CN102656985B - 一种独立动力宽窄行插植机构及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种独立动力宽窄行插植机构及其控制方法，包括插植驱动箱，插植驱动箱两侧分别设有回转箱，回转箱上设有两个插植臂，所述的插植驱动箱设有一个两个步进电机，两个步进电机的两个输出轴分别与所述的两个回转箱对应相连，所述的步进电机的控制电路与插秧机车的行车控制器相连，两个步进电机的轴出轴之间构成一个夹角，两个回转箱对称设置。它具有结构简单、成本低、维修方便等特征。

Description

一种独立动力宽窄行插植机构及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种插秧机，尤其是涉及一种插秧机的插植机构。

背景技术

现有的插秧机一般都包括插植驱动箱，插植驱动箱的两侧分别设有回转箱，回转箱上设有前后两个插植臂，回转箱和插植臂由插植驱动箱驱动，插植驱动箱的动力由插秧机车通过传动机构提供，一般来说，该插植驱动箱内设有链轮、链条，以及与所述的回转箱相连的输出轴。如公开号为CN102342205的中国专利公开了一种插秧机的插植机构,包括插植箱、回转箱以及插植爪,所述的插植箱的动轴输出轴与设于回转箱内的一个太阳轮的转轴相连,插植爪的末端设有外爪头,该外爪头包括两个爪指,所述的爪臂上设有内爪,内爪与爪臂滑动连接,并设有一个使内爪向上运动的弹性回复机构,内爪的爪头为单根爪指,内爪爪指的根部设于外爪的两根爪指之间，内爪的上端与一个驱动杆转动连接，该驱动杆与爪臂转动连接，并与设于第二行星轮的轮轴上的一个凸轮相配合。这种结构的插秧机的动力需要通过机械结构的传动，从插秧机车获得，而且插秧机构的运动需要与车速保持一定的比较，以保证适当的插秧行距，因此结构比较复杂、精度要求高、成本高、维修麻烦。

随着现代农业的发展，水稻的养植技术也在不断的提高。研究表明，在水稻种植当中，其行间距采用一宽一窄间隔种植的方式最有利于水稻的光照、通风，减轻病虫害，提高产量。为了发展该项技术，人们也设计出各种各样全新的宽窄行种插秧机，如公开号为CN102090195的中国专利公开了一种滑移式宽窄行插秧机分插机构。在传统的栽植臂部件中安装螺旋滑道和移动的栽植臂,使得栽植臂在相对行星架反向转动的同时相对齿轮盒做行星轴轴向的周期滑动。栽植臂空套在和齿轮盒固结的伸出套管上,能相互转动和轴向移动;螺旋滑道所在的伸出套管通过法兰固结在齿轮盒上,并滑套在行星轴上;与螺旋滑道配套的滑块空套在与栽植臂固结的栽植臂端盖上;运动过程中,滑块的行星轴轴向运动驱使栽植臂行星轴轴向运动,实现秧针的周期移动。通过滑道的深浅差异来缩短伸出套管的长度,以满足秧门之间宽度的要求。秧针在秧门取秧后随着栽植臂相对秧门偏移一段距离后,秧针入土插秧。使插秧位置偏离取秧口满足宽窄行插秧的要求。但是由于插秧机的使用环境比较差，泥巴很容易进入到螺旋滑道内，而螺旋滑道的精度要求又比较高，栽植臂很容易出现卡死而不会转动，进而造成对整个分插机构的损坏。公开号为CN101790917的中国专利公开了一种万向节驱动倾斜式宽窄行插秧机分插机构。在链轮轴两侧分别安装结构相同的传动箱和栽植臂;链轮轴通过万向节输出轴与链轮轴成一倾角,万向节输出轴端与行星架固接,在行星架内,太阳齿轮通过轴承支撑在万向节输出轴上,并通过法兰、调整垫片与万向节端传动箱体上的法兰固定连接,太阳齿轮经中间齿轮分别与各自的行星齿轮连接,与行星齿轮固定连接的行星轮轴分别连接各自的栽植臂。本发明使行星轮驱动的栽植臂上的秧针在相对链轮轴的倾斜平面内运动,则秧针在取秧后,由于行星架的倾斜产生相对于前进方向的侧向运动,使秧苗入土点相对取秧位置左移或右移,在取秧口等距分布前提下使得插秧位置形成农艺要求的宽窄行不等行距分布。但是这种结构的插秧机在实施使用中，当苗台的取秧口结上泥巴时，插秧头就不容易从取秧口内经过，出现卡死的现象，此时就会对插植机构造成伤害。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的插植机构被卡死后，容易对插植机构及其传动机构造成伤害的技术问题，提供一种结构简单、成本低、维修方便的独立动力宽窄行插植机构及其控制方法。

本发明的上述独立动力宽窄行插植机构主要是通过下述技术方案得以解决的：一种独立动力宽窄行插植机构，包括插植驱动箱，插植驱动箱两侧分别设有回转箱，回转箱上设有两个插植臂，其特征在于所述的插植驱动箱设有两个步进电机，两个步进电机的两个输出轴分别与所述的两个回转箱对应相连，所述的步进电机的控制电路与插秧机车的行车控制器相连，两个步进电机的轴出轴之间构成一个夹角，两个回转箱对称设置。本发明通过步进电机驱动回转箱和插植臂，步进电机的转动由行车控制器控制，行车控制器根据车速的变化，对步进电机的转速进行调整，使得即使车速在变化当中，插秧的行距也能保持一致。而且这种控制完全通过信号传递来完成，避免了通过复杂的机械结构来完成动力传递，满足行车速度与插秧速度的比例要求。具有结构简单、成本低、维修方便等优点。由于两个步进电机的输入轴之间构成一个夹角，且两个回转齿轮箱是对称设置，其取秧的位置均匀，但通过一定角度的回转，到达插秧位置时，同一分插机构上的两个秧苗的位置会并拢或散开，而相邻两个分插机构的相邻秧苗又会散开或并拢（它的情况与同一分插机构上的并拢或散开情况正好相反，这与公开号为CN101790917的专利的原理类似），这种机构就可以完成宽窄行的插秧过程。

作为优选，所述的步进电机设有一个电流传感器，该电流传感器的信号电路与所述的行车控制器相连。电流传感器实时地将步进电机的电流信号发送给行车控制器，当插植臂受阻，就会造成步进电机的电流加大，阻力越大，则电流越大，当电流大到一定程度后，行车控制器即断开步进电机的电源，使其停止工作，对步进电机进行保护，直到操作者清除阻力因素，才能继续工作。 

作为另一种优选方案，所述的步进电机设有一个紧急断电开关和一个电流传感器，该电流传感器的信号电路与步进电机的紧急断电开关相连。电流传感器获得的步进电机的工作电流的信号实时发送给紧急断电开关，当插植臂的阻力过大，步进电机的电流达到设定值时，紧急断电开关即断开，步进电机停止工作，以达到对步进电机和整个插植机构的保护。 

作为优选，所述的步进电机的输出轴上设有角度传感器，该角度传感器的信号电路与所述的行车控制器相连。行车控制器根据行车速度以及预行设定的行车速度与插秧机构运动速度的比例控制步进电机的转动速度和转动角度，并通过角度传感器器实时将步进电机的转动速度和每一个插植周期内的步进电机的实际转动角度反馈给行车控制器，行车控制器根据该实际角度对步进电机的转动进行调整，以提高插植机构的插秧精度。

作为优选，所述的行车控制器与一个报警装置相连。当步进电机的工作电流过大，报警装置进行报警，以使操作者及时查找原因，有效的保护了插植机构。 

为了通过上述技术方案完成插植过程，本发明还提供了下述控制方案：一种独立动力宽窄行插植机构的控制方法，其特征在于所述的行车控制器内置若干个行车速度与步进电机旋转速度的对应关系数据，每个行车速度与步进电机旋转速度的对应关系数据代表一个插秧的行距，当插秧机车开动，并启动插植机构后，行车控制器根据所选择的行车速度与步进电机旋转速度的对应关系数据，控制步进电机的转速，进行插秧作业。每一个行车速度与步进电机的旋转速度的对应关系数据代表一种插秧的行距，在该数据确定时，行车速度越快，步进电机的旋转速度越快，但保持插秧的行距不变。由于插植机构的动力由步进电机独立提供，使得在实际使用中，其速度变化的域度更大，能有效的提高插秧速度。

作为优选，当电流感应器获得的电流数据超过安全值时，行车控制器即控制步进电机断电，停止工作。插植机构的工作环境较为严厉，很容易受到泥土的堵塞，当该堵塞的泥土过多，阻力过大时，步进电机的电流会快速上升，电流感应器对步进电机的电流进行监测，如果电流超过安全值时，就由行车控制器及时控制步进电机断电，以对设备进行保护。

作为优选，当电流感应器获得的电流数据超过安全值时，紧急断电开关即对步进电机进行断电操作。当步进电机的工作电流过大时，需要最及时的断电处于，以对设备进行保护，如果通过行车控制器控制步进电机进行断电，具有一定的滞后性，因此，本技术方案将电流感应器获得的电流数据直接发送给紧急断电开关，紧急断电开关在获得超过安全值的电流信号时，即主动进行断电。 

作为优选，角度传感器将在插值臂完成一个或若干个插植周期的输出轴实际回转角度值实时发送给行车控制器，行车控制器将该回转角度值与在此期间的理论回转角度值进行比较，获得角度误差，将该角度误差作为下一个或若干个回转周期步进电机转动角度的补偿。步进电机的转动由行车控制器控制，但其转动过程必然会有一定误差，这种误差累积到一定程度就会对插秧位置的精度造成影响。本技术方案中，通过对上一个或若干个周期的转动角度进行检测，并将该检测数据与理论角度值进行比例，获得误差值，并将该误差值作为下一个或若干个周期的补偿，有效的解决了误差的累积问题，保证了插秧精度。

作为优选，角度传感器将插值臂完成若干个插植周期的输出轴总实际回转角度实时发送给行车控制器，行车控制器将该回转角度值与在此期间的理论回转角度值进行比较，获得角度误差，将该角度误差在上述若干个插植周期内的平均值作为下一轮相同个数的插植周期的每个插植周期的步进电机转动角度的补偿。单个插植周期的误差会比较小，不容易检测，只有当该误差积累到一定程度，才容易被检测到，而如果将该检测到的数据作为下一个周期的补偿，会使得插植机构的波动比较大，插秧的位置偏移会比较明显。而本技术方案将若干个插植周期的总实际回转角度的平均值作为下一轮相同个数的周期的每个周期的补偿，使得该误差得到逐步补偿，避免了插植机构的明显波动，也使得插秧位置的偏移不太明显，有效提高了插秧质量。

本发明的带来的有益效果是，解决现有技术所存在的结构比较复杂、精度要求高、成本高、维修麻烦等技术问题，提供一种结构简单、成本低、维修方便、精度高、波动小、安全可靠的独立动力宽窄行插植机构及其控制方法。

附图说明

附图1是本发明的一种结构示意图；

附图2是本发明的实施例1的控制系统的结构示意图；

附图3是本发明的实施例2的控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1： 

如图1、图2所示，本发明是一种独立动力宽窄行插植机构，包括插植驱动箱1，插植驱动箱两侧分别设有回转箱3，回转箱3上设有两个插植臂4，所述的插植驱动箱设有两个步进电机2，两个步进电机2的两个输出轴5分别与所述的两个回转箱3对应相连。步进电机2设有一个电流传感器，步进电机的输出轴上设有角度传感器，该角度传感器的信号电路、电流传感器的信号电路以及步进电机的控制电路均与插秧机车的行车控制器相连，行车控制器与一个报警装置相连。

作为上述的独立动力宽窄行插植机构的控制方法，行车控制器内置若干个行车速度与步进电机旋转速度的对应关系数据，每个行车速度与步进电机旋转速度的对应关系数据代表一个插秧的行距，当插秧机车开动，并启动插植机构后，行车控制器根据所选择的行车速度与步进电机旋转速度的对应关系数据，控制步进电机的转速，进行插秧作业。当电流感应器获得的电流数据超过安全值时，行车控制器即控制步进电机断电，停止工作。每完成一个插植周期，角度传感器将输出轴的实际回转角度值实时发送给行车控制器，行车控制器将该回转角度值与一个期间内的理论回转角度值进行比较，获得角度误差，将该角度误差作为下一个回转周期步进电机转动角度的补偿。

实施例2：

如图1、图3所示，本发明是一种独立动力宽窄行插植机构，包括插植驱动箱，插植驱动箱两侧分别设有回转箱，回转箱上设有两个插植臂，设有两个步进电机，两个步进电机的两个输出轴分别与所述的两个回转箱对应相连。步进电机的输出轴上设有角度传感器，该角度传感器的信号电路以及步进电机的控制电路均与插秧机车的行车控制器相连，步进电机设有一个紧急断电开关和一个电流传感器，该电流传感器的信号电路与步进电机的紧急断电开关相连。行车控制器与一个报警装置相连。

作为上述的独立动力宽窄行插植机构的控制方法，行车控制器内置若干个行车速度与步进电机旋转速度的对应关系数据，每个行车速度与步进电机旋转速度的对应关系数据代表一个插秧的行距，当插秧机车开动，并启动插植机构后，行车控制器根据所选择的行车速度与步进电机旋转速度的对应关系数据，控制步进电机的转速，进行插秧作业。当电流感应器获得的电流数据超过安全值时，行车控制器即控制步进电机断电，停止工作。角度传感器将插值臂每完成6个插植周期的输出轴总实际回转角度实时发送给行车控制器，行车控制器将该回转角度值与在6个插植周期内的理论回转角度值的总数进行比较，获得角度误差，将该角度误差在上述6个插植周期内的平均值作为下一轮6个的插植周期的每个插植周期的步进电机转动角度的补偿。

所以本发明具有结构简单、成本低、维修方便、精度高、波动小、安全可靠等特征。

Claims (9)

1.一种独立动力宽窄行插植机构，包括插植驱动箱，插植驱动箱两侧分别设有回转箱，回转箱上设有两个插植臂，其特征在于所述的插植驱动箱设有两个步进电机，两个步进电机的两个输出轴分别与两个所述的回转箱对应相连，所述的步进电机的控制电路与插秧机车的行车控制器相连，两个步进电机的输出轴之间构成一个夹角，两个回转箱对称设置，所述的行车控制器内置若干个行车速度与步进电机旋转速度的对应关系数据，每个行车速度与步进电机旋转速度的对应关系数据代表一个插秧的行距，当插秧机车开动，并启动插植机构后，行车控制器根据所选择的行车速度与步进电机旋转速度的对应关系数据，控制步进电机的转速，进行插秧作业。

2.根据权利要求1所述的一种独立动力宽窄行插植机构，其特征在于所述的步进电机设有一个电流传感器，该电流传感器的信号电路与所述的行车控制器相连。

3.根据权利要求1所述的一种独立动力宽窄行插植机构，其特征在于所述的步进电机设有一个紧急断电开关和一个电流传感器，该电流传感器的信号电路与步进电机的紧急断电开关相连。

4.根据权利要求1所述的一种独立动力宽窄行插植机构，其特征在于所述的步进电机的输出轴上设有角度传感器，该角度传感器的信号电路与所述的行车控制器相连。

5.根据权利要求2所述的一种独立动力宽窄行插植机构，其特征在于所述的行车控制器与一个报警装置相连。

6.根据权利要求1所述的一种独立动力宽窄行插植机构，其特征在于当电流感应器获得的电流数据超过安全值时，行车控制器即控制步进电机断电，停止工作。

7.根据权利要求1所述的一种独立动力宽窄行插植机构，其特征在于当电流感应器获得的电流数据超过安全值时，紧急断电开关即对步进电机进行断电操作。

8.根据权利要求1或6或7所述的一种独立动力宽窄行插植机构，其特征在于角度传感器将在插植臂完成一个或若干个插植周期的输出轴实际回转角度值实时发送给行车控制器，行车控制器将该回转角度值与在此期间的理论回转角度值进行比较，获得角度误差，将该角度误差作为下一个或若干个回转周期步进电机转动角度的补偿。

9.根据权利要求8所述的一种独立动力宽窄行插植机构，其特征在角度传感器将插植臂完成若干个插植周期的输出轴总实际回转角度实时发送给行车控制器，行车控制器将该回转角度值与在此期间的理论回转角度值进行比较，获得角度误差，将该角度误差在上述若干个插植周期内的平均值作为下一轮相同个数的插植周期的每个插植周期的步进电机转动角度的补偿。