本发明属于智能农业装备领域，特别涉及一种用于检测脱粒过程中玉米果穗的装置和方法。
背景技术：
1、脱粒分离装置是玉米籽粒收获机的核心作业部件，脱粒质量的好坏直接影响玉米质量和产量。现有的玉米脱粒分离装置在收获高含水率(≥25％)玉米果穗时，普遍存在籽粒破碎率高的问题，严重制约着玉米籽粒收获技术的发展。
2、玉米果穗进入脱粒装置后，在脱粒元件的作用下做高速绕流运动，即沿脱粒滚筒轴线方向做螺旋运动。在运动的过程中，受到脱粒元件和脱粒凹板的挤压、搓擦、冲击等多种作用力，从而使籽粒脱落。果穗在脱粒滚筒内不同位置下所受到的作用力大小是不同的，当作用力过大时，容易造成籽粒破碎。因此，对玉米果穗在脱粒滚筒不同位置下的受力情况进行研究，可以明确玉米籽粒破碎发生的位置，从而对该位置处的脱粒装置结构进行区段精细化改进，以降低机械结构对果穗的作用力大小，实现低损脱粒。
3、但是，由于脱粒时，玉米果穗处于封闭空间，且处于不停的移动、旋转、碰撞中，因此很难对玉米果穗的位置、受力等进行精确检测。
技术实现思路
1、为此，本发明提出了一种用于检测脱粒过程中玉米果穗的装置和方法，能够实现对脱粒过程中玉米果穗的位置、玉米籽粒受到的挤压力的实时检测。
2、为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：
3、一种用于检测脱粒过程中玉米果穗的装置，包括仿真电子玉米果穗、uwb基站、上位机系统，其中：仿真电子玉米果穗包括uwb定位模块、imu模块、ad采集模块、基底层外壳、锂电池、柔性薄膜压力传感器、仿真玉米籽粒和柔性橡胶层；uwb定位模块、imu模块、ad采集模块、锂电池安装在电路板上，电路板安装在基底层外壳中，柔性橡胶层包裹在基底层外壳外部，柔性薄膜压力传感器设置在基底层外壳与柔性橡胶层之间。
4、所述的装置，其中：柔性橡胶层设有凹槽阵列，每个凹槽中设有多个安装孔，仿真玉米籽粒安装在安装孔中。
5、所述的装置，其中：柔性薄膜压力传感器包括多个传感器单元，各个传感器单元之间采用4*4的方式排列。
6、所述的装置，其中：仿真玉米籽粒和柔性橡胶层的缝隙之间涂抹有硅胶。
7、所述的装置，其中：在仿真玉米籽粒的底部设有圆锥形凸台，仿真玉米籽粒利用圆锥形凸台安装在柔性橡胶层的安装孔中。
8、一种检测脱粒过程中玉米果穗的方法，该方法使用上面所述的装置进行检测；所述方法：
9、将仿真电子玉米果穗和真实玉米果穗同时喂入玉米脱粒装置中进行脱粒；
10、uwb定位模块与uwb基站之间进行测距；
11、imu模块检测仿真电子玉米果穗的加速度和角速度；
12、ad采集模块和柔性薄膜压力传感器共同检测仿真电子玉米果穗受到的挤压力。
13、所述的方法，其中：根据uwb定位模块与uwb基站的测距结果，对仿真电子玉米果穗的运动轨迹按如下计算方法进行计算：
14、建立uwb/imu紧组合定位系统的离散状态空间模型如下：
15、状态方程： xk＝fxk-1+wk-1
16、测量方程： zk＝h(xk)+vk
17、其中δdi2＝(diimu)2-(diuwb)2，i为uwb定位基站个数，diimu表示imu解算位置与第i个基站之间的距离，diuwb表示第i个uwb基站的测量距离，h(xk)表示非线性测量函数，δpn、δpe、δpc分别表示imu解算的载体北向、东向和天向位置误差，δvn、δve、δvc分别表示北向、东向和天向速度误差；k为当前采样时刻；t为采样周期；w为系统的过程噪声，设为协方差为q的白噪声序列；v为系统的测量噪声，设为协方差为r的白噪声序列；w与v互不相关；
18、h(xk)求解过程如下：
19、设di为第i个基站与标签的实际距离，则：
20、di＝diuwb-ηi
21、其中ηi为第个基站的测量噪声，设(pn，pe，pc)为标签的实际位置，为第i个基站的位置，则：
22、
23、进一步整理得：
24、
25、其中对应系统模型的测量方程，可得hi(·)的表达式：
26、
27、ekf将测量函数hi(·)的雅可比矩阵作为近似测量矩阵h，然后利用近似测量矩阵h进行卡尔曼滤波，ekf滤波方程如下：
28、预测状态：
29、预测状态协方差：pk|k-1＝fpk-1ft+q
30、滤波增益：kk＝pk|k-1ht(hpk|k-1ht+r)-1
31、更新状态：
32、更新状态协方差：pk＝pk|k-1-kkhpk|k-1。
33、所述的方法，其中：
34、在数据融合之前利用异常值剔除算法对uwb测距值进行预处理，即设定一个阈值dl＝0.3m，比较当前时刻的测距值dk与前一时刻测距值dk-1的差值δd,如果δd＞dl，则说明该时刻下uwb基站2处于被遮挡状态，对该时刻下的测距值进行剔除，并做插值平滑处理，即：
35、
36、所述的方法，其中：动态冲击力计算公式如下：
37、将测量得到的仿真电子玉米果穗的加速度信息转换至大地坐标系(n系)，然后解算冲击力f：
38、假设imu模块检测的加速度矢量为[arx,ary,arz]t，则剔除重力加速度g的线性加速度矢量[abx,aby,abz]t的计算公式为：
39、[abx，aby，abz]t＝[arx，ary，arz]t-[agx，agy，agz]t
40、式中[agx,agy,agz]t为重力加速度g在b系下各轴分量，计算公式为：
41、
1.一种用于检测脱粒过程中玉米果穗的装置，包括仿真电子玉米果穗、uwb基站、上位机系统，其特征在于：仿真电子玉米果穗包括uwb定位模块、imu模块、ad采集模块、基底层外壳、锂电池、柔性薄膜压力传感器、仿真玉米籽粒和柔性橡胶层；uwb定位模块、imu模块、ad采集模块、锂电池安装在电路板上，电路板安装在基底层外壳中，柔性橡胶层包裹在基底层外壳外部，柔性薄膜压力传感器设置在基底层外壳与柔性橡胶层之间。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：柔性橡胶层设有凹槽阵列。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：柔性薄膜压力传感器包括多个传感器单元。
4.一种检测脱粒过程中玉米果穗的方法，其特征在于，该方法使用如权利要求1-3之一所述的装置进行检测；所述方法：
