专利名称：一种喷杆位姿测量装置及其测量方法
技术领域：
本发明涉及植保机械技术领域，具体为一种喷杆位姿测量装置及其测量方法。
背景技术：
喷杆的非期望运动是导致喷杆式喷雾机喷雾沉积均匀性下降的重要因素，对喷杆非期望运动的主要研究方法是测量喷雾机作业时喷杆的位姿并进行分析。将喷杆视作刚性体后，喷杆主要的非期望运动是水平方向的偏转和垂直方向上的转动，对喷杆的位姿进行测量就是对这两个运动进行测量。目前，对喷杆运动的测量方法主要是直接在喷杆上安装加速度传感器或距离传感器，通过采集加速度传感器或距离传感器测得的数据来对喷杆运动进行描述，但加速度传感器只能测量喷杆不同部位的加速度，无法得到有效的喷杆空间姿态信息；距离传感器虽可以得到喷杆的空间姿态信息，但是都需要加装测距面，难以在喷雾机正常作业状态下对喷杆的空间姿态进行有效测量，因此研发一种能有效测量喷杆在正常作业状态下位姿的装置具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种喷杆位姿测量装置及其测量方法，该测量装置及测量方法将喷杆视为刚体，能够测量喷杆式喷雾机正常作业时喷杆的位姿，为进一步分析喷杆的非期望运动以及研究喷杆的动态特性提供依据。为达到上述目的，本发明的测量装置主要包括螺栓固定夹，安装架主体，长弹性绳，短弹性绳，传感器装置，数据采集器。安装架主体通过螺栓固定夹与喷杆机架连接，安装架主体上设有调节轨道，传感器装置安装在调节轨道上，并且可以安装在沿调节轨道方向的不同位置；长弹性绳一端连接转动角度传感器，另一端连接在喷杆末端；短弹性绳一端连接偏转角度传感器，另一端连接在喷杆上，使短弹性绳沿其长度方向与水平面垂直。数据采集器固定在数据采集器安装架上，数据采集器带电源及显示屏并且能显示传感器所测实时数据。喷杆位姿测量装置的测量方法包括以下步骤
步骤1，将喷杆位姿测量装置通过螺栓固定夹安装在喷杆机架上。步骤2，分别将两段长弹性绳一端固定在喷杆两末端，另一端分别连接转动角度传感器上，分别将另两段短弹性绳的一端连接在偏转角度传感器上，另一端连接在喷杆上，使短弹性绳沿其长度方向与水平面垂直。步骤3，启动数据采集器，调整传感器装置的安装位置，使两传感器装置与喷杆处在同一垂直面，此时显示屏所显示传感器测量值应为都为零。步骤4，测量出此各段弹性绳的长度，并以此标定为喷杆初始位姿。步骤5，使喷雾机开始作业，此时喷杆位姿测量装置将采集喷杆的位姿信息，作业完成后，关闭数据采集器，将喷杆位姿信息读出。步骤6，结合喷杆初始位姿，由于将喷杆视为刚性体，对喷杆位姿信息进行几何分析，计算后可得到喷杆的空间位姿信息。本发明具有以下有益效果
喷杆运动测量装置可以采集喷杆式喷雾机正常作业情况下喷杆的转动角度和偏转角度，并计算得到喷杆的空间位姿信息，便于更准确的描述喷杆的运动特性以及研究喷杆不规则运动的抑制方法。
图1为喷杆运动测量装置安装在喷雾机上的轴测图。图2为喷杆运动测量装置安装示意图。图3为传感器装置。图4为安装架主体。图5为喷杆在作业过程中测量装置测量喷杆在xoy平面转动的示意图。图6为喷杆在作业过程中测量装置测量喷杆在yoz平面偏转的示意图。图中喷杆机架1，螺栓固定夹2 (a)、2(b)，安装架主体3，筋板301，调节轨道302(a)、302 (b)，数据采集器安装架303，传感器装置4 (a)、(b)，固定片401，偏转角度传感器402，转动角度传感器403，数据采集器5，长弹性绳6 (a)、6 (b)，短弹性绳7 (a)、7 (b)，转动角度传 感器403测量角a” α2，偏转角度传感器402测量角βρ β2。
具体实施例方式如图1、图2所示，喷杆运动测量装置包括螺栓固定夹2 (a)、2(b)，安装架主体3，传感器装置4 (a)、4 (b)，数据采集器5，长弹性绳6 (a)、6 (b)，短弹性绳7 (a)、7 (b);其中安装架主体3通过螺栓固定夹2 (a)、2 (b)与喷杆机架I连接，传感器装置4 (a)、4 (b)安装在调节轨道302 (a)、302 (b)上，并可沿调节轨道302 (a)、302 (b)长度方向调节安装位置，以使两传感器装置4 (a)、4 (b)与喷杆处在同一垂直面；数据采集器5安装在数据采集器安装架303上，传感器装置4 (a)、4 (b)采得的喷杆位姿信息将由数据采集器5采集并保存，以便后期分析。如图2所示，长弹性绳6 (a)、6 (b)—端固定在喷杆两末端，另一端分别连接转两个转动角度传感器403上，用于测量喷杆的转动角度；短弹性绳7 (a)、7 (b)—端固定在喷杆上，另一端连接在两个偏转角度传感器402上，短弹性绳7 (a)、7 (b)沿其长度方向与水平面垂直，用于测量喷杆的偏转；传感器装置4 (a)、4 (b)以喷杆中轴线对称安装。如图3所示，传感器装置4 (a)、4 (b)包括固定片401，偏转角度传感器402，转动角度传感器403 ;传感器装置4 (a)、4 (b)通过固定片401安装在安装架主体3的调节轨道 302 (a)、302 (b)上。如图4所示，安装架主体3包括导轨302 (a)、302 (b)，数据采集器安装架303，筋板301 ;筋板301用于增加安装架主体3的强度。测量装置的测量方法
如图5所示，测量装置测量喷杆在xoy平面的转动，喷雾机作业时，喷杆的垂直方向的转动带动长弹性绳6 (a)、6 (b)从初始位姿(实线)变为转动位姿(虚线)，此时长弹性绳6(a)、6 (b)连接的转动角度传感器403转动，测量出喷杆的转动角度a” Ci2，并将数据传递至数据采集器5并保存，当将喷杆视作刚性体时，根据所采集的数据，结合喷杆的初始位姿及几何知识可计算出喷杆在xoy平面的位姿。如图6所示，测量装置测量喷杆在yoz平面的偏转，喷雾机作业时，喷杆的水平方向的偏转带动短弹性绳7 (a)、7 (b)从初始位姿(实线)变为偏转位姿(虚线)，此时短弹性绳7 (a)、7 (b)连接的偏转角度传感器402转动，测量出喷杆的偏转角度β ρ β 2，并将数据传递至数据采集器5并保存，当将喷杆视作刚性体时，根据所采集的数据，结合喷杆的初始位 姿及几何知识可计算出喷杆在IOZ平面的位姿。
权利要求
1.一种喷杆位姿测量装置，包括螺栓固定夹(2)、安装架主体(3)、传感器装置(4)、数据采集器(5)、长弹性绳(6)、短弹性绳(7)，其特征在于传感器装置(4)由固定片(401)、偏转角度传感器(402)，转动角度传感器(403)组成；安装架主体(3)由筋板(301)、调节轨道(302)、数据采集器安装架(303)组成；所述安装架主体(3)通过螺栓固定夹(2)与喷杆机架(I)连接，传感器装置(4)通过螺栓安装在调节轨道(302)上，并且可以安装在沿调节轨道(302)方向的不同位置；长弹性绳(6)—端连接转动角度传感器(403)，另一端连接在喷杆末端；短弹性绳(7) —端连接偏转角度传感器(402)，另一端连接在喷杆上，短弹性绳(7)沿其长度方向与水平面垂直。
2.一种如权利要求1所述的喷杆位姿测量装置的测量方法，包括以下步骤 (1)将安装架主体(3)通过螺栓固定夹(2)安装在喷杆机架(I)上，分别将两段长弹性绳(6) —端固定在喷杆两末端，另一端分别连接转动角度传感器(403)上，分别将另两段短弹性绳(7)的一端连接在偏转角度传感器(402)上，另一端连接在喷杆上，短弹性绳(7)应沿其长度方向与水平面垂直； (2)启动数据采集器，调整传感器装置(4)的安装位置，使两传感器装置(4)与喷杆处在同一垂直面，此时显示屏所显示偏转角度传感器(402)测量值应为零，两个转动角度传感器(403)所测量值应相等； (3)测量出此各段弹性绳的长度，并以此标定为喷杆初始位姿； (4)使喷雾机开始作业，此时喷杆运动测量装置将采集喷杆的运动状态信息，作业完成后，关闭数据采集器(5)，将喷杆运动状态信息读出； (5)结合喷杆初始位姿，由于将喷杆视为刚性体，对喷杆位姿信息进行几何分析，计算后可得到喷杆的空间位姿信息。
全文摘要
本发明公开了一种喷杆位姿测量装置及其测量方法，涉及植保机械领域，主要包括螺栓固定夹(2)，安装架主体(3)，传感器装置(4)，数据采集器(5)，长弹性绳(6)，短弹性绳(7)，该装置将喷杆视为刚性体，通过测量喷杆转动角度α1、α2，喷杆的偏转角度β1、β2，而得到喷杆的位姿信息。本发明所构建的喷杆位姿测量装置及其测量方法可以测量喷雾机在作业时的喷杆位姿，对于进一步研究喷杆的不规则运动，提高喷杆式喷雾机喷雾沉积均匀性具有重要的意义。
文档编号G01B21/22GK103033160SQ20121054705
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者邱白晶, 何耀杰 申请人:江苏大学