中心樞軸灌溉系統和傳感器系統及相關方法

2023-06-02 12:14:26

中心樞軸灌溉系統和傳感器系統及相關方法
【專利摘要】本發明涉及一種中心樞軸灌溉系統和傳感器系統及相關方法。該中心樞軸灌溉系統具有：多個塔架，所述多個塔架由圍繞中心樞軸可致動的多條跨繩互連；多個固態傳感器，所述多個固態傳感器各自與所述跨繩或塔架中的一者固定對準地進行安裝；以及控制系統，所述控制系統與所述固態傳感器可通信地耦合。所述固態傳感器可以將加速度、角加速度、角旋轉、方向和/或角度測量值發送到所述控制系統，所述控制系統可以使用這些測量值來計算所述跨繩相對於彼此和/或所述中心樞軸的對準，並且使用所述中心樞軸的已知位置來計算所述跨繩或塔架的位置。所述固態傳感器可以為固態陀螺儀、固態加速計、數字羅盤和/或慣性測量單元(IMU)。
【專利說明】中心樞軸灌溉系統和傳感器系統及相關方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用於灌溉領域的系統和方法。

【背景技術】
[0002] 灌溉系統經常用於在農作物田中沉積水和/或農藥。灌溉系統可以包含多條跨繩 (span)，這些跨繩連接在一起並且移動穿過框架塊上的田；或具有輪子的"塔架"。中心樞軸 灌溉系統可以圍繞中心樞軸以圓形或半圓形移動，而橫向移動的灌溉系統可以沿一般直線 在一般正方形或矩形的田上移動。
[0003] -些中心樞軸灌溉系統使用通過可調節的機械連杆連接到跨繩或塔架上的電位 計和/或基於編碼器的傳感器，以確定田中的傾角、跨度對準和定位。然而，這些電位計或 基於編碼器的傳感器機械地連接到跨繩上，因此經過一段時間易遭受磨損。此外，所述電位 計通常需要由受到專門訓練的人員初始設置，並且可能對溫度波動或其他環境變量敏感。


【發明內容】

[0004] 本發明通過提供一種具有用於確定田中的跨度對準和定位的改進的傳感系統的 灌溉系統來解決上述問題。灌溉系統具有由多條跨繩互連的多個行進塔架；多個固態傳感 器，所述多個固態傳感器各自與跨繩或塔架中的一者固定對準地進行安裝；以及控制系統， 所述控制系統與固態傳感器可通信地耦合。固態傳感器可以是陀螺儀、加速計、數字羅盤和 /或慣性測量單元（MU)，並且可以將加速度、角加速度、角旋轉、方向和/或角度測量值發 送到控制系統。角度測量值可以是相對於參考方向、參考位置或地球的地磁場測量的角度。 控制系統可以使用加速度、角加速度、角旋轉、方向和/或角度測量值來計算跨繩相對於彼 此和/或參考方向的對準。在本發明的一些實施例中，灌溉系統可以是具有固定中心樞軸 的中心樞軸灌溉系統，跨繩和塔架圍繞所述中心樞軸旋轉。控制系統可以使用中心樞軸的 已知位置、灌溉系統的跨繩和其他硬體的已知尺寸，以及從固態傳感器中接收到的測量值 來計算跨繩和/或塔架的位置。
[0005] 本發明的實施例還可以包含用於計算和使用跨繩和/或塔架的對準以及位置的 方法。所述方法可以從與灌溉系統的跨繩和/或塔架固定對準地進行安裝的固態傳感器中 接收信號。接下來，所述方法可以計算跨繩中的一者或多者的相對或絕對對準並且使用從 固態傳感器中接收到的信號計算跨繩或塔架中的一者或多者的位置。所述方法隨後可以提 高或降低跨繩和塔架的行進速度，包含可變速度或基於計算出的跨繩的對準和/或位置的 開關控制。
[0006] 通過提供此概述，以簡化形式引入將在下文中的【具體實施方式】中進一步描述的一 系列概念。本
【發明內容】
並非意圖識別本發明的關鍵特徵或基本特徵，也並非意圖用於限制 本發明的範圍。通過優選實施例的以下【具體實施方式】以及附圖將更好地了解本發明的其他 方面和優點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 下文將參考附圖詳細描述本發明的實施例，其中：
[0008] 圖1是根據本發明的實施例構建的中心樞軸灌溉系統的透視圖，其說明了安裝在 每個塔架頂部的固態傳感器；
[0009] 圖2是圖1的中心樞軸灌溉系統的透視圖，以另一種方式說明了安裝到與塔架鄰 近的每條跨繩上的固態傳感器；
[0010] 圖3是圖1的中心樞軸灌溉系統的透視圖，以另一種方式說明了安裝到跨繩下方 的撐杆上的固態傳感器；
[0011] 圖4是圖1的中心樞軸灌溉系統的透視圖，以另一種方式說明了安裝到與塔架的 輪子鄰近的塔架下部部分上的固態傳感器；
[0012] 圖5是圖1的中心樞軸灌溉系統的透視圖，以另一種方式說明了安裝到從相對於 跨繩的長度基本上垂直延伸的塔架的吊杆上的固態傳感器；
[0013] 圖6是中心樞軸灌溉系統的平面圖，其說明了由安裝在中心樞軸灌溉系統的跨繩 上的固態傳感器感應到的角度；
[0014] 圖7是說明了根據本發明的實施例的計算灌溉系統的跨繩的對準和/或位置的方 法的流程圖。
[0015] 附圖並未將本發明限於本文所揭示和描述的特定實施例中。附圖不必按比例繪 制，而是將重點放在清晰地說明本發明的原理上。

【具體實施方式】
[0016] 本發明的以下【具體實施方式】參考了附圖，【專利附圖】

【附圖說明】了可以實踐本發明的特定實施 例。實施例旨在充分詳細地描述本發明的方面以使所屬領域的技術人員能夠實踐本發明。 可以採用其他實施例並且在不脫離本發明的範圍的情況下作出改變。因此，不應將以下詳 細描述視為具有限制意義。本發明的範圍僅由所附的權利要求書以及此權利要求書所授予 的等效物的完整範圍來界定。
[0017] 在本說明書中，參考"一項實施例"、"一個實施例"或者"各個實施例"是指所參考 的一個或多個特徵包含在所述技術的至少一個實施例中。在本說明書中對"一項實施例"、 "一個實施例"或者"各個實施例"的單獨參考並不一定必須參考相同的實施，並且同樣也不 相互排除，除非如此陳述以及/或者通過閱讀本說明書對所屬領域的技術人員而言是顯而 易見的。例如，在一項實施例中描述的特徵、結構、行為等也可以包含在其他實施例中，但是 並不一定必須包含在其中。因此，此項技術可以包含本文所描述的實施例的多種組合和/ 或整合。
[0018] 本發明提出了一種用於灌溉系統上的傳感器系統，所述灌溉系統具有：多個塔架， 所述多個塔架經配置以在田地的部分上行進；多條跨繩，所述多條跨繩各自在所述塔架的 相鄰者之間延伸並且連接到所述塔架的相鄰者上；以及流體輸送系統，所述流體輸送系統 附接到所述跨繩上或與所述跨繩整合為一體，用於將水輸出到田地中，所述傳感器系統包 括：
[0019] 多個固態傳感器，所述多個固態傳感器各自經配置以與所述跨繩或塔架中的至少 一個固定對準地進行安裝並且各自經配置以測量相對於預定參考方向的加速度、角加速 度、角旋轉、方向和角度中的至少一個，其中所述固態傳感器包括數字羅盤、固態陀螺儀、固 態加速計以及慣性測量單元中的至少一個；以及
[0020] 控制系統，所述控制系統經配置以從所述固態傳感器的每一個中接收測量值，並 且計算所述跨繩中至少一個的對準、旋轉定位和位置中的至少一個。
[0021] 所述的傳感器系統，其中所述控制系統經配置以將命令信號輸出到所述塔架或跨 繩中至少一個的致動器，以基於所述跨繩所計算出的對準加速或減速。
[0022] 所述的傳感器系統，其中所述多條跨繩中的一個是樞轉塔樓，其中所述固態傳感 器中的至少一個經配置以附接到所述樞轉塔樓上，其中所述控制系統經配置以輸出命令信 號，以基於從經配置以附接到所述樞轉塔樓上的所述固態傳感器的至少一個中接收到的測 量值致動所述樞轉塔樓。
[0023] 所述的傳感器系統，其中所述多條跨繩中的一個是Z形摺疊拐角跨繩，其中所述 固態傳感器中的至少一個經配置以附接到所述Z形摺疊拐角跨繩或所述Z形摺疊拐角跨繩 所附接到的塔架上，其中所述控制系統經配置以輸出命令信號，用於基於從經配置以附接 到所述Z形摺疊拐角跨繩上的所述固態傳感器的至少一個中接收到的測量值致動所述Z形 摺疊拐角跨繩。
[0024] 所述的傳感器系統，其中所述多條跨繩包含第一跨繩或第一塔架以及第二跨繩或 第二塔基，其中所述固態傳感器包括：第一傳感器，所述第一傳感器經配置以與所述第一跨 繩或第一塔架固定對準地進行安裝；以及第二傳感器，所述第二傳感器經配置以與所述第 二跨繩或第二塔架固定對準地進行安裝，其中所述控制系統經配置以從所述第一傳感器中 接收相對於所述參考方向的第一角度，並且從所述第二傳感器中接收相對於所述參考方向 的第二角度，其中所述控制系統經配置以通過從所述第二角度中減去所述第一角度來計算 所述第一跨繩與所述第二跨繩之間的誤差角度。
[0025] 所述的傳感器系統，其中所述灌溉系統是中心樞軸灌溉系統並且所述跨繩和塔架 圍繞固定中心樞軸旋轉，其中所述中心樞軸的地理位置和所述跨繩的長度由所述控制系統 存儲或者由所述控制系統可存取，其中所述控制系統經配置以使用來自所述固態傳感器的 加速度測量值、來自所述固態傳感器的角加速度測量值、來自所述固態傳感器的角旋轉測 量值、來自所述固態傳感器的方向測量值、來自所述固態傳感器的角度測量值、所述中心樞 軸的所述地理位置以及所述跨繩的所述長度中的至少一個來計算所述跨繩或塔架中至少 一個的位置。
[0026] 所述的傳感器系統，其中所述灌溉系統是橫向移動的灌溉系統並且所述控制系統 經配置以基於從所述固態傳感器中接收到的角度測量值計算所述跨繩中任一個的相對和 絕對對準。
[0027] 如圖1-圖6所說明，本發明的實施例包含配置用於灌溉田地的灌溉系統10。灌溉 系統10可以包括彼此間隔開的多個行進塔架12 ;多條跨繩14,所述跨繩在塔架12之間延 伸並且由塔架12支撐；以及流體輸送系統16,水或其他液體通過所述流體輸送系統被輸送 到田地中。灌溉系統可以進一步包括傳感器系統，該傳感器系統多個固態傳感器18,所述固 態傳感器各自與跨繩14中的一者固定對準地進行安裝；以及控制系統20,所述控制系統配 置用於從固態傳感器18中接收測量值以及/或者引導和致動灌溉系統10的各種元件。在 本發明的一些實施例中，灌溉系統10是具有固定的中心樞軸22或固定的中心塔架的中心 樞軸灌溉系統，所述中心樞軸或中心塔架用作其他塔架12和跨繩18完全地或部分地圍繞 其中旋轉或在周圍畫線的中心點。
[0028] 如圖1-圖5所說明，塔架12可以各自包括任何形狀的框架24以及可旋轉地附接 到框架24上一個或多個輪子26。在本發明的一些實施例中，至少一些塔架12的框架24可 以由基本上呈三角形或A框架配置的一個或多個杆製成，所述三角形或A框架配置具有配 置用於將輪子26附接到其上的下部支腿部分。另外或可替代地，至少一些塔架12的框架 24可以由基本上呈較窄矩形的一個或多個杆製成，所述較窄矩形具有水平地向外延伸且隨 後從此處向下成角，用於將輪子26附接到其上的支腿部分。
[0029] 本文所說明和描述的塔架輪子26僅僅是用於允許灌溉系統10移動的機制的實 例。如本文所使用的術語"輪子"可以指常規的圓形輪、滑雪板、滑動墊木、坦克軌道和車輪、 軌道上的滾輪或塔架可以相對於地面行進的任何機制。
[0030] 塔架12可以是獨立地或協作地可致動的，以移動穿過田地。例如，塔架12可以具 有附接到其上的電動機和/或各種致動裝置，用於相對於中心樞軸22致動塔架12的運動。 在本發明的一些實施例中，電動機可以致動塔架12的輪子26的旋轉。電動機可以包含完 整的或外部繼電器，使得電動機可以被打開、關閉和/或倒轉。電動機還可以具有若干速度 或配備有變速驅動器。此外，塔架12中的一者或多者還可以包括電源，行進絞車和/或配 置用於可旋轉地圍繞中心樞軸22致動的其他各種致動組件。例如，齒輪電動機可以與驅動 軸、齒輪、皮帶、鏈條、鏈輪等耦合，以使齒輪電動機可旋轉地與輪子26耦合。在本發明的一 些實施例中，輪子26可以可旋轉地附接到塔架12上並且經配置以在塔架12經致動以圍繞 中心樞軸22旋轉時相對於塔架12和/或地面/田地自由地旋轉。
[0031] 塔架12可以彼此間隔開，並且經由跨繩14連接在一起。例如，跨繩14中的一者 可以橫向地跨越彼此間隔開的第一塔架與第二塔架之間的距離。塔架12可以以田地上方 的某一距離支撐跨繩14。在本發明的一些實施例中，塔架12可以沿著圍繞中心樞軸22的 圓形或半圓形路徑攜載跨繩14。灌溉系統10可以包括用以覆蓋田地的所希望區域所需的 任何數量的塔架和跨繩。
[0032] 如圖1-圖5所說明，跨繩14可以各自是跨越塔架12的相鄰者之間的整個距離的 細長結構。跨繩14中的每一者可以固定地或可樞轉地與塔架12中的至少一者連接以及/ 或者彼此連接。在本發明的一些實施例中，跨繩14可以是細長的剛性桁架結構、吊杆、導 管、杆、延伸臂或各種配置的其他結構。例如，在圖1-圖5中，跨繩包含細長管道，其具有安 裝在其上且在細長管道下方延伸的撐杆。然而，在不脫離本發明的範圍的情況下，跨繩14 可以具有任何形狀和尺寸。在本發明的一些實施例中，跨繩14中的一者或多者可以是延伸 臂28或樞轉塔樓，所述樞轉塔樓具有與塔架12中的一者固定地或可樞轉地接合的第一端 以及未接合到塔架12上或基本上自由站立的第二端。
[0033] 跨繩14可以攜載或以其他方式支撐流體輸送系統16的部分。具體而言，流體輸 送系統16的部分可以附接到跨繩14上以及/或者由跨繩14支撐，以使得水和/或任何其 他液體可以以給定間隔沿著跨繩14的長度進行分配。多個灑水噴頭、噴槍、液滴噴嘴或其 他流體發出裝置可以沿著跨繩14和/或在塔架12中的一者或多者處間隔開，以將水和/ 或其他流體施加在灌溉系統10下方的田地或陸地上。
[0034] 在本發明的一些實施例中，跨繩14可以與流體輸送系統16整合為一體。例如，跨 繩14中的每一者可以包括剛性導管或管道，所述剛性導管或管道延伸塔架12中的兩者之 間的整個距離且與水源流體連通，使得水可以流過其中。在本發明的此實施例中，跨繩14 還可以包括穿過其中形成的孔以及/或者用於對需要施加到田地上的水或任何其他液體 進行分配的入口和出口。
[0035] 流體輸送系統16可以包括一個或多個管道以及一個或多個流體發出裝置（未示 出），例如，灑水噴頭、形成於管道中的滴液孔、噴射噴嘴或其他流體發射器。流體發出裝置 中的每一者可以固定到塔架12中的一者上、固定到跨繩14上或固定到灌溉系統10的任何 部分上。流體發出裝置中的至少一者可以包括供應/切斷閥以及/或者流體地連接到供應 /切斷閥上，用於打開和關閉通向流體發出裝置的水並且對提供到流體發出裝置上的水的 量進行控制。供應/切斷閥可以由控制系統20手動地、電氣地、遠程地和/或自動地致動， 所述控制系統可以與供應/切斷閥物理地和/或可通信地耦合。管道可以是將流體發出裝 置與流體供應器或源流體連接的軟管或導管。泵或任何其他傳動構件可以用於迫使水或另 一流體通過管道到達流體發出裝置。在本發明的一些實施例中，管道可以進一步包括流體 地連接到管道上的液滴導管，從而使管道中的流體能夠排出和衝洗。
[0036] 在本發明的一些實施例中，多個流體供應器和/或供應連接裝置（例如，消防栓） 可以相對于田地位於多個位置處，並且導管可以經配置以附接到流體供應器中最近的一者 上。在本發明的另一實施例中，流體供應器可以是水溝或田地附近的任何其他流體源。在 本發明的此實施例中，流體輸送系統還可以包括經配置以通過管道從溝道中泵送水的泵。
[0037] 固態傳感器18可以各自與跨繩14中的一者固定對準地進行安裝。例如，固態傳 感器18可以各自與跨繩14中的對應一者固定對準地固定到塔架12中的一者上，如圖1和 圖4中。在圖5中，固態傳感器18安裝到從塔架12延伸的吊杆上，如本文中稍後描述。或 者，固態傳感器18可以各自直接固定到跨繩14中的一者上，如圖2-圖3中所說明。固態 傳感器18可以包含微機電系統（MEMS)傳感器，如數字羅盤、固態陀螺儀、加速計和/或慣 性測量單元（MU)。例如，數字羅盤可以包含用於測量磁場的強度和/或方向的磁力計，並 且MU可以包含角度和/或線性加速計和/或陀螺儀。固態傳感器18中的每一者可以經 配置以測量和/或計算所述固態傳感器所固定到的跨繩14的旋轉和/或對準。在初始設 置灌溉系統10之後，固態傳感器18可以相對於地球的地磁場校準到參考位置和/或參考 方向，如本文中稍後所描述。固態傳感器18可以包含或可通信地耦合到有線或無線通信裝 置或發射器，所述有線或無線通信裝置或發射器配置用於將來自固態傳感器18的測量值 發送到控制系統20或外部計算機上；或控制系統，所述控制系統配置用於使用傳輸的測量 值計算或推斷位置和/或對準。
[0038] 在本發明的一些實施例中，如圖5所說明，固態傳感器18可以安裝在一個或多個 吊杆40上，所述吊杆優選地為非金屬組成，從跨繩14和/或塔架12中的至少一者延伸，其 方式為將固態傳感器18與灌溉系統10的金屬組件分離。同樣地，吊杆40應該經配置以維 持與跨繩14和/或塔架12中的至少一者的基本固定的對準，由此將灌溉系統10中的金屬 以及灌溉系統10周圍的電場可能對由固態傳感器18得到的測量值的任何影響最小化。
[0039] 如圖1-圖5中所說明的控制系統20可以與固態傳感器18、輪子26和/或塔架 12的電動機或致動裝置，和/或流體輸送系統16的控制元件可通信地耦合。具體而言，控 制系統20可以配置用於計算或推斷跨繩14或塔架12的位置和/或對準、控制塔架12的 速度、圍繞中心樞軸22樞轉跨繩14、打開或關閉水等。控制系統20可以包括任何數目的處 理器、控制器、集成電路、可編程邏輯裝置，或其他計算裝置以及用於存儲由灌溉系統10存 取和/或產生的數據和其他信息的駐留或外部存儲器。
[0040] 控制系統20可以物理地位於塔架12中的一者、中心樞軸22上，或經遠程定位和 配置以將控制信號傳輸到灌溉系統10的各個傳感器、電動機、交換器和/或致動裝置。此 夕卜，在本發明的一些實施例中，僅控制系統20和/或存儲器的部分可以從灌溉系統10的塔 架12、跨繩14和流體輸送系統16遠程地定位。此外，控制系統20、存儲器和/或固態傳感 器18的部分不需要物理地彼此連接，因為各個所描繪的組件之間的無線通信是可允許的 並且意圖包括在本發明的範圍內。例如，控制系統20可以包括主要灌溉控制系統以及與主 要灌溉控制系統可通信地耦合的固態傳感器控制系統。主要灌溉控制系統和固態傳感器控 制系統可以相對於彼此和/或相對於跨繩14和塔架12遠程定位。
[0041] 控制系統20可以實施電腦程式和/或代碼段，以執行本文中所描述的功能和方 法。電腦程式可以包括用於實施控制系統20中的邏輯功能的可執行指令的有序列表。 電腦程式可以實施於任何計算機可讀媒體中，以供指令執行系統、設備或裝置使用或與 指令執行系統、設備或裝置結合使用，並且執行指令。在本申請案的上下文中，"計算機可 讀媒體"可以是可以含有、存儲、傳送、傳播或輸送程序，以供指令執行系統、設備或裝置使 用或與指令執行系統、設備或裝置結合使用的任何物理設備。計算機可讀媒體可以是，例 如，但不限於電子、磁性、光學、電磁、紅外線或半導體系統、設備或裝置。更具體地說，儘管 未包含在內，但是計算可讀媒體的實例將包含以下項：可攜式計算機磁碟、隨機存取存儲器 (RAM)、只讀存儲器（ROM)、可擦除可編程只讀存儲器（EPROM或快閃記憶體），以及可攜式光 盤只讀存儲器（CDROM)。
[0042] 存儲器可以與控制系統20、獨立的存儲器或這兩者的組合整合為一體。存儲器可 以包含，例如，可拆卸和不可拆卸的存儲器元件，例如，RAM、ROM、快閃記憶體、磁性光學USB存儲器 裝置，和/或其他常規存儲器元件。存儲器可以存儲器與灌溉系統10的操作相關聯的各種 數據，例如，電腦程式和上述代碼段，或用於指導灌溉系統10執行本文所述步驟的其他 數據。此外，存儲器可以存儲，例如，傳感器參考位置或方向、傳感器校準信息、中心樞軸16 的地理位置、每條跨繩14的長度、固態傳感器18之間的距離、田地大小、田地邊界的地理座 標、跨繩相對於相鄰跨繩的所希望角度、待分配的水或液體的量、用於在致動跨繩14樞轉 的順序/時序和參數等。存儲在存儲器內的各個數據還可以與一個或多個資料庫相關聯以 便於信息的檢索。
[0043] 控制系統20可以使用從固態傳感器18接收到的信息，以確定跨繩14中的任一者 是否應被致動以校正不當的誤差。例如，如果跨繩14中一者的所測量或計算出的角度大於 所希望的極限值，那麼控制系統20用以提高或降低塔架12中一者的速度，以校正該跨繩的 對準。具體而言，跨繩接合點和/或可轉向輪可以經致動（經由來自控制系統20的命令信 號）以使跨繩14中的一者樞轉或旋轉某一量，從而校正跨繩14中至少一者的對準。
[0044] 控制系統20以及其存儲器可以單獨地容納或接合地包封在防風雨外殼中或支撐 在防風雨外殼上，以免受潮溼、振動和撞擊的損害。類似地，控制系統20可以通過若干不同 的電子模塊分布，在本發明的一些實施例中，所述電子模塊可以與固態傳感器18中的一者 或多者整合為一體。外殼可以由合適的耐振動和撞擊的材料構建成，例如，鋼、塑料、尼龍、 鋁或其任何組合等，並且可以包含一個或多個合適的墊圈或密封件，使所述外殼基本上防 風雨或耐久的。所述外殼可以位於灌溉系統10上的任何位置。
[0045] 在使用中，固態傳感器18可以各自硬安裝到跨繩14中的一者和/或塔架12中的 一者上。在初始設置之後，固態傳感器14可以相對於地球的地磁場（例如，南、北、東、西） 校準到參考位置、參考軸和/或參考方向。例如，在圖6中，用於控制系統20的參考方向可 以經設置，以使得每個測量角度是相對於指向東或與田地的邊界對齊的X軸。固態傳感器 可以將角度測量值傳回到控制系統20,用於計算跨繩14和/或塔架12中每一者的相對或 絕對對準和/或位置。
[0046] 例如，如圖6所說明，跨繩14、塔架12和/或它們相關聯的固態傳感器18可以 在i中識別為1，其中i是跨繩14的總數。因此，例如在圖6中，i = 5,並且跨繩14各自 被標記為Sp S2、S3、S4和S5，而塔架12各自被標記為T 1、T2、T3、T4和T5。固態傳感器18可 以相對於X軸傳回第i條跨繩的角度測量值％。因此例如，固態傳感器18可以傳回角度 (Pb 92、（p3、 1，並且0i=(Pi。通過使用此信息，控制系統20可以經由以下等式：0n=(p n-(pn-i 計算每個相鄰塔架12的相對角對準。因此，可以確定跨繩14和/或塔架12中的每一者相 對於X軸的角對準。此外，這些測量到和計算出的角度可以與跨繩14的已知長度和中心樞 軸22的已知位置（例如，地理座標）一起使用，以確定田地中的塔架12和/或跨繩14中 每一者的位置。如上所述，中心樞軸22的位置和/或跨繩14的長度可以存儲在控制系統 20的存儲器中或由控制系統20從另一資料庫中存取。
[0047] 如上所述，固態傳感器14可以包含數字羅盤和/或頂U。因此，在本發明的一些 實施例中，數字羅盤可以將角度明提供給控制系統20,以確定給定跨繩或塔架的對準和/ 或位置。在本發明的其他實施例中，IMU可以將加速度、角加速度、角旋轉、相位位置和/或 方向信息發送到控制系統20,所述控制系統可以使用這些讀數以及推算航行法來確定角度 明。隨後，控制系統20可以解決上述角度0 i並且確定給定跨繩或塔架的對準和/或位置。
[0048] 如果固態傳感器18僅包含數字羅盤，那麼數字羅盤可以發送相對於參考方向或 參考軸測量到的角度。然而，一些田地含有直埋電線、導管或可能干擾通過數字羅盤獲得的 測量值的其他物品。因此，在本發明的一些實施例中，這些測量值可以用推算航行系統來 調節或校正。例如，頂U可以與數字羅盤結合使用，並且IMU的測量值可以由推算航行法使 用，以反覆核對來自數字羅盤的測量值並且校正從數字羅盤中任一者中接收到的錯誤測量 值。例如，如果使用從IMU的一者中接收到的測量值計算出的角度大於預定閾值量，所述預 定閾值量不同於通過數字羅盤中的對應一者測量到和/或計算出的角度，那麼控制系統20 可以使用來自推算航行法的測量值，而不是來自數字羅盤的測量值。在來自數字羅盤的測 量值處於使用IMU測量計算出的角度的預定閾值量內時，控制系統20可以再次使用數字羅 盤測量值來確定給定跨繩或塔架的對準和/或位置。
[0049] 在本發明的一些實施例中，控制系統20可以使用計算出的對準角度來確定所需 的校正量。例如，在本發明的一些實施例中，塔架12可以各自獨立地進行致動，並且可以命 令塔架12中的一者或多者進行加速或減速，以便校正經由固態傳感器18檢測到的過量滯 後或超前。
[0050] 圖7的流程圖更加詳細地描繪了計算和使用灌溉系統10的跨繩14的對準和/或 位置的示例性方法700的步驟。在一些替代實施方案中，各個塊中提及的功能可以不按圖 7中所描繪的順序發生。例如，取決於所涉及的功能性，圖7中連續示出的兩個塊實際上可 以基本上同時執行，或所述塊有時可以以相反順序執行。
[0051] 如圖7所說明的方法700可以包括從固態傳感器18中接收信號的步驟，如塊702 中所描繪。如上所述，來自固態傳感器18的信號可以表不相對於與地球的地磁場相關的參 考方向的速度、方向和/或角度。隨後所述方法可以包括使用從固態傳感器18中接收到的 信號計算跨繩14中一者或多者的相對或絕對對準，如塊704中所描繪。上文參考圖6詳細 描述計算對準。具體而言，計算跨繩對準（或誤差）的步驟704可以包含，例如，從與第一 跨繩固定對準地進行安裝的第一傳感器中接收第一跨繩相對於參考方向的第一角度；以及 從與第二跨繩固定對準地進行安裝的第二傳感器中接收第二跨繩相對於參考方向的第二 角度。隨後，第一跨繩與第二跨繩之間的誤差角度可以通過從第二角度中減去第一角度而 計算出。
[0052] 方法700還可以包含使用從固態傳感器18中接收到的信號計算跨繩14或塔架12 中一者或多者的位置，如塊706中所描繪。計算跨繩位置的步驟706可以包含以下步驟：存 取中心樞軸22的所存儲地理位置以及跨繩14的所存儲長度並且隨後使用來自固態傳感器 18的速度測量值、來自固態傳感器18的方向測量值、來自固態傳感器18的角度測量值、中 心樞軸22的地理位置和/或跨繩14的長度來計算跨繩中一者或多者的位置。
[0053] 方法700可以進一步包括基於計算出的跨繩14的對準和/或位置，命令致動器獨 立地提高或降低跨繩14和塔架12的行進速度的步驟，如塊708中所描繪。如上所述，這些 計算和命令可以由與固態傳感器18可通信地耦合的控制系統20執行。在本發明的一些實 施例中，方法700可以包括以下步驟：使用來自固態傳感器18的速度和方向測量值以及存 儲在控制系統20中或由控制系統20可存取的推算航行法來計算跨繩14中一者或多者的 校正對準或位置，如塊710中所描繪。
[0054] 儘管本發明在本文中描述用於與中心樞軸灌溉系統一起使用，但是本發明還可以 用於計算橫向移動的灌溉系統的跨繩的相對和絕對對準。相對對準可以指跨繩14相對於 彼此的對準並且絕對對準可以指相對於與地球的地磁場相關的參考方向的跨繩14的對 準。例如，從固態傳感器18中接收到的信息可以由控制系統20使用，用於橫向的左側以及 右側更緊密的對齊。
[0055] 另外，本發明可以用於具有多種類型的跨繩的中心樞軸或橫向移動的灌溉系統 上，所述跨繩例如，拐角跨繩、樞轉塔樓或Z形摺疊的拐角跨繩。這些類型的跨繩中的每一 者包含固定到其上的或與其固定對準的固態傳感器18中的一者或多者。例如，本發明可以 與基於推算航行的拐角灌溉系統一起使用，以解除對直埋電線或GPS單元的需要。具體而 言，如果固態傳感器18隨時間推移具有足夠高的靈敏度以及足夠低的偏差，那麼使用本文 所描述的方法的塔架位置或跨繩位置的計算可以用於確定何時將樞轉塔樓配置在末端塔 架上（即，當中心樞軸灌溉系統的最外面的塔架靠近田地的拐角）。用於Z形摺疊拐角跨 繩，Z形摺疊拐角跨繩的每一樞轉段可以具有與其相關聯的固態傳感器18中的一個，以確 定該段與相鄰跨繩的相對角度。在Z形摺疊拐角跨繩的情況下，在中心樞軸灌溉系統的遠 端處，控制系統可以確定Z形摺疊拐角跨繩的樞轉段中每一者的位置。
[0056] 在本發明的一些實施例中，方法700可以另外包含以下步驟：從與灌溉系統10的 拐角跨繩、樞轉塔樓或Z形摺疊拐角跨繩固定對準地進行安裝的固態傳感器18中接收信 號，如塊712中所描繪；隨後基於拐角跨繩、樞轉塔樓或Z形摺疊拐角跨繩的計算出的位置 命令拐角跨繩、樞轉塔樓或Z形摺疊拐角跨繩的致動，如塊714中所描繪。控制系統20可 以以與上述用於其他跨繩14相同的方式計算拐角跨繩、樞轉塔樓或Z形摺疊拐角跨繩的位 置。
[0057] 在本發明的一些實施例中，控制系統20可以被定期地校準到已知位置或參考軸。 例如，雷射束、固定信標、GPS單元、開關或其他機制可以用於告知控制系統20跨繩14中的 至少一者何時處於已知位置或角度。在本發明的這些實施例中，控制系統20隨後可以補償 可能隨時間推移發生的任何傳感器偏差。
[0058] 儘管已參考附圖中說明的實施例對本發明進行了描述，但是應注意在不脫離權利 要求書中所陳述的本發明的範圍的情況下可以採用等效物並且進行替代。
[0059] 因此已描述了本發明的各個實施例，這些實施例被權利要求為新穎的且需要受包 含以上項的專利特許證的保護。
【權利要求】
1. 一種用於灌溉系統上的傳感器系統，所述灌溉系統具有：多個塔架，所述多個塔架 經配置以在田地的部分上行進；多條跨繩，所述多條跨繩各自在所述塔架的相鄰者之間延 伸並且連接到所述塔架的相鄰者上；以及流體輸送系統，所述流體輸送系統附接到所述跨 繩上或與所述跨繩整合為一體，用於將水輸出到田地中，所述傳感器系統包括： 多個固態傳感器，所述多個固態傳感器各自經配置以與所述跨繩或塔架中的至少一個 固定對準地進行安裝並且各自經配置以測量相對於預定參考方向的加速度、角加速度、角 旋轉、方向和角度中的至少一個，其中所述固態傳感器包括數字羅盤、固態陀螺儀、固態加 速計以及慣性測量單元中的至少一個；以及 控制系統，所述控制系統經配置以從所述固態傳感器的每一個中接收測量值，並且計 算所述跨繩中至少一個的對準、旋轉定位和位置中的至少一個。
2. 根據權利要求1所述的傳感器系統，其中所述控制系統經配置以將命令信號輸出到 所述塔架或跨繩中至少一個的致動器，以基於所述跨繩所計算出的對準加速或減速。
3. 根據權利要求1所述的傳感器系統，其中所述多條跨繩中的一個是樞轉塔樓，其中 所述固態傳感器中的至少一個經配置以附接到所述樞轉塔樓上，其中所述控制系統經配置 以輸出命令信號，以基於從經配置以附接到所述樞轉塔樓上的所述固態傳感器的至少一個 中接收到的測量值致動所述樞轉塔樓。
4. 根據權利要求1所述的傳感器系統，其中所述多條跨繩中的一個是Z形摺疊拐角跨 繩，其中所述固態傳感器中的至少一個經配置以附接到所述Z形摺疊拐角跨繩或所述Z形 摺疊拐角跨繩所附接到的塔架上，其中所述控制系統經配置以輸出命令信號，用於基於從 經配置以附接到所述Z形摺疊拐角跨繩上的所述固態傳感器的至少一個中接收到的測量 值致動所述Z形摺疊拐角跨繩。
5. 根據權利要求1所述的傳感器系統，其中所述多條跨繩包含第一跨繩或第一塔架以 及第二跨繩或第二塔基，其中所述固態傳感器包括：第一傳感器，所述第一傳感器經配置以 與所述第一跨繩或第一塔架固定對準地進行安裝；以及第二傳感器，所述第二傳感器經配 置以與所述第二跨繩或第二塔架固定對準地進行安裝，其中所述控制系統經配置以從所述 第一傳感器中接收相對於所述參考方向的第一角度，並且從所述第二傳感器中接收相對於 所述參考方向的第二角度，其中所述控制系統經配置以通過從所述第二角度中減去所述第 一角度來計算所述第一跨繩與所述第二跨繩之間的誤差角度。
6. 根據權利要求1所述的傳感器系統，其中所述灌溉系統是中心樞軸灌溉系統並且所 述跨繩和塔架圍繞固定中心樞軸旋轉，其中所述中心樞軸的地理位置和所述跨繩的長度由 所述控制系統存儲或者由所述控制系統可存取，其中所述控制系統經配置以使用來自所述 固態傳感器的加速度測量值、來自所述固態傳感器的角加速度測量值、來自所述固態傳感 器的角旋轉測量值、來自所述固態傳感器的方向測量值、來自所述固態傳感器的角度測量 值、所述中心樞軸的所述地理位置以及所述跨繩的所述長度中的至少一個來計算所述跨繩 或塔架中至少一個的位置。
7. 根據權利要求1所述的傳感器系統，其中所述灌溉系統是橫向移動的灌溉系統並且 所述控制系統經配置以基於從所述固態傳感器中接收到的角度測量值計算所述跨繩中任 一個的相對和絕對對準。
8. -種中心樞軸灌溉系統，其包括： 中心樞軸； 多個塔架，所述多個塔架經配置以圍繞所述中心樞軸移動； 多條細長剛性跨繩，所述多條細長剛性跨繩各自在所述塔架中的相鄰者之間延伸並且 連接到所述塔架中的相鄰者上； 流體輸送系統，所述流體輸送系統包括一個或多個管道，所述管道附接到所述跨繩的 至少一部分上或與所述跨繩的至少一部分形成整體並且經配置以從形成於其中或穿過其 中形成的小孔中輸出水； 多個固態傳感器，所述多個固態傳感器各自與所述跨繩或塔架中的一個固定對準地進 行安裝並且各自經配置以測量相對於固定參考方向的加速度、角加速度、角旋轉、方向和角 度中的至少一個；以及 控制系統，所述控制系統經配置以從所述固態傳感器的每一個中接收測量值，並且計 算所述跨繩中至少一個的對準、旋轉定位和位置中的至少一個。
9. 根據權利要求8所述的中心樞軸灌溉系統，其中所述控制系統經配置以基於所述跨 繩的所計算出的對準命令所述塔架或跨繩中至少一個的致動器加速或減速。
10. 根據權利要求8所述的中心樞軸灌溉系統，其中所述固態傳感器包括固態陀螺儀、 固態加速計、數字羅盤和慣性測量單元中的至少一個。
11. 根據權利要求8所述的中心樞軸灌溉系統，其中所述多條跨繩進一步包括具有附 接到其上的所述固態傳感器中的至少一個的樞轉塔樓，其中所述控制系統經配置以基於由 所述控制系統計算出的所述樞轉塔樓的旋轉定位來致動所述樞轉塔樓。
12. 根據權利要求8所述的中心樞軸灌溉系統，其中所述多條跨繩進一步包括具有附 接到其上的所述固態傳感器中的至少一個的Z形摺疊拐角跨繩，其中所述控制系統經配置 以基於由所述控制系統計算出的所述Z形摺疊拐角跨繩的位置致動所述Z形摺疊拐角跨 繩。
13. 根據權利要求8所述的中心樞軸灌溉系統，其中所述跨繩包括第一跨繩和第二跨 繩，其中所述固態傳感器包括：第一傳感器，所述第一傳感器與所述第一跨繩或塔架固定對 準地進行安裝；以及第二傳感器，所述第二傳感器與所述第二跨繩或塔架固定對準地進行 安裝，其中所述控制系統經配置以從所述第一傳感器中接收相對於所述參考方向的第一角 度，並且從所述第二傳感器中接收相對於所述參考方向的第二角度，其中所述控制系統經 配置以通過從所述第二角度中減去所述第一角度來計算所述第一跨繩與所述第二跨繩之 間的誤差角度。
14. 根據權利要求8所述的中心樞軸灌溉系統，其中所述控制系統經配置以從所述固 態傳感器中接收加速度測量值、角加速度測量值、角旋轉測量值、方向和角度測量值中的至 少一個，並且使用所述測量值以及推算航行法來識別和校正從所述固態傳感器中接收到的 所述角度測量值中的任何錯誤。
15. -種確定和校正在中心樞軸灌溉系統的多個塔架上行進的多條跨繩的對準和位置 中的至少一個的方法，所述中心樞軸灌溉系統經配置以將液體輸出到田地中，所述方法包 括： 利用控制系統從多個固態傳感器中接收信號，所述多個固態傳感器各自與所述跨繩中 的一個固定對準地進行安裝，其中所述信號代表相對於固定參考方向的加速度、角加速度、 角旋轉、方向和角度中的至少一個，其中所述固態傳感器包括固態陀螺儀、固態加速計、數 字羅盤以及慣性測量單元中的至少一個；以及 利用所述控制系統通過使用從所述固態傳感器中接收到的信號來計算所述跨繩中至 少一個的相對或絕對對準；以及 利用所述控制系統通過使用從所述固態傳感器中接收到的信號來計算所述跨繩或塔 架中至少一個的位置。
16. 根據權利要求15所述的方法，其進一步包括基於由所述控制系統計算出的所述跨 繩的對準和位置中的至少一個，所述控制系統命令致動器獨立地提高或降低所述塔架和跨 繩的行進速度。
17. 根據權利要求15所述的方法，其中所述多條跨繩包含具有附接到其上的所述固態 傳感器中的至少一個的樞轉塔樓或Z形摺疊拐角跨繩，所述方法進一步包括基於由所述控 制系統計算出的所述樞轉塔樓或Z形摺疊拐角跨繩的位置，所述控制系統命令致動所述樞 轉塔樓或所述Z形摺疊拐角跨繩。
18. 根據權利要求15所述的方法，其進一步包括所述控制系統存儲所述中心樞軸的所 存儲地理位置以及所述跨繩的所存儲長度，以及所述控制系統使用來自所述固態傳感器的 加速度測量值、來自所述固態傳感器的角加速度測量值、來自所述固態傳感器的角旋轉測 量值、來自所述固態傳感器的方向測量值、來自所述固態傳感器的角度測量值、所述中心樞 軸的所述地理位置以及所述跨繩的所述長度中的至少一個來計算所述跨繩中至少一個的 位置。
19. 根據權利要求15所述的方法，其中所述跨繩包含第一跨繩和第二跨繩，其中所 述固態傳感器包含第一傳感器，所述第一傳感器與所述第一跨繩固定對準地進行安裝；以 及第二傳感器，所述第二傳感器與所述第二跨繩固定對準地進行安裝，所述方法進一步包 括： 利用所述控制系統從所述第一傳感器中接收相對於所述參考方向的第一角度； 利用所述控制系統從所述第二傳感器中接收相對於所述參考方向的第二角度；以及 利用所述控制系統通過從所述第二角度中減去所述第一角度而計算所述第一跨繩與 所述第二跨繩之間的誤差角度。
20. 根據權利要求15所述的方法，其進一步包括所述控制系統使用從所述固態傳感器 中接收到的測量值以及存儲在所述控制系統中或由所述控制系統可存取的推算航行法來 計算所述跨繩中至少一個的校正對準或位置。
21. 根據權利要求15所述的方法，其進一步包括基於已知位置校準所述控制系統。
22. 根據權利要求15所述的方法，其中所述固定參考方向是相對於地球的地磁場的固 定方向。
【文檔編號】A01G25/16GK104412889SQ201410437482
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月29日 優先權日:2013年8月29日
【發明者】D·P·韋爾奇 申請人:琳賽股份有限公司