張曉東 李鵬飛 毛罕平 高洪燕

摘要：我國設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，目前對(duì)作物長勢信息檢測主要依靠傳統(tǒng)判別方法，但是傳統(tǒng)長勢信息判斷存在主觀性強(qiáng)、費(fèi)時(shí)費(fèi)力等弊端，因此設(shè)計(jì)了適用于溫室高架栽培作物的軌道式移動(dòng)檢測平臺(tái)，該平臺(tái)通過搭載作物生長和環(huán)境信息多傳感檢測裝置，可實(shí)現(xiàn)對(duì)高架植物的莖、果、葉長勢和冠層-空氣溫差等生長信息，以及環(huán)境溫濕度、光照強(qiáng)度等氣象環(huán)境因子進(jìn)行監(jiān)測。為了適應(yīng)溫室行走環(huán)境，提高行走的穩(wěn)定性，移動(dòng)檢測平臺(tái)采用軌道式移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，即利用溫室加熱管道作為軌道，以確保機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定行走，對(duì)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行驗(yàn)證，絕對(duì)誤差最大值為 7.2 mm，相對(duì)誤差為0.72%。移動(dòng)檢測平臺(tái)采用高舉升升降機(jī)構(gòu)，結(jié)合5自由度機(jī)械臂系統(tǒng)將傳感器放到所需位置，將實(shí)際測量高度值與標(biāo)準(zhǔn)高度位置值進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析，絕對(duì)誤差最大值為0.83 mm，相對(duì)誤差為0.78%，因此能精準(zhǔn)地將所要使用到的傳感設(shè)備放到所需的高度和預(yù)定位姿。

關(guān)鍵詞：溫室作物;多傳感;信息采集;設(shè)施農(nóng)業(yè);生長與環(huán)境監(jiān)測

中圖分類號(hào)：S127 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2021）24-0209-06

收稿日期：2021-04-13

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（編號(hào)：61771224）;江蘇省高等學(xué)校自然科學(xué)研究重大項(xiàng)目（編號(hào)：18KJA416001）;江蘇省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心 （編號(hào)：4091600029）;江蘇省自然科學(xué)基金（編號(hào)：BK20180864）;現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金（編號(hào)：JNZ201903）;中國博士后科學(xué)基金（編號(hào)：2017M621650）;“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（編號(hào)：2018YFF0213601）。

作者簡介：張曉東（1970—），男，江蘇鎮(zhèn)江人，博士，副研究員，主要從事基于可見光-近紅外多維光信息的作物生長信息檢測方法研究。E-mail：zxd700227@ujs.edu.cn。

我國設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，提高溫室作物的產(chǎn)量和品質(zhì)是我國目前設(shè)施領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵問題。作物長勢和環(huán)境信息的獲取對(duì)溫室環(huán)境調(diào)控具有重要意義。傳統(tǒng)長勢信息的獲取主要依賴專家經(jīng)驗(yàn)，主觀性強(qiáng);作物養(yǎng)分信息可以通過化學(xué)分析方法獲取，但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且難以實(shí)現(xiàn)基于作物信息反饋的水肥和環(huán)境優(yōu)化調(diào)控。因此，研發(fā)適用于溫室環(huán)境的作物生長信息檢測系統(tǒng)，具有重要的研究意義和應(yīng)用價(jià)值。

國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于作物生長信息檢測系統(tǒng)的研究領(lǐng)域較廣。其中Elvanidi等利用高光譜機(jī)器視覺系統(tǒng)作為非接觸技術(shù)來檢測無土番茄作物中的氮素缺乏[1]。Ochoa等利用機(jī)器視覺和遙感衛(wèi)星圖像，對(duì)大田作物進(jìn)行了實(shí)時(shí)的監(jiān)測和生長狀況的獲取[2]。Bai等在溫室環(huán)境信息的檢測中針對(duì)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)融合問題提出了分布式估計(jì)方案，提高了溫室環(huán)境信息檢測的準(zhǔn)確性[3]。Ehret等通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)自動(dòng)檢測的溫室番茄的產(chǎn)量、生長狀況和用水進(jìn)行分析，模型很好地預(yù)測了產(chǎn)量和生長需求，表明自動(dòng)預(yù)測相關(guān)信息能夠便于溫室進(jìn)行自動(dòng)化管理[4]。Mangus等開發(fā)了高時(shí)空分辨率的作物水分脅迫監(jiān)測系統(tǒng)，利用熱紅外成像技術(shù)并使用紅外熱像系統(tǒng)（thermal infrared imaging system，簡稱TIRIS）遠(yuǎn)程測量冠層溫度得出作物缺水指數(shù)（crop water stress index，簡稱CWSI） 方法可以替代灌溉調(diào)度方法，為溫室灌溉和管理提供了決策[5]。劉茂成用光電傳感器設(shè)計(jì)了一個(gè)手持式的葉片氮素診斷系統(tǒng)，但其還未驗(yàn)證不同品種、不同生育期、不同氮處理的植物[6]。程坤設(shè)計(jì)的葉綠素含量檢測系統(tǒng)在不損傷葉片的前提下實(shí)現(xiàn)葉綠素含量檢測以及葉片所處環(huán)境溫濕度的實(shí)時(shí)檢測[7]。劉青結(jié)合無線傳感器技術(shù)和聲發(fā)射技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫室土壤溫濕度、空氣溫濕度、二氧化碳濃度、光照度及反映病害狀況的聲發(fā)射信號(hào)的采集，該系統(tǒng)提高了溫室自動(dòng)化和智能化水平并具有很好的移植性[8]。Liang等針對(duì)溫室檢測系統(tǒng)接線復(fù)雜且容易老化的問題提出了一種基于無線保真（WIFI）的溫室環(huán)境動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程檢測，為溫室中自動(dòng)檢測提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)[9]。

綜上所述，現(xiàn)有的設(shè)施作物生長的非接觸監(jiān)測技術(shù)大多為分布式的系統(tǒng)，且多基于光電、視覺和紅外等單一傳感新型系統(tǒng)，難以全面監(jiān)測作物營養(yǎng)長勢和溫濕度、光照等環(huán)境信息，且缺少先進(jìn)適用的溫室檢測平臺(tái)，難以適應(yīng)溫室非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的巡航檢測。本研究的設(shè)計(jì)在現(xiàn)有移動(dòng)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，基于美國國家儀器有限公司（NI）的LabVIEW平臺(tái)，結(jié)合多傳感技術(shù)設(shè)計(jì)出一種用于作物生長信息和環(huán)境信息檢測的檢測系統(tǒng)，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)作物生長和環(huán)境信息的獲取和巡航監(jiān)測。

1 硬件功能設(shè)計(jì)

如圖1所示，本研究設(shè)計(jì)的檢測系統(tǒng)主要由運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、多傳感器檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)組成。其中，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括用于系統(tǒng)行走的軌道式的移動(dòng)底盤和控制底盤運(yùn)動(dòng)的無刷減速電機(jī);多傳感檢測系統(tǒng)包括獲取作物形態(tài)特征的可見光相機(jī)，獲取冠層溫度的紅外傳感器，檢測環(huán)境溫濕度的環(huán)境光照和溫濕度傳感器，檢測作物高度信息的激光測距傳感器以及用于完成檢測并搭載多傳感器的機(jī)械臂和末端云臺(tái);控制系統(tǒng)包括工控機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制器;動(dòng)力系統(tǒng)包括48 V鋰電池組和充電模組;導(dǎo)航系統(tǒng)通過磁導(dǎo)航地標(biāo)傳感探測，通過電磁導(dǎo)航的方式控制移動(dòng)平臺(tái)的順序到達(dá)檢測位。該檢測系統(tǒng)集成了自動(dòng)導(dǎo)引車（AGV）控制、機(jī)械臂操控、圖像采集、環(huán)境信息采集、熱成像系統(tǒng)、光譜信息采集等功能，能夠滿足溫室環(huán)境中的作物營養(yǎng)、水分、長勢信息和環(huán)境信息的移動(dòng)式數(shù)據(jù)采集和信息貯存，同時(shí)結(jié)合上位機(jī)信息分析系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)溫室作物生長和環(huán)境信息獲取（圖2、圖3）。

該系統(tǒng)利用溫室加熱管作為軌道進(jìn)行自主移動(dòng)檢測巡航作業(yè)，利用機(jī)械臂搭載的多傳感檢測系統(tǒng)獲取作物的長勢綜合信息。通過獲取作物冠層的熱紅外溫度結(jié)合環(huán)境溫度信息，獲取作物的冠層-空氣溫特征，并進(jìn)一步提取水分脅迫信息;基于可見光相機(jī)獲取作物的多視場圖像結(jié)合激光測距可得到作物的冠幅、株高、莖粗等形態(tài)特征[10-11]。結(jié)合環(huán)境溫濕度、光照等傳感探測可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境綜合信息的獲取，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)作物生長和環(huán)境信息的綜合評(píng)價(jià)。

2 移動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)搭載的多傳感器為了適應(yīng)不同株高和不同視場的信息采集，須要通過舉升機(jī)構(gòu)的升降和機(jī)械臂的水平移動(dòng)改變多傳感器的位姿，這會(huì)大幅改變移動(dòng)平臺(tái)的重心，故須避免作業(yè)平臺(tái)傾覆的風(fēng)險(xiǎn)。為了保證巡航精度，確保駐點(diǎn)巡航探測信號(hào)的穩(wěn)定性和定位精度，需要車體具有較好的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，避免行走過程因軌道不平和重心大幅變化導(dǎo)致的平臺(tái)整體顛簸，以滿足作物生長和環(huán)境信息檢測設(shè)備對(duì)平臺(tái)巡航精度及平穩(wěn)性的要求。因此，在設(shè)計(jì)移動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)時(shí)，為了降低重心，提高平臺(tái)的穩(wěn)定性，在零部件的布局上，將伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、蓄電池等較重的零部件布置在車體最下層，而將運(yùn)動(dòng)控制器、信號(hào)采集裝置等輕型部件安裝車體在上層;在材料的選取上，小車底盤采用了實(shí)心結(jié)構(gòu)的鋼材，而舉升機(jī)構(gòu)和機(jī)械臂則采用了高強(qiáng)度的鋁材進(jìn)行加工制造，以降低重心，提高系統(tǒng)高舉作業(yè)的穩(wěn)定性和載荷。同時(shí)為了保證續(xù)航要求，系統(tǒng)采用大容量鋰電池，以保證長時(shí)間的自主巡航作業(yè)。

在設(shè)計(jì)小車底盤結(jié)構(gòu)時(shí)，為了保持車身緊湊同時(shí)確保底盤的穩(wěn)定性，車體長度設(shè)計(jì)為 1 100 mm，底盤寬度設(shè)計(jì)為750 mm。為保證巡航的精度和穩(wěn)定性，采用軌道式的底盤結(jié)構(gòu)，以溫室加熱管道作為軌道，底盤采用驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪和支撐萬向輪等3組輪系結(jié)構(gòu)，其中導(dǎo)向輪的作用是支撐車體并保證車體沿軌道行進(jìn)，導(dǎo)向輪表面采用菱形網(wǎng)格微結(jié)構(gòu)，以保證具有一定的摩擦導(dǎo)向力，外緣采用凸起結(jié)構(gòu)以便小車在產(chǎn)生極限偏離時(shí)能夠適應(yīng)軌道自動(dòng)糾偏，確保不會(huì)脫軌。移動(dòng)平臺(tái)中部的驅(qū)動(dòng)輪的作用是行進(jìn)的驅(qū)動(dòng)控制，采用橡膠輪式結(jié)構(gòu)，為了提高車體的穩(wěn)定性，過濾地面震動(dòng)，導(dǎo)向輪和驅(qū)動(dòng)輪上均安裝有避震彈簧，以提高行走的穩(wěn)定性。支撐萬向輪的作用是在非軌道的溫室鋪裝路面行走時(shí)，作為平臺(tái)行走的輔助支撐（圖4）。

2.2 機(jī)械臂系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了適應(yīng)不同株型，尤其是番茄、黃瓜等大株型和連續(xù)生長型作物的檢測需求，機(jī)械臂系統(tǒng)采用了三級(jí)舉升機(jī)構(gòu)（圖5），末端傳感器的最高舉升高度可達(dá)2.80 m。一級(jí)升降機(jī)構(gòu)固定在底座框架上，二級(jí)升降機(jī)構(gòu)與三級(jí)升降機(jī)構(gòu)利用內(nèi)置軌道與各升降機(jī)構(gòu)內(nèi)側(cè)的凹槽鑲嵌，并由同步帶牽引，采用具有伺服反饋的電動(dòng)推桿進(jìn)行舉升，完成三級(jí)機(jī)構(gòu)的順序舉升，以實(shí)現(xiàn)對(duì)行程的精確控制。

為獲取不同生長期、不同高度植株的主視和俯視方向的長勢和營養(yǎng)信息，舉升機(jī)構(gòu)不僅要能夠大幅升降，同時(shí)還須要配合多自由度的機(jī)械臂、末端云臺(tái)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多傳感器的高度、視場和位姿的調(diào)節(jié)。如圖6所示，機(jī)械臂和云臺(tái)機(jī)構(gòu)采用兩節(jié)機(jī)械臂，結(jié)合三級(jí)轉(zhuǎn)軸構(gòu)成水平回轉(zhuǎn)臂，單節(jié)機(jī)械臂為500 mm，三節(jié)回轉(zhuǎn)臂結(jié)合云臺(tái)機(jī)構(gòu)可以完成水平方向200～1 000 mm的不同伸展和回轉(zhuǎn)半徑范圍的傳感器的視場和位姿調(diào)節(jié)。末端云臺(tái)機(jī)構(gòu)用來固定多傳感檢測系統(tǒng)，結(jié)合翻轉(zhuǎn)軸可以實(shí)現(xiàn)垂直方向 -90°～90°視角的傳感器位姿調(diào)節(jié)。水平旋轉(zhuǎn)軸采

用具有位置反饋伺服電機(jī)完成驅(qū)動(dòng)控制，垂直翻轉(zhuǎn)軸采用帶有位置反饋的小型步進(jìn)電機(jī)完成。系統(tǒng)探測時(shí)，基于期望的空間位姿坐標(biāo)，通過多軸配合結(jié)合運(yùn)動(dòng)路徑軌跡的組合規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)對(duì)多傳感探測器的物距、視場等位姿的精準(zhǔn)控制。

2.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.3.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)由動(dòng)力系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和信息采集系統(tǒng)組成。控制系統(tǒng)硬件以PC工控主機(jī)作為上位機(jī)及2套STM32F407嵌入式主板作為下位機(jī)系統(tǒng)，上下位機(jī)采用485總線通訊，實(shí)現(xiàn)檢測平臺(tái)的行走和機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制，以及多傳感信息的采集。

軌道式多傳感檢測平臺(tái)的動(dòng)力系統(tǒng)采用 48 V/60 Ah 的鋰電池為整個(gè)移動(dòng)平臺(tái)提供動(dòng)力，1次充電可以滿足整個(gè)移動(dòng)平臺(tái)的12 h續(xù)航能力。

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)采用STM32F407嵌入式主板實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制，移動(dòng)平臺(tái)使用2個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)的左、右驅(qū)動(dòng)輪。其中，每個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速、啟動(dòng)、停止由運(yùn)動(dòng)控制器控制。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)下位通過接收上位機(jī)發(fā)送的指令和控制輸出，驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制移動(dòng)平臺(tái)中牽引電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。移動(dòng)平臺(tái)的轉(zhuǎn)向則由差速實(shí)現(xiàn)。移動(dòng)平臺(tái)的前后導(dǎo)向輪是從動(dòng)輪，起到導(dǎo)向和支撐小車沿軌道運(yùn)動(dòng)的作用。萬向支撐輪在移動(dòng)平臺(tái)是平臺(tái)的路面支撐，即作為鋪裝路面行走和進(jìn)行整體搬運(yùn)時(shí)的車體支撐[12-13]。

運(yùn)動(dòng)控制器作為移動(dòng)平臺(tái)和機(jī)械臂系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)的中樞，能根據(jù)遙控或者上位機(jī)的指令，完成平臺(tái)的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等基本運(yùn)動(dòng)，以及機(jī)械臂系統(tǒng)的升降、旋轉(zhuǎn)和位姿控制。本研究以平臺(tái)移動(dòng)控制為例說明控制流程。電機(jī)驅(qū)動(dòng)的控制流程如圖7所示。

啟動(dòng)控制系統(tǒng)之后首先對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行自檢與初始化，判斷各電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器是否通訊正常、各傳感器數(shù)據(jù)是否正常輸出、工控機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制器是否通訊正常。自檢完成之后，通過上位機(jī)對(duì)傳感器及控制器進(jìn)行控制參數(shù)的初始化設(shè)置，包括對(duì)增量編碼器原點(diǎn)設(shè)置，軌道式底盤各電機(jī)控制參數(shù)、初始運(yùn)行速度等參數(shù)設(shè)置。當(dāng)系統(tǒng)檢測未發(fā)生任何異常報(bào)警并完成初始化，則進(jìn)行復(fù)位并等待接收上位機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制指令或遙控指令，當(dāng)系統(tǒng)有任何警告或錯(cuò)誤信號(hào)時(shí)，則移動(dòng)平臺(tái)停車報(bào)警，并等待人工處理。底層的運(yùn)動(dòng)控制器是基于用戶定義事件的配置文件來安排順序，協(xié)調(diào)并進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃并決定合適的扭矩命令，然后將其發(fā)送至電機(jī)放大器，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，所有控制代碼均在ARM開發(fā)板上完成，并通過RS-485接口與上位機(jī)連接，在上位機(jī)的LabVIEW軟件中通過VISA控件對(duì)串口波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、停止位等參數(shù)進(jìn)行配置，數(shù)據(jù)通訊協(xié)議符合Modbus協(xié)議規(guī)范，從而在LabVIEW的前面板（圖8）中完成交互操作。

2.3.2 多傳感檢測系統(tǒng)

多傳感檢測系統(tǒng)由工控機(jī)進(jìn)行控制。工控機(jī)通過485總線采用Modbus協(xié)議解析獲取溫度、濕度、光照等傳感器數(shù)據(jù)，采用千兆路由器網(wǎng)絡(luò)端口獲取視覺傳感器、激光測距和光纖傳感器的光譜信息。

多傳感器的采集與處理系統(tǒng)利用LabVIEW界面編輯功能以及能夠調(diào)用Windows32動(dòng)態(tài)連接庫的特性，并針對(duì)LabVIEW調(diào)用DLL的特點(diǎn)和傳感器控制的復(fù)雜性，確定可見光相機(jī)、紅外熱成像、光譜儀和溫濕壓三合一傳感器可調(diào)用的功能函數(shù)，每個(gè)可調(diào)用函數(shù)都對(duì)應(yīng)著某一具體的功能任務(wù)，包括初始化函數(shù)、運(yùn)行條件初始化函數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)函數(shù)、脈沖發(fā)送函數(shù)、軸伸長計(jì)算函數(shù)、停止運(yùn)行函數(shù)、歸零函數(shù)、結(jié)束運(yùn)行函數(shù)等。整個(gè)LabVIEW傳感器部分的框圖程序結(jié)構(gòu)采用循環(huán)結(jié)構(gòu)和順序結(jié)構(gòu)（sequence structure）堆疊而成，每一順序框都對(duì)應(yīng)某項(xiàng)固定的任務(wù)，都包含在整個(gè)固定頻率的循環(huán)結(jié)構(gòu)當(dāng)中[14]。溫度、濕度、光照信息讀取程序框包括初始化事件和運(yùn)行過程事件，如圖9所示。

2.3.3 交互界面的設(shè)計(jì)

本研究設(shè)計(jì)的系統(tǒng)通過LabVIEW創(chuàng)建人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)溫室作物和環(huán)境多傳感信息的采集和運(yùn)動(dòng)控制過程的控制界面設(shè)計(jì)。如圖8所示，生長信息和環(huán)境信息的交互界面布置在視圖左側(cè)，便于直觀讀取，運(yùn)動(dòng)控制的人機(jī)交互操作界面放在視圖右側(cè)，便于控制操作。信息采集界面包括圖像信息的顯示控件、波形顯示控件。運(yùn)動(dòng)控制操作界面主要有移動(dòng)平臺(tái)、機(jī)械臂及云臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制，同時(shí)包括執(zhí)行腳本文件的輸入模塊，以便整個(gè)檢測系統(tǒng)在固定工況下的自動(dòng)運(yùn)行。

3 平臺(tái)試驗(yàn)

本研究對(duì)軌道式移動(dòng)檢測平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行了驗(yàn)證，試驗(yàn)地點(diǎn)在江蘇大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Venlo型溫室內(nèi)。首先，對(duì)移動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)精度進(jìn)行驗(yàn)證，在軌道方向上間隔1 m等間距選擇5個(gè)平移試驗(yàn)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行5次測量再取平均值，并將其算作實(shí)際的測量位置值，將實(shí)際位置值與標(biāo)準(zhǔn)位置值進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析。如表1所示，絕對(duì)誤差的最大值為7.2 mm，相對(duì)誤差最大值為0.72%。該數(shù)據(jù)表明，在存在自然誤差的情況下，測量裝置移動(dòng)的精度較高，對(duì)實(shí)際測量的影響可以忽略。

取5個(gè)升降機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)點(diǎn)，起始點(diǎn)為800 mm，之后取等間距500 mm為測試點(diǎn)，同理每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行5次測量并平均，將測量出來的實(shí)際測量高度位置值與標(biāo)準(zhǔn)的高度位置值進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析，得到相關(guān)數(shù)據(jù)如表2所示。實(shí)際測量的高度位置與標(biāo)準(zhǔn)高度位置的絕對(duì)誤差最大值為8.3 mm，相對(duì)誤差最大值為0.78%?？紤]到摩擦和自然誤差等，可以認(rèn)為在高度方面的誤差帶來的影響可以忽略。

4 結(jié)論

本研究設(shè)計(jì)了一種適用于溫室基于軌道式平臺(tái)的溫室綜合信息移動(dòng)檢測平臺(tái)，為了提高系統(tǒng)行走的穩(wěn)定性，采用溫室的加熱管道作為行走軌道，采用低重心設(shè)計(jì)開發(fā)了車體結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)不同生長期作物的監(jiān)測，采用了三級(jí)舉升機(jī)構(gòu)結(jié)合機(jī)械臂系統(tǒng)，完成不同作物和生長期的作物信息的獲取。該平臺(tái)可搭載作物生長和環(huán)境信息多傳感檢測裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)高架植物的莖、果、葉長勢和冠-氣溫差等生長信息，以及環(huán)境溫濕度、光照強(qiáng)度等氣象環(huán)境因子的監(jiān)測。平臺(tái)移動(dòng)絕對(duì)誤差的最大值為7.2 mm，相對(duì)誤差最大值為0.72%;平臺(tái)升降的絕對(duì)誤差最大值為8.3 mm，相對(duì)誤差最大值為0.78%，具有較高的運(yùn)動(dòng)控制精度。

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