一种适用于斜坡作业的割草机气流导向设计方法及系统与流程

本发明涉及割草机的，尤其是涉及一种适用于斜坡作业的割草机气流导向设计方法及系统。

背景技术：

1、割草机是一种用于修剪草坪、园林绿地及农业作业区域中草类植物的机械化设备。

2、割草机在割草过程中，割草机刀片高速旋转会在刀盘内部形成特定的气流场，该气流场对割草机的切割效果、集草效率、能耗水平及工作噪音均存在显著影响，割草机的气流导向功能通常由刀片自身的固定结构实现，例如在刀片上设置空气提升部件，将刀片后缘加工成波浪形结构来改善草屑的排出性能，或者通过设置绕流刀刃部与平刃部的组合结构，以减少风阻、降低噪音并实现省电效果。

3、割草机在割草过程中，割草机的气流导向结构多为固定式设计，在面对不同地形时，气流导向始终保持不变，导致割草机的草屑易堆积于机器一侧而无法有效收集，以降低割草机的作业能力。

技术实现思路

1、为了提高割草机的作业能力，本发明提供一种适用于斜坡作业的割草机气流导向设计方法及系统。

2、第一方面，本发明提供一种适用于斜坡作业的割草机气流导向设计方法，采用如下的技术方案：

3、一种适用于斜坡作业的割草机气流导向设计方法，包括：

4、采集割草机所处区域的地形信息、图像检测信息以及切割过程中的声音检测信息，并对图像检测信息进行预处理形成检测图像信息；

5、基于检测图像信息与预设的检测类别进行语义分割形成分割图像信息；

6、根据分割图像信息得到切割物类型和切割密度；

7、对声音检测信息进行时域采样、模数转换以及快速傅里叶变换得到声音频谱图；

8、从声音频谱图中提取检测频谱特征，并以检测频谱特征更新切割物类型并得到切割物湿度；

9、根据切割物类型、切割密度、切割物湿度以及地形信息得到目标气流导向参数；

10、通过目标气流导向参数生成最终控制指令并进行上传。

11、通过采用上述技术方案，通过对地形信息、图像检测信息及声音检测信息进行分析以生成最终控制指令并上传至割草机的执行机构，从而能够使割草机在斜坡作业时，根据坡度和坡向信息实时调整刀片高度、刀片角度及导流通道形状，以补偿斜坡重力对草屑输送的不利影响，改善草屑在斜坡上的收集效果，并且能够使割草机在遇到不同草种、不同密度或不同湿度的切割物时，实现气流导向与切割物物理属性的自适应匹配，改变现有割草机气流导向结构固定不变、无法根据实时工况进行调整的现状，使割草机在复杂地形和多样化草况下均能以最优气流参数运行，提高割草机的环境适应性和综合作业能力。

12、可选的，得到目标气流导向参数的方法包括：

13、从地形信息中调取坡度检测信息；

14、基于坡度检测信息与预设的单位刀片高度计算气流附壁效应系数；

15、通过切割物类型、切割密度以及切割物湿度计算出临界气流速度值；

16、结合临界气流速度值、气流附壁效应系数、预设的基准目标以及预设的单位控制系数构建综合代价函数；

17、通过综合代价函数与预设的集草目标计算出最终控制系数作为目标气流导向参数。

18、可选的，还包括：

19、从检测类别中调取缠绕类型；

20、从分割图像信息中提取缠绕类型的标记缠绕参数及其对应的标记缠绕长度；

21、根据最终控制指令得到基准长度阈值与基准概率阈值；

22、当标记缠绕长度超出基准长度阈值时，将标记缠绕参数定义为异常缠绕参数，并从分割图像信息中提取异常缠绕参数的异常缠绕位置；

23、采集割草机的刀片中心位置、检测电流数据和检测转速数据；

24、结合异常缠绕位置、刀片中心位置、检测电流数据、检测转速数据以及基准概率阈值生成清除气流控制指令以更新最终控制指令。

25、可选的，生成清除气流控制指令的方法包括：

26、通过刀片中心位置与异常缠绕位置计算出异常距离值与异常方位角；

27、根据检测电流数据和检测转速数据得到缠绕概率值；

28、当缠绕概率值超出基准概率阈值时，通过分割图像信息与异常缠绕参数计算出缠绕位置和缠绕圈数；

29、结合缠绕位置、缠绕圈数、异常距离值以及异常方位角得到缠绕姿态信息；

30、根据缠绕姿态信息生成清除气流控制指令。

31、可选的，生成清除气流控制指令的方法还包括：

32、从分割图像信息中提取切割物的有效撞击截面积值；

33、通过有效撞击截面积值得到基准频率阈值；

34、根据缠绕姿态信息得到基准冲击阈值与目标持续时长值；

35、从声音频谱图中调取基准频率阈值对应的高频能量占比值与时域波形包络的上升沿斜率并匹配平均质量估算值与平均速度估算值；

36、结合有效撞击截面积值、平均质量估算值与平均速度估算值计算出撞击动能值；

37、依据基准冲击阈值与撞击动能值形成气流冲击能量阈值；

38、根据气流冲击能量阈值得到目标速度值；

39、结合目标持续时长值与目标速度值生成清除气流控制指令。

40、可选的，生成清除气流控制指令的方法还包括：

41、根据异常缠绕位置得到目标撞击坐标；

42、基于目标撞击坐标与预设的导流初始角度计算出偏转角度值；

43、通过目标持续时长值与目标速度值生成脉冲驱动信号；

44、基于脉冲驱动信号采集实际电流数据，并通过缠绕姿态信息得到基准电流阈值；

45、当实际电流数据在连续三个预设的采样周期内小于基准电流阈值时，输出停止信号；

46、将偏转角度值、脉冲驱动信号、实际电流数据、基准电流阈值以及停止信号作为清除气流控制指令。

47、可选的，还包括：

48、采集草屑检测图像；

49、从草屑检测图像中提取草屑的质心坐标值；

50、根据质心坐标值与预设的采集间隔计算平均抛射速度值与平均抛射角度值；

51、基于质心坐标值与草屑检测图像得到分散程度值；

52、结合平均抛射速度值、平均抛射角度值以及分散程度值进行权重求和得到集草效率指数值；

53、对比集草效率指数值与预设的指数阈值计算指数偏差值，并依据指数偏差值更新最终控制指令。

54、可选的，还包括：

55、采集割草机切割过程中刀片的振动检测信息；

56、根据振动检测信息生成时域特征向量与频域特征向量，并将时域特征向量与频域特征向量进行结合作为综合特征向量；

57、基于综合特征向量匹配出检测磨损值；

58、依据检测磨损值与最终控制指令形成气流偏差参数；

59、通过气流偏差参数匹配导流补偿指令，并在检测磨损值大于预设的基准磨损阈值时，输出导流补偿指令以更新最终控制指令。

60、可选的，更新最终控制指令的方法还包括：

61、从振动检测信息中提取检测转速数据对应频率的标记振动幅值；

62、根据标记振动幅值得到刀片的标记波动质量；

63、通过振动检测信息与预设的基准振动信号得到检测相位差值，并将标记振动幅值对应的检测相位差值作为标记相位差值；

64、基于标记相位差值得到刀片的标记角度位置；

65、结合标记波动质量、标记角度位置以及预设的配重规格得到配重移动参数，并将配重移动参数加入至最终控制指令。

66、第二方面，本技术提供一种适用于斜坡作业的割草机气流导向设计系统，采用如下的技术方案：

67、一种适用于斜坡作业的割草机气流导向设计系统，包括：

68、获取模块，用于获取地形信息、图像检测信息以及声音检测信息；

69、存储器，用于存储一种适用于斜坡作业的割草机气流导向设计方法的程序；

70、处理器，用于加载执行存储器中所存储的程序。

71、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

72、1.通过对地形信息、图像检测信息及声音检测信息进行分析以生成最终控制指令并上传至割草机的执行机构，从而能够补偿斜坡重力对草屑输送的不利影响，改善草屑在斜坡上的收集效果，提高割草机的环境适应性和综合作业能力；

73、2.通过生成清除气流控制指令以更新最终控制指令，从而能够通过图像识别提前发现存在缠绕风险的草茎或异物，再通过电流数据和转速数据的负载波动分析确认真实缠绕状态，并在确认缠绕后主动生成清除气流控制指令，提高防缠绕控制的准确性和及时性；

74、3.通过结合目标持续时长值与目标速度值生成清除气流控制指令，从而能够利用切割过程中产生的草屑作为撞击介质，使生成的气流速度既能提供足够的撞击能量以清除缠绕物，又避免能量过剩造成不必要的能耗。