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原文传递一种基于多传感器融合的冠层分层孔隙率测量装置及测量方法

专利名称：	一种基于多传感器融合的冠层分层孔隙率测量装置及测量方法
摘要：	本发明涉及一种基于多传感器融合的冠层分层孔隙率测量装置及测量方法，包括机架、上层调整机构、下层调整机构、测距机构、切割机构、行走机构和控制系统组成。上层调整机构和测距机构用于在测量区域提供精确的平面运动，并测量冠层枝叶的距离和图像信息；下层调整机构和切割机构用于在测量区域切割上层冠层枝叶；行走机构用于测量装置的行走；控制系统用于控制传感器信息采集与运动控制。本发明能够实现植株冠层分层孔隙率的多种传感信息的高效测量，具有同时采集多重信息，测量时间短，自动化作业程度高的优点。
专利类型：	发明专利
申请人：	山东农业大学
发明人：	刘雪美;蔡本广;苑进;贠莹莹;刘兴华;李扬
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T10:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T01:00:00+0805
申请号：	CN202010084070.5
公开号：	CN111089829A
分类号：	G01N15/08;G;G01;G01N;G01N15;G01N15/08
申请人地址：	271018 山东省泰安市岱宗大街61号
主权项：	1.一种基于多传感器融合的冠层分层孔隙率测量装置，其特征在于：包括机架、上层调整机构、下层调整机构、测距机构、切割机构、行走机构和控制系统组成；所述的上层调整机构包括上层X-方向直线导轨模组、上层Y-方向直线导轨模组；所述的上层X-方向直线导轨模组通过螺栓固定在机架X方向上两横梁的上表面；所述的上层Y-方向直线导轨模组通过螺栓固定在上层X-方向直线导轨模组滑块的上表面，并与上层X-方向直线导轨模组保持垂直。上层调整机构可带动测距机构实现二维平面的移动；所述的下层调整机构包括下层X-方向直线导轨模组、下层Y-方向直线导轨模组、Z-方向直线导轨模组；所述的下层X-方向直线导轨模组通过螺栓固定在机架X方向上两横梁的上表面，两横粱通过螺栓固定在前后两个滑杆上，随Z-方向直线导轨模组滑块实现上下移动；所述的下层Y-方向直线导轨模组通过螺栓固定在下层X-方向直线导轨模组滑块的上表面，并与下层X-方向直线导轨模组保持垂直；所述的Z-方向直线导轨模组通过螺栓固定在机架的前半部分的长方体孔内，并与下层X-方向直线导轨模组和下层Y-方向直线导轨模组垂直；下层调整机构可带动切割机构实现刀具在三维方向移动；所述的测距机构包括固定支架、激光雷达、相机、超声波；所述的固定支架为一工字型结构，通过螺栓与上层Y-方向直线导轨模组滑块的侧面固定；所述的激光雷达可以选用满足工作条件的固态激光雷达，激光雷达、相机、超声波三者分别通过螺栓与固定支架的表面固定，并垂直于XY水平面；所述的切割机构包括刀具和刀套；刀具通过螺栓固定在下层Y-方向直线导轨模组滑块上，刀套用来引导刀具的切割，防止切屑乱飞，起引导和保护作用；所述的行走机构包括行进轮、万向轮、减速电机、行进轮支座、万向轮支座；所述的行进轮为两个，分别通过行进轮支座对称固定在机架的后半部分，作为植株群体冠层孔隙率测量装置行进的驱动轮总成，所述的万向轮为两个，分别通过万向轮支座对称固定在机架的前半部分，实现植株群体冠层孔隙率测量装置行走过程中的转向；所述的控制系统包括控制箱、步进电机、减速电机、上层X-方向直线导轨模组、上层Y-方向直线导轨模组、下层X-方向直线导轨模组、下层Y-方向直线导轨模组、Z-方向直线导轨模组、激光雷达、相机、超声波、刀具、电源；所述的控制箱包括控制器、上层X-定位开关、上层Y-定位开关、下层X-定位开关、下层Y-定位开关、按键、OLED显示屏、蓝牙模块、电机驱动器，固定在机架上，主要实现孔隙率计算、电机控制、通讯、输入控制、滑块的起始定位等功能；所述的控制器可由单片机、微处理器、工控机等其他具备同等处理能力设备和I/O驱动接口电路构成；所述的电机驱动器，根据电机类型选用不同型号的交、直流电机驱动器、步进电机驱动器、伺服电机驱动器等，接收由控制器发出的控制信号，驱动电机转动；所述的蓝牙模块可以实现激光雷达较远距离传输数据给控制器；所述的电源为控制系统供电；所述的按键用于输入扫描的范围，实现人机交互；所述的显示屏用来显示控制器各个控制元件的状态和测量数据的结果；所述的定位开关用限位开关定位X-方向直线导轨模组、Y-方向直线导轨模组起点。 2.根据权利要求1所述一种基于多传感器融合的冠层分层孔隙率测量装置的测量方法，其特征在于：步骤如下： 1)机架横跨于植株的上方，行走机构驱动机架行进到目标作物上方；在此过程X-方向直线导轨模组上的滑块和Y-方向直线导轨模组上的滑块回到定位点； 2)通过按键将测量面积的长×宽(a×b)数值、Y方向扫描次数(m)及X方向扫描次数(n)输入给控制系统； 3)按下开始扫描按键后，上层X-方向直线导轨模组上的滑块从目标起点每次移动距离，上层Y-方向直线导轨模组上的滑块带动激光雷达、相机、超声波每隔间距点处测量给定角度范围的叶片； 4)Y方向计算结束后，上层X-方向直线导轨模组滑块带动上层Y-方向直线导轨模组向前行进长度距离； 5)重复3、4步骤。直至目标终点，测量结束后自动复位； 6)输入叶片下层叶片的高度，按下开始切割按键后，控制导轨模组XYZ方向上的移动，刀具自动剪去上一层的叶片，重复3、4、5的步骤测量下层的叶片； 7)设定激光雷达和超声波距每层叶片的高度W,激光雷达每点的数据中角度β和距离L,即激光测量叶片的高度H＝L×cosβ,超声波测量叶片的高度为d,相机每次拍摄照片裁剪为相机所在测量位置实景中心的面积每层XY平面上，分别取激光雷达和超声波m×n组数据，取相机m×n面积，分别用一个矩阵表示成 8)计算激光雷达每层孔隙率[x]为下取整函数；计算超声波每层孔隙率[x]为下取整函数； 9)控制系统将采集数据(H、D、Z)和计算的孔隙率数值(P1、P2)输出。
所属类别：	发明专利