一种激光发射装置及自动追踪方法与流程

本发明属于自动定位技术领域，特别涉及一种激光发射装置及自动追踪方法。

背景技术：
精确定位技术是实现农田作业机械自动驾驶和处方农业的基础技术之一，在农业机械对靶喷洒、精量施肥、收割测产、自动栽插等许多作业过程中有着广泛的用途，是现代智能农业机械研究的一个重要内容。由于激光具备体积小、重量轻、速度快以及误差小等优点，在建筑行业用于水平和垂直校准中应用极为广泛，但在定位方面的研究才刚起步。激光动态定位系统中，激光发射器发射激光信号并自动跟踪激光接收靶标中心，不出现脱靶现象，是激光三点动态定位系统正常工作的基础。目前市面上的激光发射装置均不能有效的自动追踪激光接收器，不适用于激光三点动态定位系统。

技术实现要素：
本发明的目的是：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于激光三点动态定位的激光发射装置及自动追踪方法，实现对移动中的激光接收器靶标的快速而准确的自动跟踪，为农田作业机械无人驾驶和田间数据定点采集奠定基础。为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，一种用于自动追踪的激光发射装置，包括激光发射器、激光发射器姿态调整装置和控制盒，所述的激光发射器安装于激光发射器姿态调整装置上，所述的控制盒通信连接激光发射器姿态调整装置以实现对激光发射器姿态的控制，激光发射器的控制端连接控制盒的输出端，所述的激光发射器姿态调整装置包括水平微调机构、激光发射器旋转机构和调平机构，所述的激光发射器安装于水平微调机构上，所述的激光发射器旋转机构连接水平微调机构以实现驱动激光发射器旋转，水平微调机构和激光发射器旋转机构均安装于调平机构上。所述的一种用于自动追踪的激光发射装置，所述的调平机构包括底板、二升降步进电机、二丝杆、开有用于穿过丝杆的穿孔的连接板、二活动板、固定挡板、二限位传感器、三球头关节轴承、平台板、固定支杆、倾角传感器，所述的二升降步进电机和固定支杆均固定于底板上，所述的连接板水平固定于升降步进电机上，二丝杆的一端穿过连接板的穿孔分别连接二升降步进电机，另一端连接活动板，升降步进电机驱动丝杆旋转并带动活动板升降，所述的固定挡板竖直固定于连接板上以实现对活动板的导向，所述的二限位传感器水平固定于固定挡板上以实现对活动板的限位，所述的三球头关节轴承的一端分别固定于平台板的底部以支撑平台板，其中两个球头关节轴承的另一端分别固定于二活动板上，另一个球头关节轴承固定于固定支杆上，所述的倾角传感器固定于平台板上，控制盒固定于底板上，激光发射器旋转机构固定于平台板的底部，限位传感器、倾角传感器、升降步进电机和激光发射器旋转机构分别通信连接控制盒。所述的一种用于自动追踪的激光发射装置，所述的水平微调机构包括水平调整支架和筒状的激光发射器安装孔，所述的激光发射器安装孔固定于水平调整支架上并用于固定激光发射器，所述的水平调整支架为双层互相垂直叠放的夹状的支架，两层支架的末端分别设有横向水平微调螺钉和纵向水平微调螺钉，水平调整支架安装于平台板上且底部连接激光发射器旋转机构。所述的一种用于自动追踪的激光发射装置，所述的激光发射器旋转机构为旋转步进电机。一种自动追踪方法，包括以下步骤：步骤一：设置两个固定位置的激光发射装置：第一激光发射装置和第二激光发射装置，在欲追踪的目标上设置激光接收器，两个激光发射装置分别作自旋转并发射激光，同时建立平面坐标系，定义两个激光发射装置之间的连线为基线，第一激光发射装置的坐标为（xA，yA），第二激光发射装置的坐标为（xB，yB）；步骤二：当激光接收器同时接收到两个激光发射装置所分别发射的激光信号时，由通信单元反馈信息到激光发射装置的旋转控制单元，实时检测激光发射器的激光发射角度，并根据两个激光发射装置的坐标，解算当前激光接收器所在位置的坐标（x1，y1）；步骤三：在解算出移动过程中的激光接收器至少三个位置坐标后，由已知的位置坐标值预估激光接收器的移动趋势；步骤四：由预估得到的激光接收器移动趋势，计算对应的激光发射装置上的激光发射器所应旋转的角度，实时追踪激光接收器。所述的方法，步骤二中所述的解算当前激光接收器所在位置的坐标（x1，y1）的步骤包括：当激光接收器同时接收到两个激光发射装置所分别发射的激光信号时，定义此时第一激光发射装置与激光接收器的连线与基线的夹角为α，第二激光发射装置与激光接收器的连线与基线的夹角为β，通过以下公式计算激光接收器的坐标（x1，y1）：所述的方法，步骤三中所述的由已知的位置坐标值预估激光接收器的移动趋势的步骤包括：设所解算出激光接收器的三个坐标分别为坐标1（x1，y1），坐标2（x2，y2），坐标3（x3，y3），通过以下公式计算坐标1至坐标2的直线斜率K12和坐标2至坐标3的斜率K23：再采用以下公式求得位置坐标3至预估的位置坐标4的直线斜率K34：则求得坐标4（x4，y4）为：其中，v为激光接收器的移动速度，t为单位采样时间。所述的方法，步骤四中所述的计算对应的激光发射装置上的激光发射器所应旋转的角度的步骤包括：首先计算第一激光发射器与坐标3和坐标4的距离LA-3，LA-4，以及坐标3至坐标4的距离L3-4，计算公式为：再通过以下公式计算第一激光发射器所应旋转的角度θ为：本发明的技术效果在于，相比以往技术，本发明通过自动调平机构，解决激光水平发射问题，通过定位坐标的解算，实现跟踪目标的速度计算与预估，并根据预估的速度，解算激光跟踪的预估旋转角速度，从而实现激光发射器对激光接收靶的自动跟踪。附图说明图1为本发明激光发射装置的结构示意图；图2为本发明激光发射装置水平微调机构的结构示意图；图3为本发明定位激光接收的示意图；图4为本发明追踪目标的示意图，其中1-活动板，...