CN111412886B - 一种检测方法及检测*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种检测方法及检测***,涉及农具自动化控制领域,用于检测农具转向时的倾角数据。该方法包括:使用角度传感器检测农具的倾角数据;使用卫星定位数据计算农具的行驶速度;使用所述行驶速度计算农具转向时的角速度;获取所述角速度对应的偏差值;以及使用所述偏差值对角度传感器输出的倾角数据进行修正。该***包括:角度传感器,卫星定位仪,与所述角度传感器和所述卫星定位仪连接的微处理器,以及存储有能够被所述微处理器执行的计算机可读程序的存储器。本方法和***使得农具在高速转向时仍然能够正确检测倾斜状态。
Description
技术领域
本发明涉及农具自动化控制领域,具体是一种检测方法及检测***,用于检测农具转向时的倾角数据。
背景技术
随着科技的进步,农业已经逐步实现自动化作业。现有的自动化农具,例如平地机,通过安装在农具上的角度传感器(包括陀螺仪)来检测农具是否平衡。
在农具转向时由于离心力的作用,陀螺仪等角度传感器容易失效,导致农具平衡检测结果不准确,例如,转向时农具已经出现两端不等高的现象,但陀螺仪等角度传感器所测的数据仍然表明农具处于平衡状态。这样将会导致农具平衡控制出现错误,造成作业质量下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种检测方法及检测***,以解决相关技术存在的上述缺陷。
为达上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种检测方法,用于检测农具转向时的倾角数据,该检测方法包括以下步骤:
使用角度传感器检测农具的倾角数据;
使用卫星定位数据计算农具的行驶速度;
使用所述行驶速度计算农具转向时的角速度;
获取所述角速度对应的偏差值;以及
使用所述偏差值对角度传感器输出的倾角数据进行修正。
优选地,在所述的使用卫星定位数据计算农具的行驶速度的步骤中,卫星定位数据的更新频率为10-20赫兹。
优选地,所述角度传感器包括MEMS传感器和/或陀螺仪。
优选地,所述检测方法还包括:生成多个偏差值、及各偏差值与农具转向时的角速度的对应关系的预处理步骤。
优选地,在所述的预处理步骤中,生成偏差值的方法包括以下子步骤:
通过公式θ=arcsinaz/aB生成农具的倾角θ的计算值;
从角度传感器读取农具的倾角θ的检测值;
比较农具的倾角θ的计算值和检测值,生成偏差值;以及
将生成的偏差值与农具此时转向的角速度关联;
其中,arcsin为反正弦函数,aB为角度传感器绕拖拉机转向时旋转轴OF的加速度,az为aB沿着与农具垂直方向上的分量,az从角度传感器读取获得,aB=VBOF 2/R=(V-ωB*L’)2/R,R为转向轮的半径,ωB为农具绕其转向时内侧与地面的接触点A的旋转角速度,L’为角度传感器到农具端部的距离,V为农具的转向速度。
一种检测***,用于检测农具转向时的倾角数据,该检测***包括:
安装在所述农具的、用于检测农具的倾角的角度传感器;
安装在所述农具的卫星定位仪;
分别与所述角度传感器和所述卫星定位仪连接的微处理器;以及
存储有能够被所述微处理器执行的计算机可读程序的存储器;
所述计算机可读程序被所述微处理器执行时,所述检测***执行如上述任意一项所述的检测方法。
优选地,所述角度传感器包括MEMS传感器和/或陀螺仪。
优选地,所述农具包括平地机或联合整地机。
与现有技术相比,本发明至少具有以下有益效果:
本发明通过检测农具转向时的角速度,匹配与当前角速度对应的偏差量,对角度传感器输出的倾角数据进行修正,使得农具在高速转向时仍然能够正确检测农具的倾斜状态。
附图说明
图1为检测方法的流程图;
图2为农具转向时计算角速度的原理图;
图3为角度传感器、卫星定位仪在农具的安装位置示意图;
图4为拖拉机转向时物理量的关系示意图;
图5为农具转向时运动分析示意图;
图6为绕OF轴旋转的加速度aB的分解示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1,本检测方法用于检测农具转向时的倾角数据,其包括以下步骤:
S1、使用角度传感器检测农具的倾角数据;
S2、使用卫星定位数据计算农具的行驶速度;
S3、使用所述行驶速度计算农具转向时的角速度;
S4、获取所述角速度对应的偏差值;以及
S5、使用所述偏差值对角度传感器输出的倾角数据进行修正。
步骤S1中,可以采用的角度传感器包括但不限于MEMS传感器,陀螺仪。
步骤S2中,通过安装在农具上的高精度定位仪,实时获取农具的卫星定位数据。卫星定位数据的更新频率优选10-20赫兹,过低的更新频率不能满足角速度计算的实时性,过高的更新频率则对硬件要求高,会导致成本增加。
根据单位时间内卫星定位数据的变化即可计算出农具的行驶速度。具体通过公式Vt=SAB/Δt计算农具的行驶速度Vt,式中,SAB表示坐标变化,即卫星定位数据的变化,Δt表示时间变化。
步骤S3中,使用所述行驶速度计算农具转向时的角速度。具体地,如图2所示,根据一定时间ΔT内农具速度矢量变化v2-v1,计算农具的转角θ,即可计算出农具转向时的角速度ωt,用公式表示为ωt=θ/ΔT=Δv/ΔT=(v2-v1)/ΔT。
步骤S4中,获取所述角速度对应的偏差值。预先存储有角速度和偏差值的对应关系,得到角速度后,根据对应关系即可快速匹配出对应的偏差值。其中,角速度和偏差值的对应关系可以是一个角速度对应一个偏差值,也可以多个角速度对应一个偏差值,即一个速度区间对应一个偏差值,前者可获得更好的精度,但是需要较大的数据存储空间,后者精度稍差但只需较小的数据存储空间。
步骤S5中,使用偏差值对角度传感器输出的倾角数据修正,即可获得正确的倾角数据。可采用的修正算法包括加法运算、减法运算。
本检测方法还包括:生成多个偏差值、及各偏差值与农具转向时的角速度的对应关系的预处理步骤。一种生成偏差值的方法包括以下子步骤:
通过公式θ=arcsinaz/aB生成农具的倾角θ,为便于描述,本申请中将该方法得到的倾角θ称为倾角θ的计算值;
从角度传感器读取农具的倾角θ,为便于描述,本申请中将该方法得到的倾角θ称为倾角θ的检测值;
然后比较农具的倾角θ的计算值和检测值,生成偏差值。
将生成的偏差值与农具此时转向的角速度关联,就得到了偏差值与角速度的对应关系。
其中,arcsin为反正弦函数,aB为角度传感器绕拖拉机转向时旋转轴OF的加速度,az为aB沿着与农具垂直方向上的分量,az从角度传感器读取获得,aB=VBOF 2/R=(V-ωB*L’)2/R,R为转向轮的半径,ωB为农具绕其转向时内侧与地面的接触点A的旋转角速度,L’为角度传感器到农具端部的距离,V为农具的转向速度。
通过公式θ=arcsinaz/aB生成农具的倾角θ的原理如下:
如图3所示,农具4由拖拉机1拖动运行,角度传感器2采用陀螺仪,角度传感器2安装在农具4的上部的正中间,卫星定位仪3也安装在农具4的上部。
拖拉机转向时,角速度的确定如下:
图4中示出了拖拉机转向时物理量的关系。如图4所示,各物理量的定义如下,v:拖拉机行驶速度,L:拖拉机轴距,α:外转向轮的转向角,β:内转向轮的转向角,R:车辆的转向半径,ω:车辆转向时的角速度,a:车辆的横向加速度,O:车辆的转向中心。由阿克曼转向原理可知,车辆在转向过程中,所有车轮轴线的延长线都相交于一点,即,转向中心O。由此得出:车辆的转向半径R=L/sinα,转向时的角速度ω=v/R=v*sinα/L。
对安装在农具正中间的角度传感器2进行运动分析,农具与拖拉机看成整体,具有相同的运动速度V。当拖拉机转向时,由于惯性和离心力的关系,农具会发生倾斜,如图5所示,其中,OF线为拖拉机转向时旋转轴;A点为农具转向时内侧与地面接触点;B点为角度传感器安装位置;θ为农具倾斜角度;vB为农具绕A点旋转速度;ωB为农具绕A点旋转角速度。定义角度传感器(B点)绕OF轴的旋转速度为VBOF;角度传感器(B点)的速度可分解为绕OF轴旋转速度VBOF和绕A点旋转速度vB,角度传感器与拖拉机一体,与拖拉机速度相同,故:V=VBOF+VB,
其中,VB=ωB*L’,所以VBOF=V-VB,
VBOF产生绕OF轴旋转的加速度为:aB=VBOF 2/R,
如图6所示,将aB分解为沿着农具方向的分量ay和垂直方向上的分量az,则:θ=arcsinaz/aB,其中,ay不产生对θ有影响的力矩,az可通过角度传感器直接读取计算。
上述获取偏差值和对应关系的预处理步骤可以在第一次使用前执行,以建立起偏差值和转向时的角速度的对应关系,后序使用时则直接调用该对应关系来匹配偏差值即可。应当理解,也可以由装备生产厂商通过试验获得偏差值、以及偏差值和角速度的对应关系,将这些数据预置在检测***的存储器,这样则不再需要上述的预处理步骤。
本发明还提供了检测***,用于检测农具转向时的倾角数据。一实施例的检测***包括:安装在所述农具的、用于检测农具的倾角的角度传感器;安装在所述农具的卫星定位仪;分别与所述角度传感器和所述卫星定位仪连接的微处理器;以及存储有能够被所述微处理器执行的计算机可读程序的存储器;所述计算机可读程序被所述微处理器执行时,所述检测***执行上述的检测方法。
可以采用的角度传感器包括但不限于MEMS传感器、陀螺仪。
可以使用上述检测***的农具包括但不限于平地机、联合整地机。
上述通过具体实施例对本发明进行了详细的说明,这些详细的说明仅仅限于帮助本领域技术人员理解本发明的内容,并不能理解为对本发明保护范围的限制。本领域技术人员在本发明构思下对上述方案进行的各种润饰、等效变换等均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种检测方法,用于检测农具转向时的倾角数据,其特征在于,包括以下步骤:
使用角度传感器检测农具的倾角数据;
使用卫星定位数据计算农具的行驶速度;
使用所述行驶速度计算农具转向时的角速度;
获取所述角速度对应的偏差值;以及
使用所述偏差值对角度传感器输出的倾角数据进行修正;
所述检测方法还包括:生成多个偏差值、及各偏差值与农具转向时的角速度的对应关系的预处理步骤;
在所述的预处理步骤中,生成偏差值的方法包括以下子步骤:
通过公式θ=arcsinaz/aB生成农具的倾角θ的计算值;
从角度传感器读取农具的倾角θ的检测值;以及
比较农具的倾角θ的计算值和检测值,从而生成偏差值;
其中,arcsin为反正弦函数,aB为角度传感器绕拖拉机转向时旋转轴OF的加速度,az为aB沿着与农具垂直方向上的分量,az从角度传感器读取获得,aB=VBOF 2/R=(V-ωB*L’)2/R,R为转向轮的半径,ωB为农具绕其转向时内侧与地面的接触点A的旋转角速度,也即农具转向时的角速度,L’为角度传感器到农具端部的距离,V为农具的转向速度,也即农具的行驶速度。
2.根据权利要求1所述的检测方法,其特征在于,在所述的使用卫星定位数据计算农具的行驶速度的步骤中,卫星定位数据的更新频率为10-20赫兹。
3.根据权利要求1所述的检测方法,其特征在于,所述角度传感器包括MEMS传感器和/或陀螺仪。
4.根据权利要求1所述检测方法的检测***,用于检测农具转向时的倾角数据,其特征在于,所述检测***包括:
安装在所述农具的、用于检测农具的倾角的角度传感器;
安装在所述农具的卫星定位仪;
分别与所述角度传感器和所述卫星定位仪连接的微处理器;以及
存储有能够被所述微处理器执行的计算机可读程序的存储器;
所述计算机可读程序被所述微处理器执行时,所述检测***执行如权利要求1至3中任意一项所述的检测方法。
5.根据权利要求4所述的检测***,其特征在于,所述角度传感器包括MEMS传感器和/或陀螺仪。
6.根据权利要求4所述的检测***,其特征在于,所述农具包括平地机或联合整地机。
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