用于基于传感器对收割操作进行监测的系统和方

本发明涉及一种用于基于传感器对收割操作进行监测的系统和方法，特别是配置用于农业收割机(例如联合收割机或割晒机)上的收割台的收割操作。背景技术：1、被称为“联合收割机”的农业收割机在历史上被如此称呼，因为它将多种收割功能与单个收割单元相结合，如采摘、脱粒、分离和清洁。联合收割机包括收割台和给料器，收割台用于将作物从田地中移出，给料器用于将作物材料输送到脱粒转子中。脱粒转子在穿孔外壳内旋转，穿孔外壳可以是可调节的凹陷形式，并对作物执行脱粒操作以移除谷物。脱粒转子设有与作物材料相互作用的纹杆，以便进一步将谷物与作物材料分离，并提供积极的作物运动。谷物脱粒后，将使用清洁系统对谷物进行清洁。清洁系统包括清洁风扇，该风扇通过振荡筛吹送空气，将颖壳和其他碎屑排向联合收割机后部。来自脱粒部分的非谷物作物材料，如秸秆，通过秸秆切碎机，从联合收割机后部排出。清洁的谷物被运输到联合收割机上的粮箱中。2、典型的收割台通常包括框架、位于框架横向端部的一对端部分禾器、地板(如甲板)、从田地中移除作物材料的切割器和将切割的作物材料运输到进料器壳体以在联合收割机中进一步进行下游加工的输送机。通常，收割台的部件经过专门优化，以收获特定种类的作物。例如，收割台可以是带式收割台(draper header)的形式，其具有切割器杆、带式输送器带和具有尖齿等的旋转拔禾轮，以便收获浓密或蓬松的作物，例如大豆或油菜籽。或者，收割台可以是玉米收割台的形式，玉米收割台包括螺旋输送器和行单元，其具有喙状部、收集链和秸秆辊，以便收割玉米。3、在该行业内，对设计用于自动控制与农用车相关的部件(包括与农业收割机的收割台相关的部件)的操作的系统的需求不断增加。通常，自动化收割台相关系统依赖于使用传感器或感测装置来提供与监测的参数相关联的反馈，例如环境、作物材料或收割台或收割台的操作条件，其然后允许控制单元基于从传感器或感测装置接收的反馈来自动确定用于控制收割台的一个或多个部件的操作的控制输出。然而，当收割台包括动力部件(例如，动力旋转部件)时，这些部件的运动通常在提供给控制器的传感器反馈内导致大量的噪声或干扰。传感器反馈中的这种噪声/干扰通常导致控制器产生的控制输出不如期望的准确或有效。4、为了避免这种噪声或干扰，已知这样的系统，其中传感器或感测装置安装得足够高，使得它们的视野在收割台的任何动力部件上方，因此指向收割台的远前方，或者它们安装在动力部件的前方。具有指向收割台上方和远处的视野使得难以监控收割台的直接环境。此外，在任何一种情况下都需要相当大的机械结构，这会在收割台外围形成额外的障碍物，可能会与障碍发生干涉，例如田地外缘的树木和灌木。5、另一方面，在其视野中具有动力部件(例如收割台的拔禾轮)的传感器或感测设备通常产生连续的数据流。当传感器安装在拔禾轮内时，传感器获取的帧可能对环境有略微不同的看法，这取决于传感器的获取帧速率和拔禾轮速度。使用固定安装在收割台上的传感器会导致动力部件在传感器的视野中移动，并且如果不应忽视动力部件的面积，则需要越来越复杂的数据处理和算法来进行精确可靠的监测。技术实现思路1、本发明的目的是提供一种用于基于传感器监测收割操作的系统和方法，克服现有技术系统和方法的上述缺点。2、该目的通过独立权利要求1和13的主题来解决。优选实施例是从属权利要求的主题。3、根据本发明的一个方面，一种用于基于传感器监测收割操作的系统包括收割台，所述收割台包括框架和相对于所述框架可旋转地支撑的拔禾轮，至少一个光学传感器配置为获取所述至少一个光学传感器的视野内的光学数据，其中所述拔禾轮被部分地布置在所述至少一个光学传感器的视野内或可移动通过所述光学传感器的视野，以及配置为检测所述拔禾轮的旋转位置的拔禾轮旋转位置传感器。该系统配置为基于检测到的旋转位置在拔禾轮的预定旋转位置触发所述至少一个光学传感器。4、因此，所述至少一个光学传感器在拔禾轮的至少一个预定位置被触发以获取光学数据，例如图像数据。以这种方式，通过所述至少一个光学传感器的数据采集与拔禾轮的旋转和旋转位置同步。因此，拔禾轮或其部分在静态位置出现在获取的数据上(如果有的话)。因此，在不需要将至少一个光学传感器定位在拔禾轮不干扰传感器视野的位置的情况下，可以促进数据处理和相关算法的开发。5、在优选实施例中，所述至少一个拔禾轮旋转位置传感器的输出信号指示拔禾轮的旋转位置，并且所述至少一个光学传感器配置为响应于与拔禾轮旋转位置传感器的输出信号相关联的触发信号来获取光学数据。换句话说，当拔禾轮处于至少一个预定位置时，基于拔禾轮旋转位置传感器的输出信号提供触发信号。6、优选地，所述至少一个光学传感器配置为仅响应于触发信号来获取光学数据，即获取连续的离散帧。因此，所述至少一个光学传感器不产生光学数据的连续数据流，在该连续数据流中拔禾轮(部件)出现在不同位置。7、所述至少一个光学传感器中的每个的视野是由所述传感器获取的检查区域。视野可以由立体角来定义，光学传感器通过立体角对电磁辐射敏感。8、拔禾轮可以包括拔禾轮轴和在收割台的横向方向上延伸的多个搂齿梁。拔禾轮限定了拔禾轮轴线，该拔禾轮轴线是拔禾轮的旋转轴线。每个搂齿梁优选地设置有多个尖齿。通常，所述多个搂齿梁围绕拔禾轮轴线分布，并且在拔禾轮的圆周方向上彼此等距隔开。拔禾轮还可以包括第一端板和第二端板，以及在拔禾轮轴线的轴向方向上位于第一端板与第二端板之间以支撑所述多个搂齿梁的至少一个支撑结构。9、拔禾轮的旋转位置可以由所述至少一个搂齿梁相对于拔禾轮轴线的角位置来限定。拔禾轮旋转位置传感器因此可以配置为检测至少一个搂齿梁的角位置。特别地，拔禾轮旋转位置传感器可以配置为检测处于预定角位置的所述至少一个搂齿梁。拔禾轮旋转位置传感器的输出信号因此指示所述至少一个搂齿梁的角位置。换言之，输出信号可以指示所述至少一个搂齿梁被布置在预定的角位置。这可以以类似的方式应用于所述多个搂齿梁中的一些或全部。也就是说，拔禾轮旋转位置传感器可以配置为检测处于预定角位置的每个搂齿梁，使得输出信号指示搂齿梁中的一个被布置在预定角位置。因此，所述至少一个光学传感器基于所述至少一个搂齿梁的预定角位置被触发以获取光学数据。10、可将拔禾轮旋转位置传感器分配给拔禾轮轴，以便检测拔禾轮的旋转位置。可替换地，拔禾轮旋转位置传感器可以布置在拔禾轮的外周附近，并且可以配置为检测经过拔禾轮旋转位置传感器的搂齿梁。在这种情况下，拔禾轮旋转位置传感器可以被布置为非常靠近搂齿梁围绕拔禾轮轴线的轨迹。本领域技术人员显而易见的是，拔禾轮旋转位置传感器可以被分配给拔禾轮的任何旋转部分，以便检测其旋转位置。因此，拔禾轮旋转位置传感器可以直接与拔禾轮的一部分相互作用，例如搂齿梁，或者可以在拔禾轮上提供至少一个标记，该标记与拔禾轮旋转位置传感器相互作用。如果需要，可以提供多个拔禾轮旋转位置传感器。11、在示例性实施例中，拔禾轮旋转位置传感器是检测拔禾轮的旋转位置并基于其提供输出信号的编码器。优选地，拔禾轮旋转位置传感器包括感应传感器、磁传感器、光学传感器或机械传感器中的一者。例如，拔禾轮旋转位置传感器包括感应传感器，该感应传感器布置在围绕拔禾轮轴线的搂齿梁的轨迹附近，以检测经过传感器的每个搂齿梁。拔禾轮旋转位置传感器可以为经过传感器的每个搂齿梁产生脉冲，从而产生指示拔禾轮旋转位置的脉冲信号。因此，输出信号可以是在角位置中指示搂齿梁的位置的脉冲信号，该角位置对应于拔禾轮旋转位置传感器的位置。12、在一个实施例中，所述系统还包括控制单元，所述控制单元通信地联接到所述至少一个光学传感器和所述拔禾轮旋转位置传感器，其中，所述控制器配置为通过基于所述旋转拔禾轮位置传感器的输出信号提供所述触发信号来触发所述至少一个光学传感器。控制单元可以是电子控制单元(ecu)。特别地，控制单元配置为在拔禾轮的所述至少一个预定旋转位置触发所述至少一个光学传感器。拔禾轮旋转位置传感器向控制单元提供输出信号，控制单元又向所述至少一个光学传感器提供触发信号。以这种方式使用控制单元允许相对于拔禾轮的位置灵活地调节由所述至少一个光学传感器获取光学数据的时刻。例如，拔禾轮相对于所述至少一个光学传感器的位置可以在收割台的操作期间改变，并且获取光学数据的时刻可以相应地进行调节，如下所述。13、通常，根据本发明的系统由于拔禾轮在由光学传感器获取的光学数据中的静态位置而便于数据处理。14、通过根据拔禾轮的结构和所述至少一个光学传感器的视野为所述至少一个光学传感器中的每个限定拔禾轮的最佳旋转位置，可以进一步最小化拔禾轮的干扰。例如，拔禾轮的最佳旋转位置可以是这样的位置，在该位置，拔禾轮或拔禾轮的部件，例如搂齿梁，不出现在视野中，或者仅暂时或部分出现在视野内。触发信号然后可以与拔禾轮的最佳旋转位置相关联。也就是说，当拔禾轮处于最佳旋转位置时，触发所述至少一个光学传感器。15、如果拔禾轮的最佳旋转位置对应于由拔禾轮旋转位置传感器检测到的旋转位置，则输出信号指示最佳旋转位置。因此，触发信号可以响应于输出信号直接提供，例如由控制单元提供。在这种情况下，输出信号可以是脉冲信号，脉冲信号也可以用作触发信号。16、然而，拔禾轮的最佳旋转位置可能并不总是对应于由拔禾轮旋转位置传感器检测到的旋转位置。当只有有限的选项用于安装拔禾轮旋转位置传感器时，当拔禾轮的位置在操作期间改变时，或者当提供一个以上的光学传感器时，可能会出现这种情况。控制单元优选地配置为接收拔禾轮旋转位置传感器的输出信号，并且在取决于最佳旋转位置的延迟之后将触发信号提供给至所述少一个光学传感器。换言之，控制单元将延迟添加到输出信号以产生到所述至少一个光学传感器的触发信号，使得当拔禾轮被布置在最佳旋转位置时触发所述至少一个光学传感器。延迟更具体地取决于拔禾轮的旋转速度以及由拔禾轮旋转位置传感器检测到的拔禾轮的旋转位置与预定的最佳旋转位置之间的角距离。控制单元可以配置为使延迟适应拔禾轮的当前旋转速度。17、在收割台的操作期间或者在第一收割操作和第二收割操作之间，拔禾轮在竖直和/或水平方向上的位置可以改变以优化收割。在这种情况下，拔禾轮相对于所述至少一个光学传感器的位置也发生变化。由于拔禾轮或拔禾轮部件仍将出现在获取的数据中的静态位置，这可能不会导致数据处理和评估方面的问题。然而，可以通过相应地调节触发信号并因此调节获取光学数据的时刻来改进结果。在优选实施例中，控制单元因此配置为接收拔禾轮旋转位置传感器的输出信号，并且在取决于拔禾轮的水平和/或竖直位置的延迟之后将触发信号提供给所述至少一个光学传感器。18、例如，可以为拔禾轮在正常操作期间通常占据的每个位置确定拔禾轮的最佳旋转位置。可替换地，拔禾轮的最佳旋转位置可以被定义为拔禾轮在竖直和/或水平方向上的参考位置。控制单元然后可以配置为根据拔禾轮相对于拔禾轮的参考位置的实际位置来确定延迟。一般来说，延迟可以是预定义的，例如存储在控制单元的存储器中的查找表中，或者可以基于拔禾轮的实际位置来确定。19、优选地，所述至少一个光学传感器安装在收割台和/或承载收割台的农用车上，例如安装在农用车的驾驶室上，其中所述至少一个光学传感器的视野指向收割台的前部。通过这种方式，所述至少一个光学传感器能够获取收割台前方的地面和/或作物材料的光学数据，以检测障碍物、地面特性或作物特性等。所述至少一个光学传感器可以在静态位置连接到收割台或农用车，而无需复杂或大型安装装置。靠近收割台的环境可以通过在农业车辆的行驶方向上将所述至少一个光学传感器安装在收割台的拔禾轮后面来监测。20、附加地或可替换地，所述至少一个光学传感器可以安装在所述拔禾轮上或所述拔禾轮内，其中所述至少一个光学传感器的视野指向所述拔禾轮的径向方向。优选地，所述至少一个光学传感器继而安装在拔禾轮轴上。因此，所述至少一个光学传感器及其视野随着拔禾轮绕拔禾轮轴线旋转。通过在拔禾轮的不同旋转位置触发所述至少一个光学传感器，视野被引导向不同的感兴趣对象，例如拔禾轮前面的区域、地面或收割台部件，例如切割器杆、输送器或螺旋输送器，并且其光学数据被获取。结果，不同区域和部件的光学数据可以由单个光学传感器获取。因此，控制单元可以配置为在拔禾轮的旋转位置中提供触发信号，在该旋转位置中，所述至少一个光学传感器的视野指向感兴趣的区域或物体。21、通常，控制单元可以配置为在拔禾轮的第一旋转位置和拔禾轮的第二旋转位置触发所述至少一个光学传感器，或者在拔禾轮的甚至更多的旋转位置触发所述至少一个光学传感器，如下文所述。22、在至少一个光学传感器安装在除拔禾轮之外的收割台部件上或农业车辆上的情况下，拔禾轮的旋转位置的数量(在该旋转位置中所述至少一个光学传感器被触发)可以对应于搂齿梁的数量。然后，每当拔禾轮在两个相邻的搂齿梁之间移动了大约所述角距离时，可以触发所述至少一个光学传感器。在由所述至少一个光学传感器获取的光学数据中，所述拔禾轮，特别是所述搂齿梁将出现在静态位置。很明显，旋转位置的数量可以是在一个和搂齿梁的数量之间的任何数量，只要当传感器获取的所有后续帧中搂齿梁在其视野中处于预定位置时触发光学传感器即可。23、在所述至少一个光学传感器安装在拔禾轮上或拔禾轮内的情况下，在拔禾轮的第一旋转位置中的所述至少一个光学传感器的视野的定向可以不同于在拔禾轮的第二旋转位置中视野的定向。通过这种方式，单个光学传感器可以产生不同的传感器视图。24、所述至少一个光学传感器可以是能够获取期望的光学数据、特别是能够检测电磁波的任何合适的光学传感器。例如，所述至少一个光学传感器包括雷达传感器、激光雷达传感器、激光传感器和相机中的一个或其组合。也可以使用超声波传感器。25、本发明还涉及包括根据本发明的系统的农用车。因此，本文所述系统的所有特征和优点都适用于农用车，反之亦然。特别地，农用车配置为承载包括如上所述的拔禾轮的收割台。例如，所述农用车可以是联合收割机或割晒机。所述农用车可以包括容纳农用车的操作者的舱室。作为农用车的一个实施例，联合收割机的总体结构将参考图1进行更详细的描述。26、根据本发明，一种用于基于传感器监测收割操作的方法包括以下步骤：27、操作收割台，从而使收割台的拔禾轮围绕拔禾轮轴线旋转；28、在所述拔禾轮旋转时，通过拔禾轮旋转位置传感器检测所述拔禾轮的旋转位置；29、当所述拔禾轮被布置在至少一个预定旋转位置时触发至少一个光学传感器；和30、当被触发时，通过所述至少一个光学传感器获取光学数据。31、以这种方式，通过所述至少一个光学传感器的数据采集与拔禾轮的旋转和旋转位置同步。因此，拔禾轮或其部分出现在获取的数据上(如果有的话)处于静态位置。因此，在不需要将所述至少一个光学传感器定位在其视野不被拔禾轮干扰的位置的情况下，可以促进数据处理和相关算法的开发。优选地，所述至少一个光学传感器仅在被触发时获取光学数据，即获取连续的离散帧。因此，所述至少一个光学传感器不产生连续的数据流。32、优选地，该方法通过如本文所述的根据本发明的系统或包括这样的系统的农用车来执行。因此，该系统的所有特征和优点都适用于该方法，反之亦然。此外，根据本发明的系统及其部件的所有功能和动作也可以被公式化为该方法的步骤。33、拔禾轮可以通过收割台的驱动机构旋转。驱动机构可以联接到携带收割台的农用车的pto。34、在该方法中，每当拔禾轮处于所述至少一个预定旋转位置时，可以重复触发所述至少一个光学传感器的步骤。35、优选地，该方法还包括以下步骤：36、产生指示由拔禾轮旋转位置传感器检测到的拔禾轮的至少一个旋转位置的输出信号，并将输出信号提供给控制单元；37、由控制单元基于输出信号产生触发信号，并将触发信号提供给所述至少一个光学传感器，从而触发所述至少一个光学传感器；和38、响应于所述触发信号由所述至少一个光学传感器获取光学数据。39、如上所述，控制单元还可以根据拔禾轮的水平和/或竖直位置或者根据拔禾轮的最佳旋转位置向所述至少一个光学传感器提供具有延迟的触发信号。