[发明专利]基于双目图像采集的喷雾机喷杆动态特性测试系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，具体为一种基于双目图像采集的喷雾机喷杆动态特性测试系统及方法。

背景技术

喷杆喷雾机是大田植保作业过程中应用最广泛的机型，宽幅喷杆喷雾机对提高施药效率、减少作业过程中对农作物的损害具有积极作用。喷杆喷雾机田间作业过程中，由路面起伏产生的外部激励会导致喷杆结构产生滚转、摆动和振动等运动位移。喷杆动态特性直接影响喷雾沉积分布均匀性、喷杆结构使用寿命和田间作业安全性，是喷杆喷雾机设计生产、作业参数设定和维护保养的重要依据。通过测试田间作业过程中喷雾机喷杆结构动态特性可以确定喷杆结构运动轨迹及运动范围，为喷杆结构设计、喷杆悬架设计、喷雾机底盘设计和作业参数选择提供重要依据。

喷杆动态特性作为喷杆喷雾机的重要技术指标，精准、高效、实时测试喷雾机喷杆动态特性是喷杆喷雾机设计生产中的一项重要研究方向。目前传统的测试方法主要是接触式的三维传感器测试法，该方法通过采用大量位移传感器贴附喷杆结构本体，利用多通道信号处理器拟合喷杆动态特性，在喷杆结构运动过程中进行接触式测试，安全性差、使用成本高、测试范围局限。

发明内容

本发明的技术目的是提供一种可以改善现有技术不足的喷雾机喷杆动态特性测试系统及方法。

本发明的技术方案为：

一种基于双目图像采集的喷雾机喷杆动态特性测试系统，其特征在于，包括：

六自由度振动平台，其信号输入端与控制计算机连接，根据控制计算机输出的运动激励控制信号产生相应的振动；

刚性连接结构，用于将待测喷杆固定在六自由度振动平台上，使二者无法产生相对运动，同时将六自由度振动平台产生的振动传递到待测喷杆上；

双目图像采集装置，包括同步控制器和按共垂线方式布置的两台图像采集设备，两台图像采集设备设置在六自由度振动平台和待测喷杆的一侧，与所述同步控制器连接，所述同步控制器则与所述控制计算机连接，当控制计算机输出运动激励控制信号时，同步控制器即驱动两台图像采集设备同步采集喷杆的运动图像；

节点标记，设置在喷杆待测节点上，采用与图像采集背景和喷杆灰度相差大的颜色，使其在图像上的位置可被准确识别；

控制计算机，根据输入的农田路面振动谱向振动平台输出相应的运动激励控制信号；对两台图像采集设备采集的图像分别进行特征提取，提取所述节点标记在图像上的像素坐标，再结合图像采集设备的内、外参数，对各节点标记在不同时刻的空间坐标进行三维重构，对喷杆进行动态特性拟合。

在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：

所述图像采集设备优选采用1000～10000帧/秒的高速摄像机。

一种基于如上所述系统的喷雾机喷杆动态特性测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)安装待测喷杆，将待测喷杆中部通过可拆卸的连接件刚性固定在六自由度振动平台上；

2)设定喷杆的待测节点，在所述待测节点上布置与图像背景和喷杆灰度相差大的节点标记；

3)布置图像采集设备，将两台图像采集设备安装在六自由度振动平台和待测喷杆的一侧，使其一图像采集设备位于另一图像采集设备的正上方，且两台图像采集设备的摄像范围均能覆盖待测喷杆上的全部节点标记，采用标定板对两台图像采集设备的内、外参数进行标定；

4)输入运动激励，通过控制计算机根据农田路面振动谱向六自由度振动平台输出运动激励控制信号，使六自由度振动平台产生相应的振动，将振动传递到待测喷杆上；

5)图像采集，运动激励输入六自由度振动平台时，所述控制计算机通过同步控制器控制两台图像采集设备同步采集喷杆的运动图像；

6)三维重构，对两台图像采集设备采集的图像分别进行特征提取，提取所述节点标记在图像上的像素坐标，再结合步骤3)中标定的图像采集设备的内、外参数，对各节点标记在不同时刻的空间坐标进行三维重构，并获取节点标记的空间坐标矩阵；

7)动态特性拟合，对不同时刻的空间坐标矩阵进行解析，计算出喷杆横摆、侧倾和/或俯仰的运动参数，完成对喷杆动态特性的测试。

有益效果：

本发明测试系统及方法可以快速、精准地测试出喷雾机喷杆在不同田间作业时的动态特性，无需进行实地操作，具有非接触式操作、安全性高、真实还原度高的特点，工作效率高，适合推广使用。

附图说明

图1为喷雾机在田间作业的示意图；

图2为本发明系统的结构示意图；

图3为共垂线双目成像空间坐标系；