[发明专利]作物生长传感器车载自平衡方法及装置

说明书

一种作物生长传感器自平衡装置，包括单摆齿轮阻尼系统、单摆非圆齿轮阻尼系统、单摆齿轮驱动系统和控制组件，所述作物生长传感器自平衡装置通过固定板7可将装置安装于拖拉机机架上，第一齿轮1、第二齿轮2、第三齿轮4与第四齿轮5构成单摆齿轮阻尼系统，非圆齿轮10与非圆齿轮11构成单摆非圆齿轮阻尼系统，用于抑制拖拉机倾斜的影响。一种作物生长传感器自平衡方法，对采用运动学和动力学分析，通过数值模拟、实验分析方法找出作物生长传感器自平衡装置在不同激励下的响应模型。本发明的作物生长传感器车载自平衡装置，可提高作物长势传感器监测信息的准确性，避免由于拖拉机倾斜引起的作物长势传感器监测效果差的问题。

技术领域

本发明涉及精准农业领域，具体涉及一种作物生长传感器车载自平衡方法及装置。

背景技术

精准农业是当今世界农业发展的新潮流，其原理是按田间每一操作单元的具体条件，精细准确地调整各项土壤和作物管理措施，最大限度地优化各项农业投入，以获取最高产量和最大经济效益，同时保护农业生态环境，以保持农业资源的高效利用与农业产业的持续发展。

其中由于农田信息受自然条件影响大，时空变异性强，实时采集难度高，且直接进行田间大量信息采集和处理耗资费时，因而农田信息实时采集设备和技术的研究开发已成为精准农业领域的研究重点和难点。在精准农业领域，获取地面农作物生长信息时，用于测量的传感器与地面相对位置有严格的要求，搭载传感器的信息采集车常在田间比较狭窄、路面不平、环境复杂的情况下工作，会影响传感器的采集精度。因此为提高传感器信息采集的准确性，需减少并消除地面不平整等原因对传感器产生的影响。由于拖拉机在田间行走时，会发生倾斜现象，而当作物长势传感器要求垂直于作物表面，当产生倾斜时会影响到作物长势传感器的测量精度。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述问题，提供一种作物生长传感器车载自平衡方法及装置，以减小拖拉机在田间行走时产生的倾斜对传感器的影响，提高作物传感器的实时信息采集精度。

本发明的技术方案是：

一种作物生长传感器自平衡装置，包括单摆齿轮阻尼系统、单摆非圆齿轮阻尼系统、单摆齿轮驱动系统和控制组件，所述作物生长传感器自平衡装置通过固定板可将装置安装于拖拉机机架上，第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮与第四齿轮构成单摆齿轮阻尼系统，非圆齿轮与非圆齿轮构成单摆非圆齿轮阻尼系统，用于抑制拖拉机倾斜的影响，由第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮与第四齿轮构成单摆齿轮阻尼系统安装在支架上，第三齿轮与第四齿轮均通过带轴承的轴销安装在固定板上，非圆齿轮与非圆齿轮构分别通过带轴承的第一轴销、带轴承的第二轴销安装在支架上，作物长势传感器安装在位置可调板上，陀螺仪检测作物长势传感器的姿态信息，按照预定的目标将控制信号作用于单摆齿轮副以及由第一无刷电机驱动器、第二无刷电机驱动器和第三无刷电机驱动器构成的单摆齿轮驱动系统，目标控制信号依据激励响应模型采用PID控制策略，从而实现作物长势传感器的平衡稳定状态的闭环控制，所述控制组件包括处理器和陀螺仪，所述陀螺仪检测作物长势传感器的姿态信息，所述处理器根据作物长势传感器姿态信息控制所述，所述无刷电机驱动器组件控制单摆齿轮传动系统驱动所述机架组件对作物长势传感器进行姿态调整以保证作物长势传感器始终与所监测的作物保持一定的角度范围。

采用单摆齿轮副系统作为作物生长传感器自平衡装置的阻尼系统以及传动系统。

一种作物生长传感器自平衡方法，其特征在于包括以下步骤：

对采用运动学和动力学分析，通过数值模拟、实验分析方法找出作物生长传感器自平衡装置在不同激励下的响应模型。单摆齿轮齿轮啮合力F_n、啮合点与铰接点的长度L以及传感器重量m都与响应模型相关，其关系为：

式中，A、为常数，决定于单摆齿轮的初始状态，f(t)为所加的激励。