерева, расположенного в первой точке; идентификацию выявленных характерных признаков ствола дерева после перемещения участка ствола дерева во вторую точку, и определение длины ствола дерева на этой основе. Способ соответствует действиям, выполняемым захватно-срезающим устройством и лесозаготовительной машиной, как представлено выше, и обладает всеми соответствующими полезными эффектами и преимуществами описанных захватно-срезающего устройства и лесозаготовительной машины.The invention also provides a method for determining the length of a tree trunk by a logging machine comprising a gripper-cutting device; a method comprising the following steps: transmitting a radar signal to the trunk of the tree being measured; receiving a radar signal reflected at least at the first and second points in response to the transmitted radar signal, wherein the first and second points are at different locations. The method further includes recognizing features of a section of a tree trunk located at the first point; identifying the detected features of the tree trunk after moving the section of the tree trunk to the second point, and determining the length of the tree trunk based on that. The method corresponds to the actions performed by the grapple-cutting device and the harvester, as presented above, and has all the corresponding beneficial effects and advantages of the described grapple-cutting device and the harvester.

Краткое описание фигурBrief description of the figures

На фиг. 1 показан пример лесозаготовительной машины в соответствии с настоящим изобретением.In FIG. 1 shows an example of a forest machine in accordance with the present invention.

На фиг. 2 представлен вид спереди вертикально ориентированного захватно-срезающего устройства лесозаготовительной машины в соответствии с фиг. 1.In FIG. 2 is a front view of the vertically oriented cutting and grappling device of the forest machine according to FIG. 1.

На фиг. 3 представлен вид сбоку горизонтально ориентированного захватно-срезающего устройства лесозаготовительной машины в соответствии с фиг. 1.In FIG. 3 is a side view of the horizontally oriented cutting and grappling device of the forest machine according to FIG. 1.

На фиг. 4 показана диаграмма, демонстрирующая радиолокационное устройство, устройство для приема параметров ствола дерева и блок управления.In FIG. 4 is a diagram showing a radar device, a device for receiving tree trunk parameters, and a control unit.

На фиг. 5а и 5b показаны конфигурации с двумя антеннами радиолокационного передатчика и двумя антеннами радиолокационного приемника в соответствии с двумя примерами.In FIG. 5a and 5b show configurations with two radar transmitter antennas and two radar receiver antennas according to two examples.

Фиг. 5с представляет пример характерных признаков, относящихся к частоте.Fig. 5c is an example of features related to frequency.

На фиг. 6а и 6b показаны конфигурации с общей антенной радиолокационного передатчика и двумя антеннами радиолокационного приемника, а также триангуляция положений антенн для определения точки на стволе дерева в соответствии с приведенным примером.In FIG. 6a and 6b show configurations with a common radar transmitter antenna and two radar receiver antennas, and triangulation of antenna positions to determine a point on a tree trunk in accordance with the example shown.

На фиг. 7 показана конфигурация с одной антенной радиолокационного передатчика и одной антенной радиолокационного приемника в соответствии с примером.In FIG. 7 shows a configuration with one radar transmitter antenna and one radar receiver antenna according to an example.

На фиг. 8а показан известный способ определения конечного положения ствола дерева.In FIG. 8a shows a known method for determining the end position of a tree trunk.

На фиг. 8b представлена конфигурация с общей антенной радиолокационного передатчика и двумя отдельными антеннами радиолокационного приемника для определения конечного положения ствола дерева в соответствии с примером.In FIG. 8b shows a configuration with a common radar transmitter antenna and two separate radar receiver antennas for determining the end position of a tree trunk in accordance with an example.

Фиг. 9 представляет блок-схему, разъясняющую этапы способа определения длины ствола дерева в соответствии с примером.Fig. 9 is a flowchart explaining the steps of a tree trunk length determination method according to an example.

Подробное описаниеDetailed description

На фиг. 1 представлена лесозаготовительная машина 110 в соответствии с настоящим изобретением. Лесозаготовительная машина 110 содержит захватно-срезающее устройство 100, расположенное на свободном конце стрелы крана 120 лесозаготовительной машины 110. Захватно-срезающее устройство 100 предназначено для распиловки ствола дерева на участки определенной длины, а также, при необходимости, для обрезки сучьев. Лесозаготовительная машина 110 может дополнительно содержать кабину 130 для оператора и заднюю часть 140, в которой может находиться двигатель 170 для приведения в действие лесозаготовительной машины 110. Лесозаготовительная машина 110 может также содержать блок управления 150, контролирующий, например, режущее устройство 102 и/или по меньшей мере два подающих ролика 101 захватно-срезающего устройства 100. На фиг. 1 блок управления 150 расположен в кабине 130 лесозаготовительной машины 110, но он также может быть расположен в другом месте лесозаготовительной машины 110.In FIG. 1 shows a forest machine 110 in accordance with the present invention. The forest machine 110 includes a cutting and grappling device 100 located at the free end of the crane boom 120 of the harvesting machine 110. The cutting and grappling device 100 is designed to saw the tree trunk into sections of a certain length, and, if necessary, to trim limbs. The forest machine 110 may further comprise an operator cabin 130 and a rear end 140 which may contain an engine 170 to power the forest machine 110. The forest machine 110 may also include a control unit 150 that controls, for example, the cutting device 102 and/or at least two feed rollers 101 of the pick-cutting device 100. In FIG. 1, the control unit 150 is located in the cabin 130 of the forest machine 110, but it may also be located elsewhere in the forest machine 110.

- 3 042547- 3 042547

Как показано на фиг. 1, захватно-срезающее устройство 100 содержит по меньшей мере два подающих ролика 101, выполненных с возможностью взаимодействия для подачи ствола дерева (не показано) через захватно-срезающее устройство и по меньшей мере одно режущее устройство 102, выполненное для срезания ствола дерева. Захватно-срезающее устройство дополнительно содержит радиолокационное устройство 103. Радиолокационное устройство (103) содержит по меньшей мере одну антенну радиолокационного передатчика и одну антенну радиолокационного приемника. Захватно-срезающее устройство дополнительно содержит устройство для приема параметров 160 ствола дерева. Устройство для приема параметров 160 предназначено для определения длины ствола дерева. Устройство для приема параметров ствола дерева также может быть предназначено для определения других характеристик ствола дерева, таких как диаметр и/или состояние ствола дерева. Фиг. 2 представляет вид спереди вертикально ориентированного захватно-срезающего устройства 100 в соответствии с настоящим изобретением. Захватно-срезающее устройство 100 имеет основной корпус 108, несущий по меньшей мере два подающих ролика 101. Основной корпус 108 дополнительно содержит по меньшей мере одно режущее устройство 102. В приведенном примере основной корпус дополнительно содержит нижний сучкорезный нож 105 и верхнюю пару сучкорезных ножей 104. Возможны другие конфигурации с большим или меньшим количеством сучкорезных ножей или даже без них.As shown in FIG. 1, the gripper shearer 100 includes at least two feed rollers 101 configured to cooperate to feed a tree trunk (not shown) through the gripper shearer and at least one cutting device 102 configured to cut the tree trunk. The gripper-cutting device further comprises a radar device 103. The radar device (103) comprises at least one radar transmitter antenna and one radar receiver antenna. The gripper-cutting device further comprises a device for receiving the parameters 160 of the tree trunk. The device for receiving parameters 160 is designed to determine the length of the tree trunk. The device for receiving the parameters of the tree trunk may also be designed to determine other characteristics of the tree trunk, such as the diameter and/or condition of the tree trunk. Fig. 2 is a front view of a vertically oriented gripper 100 in accordance with the present invention. The pick-cutting device 100 has a main body 108 carrying at least two feed rollers 101. The main body 108 further comprises at least one cutting device 102. In the example shown, the main body further comprises a lower delimbing knife 105 and an upper pair of delimbing knives 104. Other configurations are possible with more or less delimbing knives or even without them.

По меньшей мере два подающих ролика 101 предназначены для подачи ствола дерева в продольном направлении через захватно-срезающее устройство 100. Захватно-срезающее устройство может дополнительно содержать по меньшей мере один двигатель 107, предназначенный для приведения в действие подающих роликов, и по меньшей мере один двигатель 106, предназначенный для приведения в действие по меньшей мере одного режущего устройства 102.At least two feed rollers 101 are designed to feed the tree trunk in the longitudinal direction through the gripper-cutting device 100. The gripper-cutting device may further comprise at least one motor 107 for driving the feed rollers, and at least one motor 106 for actuating at least one cutting device 102.

Захватно-срезающее устройство 100 может дополнительно содержать гидравлические цилиндры 109 для регулировки подающих роликов 101, например, регулировки давления, создаваемого подающими роликами 101. Нижний сучкорезный нож 105 и верхняя пара сучкорезных ножей 104 могут быть расположены так, чтобы охватывать ствол дерева и срезать сучья со ствола дерева, когда ствол дерева проходит через захватно-срезающее устройство 100. По меньшей мере одно режущее устройство 102 может, например, содержать пилу, пильный диск и/или режущий элемент. По меньшей мере одно режущее устройство может быть выполнено для распиловки ствола дерева на участки определенной длины на основе определения длины ствола дерева устройством для приема параметров 160 ствола дерева.The gripper 100 may further comprise hydraulic cylinders 109 for adjusting the feed rollers 101, such as adjusting the pressure generated by the feed rollers 101. of the tree trunk as the tree trunk passes through the cutting device 100. The at least one cutting device 102 may, for example, comprise a saw, a saw blade and/or a cutting element. At least one cutting device may be configured to cut the tree trunk into sections of a certain length based on the determination of the length of the tree trunk by the device for receiving parameters 160 of the tree trunk.

Радиолокационное устройство 103 может быть расположено в любом месте перед режущим устройством 102, вдоль центральной линии в направлении подачи ствола дерева к захватно-срезающему устройству 100. На фиг. 2 радиолокационное устройство 103 расположено рядом с двумя подающими роликами 101. Как будет подробнее описано ниже, радиолокационное устройство 103 содержит по меньшей мере одну антенну радиолокационного передатчика (не показана), выполненную с возможностью передачи радиолокационного сигнала на ствол измеряемого дерева. Радиолокационное устройство 103 дополнительно содержит по меньшей мере одну антенну радиолокационного приемника (не показана), выполненную с возможностью приема радиолокационного сигнала, отраженного, по меньшей мере, в первой и второй точках в ответ на по меньшей мере один переданный радиолокационный сигнал. По меньшей мере одна антенна радиолокационного передатчика может быть выполнена для передачи широкого диапазона частот, и по меньшей мере одна антенна радиолокационного приемника может быть выполнена с возможностью выбора конкретной частоты, которую она прослушивает.The radar device 103 may be located anywhere in front of the cutting device 102, along the center line in the direction of the tree trunk to the gripper-cutting device 100. In FIG. 2, the radar device 103 is positioned adjacent to two feed rollers 101. As will be described in more detail below, the radar device 103 includes at least one radar transmitter antenna (not shown) configured to transmit a radar signal to the trunk of the tree being measured. The radar device 103 further comprises at least one radar receiver antenna (not shown) configured to receive a radar signal reflected at at least the first and second points in response to the at least one transmitted radar signal. At least one radar transmitter antenna may be configured to transmit a wide range of frequencies, and at least one radar receiver antenna may be configured to select the particular frequency it listens on.

В примере осуществления устройство для приема параметров 160 ствола дерева размещено в захватно-срезающем устройстве 100. В соответствии с другим вариантом, устройство для приема параметров 160 ствола дерева частично расположено в захватно-срезающем устройстве 100, и частично - в другой части лесозаготовительной машины 110. Устройство для приема параметров 160 ствола дерева предназначено для определения длины ствола дерева на основе сигнала (сигналов), принятого по меньшей мере одной антенной радиолокационного приемника. Устройство для приема параметров 160 ствола дерева может быть физически соединено с блоком управления 150, тем самым обеспечивая передачу данных между устройством для приема параметров 160 и блоком управления 150. В соответствии с другим вариантом, передача данных между устройством для приема параметров 160 и блоком управления 150 осуществляется беспроводным способом. В качестве дополнительного примера, устройство для приема параметров 160 может быть встроено в блок управления 150. Блок управления 150 может предназначаться для управления, например, режущим устройством 102 и/или по меньшей мере двумя подающими роликами 101 на основе данных, полученных от устройства для приема параметров 160. Блок управления 150 может располагаться в лесозаготовительной машине 110, например, в захватно-срезающем устройстве 100 и/или в задней части 140 лесозаготовительной машины и/или в кабине 130. В соответствии с другим вариантом, блок управления 150 может быть, по меньшей мере, частично размещен во внешнем модуле, например, в компьютере или смартфоне. Например, когда блок управления 150 расположен в лесозаготовительной машине 110, некоторые части блока управления 150 могут быть расположены в захватно-срезающем устройстве 100, а некоторые части могут быть расположены в кабине 130 и/или в задней части 140 лесозаготовительной машины 110. Как упоминалось выше, блок управления 150 предназначен для управления подающими роликами 101 таким образом, чтобы ствол дерева 111 подавался до заданнойIn an exemplary embodiment, the device for receiving tree trunk parameters 160 is located in the grapple-cutting device 100. In accordance with another embodiment, the device for receiving tree trunk parameters 160 is partially located in the grappling-cutting device 100, and partially in another part of the logging machine 110. The device for receiving tree trunk parameters 160 is designed to determine the length of a tree trunk based on the signal(s) received by at least one radar receiver antenna. The tree trunk parameter receiver 160 may be physically connected to the control unit 150, thereby allowing data to be transferred between the parameter receiver 160 and the control unit 150. Alternatively, data transmission between the parameter receiver 160 and the control unit 150 carried out wirelessly. As a further example, a device for receiving parameters 160 may be built into the control unit 150. The control unit 150 may be designed to control, for example, the cutting device 102 and/or at least two feed rollers 101 based on data received from the device for receiving parameters 160. The control unit 150 may be located in the forest machine 110, for example, in the grapple-cutting device 100 and/or in the rear part 140 of the forest machine and/or in the cabin 130. In accordance with another option, the control unit 150 may be, according to at least partially located in an external module, for example, in a computer or smartphone. For example, when the control unit 150 is located in the forest machine 110, some parts of the control unit 150 may be located in the grapple-cutting device 100, and some parts may be located in the cabin 130 and/or in the rear part 140 of the forest machine 110. As mentioned above , the control unit 150 is designed to control the feed rollers 101 so that the tree trunk 111 is fed to a predetermined

- 4 042547 длины, установленной на основании определения длины ствола дерева устройством для приема параметров 160. В примере осуществления распиловка ствола дерева косвенно контролируется блоком управления 150, т.е. по меньшей мере одно режущее устройство 102 предназначено для распиловки ствола дерева, когда ствол дерева, подводимый подающими роликами 101, останавливается перед по меньшей мере одним режущим устройством 102. В соответствии с другим вариантом, блок управления 150 контролирует не только подачу ствола дерева подающими роликами 101, но и распиловку, выполняемую режущим устройством 102. Кроме того, блок управления 150 может контролировать верхние сучкорезные ножи 104, нижний сучкорезный нож 105 и/или гидравлические цилиндры 109 для регулировки подающих роликов 101 и т.д. Например, блок управления 150 может контролировать прикладываемое давление и/или положение сучкорезных ножей 104, 105. На фиг. 3 показан пример горизонтально ориентированного захватно-срезающего устройства 100, которое захватывает и обрабатывает ствол дерева 111 в направлении 116 подачи ствола дерева. На фиг. 3 показаны два примера того, где может быть расположено радиолокационное устройство 103. В примере слева на фиг. 3 радиолокационное устройство расположено вблизи режущего устройства 102 захватно-срезающего устройства 100. В примере справа на фиг. 3 радиолокационное устройство расположено вблизи подающих роликов 101. В примерах на фиг. 3 по меньшей мере одна антенна радиолокационного передатчика и по меньшей мере одна антенна радиолокационного приемника радиолокационного устройства 103 расположены практически перпендикулярно относительно ствола измеряемого дерева 111. В соответствии с другим вариантом, как будет показано в примере далее по меньшей мере одна антенна радиолокационного передатчика и по меньшей мере одна антенна радиолокационного приемника радиолокационного устройства 103 могут располагаться практически параллельно стволу измеряемого дерева 111. Если радиолокационное устройство 103 расположено практически параллельно стволу измеряемого дерева, радиолокационное устройство 103 может, например, располагаться вблизи режущего устройства 102 захватно-срезающего устройства 100, аналогично примеру расположения радиолокационного устройства 103 слева на фиг. 3.- 4 042547 the length set based on the determination of the length of the tree trunk by the device for receiving parameters 160. at least one cutting device 102 is intended for sawing the tree trunk when the tree trunk brought by the feed rollers 101 stops in front of at least one cutting device 102. According to another embodiment, the control unit 150 controls not only the feeding of the tree trunk by the feed rollers 101 but also sawing performed by the cutting device 102. In addition, the control unit 150 can control the upper delimbing knives 104, the lower delimbing knives 105 and/or the hydraulic cylinders 109 to adjust the feed rollers 101, etc. For example, control unit 150 may control the applied pressure and/or position of delimbing knives 104, 105. FIG. 3 shows an example of a horizontally oriented gripper 100 that grips and processes a tree trunk 111 in a tree trunk feeding direction 116 . In FIG. 3 shows two examples of where the radar device 103 may be located. In the example on the left of FIG. 3, the radar device is located near the cutting device 102 of the gripper-cutting device 100. In the example on the right in FIG. 3, the radar device is located near the feed rollers 101. In the examples in FIG. 3, at least one radar transmitter antenna and at least one radar receiver antenna of the radar device 103 are positioned substantially perpendicular to the trunk of the tree 111 being measured. Alternatively, as will be shown in the example below, at least one radar transmitter antenna and at least At least one radar receiver antenna of the radar device 103 may be positioned substantially parallel to the trunk of the tree 111 being measured. device 103 on the left in FIG. 3.

Фиг. 4 представляет пример системы 200, состоящей из радиолокационного устройства 103, устройства для приема параметров 160 ствола дерева и блока управления 150. Радиолокационное устройство 103 содержит первую и вторую антенны радиолокационного передатчика ТХ1, ТХ₂, первую и вторую антенны радиолокационного приемника RX1, RX2. На фиг. 4 показаны две антенны радиолокационного передатчика ТХ1, ТХ₂ и две антенны радиолокационного приемника RX1, RX2. Однако количество антенн радиолокационного приемника и передатчика показано только в качестве примера, а система может содержать различное количество антенн передатчика и/или антенн приемника. Радиолокационное устройство 103 соединено с устройством для приема параметров 160 ствола дерева. Устройство для приема параметров 160 предназначено для определения длины ствола дерева. Устройство для приема параметров 160 может дополнительно предназначаться для управления антеннами передатчика. Например, частотой и/или синхронизацией радиолокационного сигнала (сигналов), передаваемого (передаваемых) по меньшей мере одной антенной радиолокационного передатчика ТХ1, ТХ2, можно управлять с помощью устройства для приема параметров 160.Fig. 4 shows an example of a system 200 consisting of a radar device 103, a device for receiving tree trunk parameters 160, and a control unit 150. The radar device 103 includes first and second radar transmitter antennas TX1, _TX2 , and first and second radar receiver antennas RX1, RX2. In FIG. 4 shows two radar transmitter antennas TX1, TX ₂ and two radar receiver antennas RX1, RX2. However, the number of radar receiver and transmitter antennas is shown by way of example only, and the system may comprise a different number of transmitter antennas and/or receiver antennas. The radar device 103 is connected to the device for receiving parameters 160 of the tree trunk. The device for receiving parameters 160 is designed to determine the length of the tree trunk. The device for receiving parameters 160 may additionally be designed to control the antennas of the transmitter. For example, the frequency and/or timing of the radar signal(s) transmitted (transmitted) by at least one antenna of the radar transmitter TX1, TX2 can be controlled using the device for receiving parameters 160.

Устройство для приема параметров 160 содержит процессор. Процессор может предназначаться для записи информации, относящейся к сегменту сигнала, отраженного в первой точке ствола дерева и сравнения записанного сегмента сигнала с сигналом, отраженным во второй точке ствола дерева. Когда первый сегмент отраженного сигнала соответствует второму отраженному сигналу, он соответствует тому же месту на стволе дерева. На основе такого сравнения определяют длину ствола дерева. Данные, относящиеся к определению длины ствола дерева, могут отправляться в блок управления 150 лесозаготовительной машины 110. Данные, относящиеся к длине ствола дерева, могут передаваться в блок управления 150 через шину данных, такую как шина CAN, или посредством электрического квадратурного сигнала. Устройство для приема параметров 160, относящихся к стволу дерева, выполнено с возможностью определения характерных признаков ствола дерева, то есть отличительные особенности участка ствола дерева.The device for receiving parameters 160 includes a processor. The processor may be configured to record information relating to a segment of the signal reflected at the first point on the tree trunk and compare the recorded signal segment with the signal reflected at the second point on the tree trunk. When the first echo segment corresponds to the second echo, it corresponds to the same location on the tree trunk. Based on this comparison, the length of the tree trunk is determined. Data relating to determining the length of the tree trunk may be sent to the control unit 150 of the forest machine 110. Data relating to the length of the tree trunk may be transmitted to the control unit 150 via a data bus, such as a CAN bus, or via an electrical quadrature signal. The device for receiving parameters 160 related to the tree trunk is configured to determine the characteristic features of the tree trunk, that is, the distinguishing features of the section of the tree trunk.

Характерные признаки ствола дерева основаны на сравнении одного или нескольких показателей сигнала (сигналов), принятого (принятых) от по меньшей мере одной антенны радиолокационного приемника. Показателями могут быть разность фаз и/или частота и/или разница во времени. В примере осуществления переданный радиолокационный сигнал (сигналы) и отраженный радиолокационный сигнал (сигналы) являются синусоидальным сигналом. Характерные признаки ствола дерева могут определяться путем сравнения частотного содержания и/или фазового содержания и/или разности во времени отраженных сигналов. В примере осуществления, радиолокационное устройство 103 содержит по меньшей мере одну антенну радиолокационного передатчика и две антенны радиолокационного приемника. По меньшей мере, одна антенна радиолокационного передатчика передает сигнал в направлении ствола измеряемого дерева. В случае двух отдельных антенн радиолокационного приемника сигнал, принятый первой антенной RX1 радиолокационного приемника, регистрируется устройством для приема параметров 160 ствола дерева. Когда вторая приемная антенна RX2 регистрирует те же характерные признаки, что и характерные признаки, зарегистрированные первой приемной антенной RX1, можно сделать вывод, что ствол дерева переместился из первой точки во вторую точку. Таким образом, ствол дерева прошелTree trunk signatures are based on a comparison of one or more indications of the signal(s) received from at least one radar receiver antenna. The indications may be phase difference and/or frequency and/or time difference. In an exemplary embodiment, the transmitted radar signal(s) and the reflected radar signal(s) are a sinusoidal signal. Characteristic features of the tree trunk can be determined by comparing the frequency content and/or phase content and/or time difference of the reflected signals. In an exemplary embodiment, the radar device 103 includes at least one radar transmitter antenna and two radar receiver antennas. At least one antenna of the radar transmitter transmits a signal in the direction of the trunk of the tree being measured. In the case of two separate radar receiver antennas, the signal received by the first radar receiver antenna RX1 is recorded by the device for receiving tree trunk parameters 160 . When the second receive antenna RX2 detects the same features as the features recorded by the first receive antenna RX1, it can be concluded that the tree trunk has moved from the first point to the second point. So the tree trunk passed

- 5 042547 расстояние, соответствующее расстоянию между первой и второй точками. Для измерения большего расстояния, такого как весь ствол дерева, выполняется множество измерений расстояний между первой и второй точками, которые затем суммируются. Блок управления 150 может быть выполнен таким образом, что длина срезаемого ствола дерева задается в блоке управления 150. Такое предварительное значение длины может задаваться оператором в блоке управления 150. Предварительное значение может основываться на измерении (измерениях) диаметра и/или наличии, например, гнили в стволе дерева, выявленной радиолокационным устройством 103. В качестве дополнительного варианта, блок управления 150 может, основываясь на длине и/или диаметре и/или состоянии ствола дерева, определить соответствующие длины, на которые следует распилить ствол дерева, чтобы получить как можно больше пригодной для использования древесины.- 5 042547 distance corresponding to the distance between the first and second points. To measure a larger distance, such as the entire trunk of a tree, multiple distance measurements are made between the first and second points, which are then summed. The control unit 150 may be configured such that the length of the tree trunk to be cut is set in the control unit 150. Such a preliminary length value may be set by the operator in the control unit 150. The preliminary value may be based on a diameter measurement(s) and/or the presence of, for example, rot in the tree trunk detected by the radar device 103. As an additional option, the control unit 150 may, based on the length and/or diameter and/or condition of the tree trunk, determine the appropriate lengths to which the tree trunk should be sawn to obtain the most usable to use wood.

Блок 150 может предназначаться для управления, по меньшей мере, одним двигателем, который приводит в действие по меньшей мере одно режущее устройство 102, и/или управления двигателем 107, который приводит в действие по меньшей мере два подающих ролика 101 на основе данных, полученных от устройства для приема параметров 160 ствола дерева. Результаты определения длины могут быть использованы блоком управления 150 для контроля подачи ствола дерева подающими роликами 101 в определенном положении в захватно-срезающее устройство 100, например, в положение перед, по меньшей мере, одним режущим устройством 102. Результаты измерения диаметра могут использоваться блоком управления 150 для контроля прикладываемого давления, и/или положения верхних сучкорезных ножей 104 и/или нижнего сучкорезного ножа 105.Block 150 may be configured to control at least one motor that drives at least one cutting device 102 and/or control a motor 107 that drives at least two feed rollers 101 based on data received from devices for receiving tree trunk parameters 160. The results of the length determination may be used by the control unit 150 to control the feeding of the tree trunk by the feed rollers 101 in a certain position into the gripper 100, for example, in a position in front of at least one cutting device 102. The results of the diameter measurement may be used by the control unit 150 to control the applied pressure, and/or the position of the upper delimbing blades 104 and/or the lower delimbing blades 105.

В первом примере, когда характерные признаки относятся к частоте, радиолокационный сигнал передается в направлении ствола дерева по меньшей мере одной антенной радиолокационного передатчика. Чем ниже частота передаваемого радиолокационного сигнала, тем дальше радиолокационный сигнал проникает в материал ствола дерева. Частота радиолокационного сигнала, отраженного стволом дерева, т.е. частота, на которую реагирует материал ствола дерева, принимается по меньшей мере одной антенной радиолокационного приемника. Когда характерные признаки связаны с частотой, ее можно измерить на поверхности и/или в толще ствола дерева. Когда характерные признаки связаны с частотой, их можно получить по данным плотности, влажности, годичных колец, гнили древесного ствола и т.д.In the first example, when the features are in frequency, the radar signal is transmitted in the direction of the tree trunk by at least one radar transmitter antenna. The lower the frequency of the transmitted radar signal, the further the radar signal penetrates into the material of the tree trunk. The frequency of the radar signal reflected by the tree trunk, i.e. the frequency to which the material of the tree trunk responds is received by at least one antenna of the radar receiver. When features are associated with frequency, it can be measured on the surface and/or in the depth of the tree trunk. When traits are related to frequency, they can be derived from density, moisture, growth rings, stem rot, and so on.

Во втором примере, когда характерные признаки относятся к разности фаз, радиолокационный сигнал передается в направлении ствола дерева по меньшей мере одной передающей антенной. Радиолокационный сигнал может быть достаточно высокой частоты, чтобы отражаться от поверхности ствола дерева. Следовательно, радиолокационный сигнал будет отражаться от поверхности ствола дерева, и отраженный сигнал будет состоять из нескольких фаз, которые представляют разную высоту поверхности ствола дерева. Таким образом, разности фаз отражают поверхностную структуру материала. Когда характерные признаки связаны с разностью фаз, можно измерить поверхность ствола дерева. Когда характерные признаки связаны с разностью фаз, их можно получить по данным шероховатости поверхности ствола дерева. Следовательно, для определения длины используется неровная и шероховатая поверхность ствола дерева.In the second example, when the features relate to a phase difference, the radar signal is transmitted in the direction of the tree trunk by at least one transmitting antenna. The radar signal may be high enough in frequency to reflect off the surface of a tree trunk. Therefore, the radar signal will be reflected from the surface of the tree trunk, and the reflected signal will consist of several phases, which represent different heights of the surface of the tree trunk. Thus, the phase differences reflect the surface structure of the material. When the features are related to the phase difference, the surface of the tree trunk can be measured. When features are related to phase difference, they can be obtained from the surface roughness of the tree trunk. Therefore, the uneven and rough surface of the tree trunk is used to determine the length.

Частота радиолокационного сигнала, используемого при проникающих измерениях, т.е. при измерениях в толще ствола дерева, составляет <10 ГГц. Частота радиолокационного сигнала, используемого при измерениях на поверхности, т.е. при измерениях, когда радиолокационный сигнал отражается от поверхности ствола дерева, составляет >10 ГГц.The frequency of the radar signal used in penetrating measurements, i.e. when measured in the thickness of a tree trunk, is <10 GHz. The frequency of the radar signal used for measurements on the surface, i.e. in measurements, when the radar signal is reflected from the surface of the tree trunk, is >10 GHz.

На фиг. 5 а показан пример конфигурации с первой и второй антенной радиолокационного передатчика ТХ1, ТХ₂ и первой и второй антенной радиолокационного приемника RX1, RX2. Первая и вторая антенны радиолокационного передатчика ТХ1, ТХ₂, а также первая и вторая антенны радиолокационного приемника RX1, RX2 выполнены с возможностью передачи и приема сигналов соответственно к/от ствола дерева. Первая антенна радиолокационного приемника RX1 предназначена только для прослушивания сигналов, передаваемых первой антенной радиолокационного передатчика ТХ1, а вторая антенна радиолокационного приемника RX2 предназначена только для прослушивания сигналов, передаваемых второй антенной радиолокационного передатчика ТХ₂. В конфигурации, представленной на фиг. 5а, расстояние и угол между первой антенной радиолокационного передатчика ТХ1 и первой антенной радиолокационного приемника RX1 такие же, как расстояние и угол между второй антенной радиолокационного передатчика ТХ₂ и второй антенной радиолокационного приемника RX2. Как видно на фиг. 5а, первая антенна радиолокационного приемника RX1 выполнена с возможностью приема сегмента сигнала, отраженного в первой точке 114, определяемой геометрией первой антенны радиолокационного передатчика ТХ1, первой антенны радиолокационного приемника RX1 и поверхности ствола дерева 112.In FIG. 5a shows an example configuration with first and second radar transmitter antennas TX1, TX ₂ and first and second radar receiver antennas RX1, RX2. The first and second antennas of the radar transmitter TX1, TX ₂ as well as the first and second antennas of the radar receiver RX1, RX2 are configured to transmit and receive signals respectively to/from the tree trunk. The first antenna of the radar receiver RX1 is intended only for listening to the signals transmitted by the first antenna of the radar transmitter TX1, and the second antenna of the radar receiver RX2 is intended only for listening to the signals transmitted by the second antenna of the radar transmitter TX ₂ . In the configuration shown in FIG. 5a, the distance and angle between the first antenna of the radar transmitter TX1 and the first antenna of the radar receiver RX1 is the same as the distance and angle between the second antenna of the radar transmitter _TX2 and the second antenna of the radar receiver RX2. As seen in FIG. 5a, the first radar receiver antenna RX1 is configured to receive a segment of the signal reflected at the first point 114 defined by the geometry of the first radar transmitter antenna TX1, the first radar receiver antenna RX1, and the surface of the tree trunk 112.

Принятый сегмент сигнала соответствует характерным признакам и может регистрироваться в процессоре устройства для приема параметров 160. Когда те же характерные признаки, т.е. соответствующие второй точке 115, определяемые геометрией второго радиолокационного передатчика ТХ2, второго радиолокационного приемника RX2 и ствола дерева, регистрируется второй приемной антенной RX2, это означает, что ствол дерева прошел расстояние, соответствующее расстоянию между первой точкой 114 и второй точкой 115.The received signal segment corresponds to the features and can be registered to the device processor to receive parameters 160. When the same features, i.e. corresponding to the second point 115, determined by the geometry of the second radar transmitter TX2, the second radar receiver RX2 and the tree trunk, is registered by the second receiving antenna RX2, which means that the tree trunk has traveled a distance corresponding to the distance between the first point 114 and the second point 115.

В конфигурации, представленной на фиг. 5а, первая и вторая антенны радиолокационного приемIn the configuration shown in FIG. 5a, the first and second radar reception antennas

- 6 042547 ника RX1, RX2, а также первая и вторая антенны радиолокационного передатчика ТХ1, ТХ₂ расположены практически перпендикулярно стволу измеряемого дерева. В этой конфигурации радиолокационное эхо, т.е. отраженный сигнал, принятый первой и второй антеннами радиолокационного приемника, RX1, RX2, может относиться к разности фаз и/или к частоте. На фиг. 5с представлен пример характерных признаков, относящихся к частоте. Когда характерные признаки относятся к частоте, амплитуда отраженного сигнала определенной частоты используется для того, чтобы сравнить сигналы, принятые первой и второй антеннами радиолокационного приемника RX1, RX2 соответственно. По конфигурации, проиллюстрированной на фиг. 5а, можно выполнять измерения не только на поверхности ствола дерева 112, но также дополнительно внутри материала, т.е. в толще ствола дерева 113. Следовательно, в дополнение к определению длины ствола дерева также могут быть определены другие свойства ствола дерева, такие как гниение, толщина коры и т.д. При определении свойств толщи ствола дерева измеряют частоту отраженного сигнала. Изменение среды приводит к появлению эха передаваемого сигнала. Отраженный радиолокационный сигнал, т.е. эхо, возникает, когда изменяется диэлектрическое сопротивление материала, например, когда радиолокационный сигнал поступает на ствол дерева из атмосферы или, когда радиолокационный сигнал переходит от здоровой древесины к гнилой древесине. Чем больше разница в диэлектрическом сопротивлении, тем сильнее будет отраженный радиолокационный сигнал. Так, радиолокационное эхо, когда сигнал переходит от дерева к воздуху, больше, чем изменения качества древесины внутри ствола дерева. Таким образом, можно определить диаметр ствола дерева, поскольку радиолокационное эхо возникает, когда сигнал передается в ствол дерева, и когда он принимается обратно от ствола дерева.- 6 042547 nicknames RX1, RX2, as well as the first and second antennas of the radar transmitter TX1, TX ₂ are located almost perpendicular to the trunk of the tree being measured. In this configuration, the radar echo, i.e. the reflected signal received by the first and second antennas of the radar receiver, RX1, RX2, may be phase difference and/or frequency. In FIG. 5c shows an example of features related to frequency. When the features refer to frequency, the amplitude of the reflected signal of a certain frequency is used to compare the signals received by the first and second antennas of the radar receiver RX1, RX2, respectively. With the configuration illustrated in FIG. 5a, it is possible to take measurements not only on the surface of the tree trunk 112, but also additionally inside the material, i.e. in the thickness of the tree trunk 113. Therefore, in addition to determining the length of the tree trunk, other properties of the tree trunk, such as decay, bark thickness, etc., can also be determined. When determining the properties of the thickness of the tree trunk, the frequency of the reflected signal is measured. A change in the environment results in an echo of the transmitted signal. Reflected radar signal, i.e. echo occurs when the dielectric resistance of a material changes, such as when a radar signal is received on a tree trunk from the atmosphere, or when a radar signal passes from healthy wood to rotten wood. The greater the difference in dielectric resistance, the stronger the reflected radar signal will be. Thus, the radar echo when the signal passes from the tree to the air is greater than the change in the quality of the wood inside the trunk of the tree. Thus, the diameter of the tree trunk can be determined because the radar echo occurs when a signal is transmitted into the tree trunk and when it is received back from the tree trunk.

В качестве дополнительного примера, качество ствола дерева, такое как гниение древесины, толщина коры и т.д., может быть определено с помощью современных методов, таких как нейронные сети.As an additional example, the quality of a tree trunk, such as wood decay, bark thickness, etc., can be determined using modern methods such as neural networks.

На фиг. 6а представлен другой пример конфигурации, содержащей общую антенну радиолокационного передатчика ТХ, а также первую антенну радиолокационного приемника RX1 и вторую антенну радиолокационного приемника RX2. Общая антенна передатчика и первая и вторая антенны радиолокационного приемника настроены для передачи и приема сигналов соответственно к/от ствола дерева. В этой конфигурации как первая, так и вторая антенны радиолокационного приемника RX1, RX2 предназначены для прослушивания сигналов, передаваемых общей антенной радиолокационного передатчика ТХ. Первая антенна радиолокационного приемника RX₁ выполнена с возможностью приема сегмента сигнала, отраженного в первой точке 114, определяемой геометрией первого радиолокационного передатчика ТХ₁, первого радиолокационного приемника RX₁ и ствола дерева. Принятый сегмент сигнала может регистрироваться в процессоре устройства для приема параметров 160. Когда те же характерные признаки, т.е. сегмент сигнала, соответствующий второй точке 115, определяемой геометрией первого радиолокационного передатчика TX1, первого радиолокационного приемника RX1 и ствола дерева, регистрируется второй приемной антенной RX_2; можно сделать вывод, что ствол дерева переместился из первой точки 114 во вторую точку 115. Таким образом, ствол дерева прошел расстояние, соответствующее расстоянию между первой и второй точками.In FIG. 6a shows another example of a configuration comprising a common radar transmitter antenna TX, as well as a first radar receiver antenna RX1 and a second radar receiver antenna RX2. The transmitter's common antenna and the first and second radar receiver antennas are configured to transmit and receive signals to/from the tree trunk, respectively. In this configuration, both the first and second antennas of the radar receiver RX1, RX2 are designed to listen to the signals transmitted by the common antenna of the radar transmitter TX. The first radar receiver antenna RX ₁ is configured to receive a segment of the signal reflected at the first point 114 defined by the geometry of the first radar transmitter TX ₁ , the first radar receiver RX ₁ and the tree trunk. The received signal segment may be registered to the device processor to receive parameters 160. When the same features, i.e. the signal segment corresponding to the second point 115 defined by the geometry of the first radar transmitter TX1, the first radar receiver RX1 and the tree trunk is detected by the second receive antenna RX _2; it can be concluded that the tree trunk has moved from the first point 114 to the second point 115. Thus, the tree trunk has traveled a distance corresponding to the distance between the first and second points.

Как показано на фиг. 6а, первая и вторая антенны радиолокационного приемника RX1, RX2 и общая антенна радиолокационного передатчика ТХ расположены практически перпендикулярно стволу измеряемого дерева. В этой конфигурации радиолокационное эхо, т.е. принятый сигнал, может относиться к разности фаз. С помощью этой конфигурации можно выполнять измерения поверхности ствола дерева 112, такие как определение длины, но не измерения толщи ствола дерева. Как показано на фиг. 6b, с помощью общей антенны радиолокационного передатчика ТХ расстояние до точки на стволе дерева может рассчитываться время-пролетным методом. Таким образом, положение точки на стволе дерева, т.е. характерные признаки, могут постоянно рассчитываться устройством для приема параметров 160, поскольку известны длины трех сторон треугольника a, b и c, образованного приемными антеннами RX1, RX2. Определение/расчет характерных признаков может быть выполнен устройством для приема параметров ствола дерева 160.As shown in FIG. 6a, the first and second antennas of the radar receiver RX1, RX2 and the common antenna of the radar transmitter TX are located substantially perpendicular to the trunk of the tree being measured. In this configuration, the radar echo, i.e. the received signal may refer to the phase difference. With this configuration, surface measurements of the tree trunk 112 can be made, such as length, but not thickness measurements of the tree trunk. As shown in FIG. 6b, using a common TX radar transmitter antenna, the distance to a point on a tree trunk can be calculated by the time-of-flight method. Thus, the position of a point on a tree trunk, i.e. features can be continuously calculated by the device for receiving parameters 160, since the lengths of the three sides of the triangle a, b and c formed by the receive antennas RX1, RX2 are known. Feature determination/calculation may be performed by the device for receiving tree trunk parameters 160.

Фиг. 7 представляет еще один пример конфигурации, содержащей одну антенну радиолокационного передатчика ТХ, и одну антенну радиолокационного приемника RX. В этой конфигурации антенна радиолокационного приемника RX и антенна радиолокационного передатчика ТХ радиолокационного устройства 103 расположены практически параллельно продольному направлению, т.е. вдоль ствола измеряемого дерева. Как показано на фиг. 7, радиолокационные сигналы отражаются от поверхностной структуры 112 ствола дерева в ответ на радиолокационный сигнал, передаваемый антенной радиолокационного передатчика ТХ. Отражение в поверхностной структуре происходит на поверхностях, которые расположены в плоскости, обращенной к антенне радиолокационного передатчика ТХ. В этом примере измеряется фаза отраженных радиолокационных сигналов, принимаемых антенной радиолокационного приемника RX.Fig. 7 shows another example of a configuration comprising one TX radar transmitter antenna and one RX radar receiver antenna. In this configuration, the radar receiver antenna RX and the radar transmitter antenna TX of the radar device 103 are arranged substantially parallel to the longitudinal direction, i. along the trunk of the tree being measured. As shown in FIG. 7, the radar signals are reflected off the tree trunk surface structure 112 in response to the radar signal transmitted from the TX radar transmitter antenna. Reflection in the surface structure occurs on surfaces that are located in a plane facing the antenna of the TX radar transmitter. In this example, the phase of the reflected radar signals received by the radar receiver antenna RX is measured.

На фиг. 7 область обзора 118 представляет область, которая обнаруживается антенной радиолокационного приемника RX. Как показано на фиг. 7, ствол дерева переместился на длину Ad на нижнем рисунке относительно верхнего рисунка. Синусоидальный сигнал показывает, как изменяется фаза отраженного радиолокационного сигнала при движении ствола дерева относительно антенны радиолокаци- 7 042547 онного передатчика ТХ. В примере на фиг. 7 есть три разных отраженных радиолокационных сигнала, но разность фаз отраженных радиолокационных сигналов практически одинакова. Однако, в качестве примера, для устранения возможных ошибок измерения может быть рассчитано среднее значение для всех разностей фаз. Для преобразования разности фаз в длину можно использовать следующую формулу:In FIG. 7, the field of view 118 represents the area that is detected by the radar receiver antenna RX. As shown in FIG. 7, the tree trunk has moved a length Ad in the lower drawing relative to the upper drawing. The sinusoidal signal shows how the phase of the reflected radar signal changes when the tree trunk moves relative to the TX radar transmitter antenna. In the example in FIG. 7, there are three different reflected radar signals, but the phase difference of the reflected radar signals is almost the same. However, as an example, to eliminate possible measurement errors, an average value for all phase differences can be calculated. The following formula can be used to convert the phase difference to length:

Δd=(ΔФχλ)/4π, где Δd - длина,Δd=(ΔФχλ)/4π, where Δd is the length,

ΔΦ - разность фаз, а λ - длина волны радиолокационного сигнала.ΔΦ is the phase difference and λ is the wavelength of the radar signal.

Причина, по которой ΔΦχλ делится на 4π, а не на 2π, заключается в том, что разность фаз дублируется, поскольку сигнал радара смещается на ту же величину, когда он отражается от ствола дерева на антенну радиолокационного приемника RX, что и при его передаче с антенны радиолокационного передатчика ТХ на ствол дерева. Как упоминалось выше, устройство для приема параметров 160 ствола дерева предназначено для определения разности фаз и, исходя из этого, определения длины ствола.The reason why ΔΦχλ is divided by 4π rather than 2π is because the phase difference is duplicated because the radar signal is shifted by the same amount when it bounces off the tree trunk onto the RX radar receiver antenna as when it is transmitted from TX radar transmitter antennas on a tree trunk. As mentioned above, the device for receiving tree trunk parameters 160 is designed to determine the phase difference and, based on this, determine the length of the trunk.

В этой конфигурации также возможно использовать одновременное расположение множества антенн радиолокационного приемника. За счет использования множества антенн радиолокационного приемника достигается избыточная дискретизация, что повышает точность определения длины. Другая возможность заключается в использовании множества антенн радиолокационного передатчика в сочетании с множеством антенн радиолокационного приемника для дальнейшего повышения точности измерений.In this configuration, it is also possible to use the simultaneous location of multiple antennas of the radar receiver. By using a plurality of radar receiver antennas, oversampling is achieved, which improves the length accuracy. Another possibility is to use multiple radar transmitter antennas in combination with multiple radar receiver antennas to further improve measurement accuracy.

Важно отметить, что пример представленный на фиг. 7, отличается от эффекта Доплера, который является способом измерения скорости движущегося объекта. При измерении эффекта Доплера, сигнал частоты передается от антенны передатчика, при этом приемной антенной измеряется изменение частоты, т.е. увеличение или уменьшение частоты из-за скорости движущегося объекта относительно антенны передатчика. Вместо этого, в примере, показанном на фиг. 7, можно отслеживать точки поверхности ствола дерева по мере того, как они приближаются или удаляются от работающей антенны передатчика.It is important to note that the example shown in Fig. 7 is different from the Doppler effect, which is a way to measure the speed of a moving object. When measuring the Doppler effect, a frequency signal is transmitted from the transmitter antenna, while the frequency change is measured by the receiving antenna, i.e. an increase or decrease in frequency due to the speed of a moving object relative to the transmitter antenna. Instead, in the example shown in FIG. 7, it is possible to track points on the surface of a tree trunk as they approach or move away from an operating transmitter antenna.

Описанное выше радиолокационное устройство 103 может также использоваться для повторного определения длины и/или для определения конечного положения ствола дерева, устанавливая, когда, например, корень ствола дерева проходит датчик. Принцип работы такого датчика может быть аналогичен принципу работы фотоэлектрического датчика. Фотоэлектрический датчик может находиться на захватно-срезающем устройстве 100 вблизи режущего устройства 102 и содержать источник света, предназначенный для излучения света в виде узкого светового луча. В фотоэлектрическом датчике также имеется фотоэлемент, предназначенный для обнаружения входящего света. Когда обнаруженный свет превышает заданное значение, как показано на фиг. 8а, датчик настроен на генерацию высокого сигнала, а когда свет не отражается, генерируется низкий сигнал. Тот же принцип для определения конечного положения ствола дерева может быть выполнен с помощью радиолокационного устройства. Такая система может содержать антенну радиолокационного передатчика и антенну радиолокационного приемника. Если радиолокационный сигнал передается в направлении ствола дерева, вызывая сигнал, отраженный от ствола дерева, то понятно, что ствол дерева находится перед антенной радиолокационного передатчика. Если переданный сигнал не создает отраженный сигнал, значит, перед антенной радиолокационного передатчика нет ствола дерева. Однако точность при использовании радиолокационного устройства составляет <1 см, что недостаточно.The radar device 103 described above can also be used to re-determine the length and/or to determine the end position of the tree trunk, ascertaining when, for example, the root of the tree trunk passes the sensor. The principle of operation of such a sensor can be similar to that of a photoelectric sensor. The photoelectric sensor may be located on the grip-cutting device 100 near the cutting device 102 and include a light source for emitting light in the form of a narrow beam of light. The photoelectric sensor also contains a photocell to detect incoming light. When the detected light exceeds a predetermined value, as shown in FIG. 8a, the sensor is set to generate a high signal, and when no light is reflected, a low signal is generated. The same principle for determining the end position of a tree trunk can be carried out with a radar device. Such a system may include a radar transmitter antenna and a radar receiver antenna. If the radar signal is transmitted in the direction of the tree trunk, causing the signal to bounce off the tree trunk, it is understood that the tree trunk is in front of the radar transmitter antenna. If the transmitted signal does not produce a reflected signal, then there is no tree trunk in front of the radar transmitter antenna. However, the accuracy when using a radar device is <1 cm, which is not enough.

На фиг. 8b представлена конфигурация общей антенны передатчика ТХ и двух антенн радиолокационного приемника RX1, RX2. С помощью этой конфигурации можно рассчитать место на стволе дерева, откуда исходит сигнал путем триангуляции таким же образом, как это делается в случае общей антенны передатчика ТХ, как описано выше в примере на фиг. 6b. В другом примере также возможно определить, где в продольном направлении фактически находится конечная точка 117 ствола дерева, например, корень. Определяют разность фаз между сигналом, принимаемым первой антенной радиолокационного приемника RX1, и сигналом, принимаемым второй антенной радиолокационного приемника RX2. Таким образом, устанавливается разница в длине между расстоянием от первой антенны радиолокационного приемника RX1 до конечного положения, а также от второй антенны радиолокационного приемника RX2 до конечного положения, т.е. длины b и с треугольника на фиг. 8b. Поскольку расстояние а между первой антенной RX1 и RX2 приемника радара известно, можно вычислить углы треугольника и тем самым определить конечное положение ствола дерева 117. В качестве примера, путем передачи результата конечного положения в блок управления 150 возможно управлять скоростью подачи подающими роликами так, чтобы скорость подачи замедлялась при приближении к конечному положению ствола дерева, таким образом, чтобы подача была не слишком быстрой, и ствол дерева выбрасывался из захватно-срезающего устройства 100. Фиг. 9 демонстрирует этапы способа 300 для определения длины ствола дерева. Способ включает передачу радиолокационного сигнала на ствол измеряемого дерева (S31), прием радиолокационного сигнала, отраженного, по меньшей мере, в первой и второй точках в ответ на переданный радиолокационный сигнал (S32), причем первая и вторая точки являются разными точками. Способ дополнительно включает определение характерных признаков участка ствола дерева, расположенного в первой точке (S33), идентификацию выявленных характерных признаков ствола дерева послеIn FIG. 8b shows the configuration of the common antenna of the TX transmitter and the two antennas of the radar receiver RX1, RX2. With this configuration, it is possible to calculate the location on the trunk of the tree from where the signal originates by triangulating in the same way as is done in the case of a common TX transmitter antenna, as described above in the example of FIG. 6b. In another example, it is also possible to determine where in the longitudinal direction the end point 117 of the tree trunk, for example, the root, actually lies. The phase difference between the signal received by the first antenna of the radar receiver RX1 and the signal received by the second antenna of the radar receiver RX2 is determined. Thus, the difference in length between the distance from the first antenna of the radar receiver RX1 to the end position and from the second antenna of the radar receiver RX2 to the end position, i.e. of length b and c of the triangle in Fig. 8b. Since the distance a between the first antenna RX1 and RX2 of the radar receiver is known, the angles of the triangle can be calculated and thereby the end position of the tree trunk 117 can be determined. feed was slowed down when approaching the end position of the tree trunk, so that the feed was not too fast, and the tree trunk was thrown out of the grapple-cutting device 100. FIG. 9 shows the steps of a method 300 for determining the length of a tree trunk. The method includes transmitting a radar signal to the trunk of the tree being measured (S31), receiving a radar signal reflected at least at the first and second points in response to the transmitted radar signal (S32), wherein the first and second points are different points. The method further includes determining the features of the tree trunk section located at the first point (S33), identifying the detected features of the tree trunk after

--

Claims

moving the section of the tree trunk to the second point (S34), on the basis of which the length of the tree trunk is determined (S35).

CLAIM

1. Grab-cutting device (100) of a logging machine (110), in which the gripping-cutting device contains at least one cutting device (102), at least two feed rollers (101) and a radar device (103), characterized in that the radar device (103) contains at least one radar transmitter antenna configured to transmit a signal to the trunk of the tree being measured, at least two radar receiver antennas configured to receive a radar signal that is reflected at least in the first (114 ) and at a second point (115) in response to a transmitted radar signal, wherein the first and second points are in different locations, and also includes a device for receiving tree trunk parameters (160) based on the signal(s) reflected at the first ( 114) and the second points (115), while the device for receiving tree trunk parameters is configured to determine the character identifying the identified characteristic features of the tree trunk after moving the tree trunk section to the second point, on the basis of which the length of the tree trunk is determined.

2. The gripping and shearing device (100) according to claim 1, characterized in that at least one radar transmitter antenna comprises first and second radar transmitter antennas, and at least two radar receiver antennas comprise first and second radar receiver antennas, with wherein the first antenna of the radar receiver is configured to receive the reflected signal from the first antenna of the radar transmitter reflected at the first point, and the second antenna of the radar receiver is configured to receive the reflected signal from the second antenna of the radar transmitter reflected at the second point.

3. The gripping and shearing device (100) according to claim 2, characterized in that the distance between the first radar transmitter antenna and the first radar receiver antenna is equal to the distance between the second radar transmitter antenna and the second radar receiver antenna.

4. The gripper-cutting device (100) according to claim 2 or 3, characterized in that the angle between the first radar transmitter antenna and the first radar receiver antenna is equal to the angle between the second radar transmitter antenna and the second radar receiver antenna.

5. The gripping and shearing device (100) according to claim 1, characterized in that at least two radar receiver antennas contain first and second receiving antennas, each of which is configured to receive a reflected signal from the same radar transmitter antenna.

6. The gripping and shearing device (100) according to claim 5, characterized in that the distance from a point on the tree trunk to at least two receiving antennas is determined by the time-of-flight method.

7. The gripper-cutting device (100) according to claim 5, characterized in that the end position (117) of the tree trunk is determined by the time-of-flight method.

8. The gripping and shearing device (100) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the reflected signal received in response to the transmitted signal refers to a frequency.

9. The gripping and shearing device (100) according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the reflected signal received in response to the transmitted signal refers to a phase difference.

10. The gripping and shearing device (100) according to any one of claims 1 to 9, characterized in that at least one radar transmitter antenna and at least two radar receiver antennas are located almost perpendicular to the longitudinal direction of the measured tree trunk.

11. The gripping and cutting device (100) according to any one of claims 1 to 10, further comprising a motor (106) designed to drive at least one cutting device (102), and at least one motor (107), designed to drive the feed rollers (101).

12. Grab-cutting device of a logging machine (110), in which the gripping-cutting device contains at least one cutting device (102), at least two feed rollers (101) and a radar device (103), characterized in that the radar device ( 103) contains at least one radar transmitter antenna configured to transmit a signal to the trunk of the tree being measured, at least one radar receiver antenna configured to receive a radar signal reflected from the tree trunk, and a device for receiving parameters (160) of the trunk tree based on signals reflected from the tree trunk, with at least one radar antenna

-