【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及工况模拟设备，具体涉及一种农业机器人底盘田间场景工况模拟设备及使用方法。
技术介绍
1、农业机器人技术逐渐在农业机械领域得到应用，智能导航算法测试验证仍然依赖于田间试验，受到作物生长季节、测试地形、土壤属性、驾驶熟练度等不确定因素的影响，在田间试验重复性差，试验精度、可信度难以保证，导致产品设计研发周期长，因此亟需设计一种农业机器人底盘田间场景工况模拟设备及使用方法，以便在室内即可完成装备的自动驾驶系统、线控底盘、作业装备等多个子系统的特性分析验证，将会加速关键技术攻关、提高装备质量，借助农业机器人底盘田间场景工况模拟设备，保证农业机器人具达到预期可靠性水平，在室内台架上完成控制系统性能的分析，找出其故障原因和薄弱环节，采取相应的对策，可以达到缩短产品研发周期、节省研发成本目的。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：通过室内测试即可完成控制系统性能的分析，找出其故障原因和薄弱环节，采取相应的对策，可以达到缩短产品研发周期、节省研发成本目的。
2、本专利技术要解决技术问题而采取的技术方案为：一种农业机器人底盘田间场景工况模拟设备，包括：包括：座体、控制中心、轮腿组件、转向加载组件、行走加载组件、地面接触加载组件、油源动力组件以及田间场景及工况数据录制与回放组件；
3、所述座体上设置有架体以及安装板，所述架体上设置有阻尼可调减震器，所述架体上活动连接有固定臂，所述阻尼可调减震器与固定臂活动连接；
4、所述轮腿组件包括转向轴、
5、所述转向加载组件包括转角传感器、转向加载油缸以及转向加载悬臂，所述转角传感器设置于转向轴顶部，所述转向加载油缸设置于固定臂侧面，所述转向加载悬臂一端设置于车轮支架上，所述转向加载油缸输出端与转向加载悬臂另一端连接；
6、所述行走加载组件设置于安装板上，所述行走加载组件输出端与车轮驱动连接用于对车轮施加行走加载作用力；
7、所述地面接触加载组件位于车轮下方且与车轮接触用于对车轮施加地面接触加载作用力；
8、所述控制中心与油源动力组件相互配合用于对行走马达、转向油缸、转向加载油缸、行走加载组件以及地面接触加载组件提供动力输出且对动力输出进行控制；
9、所述田间场景及工况数据录制与回放组件用于进行田间场景及工况录制并进行回放，所述田间场景及工况数据录制与回放组件与控制中心通过交换机在同一局域网内进行数据交换。
10、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述田间场景及工况数据录制与回放组件包括机器人，所述机器人包括四个车轮轮体转速传感器、四个转向角度传感器、一个深度相机、一个惯性姿态测量单元、一个多线激光雷达传感器、一个定位定向终端、一台高性能计算处理中心，四个所述车轮轮体转速传感器分别安装在机器人的四个车轮轮体转轴上用于实时测量田间行走过程中车轮轮体的转速数据，四个所述转向角度传感器安装在机器人的四个车轮轮体转向轴上用于实时测量田间行走过程中车轮轮体的转向角度数据，所述深度相机和多线激光雷达传感器集中安装在一位置点，所述位置点位于机器人车头的上前方并且位于车身纵向对称平面上，所述惯性姿态测量单元安装在机器人底盘车架中心位置，所述多线激光雷达传感器采集作业场景的三维点云数据，所述深度相机采集前进方向的图像信息，所述惯性姿态测量单元采集农业机器人中心点的姿态角，传感器数据的实时采集以及图像与点云配准在所述高性能计算处理中心上实现，所述定位定向终端带有两个gps天线，且呈一前一后布局安装于所述机器人的车顶上，所述定位定向终端采集机器人的位置信息和航向角，进行数据采集采用的软件基于ros机器人操作系统开发，录制的数据保存为bag文件类型。
11、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述行走加载组件包括行走加载马达、行走传感器组件，所述安装板上设置有行走加载支架以及传感器支架，所述行走加载马达设置于行走加载支架上，所述行走传感器组件设置于传感器支架上，所述行走加载马达输出端连接有第一十字万向节，所述第一十字万向节与行走传感器组件连接，所述行走传感器组件连接有第二十字万向节，所述第二十字万向节连接有电磁伸缩联轴器，所述电磁伸缩联轴器连接有第三十字万向节，所述第三十字万向节与车轮中心点固定连接，所述油源动力组件与行走加载马达连接。
12、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述行走传感器组件包括行走扭矩传感器以及转速传感器，所述转速传感器套装于行走扭矩传感器上，所述第一十字万向节与行走扭矩传感器端部连接，所述行走扭矩传感器内设置有传感器旋转轴，所述传感器旋转轴延伸至行走扭矩传感器外端部与第二十字万向节连接，所述电磁伸缩联轴器包括伸缩滑套以及伸缩异形轴，所述伸缩异形轴设置于伸缩滑套内，所述伸缩滑套与第二十字万向节连接，所述伸缩异形轴与第三十字万向节连接。
13、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述地面接触加载组件包括地面接触力加载油缸，地面接触力加载油缸输出端上设置有力传感器，所述力传感器上设置有接触圆盘，所述接触圆盘位于车轮下方且与车轮接触，所述油源动力组件与地面接触力加载油缸连接。
14、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述地面接触加载组件还包括位移传感器，所述位移传感器位于伸缩异形轴通过第三十字万向节与车轮连接位置下方。
15、一种利用上述农业机器人底盘田间场景工况模拟设备进行底盘运动模拟的使用方法，包括如下步骤：
16、s1：借助所述机器人，在四个所述车轮轮体转速传感器、四个转向角度传感器、一个深度相机、一个惯性姿态测量单元、一个多线激光雷达传感器、一个定位定向终端以及一台高性能计算处理中心的作用下进行田间场景及工况数据录制，并借助所述高性能计算处理中心进行数据室内回放，完成农田三维场景建图；
17、s2：借助所述控制中心，通过所述轮腿组件、转向加载组件、行走加载组件、地面接触加载组件以及油源动力组件进行田间场景及工况室内模拟；
18、s3：工作人员将获取的信息与车轮转向扭矩信息、车轮扭矩信息、期望速度以及期望转向角进行对比分析，对所述控制中心进行操作，调整控制所述车轮转向以及转速的控制增益系数，以使所述轮腿组件满足要求。
19、利用上述农业机器人底盘田间场景工况模拟设备进行底盘运动模拟的使用方法，所述s1中具体包括如下步骤：
20、s1.1：以所述机器人底盘中心为坐标原点测量各个传感器到坐标原点的距离，在ros系统中发布每个传感器到底盘坐标原点的坐标变换矩阵；
21、s1.2：所述高性能计算处理中心包括工控机一，启动工控机一上的所有传感器的驱动程序和数据采集程序，以10hz的频率采集每个传感器的数据，以bag文件格本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种农业机器人底盘田间场景工况模拟设备，包括：座体(1)、控制中心、轮腿组件、转向加载组件、行走加载组件、地面接触加载组件、油源动力组件以及田间场景及工况数据录制与回放组件，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种农业机器人底盘田间场景工况模拟设备，其特征在于：所述田间场景及工况数据录制与回放组件包括机器人，所述机器人包括四个车轮轮体转速传感器、四个转向角度传感器、一个深度相机、一个惯性姿态测量单元、一个多线激光雷达传感器、一个定位定向终端、一台高性能计算处理中心，四个所述车轮轮体转速传感器分别安装在机器人的四个车轮轮体转轴上用于实时测量田间行走过程中车轮轮体的转速数据，四个所述转向角度传感器安装在机器人的四个车轮轮体转向轴上用于实时测量田间行走过程中车轮轮体的转向角度数据，所述深度相机和多线激光雷达传感器集中安装在一位置点，所述位置点位于机器人车头的上前方并且位于车身纵向对称平面上，所述惯性姿态测量单元安装在机器人底盘车架中心位置，所述多线激光雷达传感器采集作业场景的三维点云数据，所述深度相机采集前进方向的图像信息，所述惯性姿态测量单元采集农业机器人中心点的姿
3.根据权利要求1所述的一种农业机器人底盘田间场景工况模拟设备，其特征在于：所述行走加载组件包括行走加载马达(18)、行走传感器组件，所述安装板(3)上设置有行走加载支架(4)以及传感器支架(5)，所述行走加载马达(18)设置于行走加载支架(4)上，所述行走传感器组件设置于传感器支架(5)上，所述行走加载马达(18)输出端连接有第一十字万向节(19)，所述第一十字万向节(19)与行走传感器组件连接，所述行走传感器组件连接有第二十字万向节(22)，所述第二十字万向节(22)连接有电磁伸缩联轴器，所述电磁伸缩联轴器连接有第三十字万向节(25)，所述第三十字万向节(25)与车轮(12)中心点固定连接，所述油源动力组件与行走加载马达(18)连接。
4.根据权利要求3所述的一种农业机器人底盘田间场景工况模拟设备，其特征在于：所述行走传感器组件包括行走扭矩传感器(20)以及转速传感器(21)，所述转速传感器(21)套装于行走扭矩传感器(20)上，所述第一十字万向节(19)与行走扭矩传感器(20)端部连接，所述行走扭矩传感器(20)内设置有传感器旋转轴，所述传感器旋转轴延伸至行走扭矩传感器(20)外端部与第二十字万向节(22)连接，所述电磁伸缩联轴器包括伸缩滑套(23)以及伸缩异形轴(24)，所述伸缩异形轴(24)设置于伸缩滑套(23)内，所述伸缩滑套(23)与第二十字万向节(22)连接，所述伸缩异形轴(24)与第三十字万向节(25)连接。
5.根据权利要求1所述的一种农业机器人底盘田间场景工况模拟设备，其特征在于：所述地面接触加载组件包括地面接触力加载油缸(27)，地面接触力加载油缸(27)输出端上设置有力传感器(28)，所述力传感器(28)上设置有接触圆盘(29)，所述接触圆盘(29)位于车轮(12)下方且与车轮(12)接触，所述油源动力组件与地面接触力加载油缸(27)连接。
6.根据权利要求6所述的一种农业机器人底盘田间场景工况模拟设备，其特征在于：所述地面接触加载组件还包括位移传感器(26)，所述位移传感器(26)位于伸缩异形轴(24)通过第三十字万向节(25)与车轮(12)连接位置下方。
7.一种利用如权利要求1-6任意一项所述的农业机器人底盘田间场景工况模拟设备进行底盘运动模拟的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的农业机器人底盘田间场景工况模拟设备进行底盘运动模拟的使用方法，其特征在于，所述S1中具体包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的农业机器人底盘田间场景工况模拟设备进行底盘运动模拟的使用方法，其特征在于，所述S2中具体包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的农业机器人底盘田间场景工况模拟设备进行底盘运动模拟的使用方法，其特征在于，所述S2.1中具体包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种农业机器人底盘田间场景工况模拟设备，包括：座体(1)、控制中心、轮腿组件、转向加载组件、行走加载组件、地面接触加载组件、油源动力组件以及田间场景及工况数据录制与回放组件，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种农业机器人底盘田间场景工况模拟设备，其特征在于：所述田间场景及工况数据录制与回放组件包括机器人，所述机器人包括四个车轮轮体转速传感器、四个转向角度传感器、一个深度相机、一个惯性姿态测量单元、一个多线激光雷达传感器、一个定位定向终端、一台高性能计算处理中心，四个所述车轮轮体转速传感器分别安装在机器人的四个车轮轮体转轴上用于实时测量田间行走过程中车轮轮体的转速数据，四个所述转向角度传感器安装在机器人的四个车轮轮体转向轴上用于实时测量田间行走过程中车轮轮体的转向角度数据，所述深度相机和多线激光雷达传感器集中安装在一位置点，所述位置点位于机器人车头的上前方并且位于车身纵向对称平面上，所述惯性姿态测量单元安装在机器人底盘车架中心位置，所述多线激光雷达传感器采集作业场景的三维点云数据，所述深度相机采集前进方向的图像信息，所述惯性姿态测量单元采集农业机器人中心点的姿态角，传感器数据的实时采集以及图像与点云配准在所述高性能计算处理中心上实现，所述定位定向终端带有两个gps天线，且呈一前一后布局安装于所述机器人的车顶上，所述定位定向终端采集机器人的位置信息和航向角，进行数据采集采用的软件基于ros机器人操作系统开发，录制的数据保存为bag文件类型。
3.根据权利要求1所述的一种农业机器人底盘田间场景工况模拟设备，其特征在于：所述行走加载组件包括行走加载马达(18)、行走传感器组件，所述安装板(3)上设置有行走加载支架(4)以及传感器支架(5)，所述行走加载马达(18)设置于行走加载支架(4)上，所述行走传感器组件设置于传感器支架(5)上，所述行走加载马达(18)输出端连接有第一十字万向节(19)，所述第一十字万向节(19)与行走传感器组件连接，所述行走传感器组件连接有第二十字万向节(22)，所述第二十字万向节(22)连接有电磁伸缩联轴器，所述电磁伸缩联轴器连接有第三十字万向节(25)，所述第三十字万向节...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔龙飞，薛新宇，乐飞翔，孙涛，丁素明，张宋超，陈晨，金永奎，徐阳，孙竹，周晴晴，蔡晨，顾伟，孔伟，焦雨轩，王宝坤，张毅，
申请(专利权)人：农业农村部南京农业机械化研究所，
类型：发明
国别省市：
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