[发明专利]一种大豆籽粒几何建模方法

说明书

本发明公开一种大豆籽粒几何建模方法，包括：步骤一、选取待建模品种的多个大豆籽粒，分别检测每个大豆籽粒的特征尺寸，并分别计算每个大豆籽粒的球形率φ_i，得到待建模品种的平均球形率；步骤二、将大豆籽粒的球形率范围区间等分为球形率由大变小的第一球形率变化区间、第二球形率变化区间和第三球形率变化区间；步骤三、判定所述平均球形率的所属的区间范围，本发明通过检测大豆籽粒的特征尺寸计算得到待建模籽粒的球形率，并根据球形率所在范围区间确定填充模型，在保证填充精度的前提下，填充球数目少，能够提高仿真计算效率。

技术领域

本发明涉及大豆籽粒数学建模分析领域，尤其涉及一种大豆籽粒几何建模方法。

背景技术

大豆、红豆、绿豆、等农业经济作物，在国内大部分地区广泛种植，在农作物的播种收获时需要利用许多相关的农械设备，为了研究大豆籽粒与机械部件之间的相互作用、优化机械部件结构参数及工作参数，建立恰当的大豆籽粒模型是十分必要的。大豆籽粒建模方法主要有椭球近似法、超球近似法和多面体近似法，由于算法的复杂性，在利用上述方法进行仿真计算时，颗粒之间的接触计算及其求解过程需要消耗较长的时间。多球组合建模方法是指利用多个球体充填来实现对大豆籽粒的建模，但是对于大豆籽粒如何填充球，填充球尺寸、坐标以及填充球数目等需要深入研究。

发明内容

本发明设计开发了一种大豆籽粒几何建模方法，通过检测大豆籽粒的特征尺寸计算得到待建模籽粒的球形率，并根据球形率所在范围区间确定填充模型，在保证填充精度的前提下，填充球数目少，能够提高仿真计算效率。

本发明提供的技术方案为：

一种大豆籽粒几何建模方法，包括：

步骤一、选取待建模品种的多个大豆籽粒，分别检测每个大豆籽粒的特征尺寸，并分别计算每个大豆籽粒的球形率，得到待建模品种的平均球形率；

步骤二、将大豆籽粒的球形率范围区间等分为球形率由大变小的第一球形率变化区间、第二球形率变化区间和第三球形率变化区间；

步骤三、判定所述平均球形率的所属的区间范围；

若所述平均球形率位于所述第一球形率变化区间，进行五球填充组合建模；

若所述平均球形率位于所述第二球形率变化区间，进行九球填充组合建模；

若所述平均球形率位于所述第三球形率变化区间，进行十三球填充组合建模。

优选的是，所述球形率的计算公式为：

其中，以大豆籽粒的几何中心为坐标原点，建立笛卡尔三维坐标系；所述几何中心指向种脐的方向为y轴，所述几何中心沿与种脐长度平行的方向为z轴，所述几何中心沿与种脐宽度平行的方向为x轴；

式中，φ_i为第i个大豆籽粒的球形率，L_i为第i个大豆籽粒在z轴方向上的长度，W_i为第i个大豆籽粒在y轴方向上的长度，T_i为第i个大豆籽粒在x轴方向上的长度，i＝1,2…n，n为农作物籽粒样本个数。

优选的是，所述步骤三中的五球填充组合建模过程为：

以所述几何中心的坐标原点(0,0,0)为圆心，在所述大豆籽粒模型内填充半径为的第一球O₁；在所述大豆籽粒模型的z轴方向上填充关于x轴对称的第二球O₂和第三球O₃，在所述大豆籽粒模型的y轴方向上填充关于x轴对称的第四球O₄和第五球O₅。

优选的是，

所述第二球O₂的圆心点坐标为半径为