基于动力底盘IMU积分的水田硬底层形貌测试方法与系统技术方案

基于动力底盘IMU积分的水田硬底层形貌测试方法与系统，涉及农机设备领域。通过车体在水田上的行驶参数获得，所述方法包括：设定车体的测试路径，并建立以车体结构为基础的参考坐标系，测量车体在行驶中的物理参数，至少包括车体的俯仰角变化量和沿行驶方向的加速度a；以动力底盘底面与xy平面的夹角为俯仰角基于俯仰角变化量和加速度a以及采样间隔ΔT＝T

【技术实现步骤摘要】
基于动力底盘IMU积分的水田硬底层形貌测试方法与系统


[0001]本专利技术涉及农机设备领域，具体涉及一种基于动力底盘IMU积分的水田硬底层形貌测试方法与系统。

技术介绍

[0002]我国水田土壤面积约占耕地总面积的25％，水田土壤作业的机械化在我国农业现代化中占有举足轻重的地位。水田土壤一般指种植水稻的土壤。水稻田长期种植水稻，水稻残根、残株深入土壤分解形成有机质，再经物理化学作用、沉积作用、季节性的干湿交替过程，土壤自然的形成层次。水稻田层次一般可分别为有水层、土浆层、耕作层及硬底层。硬底层的物理形貌对于该层的承压性能、剪切性能有重要影响。这些影响有可能导致动力底盘滚动阻力明显增大、严重侧倾和深陷等问题。因此为保证水田农用机械装备安全、稳定、高效的工作，必须解决水田土壤硬底层物理形貌的测试和分析问题。
[0003]目前水田硬底层测试技术不足表现在如下几个方面：(1)采用现有其他测试设备时，其测量结果与车体自身在实际应用时会存在一定程度的差别，产生测试误差；(2)而传统的与水田土壤接触式的测试系统会增加额外的大尺寸(相对与一般的传感芯片尺寸而言)传感构件，如滚动轮、链接杆等，这些传感构件需要专门设计并在底盘固定位置安装，这对农机农具的安装和正常工作构成一定影响。同时这些传感构件在水田泥浆、稻茬混合物的恶劣工作环境中容易形成泥土等杂物堆积从而影响测试精度甚至无法工作。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在克服上述现有技术的至少一种不足，提供一种基于动力底盘IMU积分的水田硬底层形貌测试方法与系统，以能够在动力底盘实际工作状况下测试硬底层形貌，减小测试环境和实际使用环境差异造成的测试误差，且无需进一步安装大型传感构件，不影响农机车体的主体功能。
[0005]本专利技术采取的技术方案是，基于动力底盘IMU积分的水田硬底层形貌测试方法与系统，通过车体在水田上的行驶参数获得，所述方法包括：
[0006]使车体行驶至水田的某一初始位置；
[0007]设定车体的测试路径，并建立以车体结构为基础的参考坐标系，包括：所述车体包括动力底盘和转向轮；所述参考坐标系包括：以转向轮与水田硬底层接触的印迹点为原点，定义车体的行驶方向为y轴，y轴所在的水平面为xy平面；
[0008]测量车体在行驶中的物理参数，至少包括车体的俯仰角变化量和沿行驶方向的加速度a；以动力底盘底面与xy平面的夹角为俯仰角
[0009]基于俯仰角变化量和加速度a以及采样间隔ΔT＝T
k
‑
T
k
‑1，ΔT>1ms，建立俯仰角拟合函数
[0010]计算车体的行驶位移变化量并基于俯仰角
拟合函数计算每个采样间隔ΔT对应的高度变化量
[0011]绘制水田硬底层形貌信息的图形。
[0012]优选的，测量车体在行驶中的物理参数，至少包括车体的俯仰角变化量和加速度a，包括：
[0013]设定某一采样间隔ΔT，启动车体，测量每个采样间隔内的俯仰角变化量和加速度a。
[0014]优选的，建立俯仰角拟合函数包括：
[0015]基于俯仰角变化量和加速度a以及采样间隔ΔT＝T
k
‑
T
k
‑1，以线性拟合方法建立为采样间隔中车辆运动矢量的俯仰角拟合函数。
[0016]优选的，测试路径为直线路径。
[0017]优选的，ΔT>1ms。
[0018]一种测试系统，基于所述的水田硬底层形貌测试方法，设有：
[0019]参数模块，连接车体，用于测量车体在行驶中的物理参数，至少包括车体的俯仰角变化量和加速度a以及初始俯仰角
[0020]递推模块，连接参数模块，基于俯仰角变化量和加速度a以及采样间隔ΔT＝T
k
‑
T
k
‑1，ΔT>1ms，用于计算车体的行驶位移变化量并基于推导的俯仰角拟合函数计算每个采样间隔ΔT对应的高度变化量控制模块，连接递推模块和参数模块，基于所述高度值Δh
k
和位移变化量S，绘制水田硬底层形貌图。
[0021]优选的，所述控制模块设有图形单元，用于显示所述水田硬底层形貌图。
[0022]优选的，参数模块包括用于传感且安装于转向轮轴心位置上的电子陀螺仪，电子陀螺仪用于测量动力底盘底面的俯仰角变化量
[0023]优选的，参数模块包括北斗天线，北斗天线用于测量位移变化量S
k
。
[0024]本专利技术中，该方法的实施仅仅需要两个参数——俯仰角和加速度，这两种参数的获取不需要额外或其他的测量设备，可以是两个独立或是集成一体的芯片电路安装于现有的农机车体上，拆装简单方便，价格低廉，而且通用性好；其中，本方法或本专利技术的构成思路是以转向轮与水田硬底层接触印迹中心为研究对象，以转向轮轴心为测试基点，仅安装IMU测试芯片就可以实现硬底层形貌的测量，极大的降低了系统的安装复杂性和成本，因此拆装方便，价格低廉，而且通用性好。该系统能够在动力底盘实际工作状况下测试硬底层形貌，减小测试环境和实际使用环境差异造成的测试误差。该系统无需在底盘安装与水田土壤接触的传感构件，同时测试系统不影响其它农具的安装和正常工作。
[0025]优选的，设有保护罩，固定于电子陀螺仪和北斗模块外侧。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0027]1)本专利技术的创新点是所提出的测试系统能够仅安装IMU测试芯片就可以实现硬底层形貌的测量，拆装简单方便，价格低廉，而且通用性好。在底盘实际工作过程中测试水田
硬底层形貌，减小测试环境与实际工作环境的差别带来的测试误差。无需在底盘安装与水田接触的传感构件的条件下获得水田硬底层的形貌。本专利技术的构成思路是以动力底盘转向轮与水田硬底层接地印迹中心为研究对象，以转向轮轴心为测试基点，采用简单、低成本的IMU测试与积分计算模型相结合的方法辨识水田硬底层形貌，拆装方便，价格低廉，通用性好。
[0028]2)本专利技术与现有技术相比采用传感部件与水田土壤非接触方式进行测量，仅需在转向轮轴中心安装小尺寸的集成电路模块传感部件，无需增加额外的大尺寸(相对与芯片尺寸而言)传感构件并且不会产生泥土、稻茬等杂物堆积问题，不影响农具的安装和正常工作。
附图说明
[0029]图1为本专利技术的结构图。
[0030]图2为本专利技术的参考坐标系的结构图。
[0031]图3为本专利技术的流程图。
[0032]图中，车体100，控制模块110，动力底盘120，转向轮130，印迹点131，轴心132，电子陀螺仪140，硬底层210。
具体实施方式
[0033]为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳的实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于动力底盘IMU积分的水田硬底层形貌测试方法，通过车体在水田上的行驶参数获得，其特征在于，所述方法包括：使车体行驶至水田的某一初始位置；设定车体的测试路径，并建立以车体结构为基础的参考坐标系，包括：所述车体包括动力底盘和转向轮；所述参考坐标系包括：以转向轮与水田硬底层接触的印迹点为原点，定义车体的行驶方向为y轴，y轴所在的水平面为xy平面；测量车体在行驶中的物理参数，至少包括车体的俯仰角变化量和沿行驶方向的加速度a；以动力底盘底面与xy平面的夹角为俯仰角基于俯仰角变化量和加速度a以及采样间隔ΔT＝T
k
‑
T
k
‑1，ΔT>1ms，建立俯仰角拟合函数计算车体的行驶位移变化量并基于俯仰角拟合函数计算每个采样间隔ΔT对应的高度变化量绘制水田硬底层形貌信息的图形。2.根据权利要求1所述的基于动力底盘IMU积分的水田硬底层形貌测试方法，其特征在于，测量车体在行驶中的物理参数，至少包括车体的俯仰角变化量和加速度a，包括：设定某一采样间隔ΔT，启动车体，测量每个采样间隔内的俯仰角变化量和加速度a。3.根据权利要求1所述的水田硬底层形貌测试方法，其特征在于，建立俯仰角拟合函数包括：基于俯仰角变化量和加速度a以及采样间隔ΔT＝T
k
‑
T
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‑1，以线性拟合方法建立，以线性拟合方法建立为采样间隔中车辆运动矢量的俯仰角拟合函数。...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾维卿，何剑飞，王在满，张明华，杨文武，马一帆，陈锡润，钟沛钊，曾志浩，钟文能，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：