动力底盘定位与俯仰角水田硬底层形貌测试方法与系统技术方案

动力底盘定位与俯仰角水田硬底层形貌测试方法，涉及农机设备领域。通过车体在水田上的行驶参数获得，其特征在于，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，测量物理参数，至少包括车体的俯仰角变化量和位移变化量S

【技术实现步骤摘要】
动力底盘定位与俯仰角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，具体涉及一种动力底盘定位与俯仰角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，提供一种动力底盘定位与俯仰角水田硬底层形貌测试方法、系统和装置，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，动力底盘定位与俯仰角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，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：所述车体结构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，参考车体行驶方向的水平向量为y轴，y轴所在的平面为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φ
k
和位移变化量S
k
；以动力底盘底面与xy平面的夹角为俯仰角φ；
[0009]基于俯仰角变化量φ
k
和位移变化量S
k
以及采样间隔ΔT＝T
k
‑
T
k
‑1，ΔT>1ms，建立俯仰角拟合函数g(φ
k
‑1,φ
k
)；
[0010]基于俯仰角拟合函数g(φ
k
‑1,φ
k
)，计算采样时刻上高度变化量Δh
k
＝S
k
tg[g(φ
k
‑1,φ
k
)]；
[0011]绘制对应于在该测试路径上的水田硬底层形貌信息的图形。
[0012]本专利技术中，该方法的实施仅仅需要两个参数——俯仰角和位移的测量，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，采用相对状态变化测试与递推计算模型相结合的方法通过辨识获得水田硬底层形貌。该测试方法能够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。
[0013]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φ
k
和位移变化量S
k
，包括：
[0014]设定某一采样间隔T，启动车体，测量每个采样间隔内的俯仰角变化量φ
k
和车体的位移变化量S
k
。
[0015]优选的，基于俯仰角拟合函数g(φ
k
‑1,φ
k
)的计算，包括：
[0016]初始测试时刻(T0)：获取坐标原点与转向轮轴心的垂向位移h0和初始俯仰角φ0；
[0017]第一测试时刻(T1)：计算第一测试时刻(T1)垂向位移的相对递推增量Δh1，计算公式为Δh1＝S1tg[g(φ0,φ1)]，其中g(φ0,φ1)为采样间隔中车辆运动矢量的俯仰角拟合函数，S1为第一测试时刻的位移增量；
[0018]第K测试时刻(T
k
)：计算第K测试时刻(T
k
)垂向位移的相对递推增量Δh
k
，计算公式为Δh
k
＝S
k
tg[g(φ
k
‑1,φ
k
)]，其中g(φ
k
‑1,φ
k
)为采样间隔中车辆运动矢量的俯仰角拟合函数，S
k
为第K测试时刻的位移增量。
[0019]优选的，建立俯仰角拟合函数g(φ
k
‑1,φ
k
)，包括：
[0020]基于俯仰角变化量φ
k
和位移变化量S
k
以及采样间隔ΔT＝T
k
‑
T
k
‑1，以线性拟合方法建立g(φ
k
‑1,φ
k
)，g(φ
k
‑1,φ
k
)为采样间隔中车辆运动矢量的俯仰角拟合函数。
[0021]优选的，g(φ
k
‑1,φ
k
)采用线性拟合。
[0022]优选的，测试路径为直线路径。
[0023]优选的，ΔT>1ms。
[0024]一种测试系统，基于所述的水田硬底层形貌测试方法，设有：
[0025]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φ
k
和位移变化量S
k
以及初始俯仰角φ0；递推模块，连接参数模块，基于俯仰角变化量φ
k
和位移变化量S
k
以及采样间隔ΔT＝T
k
‑
T
k
‑1，ΔT>1ms，用于建立俯仰角拟合函数g(φ
k
‑1,φ
k
)和采样时刻T
k
上高度变化量Δh
k
＝S
k
tg[g(φ
k
‑1,φ
k
)]控制模块，连接递推模块和参数模块，基于所述高度值Δh
k
和位移变化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.动力底盘定位与俯仰角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，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：所述车体结构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，参考车体行驶方向的水平向量为y轴，y轴所在的平面为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φ
k
和位移变化量S
k
，以动力底盘底面与xy平面的夹角为俯仰角φ；基于俯仰角变化量φ
k
和位移变化量S
k
以及采样间隔ΔT＝T
k
‑
T
k
‑1，建立俯仰角拟合函数g(φ
k
‑1,φ
k
)；基于俯仰角拟合函数g(φ
k
‑1,φ
k
)，计算采样时刻上高度变化量Δh
k
＝S
k
tg[g(φ
k
‑1,φ
k
)]；绘制对应于在该测试路径上的水田硬底层形貌信息的图形。2.根据权利要求1所述的动力底盘定位与俯仰角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φ
k
和位移变化量S
k
，包括：设定某一采样间隔T，启动车体，测量每个采样间隔内的俯仰角变化量φ
k
和车体的位移变化量S
k
。3.根据权利要求2所述的动力底盘定位与俯仰角水田硬底层形貌测试方法，其特征在于，基于俯仰角拟合函数g(φ
k
‑1,φ
k
)的计算，包括：初始测试时刻(T0)：获取坐标原点与转向轮轴心的垂向位移h0和初始俯仰角φ0；第一测试时刻(T1)：计算第一测试时刻(T1)垂向位移的相对递推增量Δh1，计算公式为其中g(φ0,φ1)为采样间隔中车辆运动矢量的俯仰角拟合函数，S1为第一测试时刻的位移增量；第K测试时刻(T
k
)：计算第K测试时刻(T
k
)垂向位移的相对递推增量Δh
k
，计算公式为其中g(φ
k
‑1,φ
k
)为采样间隔中车辆运动矢量的俯仰角拟合函数，S
k
为第K...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾维卿，王在满，何剑飞，杨文武，张明华，张而立，陈锡润，于东洋，李贵蓉，郭梓游，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：