农作物叶片光谱数据采集小车的制作方法

本实用新型属于农作物叶片光谱数据采集设备技术领域，具体涉及一种农作物叶片光谱数据采集小车。

背景技术：

近年来，随着科技的进步，对于农作物的研究越来越多的借助于一些高科技设备。其中，高光谱扫描仪和多光谱扫描仪已经成为一种采集农作物叶片数据的常用仪器。

对农作物的研究，需要采集大量的数据，且因为农作物种植面积巨大，因此采集工作往往占据大量的时间。目前农作物叶片光谱信息采集，基本都是通过人工手持光谱扫描仪或使用无人机光谱扫描仪进行采集，农场中地面环境复杂，且地面凹凸不平，也增加研究人员采集工作的难度，降低了采集效率；且所有的数据都需要研究人员对叶面进行一对一全面扫描。

上述人工手持设备进行数据采集的方式效率及质量较低，因此急需一种可代替人工采集的农作物叶片光谱信息采集设备及其系统。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种农作物叶片光谱数据采集小车，解决现有技术中人工手持光谱扫描仪或使用无人机光谱扫描仪对农作物叶片进行光谱数据采集，采集效率、质量较低的技术问题。

为了实现以上目的，本实用新型采取的具体技术方案是：

农作物叶片光谱数据采集小车，包括移动底盘机构和升降机构，以及云台机构；

所述升降机构设置在移动底盘机构上，云台机构位于升降机构的顶部，云台机构上设置有用于采集叶片表面光谱信息的高光谱扫描仪和多光谱扫描仪。

通过设置采集小车，使采集小车携带高光谱扫描仪和多光谱扫描仪在农田中移动，对农田中的农作物叶片光谱数据进行采集，相比人工手持光谱扫描仪采集，人工成本低，采集效率高；同时通过在小车上设置升降机构和云台机构，用于对高光谱扫描仪和多光谱扫描仪的位置及采集角度进行调节，提高采集信息的精准度。

进一步改进，所述移动底盘机构包括底板和顶板，以及多个滚轮；

所述底板和顶板之间通过多个支撑柱固定连接，顶板位于底板正上方，滚轮转动设置在底板上，升降机构设置在顶板上。

通过设置滚轮，便于采集小车移动。

进一步改进，所述底板分为前底板和后底板，前底板和后底板之间通过转动轴承连接，后底板和顶板之间通过支撑柱固定连接；

所述滚轮的数量为四个，其中两个转动设置在前底板上，另外两个转动设置在后底板上。

由于农田中地势不平，通过将底板分为前底板和后底板，且二者之间通过转动轴承转动连接，其中前底板与轴承内圈固连，后底板与轴承外圈固连，轴承的安装位置位于前底板和后底板宽度方向的中点处，保证小车在移动过程中前轮和后轮都能与地面接触，提高稳定性，能够应对复杂的地面环境。

进一步改进，所述滚轮为麦克纳姆轮，前底板和后底板上分别安装有两个第一电机，每个第一电机用于驱动对应的一个麦克纳姆轮转动；

四个麦克纳姆轮的安装位置为矩形的四个顶点，所述四个麦克纳姆轮中有两个为左旋、另外两个为右旋；相同旋向的两个麦克纳姆轮成对角分布设置。

通过设置麦克纳姆轮，可以实现采集小车前行、横移、斜行或旋转，多方位移动，移动性能好，避障能力强，利于数据采集。

进一步改进，所述升降机构包括第二电机、丝杠、支撑架、第一滑块、第二滑块、下框架和上框架；

所述下框架固定在顶板上，丝杠的两端分别通过轴承与下框架的前侧板和后侧板转动连接，下框架的第一左侧板和第一右侧板上沿其长度方向均开设有第一腰型孔；

所述上框架的第二左侧板和第二右侧板上沿其长度方向均开设有第二腰型孔；

所述第二电机安装在顶板上，用于驱动丝杠转动，第一滑块套设在丝杠上，第一滑块与丝杠螺纹连接，第一滑块的两端分别活动式卡设在对应在的第一腰型孔中；所述第二滑块的两端分别活动式卡设在对应在的第二腰型孔中；

所述支撑架包括两组，记为第一组支撑架和第二组支撑架，每一组均包括第一支撑板和第二支撑板，第一支撑板和第二支撑板通过第一转轴铰接，铰接点位于第一支撑板和第二支撑板长度方向的中点处；

其中，第一组支撑架的第一支撑板下端与第一滑块的右端转动连接，第一组支撑架的第一支撑板的上端与上框架的第二右侧板转动连接；第一组支撑架的第二支撑板的下端与下框架的第一右侧板转动连接，第一组支撑架的第二支撑板的上端与第二滑块的右端转动连接；

所述第二组支撑架的第一支撑板的下端与第一滑块的左端转动连接，第二组支撑架的第一支撑板的上端与上框架的第二左侧板转动连接；第二组支撑架的第二支撑板的下端与下框架的第一左侧板转动连接，第二组支撑架的第二支撑板的上端与第二滑块的左端转动连接。

需要升高云台机构时，第二电机驱动丝杠转动，带动第一滑块沿丝杠长度方向移动，第一滑块的两端沿第一腰型孔滑动，推动每一组支撑架的第一支撑板和第二支撑板绕第一转轴发生转动，第二滑块的两端沿第二腰型孔滑动，第一支撑板和第二支撑板之间的夹角变小，达到将云台机构向上提升的目的。

需要降低云台机构时，第二电机反向转动，带动第一滑块沿丝杠长度方向反向移动，推动每一组支撑架的第一支撑板和第二支撑板绕第一转轴发生转动，二者之间的夹角变大，使云台机构下降。

进一步改进，所述云台机构包括第三电机、第四电机和安装架；

所述第三电机竖直设置，第三电机底座固定在上框架上，第四电机底座固定在连接架上，第四电机水平设置，连接架与第三电机的输出轴连接；

所述安装架的一端与连接架转动连接，另一端与第四电机的输出轴连接；

所述高光谱扫描仪和多光谱扫描仪设置在安装架上。

通过设置第三电机和第四电机，使设置在安装架上的高光谱扫描仪和多光谱扫描仪能够实现全方位、多角度进行叶片扫描，满足最佳角度采集的要求。

进一步改进，还包括第一光照传感器、第一摄像头和第二摄像头；

所述第一摄像头设置在底盘机构上，第一光照传感器和第二摄像头设置在安装架上；所述第一光照传感器、第一摄像头和第二摄像头均与控制器电连接。

第一光照传感器用于检测叶片的局部光照强度值，用于对叶片数据分析。第一摄像头用于拍摄采集小车前方的图像，便于采集小车及时避障。第二摄像头用于拍摄农作物叶片的局部图像，以确定采集最佳角度。

通过采集小车对农作物叶片光谱数据的采集过程如下：

1)、启动第一电机，驱动采集小车沿规划的移动路径在农田中移动，对农作物叶片进行光谱数据采集；

2)、在采集过程，第一摄像头实时拍摄采集小车前方的图像，使采集小车及时避障，第二摄像头拍摄农作物叶片的局部图像，确定采集最佳角度；然后第二电机、第三电机和第四电机动作，通过升降机构的云台机构，使得高光谱扫描仪和多光谱扫描仪获得最佳扫描角度；

3)、高光谱扫描仪和多光谱扫描仪扫描在最佳位置、最佳角度完成对农作物叶片扫描获得光谱数据信息，第一光照传感器检测该叶片的局部光照强度值。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

通过设置采集小车，使采集小车携带高光谱扫描仪和多光谱扫描仪在农田中移动，对农田中的农作物叶片光谱数据进行采集，相比人工手持光谱扫描仪采集，人工成本低，采集效率高；同时通过在小车上设置升降机构和云台机构，用于对高光谱扫描仪和多光谱扫描仪的位置及采集角度进行调节，提高采集信息的精准度。

附图说明

图1为本实用新型所述农作物叶片光谱数据采集小车的立体图。

图2为本实用新型所述移动底盘机构的立体图。

图3为本实用新型所述升降机构的立体图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

结合图1-3，农作物叶片光谱数据采集小车1，包括移动底盘机构11和升降机构12，以及云台机构13；

所述升降机构12设置在移动底盘机构11上，云台机构13位于升降机构12的顶部，云台机构13上设置有用于采集叶片表面光谱信息的高光谱扫描仪14和多光谱扫描仪15。

通过设置采集小车，使采集小车携带高光谱扫描仪和多光谱扫描仪在农田中移动，对农田中的农作物叶片光谱数据进行采集，相比人工手持光谱扫描仪采集，人工成本低，采集效率高；同时通过在小车上设置升降机构和云台机构，用于对高光谱扫描仪和多光谱扫描仪的位置及采集角度进行调节，提高采集信息的精准度。

在本实施例中，所述移动底盘机构11包括矩形底板和顶板114，以及四个滚轮111；

所述底板和顶板之间通过四个支撑柱115固定连接，顶板114位于底板正上方，滚轮111转动设置在底板上，升降机构12设置在顶板上。

在本实施例中，所述底板分为前底板113和后底板112，前底板和后底板之间通过转动轴承连接，后底板112和顶板114之间通过支撑柱115固定连接，前底板113和顶板114之间没有设置支撑柱115；其中两个滚轮111转动设置在前底板113上，另外两个滚轮111转动设置在后底板112上。

由于农田中地势不平，通过将底板分为前底板和后底板，且二者之间通过转动轴承转动连接，其中前底板与轴承内圈固连，后底板与轴承外圈固连，轴承的安装位置位于前底板和后底板宽度方向的中点处，保证小车在移动过程中前轮和后轮都能与地面接触，提高稳定性，能够应对复杂的地面环境。

在本实施例中，所述滚轮111为麦克纳姆轮，前底板113和后底板112上分别安装有两个第一电机116，每个第一电机116用于驱动对应的一个麦克纳姆轮转动；

四个麦克纳姆轮的安装位置为矩形的四个顶点，所述四个麦克纳姆轮中有两个为左旋、另外两个为右旋；相同旋向的两个麦克纳姆轮成对角分布设置。

通过设置麦克纳姆轮，可以实现采集小车前行、横移、斜行或旋转，多方位移动，移动性能好，避障能力强，利于数据采集。

在本实施例中，所述升降机构12包括第二电机124、丝杠123、支撑架、第一滑块、第二滑块、下框架121和上框架122；

所述下框架121固定在顶板114上，丝杠123的两端分别通过轴承与下框架121的前侧板和后侧板转动连接，下框架121的第一左侧板和第一右侧板1211上沿其长度方向均开设有第一腰型孔1212；

所述上框架122的第二左侧板和第二右侧板1221上沿其长度方向均开设有第二腰型孔1222；

所述第二电机124安装在顶板114上，用于驱动丝杠123转动，第一滑块套设在丝杠上，第一滑块与丝杠螺纹连接，第一滑块的两端分别活动式卡设在对应在的第一腰型孔中；所述第二滑块的两端分别活动式卡设在对应在的第二腰型孔中；

所述支撑架包括两组，记为第一组支撑架和第二组支撑架，每一组均包括第一支撑板125和第二支撑板126，第一支撑板125和第二支撑板126通过第一转轴铰接，铰接点位于第一支撑板和第二支撑板长度方向的中点处；

其中，第一组支撑架的第一支撑板下端与第一滑块的右端转动连接，第一组支撑架的第一支撑板的上端与上框架的第二右侧板转动连接；第一组支撑架的第二支撑板的下端与下框架的第一右侧板转动连接，第一组支撑架的第二支撑板的上端与第二滑块的右端转动连接；

所述第二组支撑架的第一支撑板的下端与第一滑块的左端转动连接，第二组支撑架的第一支撑板的上端与上框架的第二左侧板转动连接；第二组支撑架的第二支撑板的下端与下框架的第一左侧板转动连接，第二组支撑架的第二支撑板的上端与第二滑块的左端转动连接。

需要升高云台机构时，第二电机驱动丝杠转动，带动第一滑块沿丝杠长度方向移动，第一滑块的两端沿第一腰型孔滑动，推动每一组支撑架的第一支撑板和第二支撑板绕第一转轴发生转动，第二滑块的两端沿第二腰型孔滑动，第一支撑板和第二支撑板之间的夹角变小，达到将云台机构向上提升的目的。

需要降低云台机构时，第二电机反向转动，带动第一滑块沿丝杠长度方向反向移动，推动每一组支撑架的第一支撑板和第二支撑板绕第一转轴发生转动，二者之间的夹角变大，使云台机构下降。

在本实施例中，所述云台机构13包括第三电机131、第四电机132和安装架133；

所述第三电机131竖直设置，第三电机131底座固定在上框架122上，第四电机132底座固定在连接架上，第四电机132水平设置，连接架与第三电机131的输出轴连接；

所述安装架133的一端与连接架转动连接，另一端与第四电机132的输出轴连接；

所述高光谱扫描仪14和多光谱扫描仪15设置在安装架133上。

通过设置第三电机和第四电机，使设置在安装架上的高光谱扫描仪和多光谱扫描仪能够实现全方位、多角度进行叶片扫描，满足最佳角度采集的要求。

在本实施例中，还包括第一光照传感器、第一摄像头17和第二摄像头134；

所述第一摄像头17设置在底盘机构上，第一光照传感器和第二摄像头134设置在安装架133上。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型；凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。