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惯性测量传感器提高农场设备的效率和安全性

文章出处:新闻动态 责任编辑:百世精工科技 发表时间:2023-06-14 09:19:45
  
  

      使用六自由度惯性测量单元作为电子控制单元的一部分有助于提高农业设备的安全性和效率。


      由于起伏的山丘和松软的地面,农业设备操作员经常面临翻车的风险,因此操作员安全成为重中之重。同时,他们需要优化农作物产量,而农用车辆上使用的手动功能可以减少这种产量。由于提高安全性和提高作物产量的需求仍然是农场经营者最关心的问题,六自由度 (6DOF) 惯性测量单元 (IMU) 作为设备电子控制系统的一部分的使用现在开始从建筑业转移到农业设备。 


      惯性测量单元——使用多个加速度计和陀螺仪来提供准确和精确的运动、位置和导航传感——通过提供平移(上/下、左/右、前/后)和旋转运动的测量来改进设备上的运动传感(滚动、俯仰和偏航)。这些测量提供了关键设备数据,可以准确和精确地控制车辆的性能。这些好处转化为更高的设备精度、安全性和稳定性以及更高的操作员生产率。

6DF IMU 传感器通过感测三个垂直轴(波动、起伏、摇摆)中的平移运动和三个垂直轴(滚动、俯仰、偏航)中的旋转运动,提供超过六个自由度的六维运动感测。

      将 6DOF IMU 集成到机箱中的设备控制模块中,以测量设备的运动(无论是收割机、播种机、拖拉机还是喷雾器),都有助于自动化和控制手动过程。一些示例包括自动调整收割机上的头刀片水平或调整拖拉机上的播种机头,以最大限度地提高作物产量并提高操作员绩效。自动化其中一些手动过程可提供比操作员所能实现的更精确的控制。 


      关键安全应用

      在安全应用中,6DOF IMU 可用于稳定性和转向控制以及防侧翻。传感器制造商可以提供与传感器单元配合使用所需的任何类型的信号调理。 


      IMU 有助于提供行驶/运动控制,以稳定车厢免受过度振动和运动的影响,尤其是在不平坦的场地上。好处是双重的:提高操作员的安全性,并通过减少振动和机械应力来延长车辆的使用寿命。它还通过在连绵起伏的丘陵等不平坦的表面上提供牵引力来帮助减少操作员的错误。


      IMU 通过将偏航、俯仰和横滚数据与 GPS 结合使用,提供倾翻数据并防止车辆在山坡上侧向移动,从而协助转向控制应用。 


      这些运动传感器在防止车辆翻车方面可以发挥重要作用,尤其是在起伏的丘陵或斜坡上行驶时。当车辆接近倾斜或倾斜角度时,IMU 可以向操作员发出警告。来自 IMU 的数据也可能触发燃油关闭,或者在翻车情况下,它可能会根据设备制造商的设计参数对车轮和转向进行调整。


      最大化作物产量 

      准确和精确的收获、种植和分级是农场经营者最关心的问题之一,以最大限度地提高作物产量。操作员通常必须密切关注现场地形。例如,如果他们要上山或下山,他们必须手动调整农业机械以适应不平坦的田地。


      IMU 测量农业机械底盘的运动,在所有六个方向上感应。它测量底盘是向左还是向右旋转,角度倾斜(向上或向下)以及是否有任何滚动或倾倒。这种运动感应可以通过两种方式帮助操作员。它优化了机器性能,操作员不再需要对设备进行不断的调整和调整,因此不会感到疲劳。它还允许技术水平较低的操作员运行设备。


      如果操作员能够准确和精确地控制收割机头刀片的高度,例如,相对于车辆的地面位置或角度,则在收割过程中留在田地中的作物将更少。借助来自 6DOF IMU 的数据,农场经营者可以通过确保平坦的种植场地来优化种植和收获任务,和/或自动调整收割机刀片和播种机头,以最大限度地提高滚动田地的作物产量。


      产量损失通常与收割机上设置为单一高度的叶片有关。IMU 可以感知场地的起伏丘陵或地形差异,在从平坦的平坦地面移动到连绵起伏的丘陵时相应地自动调整铲刀高度。 


      影响作物产量的其他关键过程包括种子深度和施肥。例如,有许多因素可能会影响种子深度。这些包括可能导致苗床“凸起”的作物残留物,导致植物深度变浅,以及下雨时经常沉降到半英寸的松散苗床。如果最后一次耕作与种植方向成一定角度,也可能发生“颠簸”效应。 


      所有这些因素都可能导致整个田地的不同发芽模式。来自6DOF IMU的数据可用于对播种机头进行调整,以确保根据陆地地形将种子全部种植在相同的深度。


      选择运动传感器 

      在选择IMU时,农用设备制造商应注意几个设计特征。其中包括耐用性、宽工作温度范围内的稳定性、易于集成以及准确和精确的测量。


      传感器应提供坚固的封装,以保护其免受恶劣环境的影响,包括灰尘、污垢、石头、压力清洗、湿度和化学品。宽工作温度范围有助于承受极端高温,防止设备故障。这些设备还应符合 IP67 和 IP69K 防护等级,以提供额外的环境保护,以及电磁干扰 (EMI) 和电磁兼容性 (EMC) 防护等级,以防止射频。


      IMU 应符合 CAN SAEJ1939 标准传输协议,适用于建筑和重型车辆的通信。这允许传感器的输出与车辆的电子控制单元(ECU)通信。 


      虽然使用加速度计或倾角计通常比在农场设备应用中使用 IMU 成本更低的解决方案,但它需要大量的前期设计工作。通常,当将加速度计或倾角计集成到车辆的ECU中时,工程师必须设计一个外壳来保护设备,找出处理温度漂移的方法,并确定将其集成到电路板中并将传感器连接到车辆控制系统的最佳方法。


      IMU 的一个关键优点是易于集成。通过在单个坚固的封装中提供 6DOF 运动传感,它可以显著减少设计人员将传感器单元集成到车辆控制系统中所需的时间。它还提供更精确和准确的运动传感数据,以确保设备操作员的安全,同时降低设备损坏的风险。最终,设备制造商需要根据其总拥有成本评估不同的解决方案。



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