CN103141172B - 一种对称旋转苗间锄草单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及除草用的农业机械技术领域，尤其涉及一种对称旋转苗间锄草单元，包括对称锄草刀装置和旋转信息检测装置。本发明采用两把带豁口的盘状锄草刀对称地布置，同时采用齿轮传动，有效实现工作工程中锄草刀的对称同速旋转，以提高锄草刀在苗间覆盖率，进而提高苗间锄草率；采用用于检测转速信息和位置信息的两种传感器，并将其反馈至智能苗间锄草机的控制器，以实现闭环控制，从而更加准确地控制锄草刀运动。本发明的对称旋转苗间锄草单元结构简单、部件紧凑，加工安装方便，实用性强，密封良好，可用于雨天作业。

Description

一种对称旋转苗间锄草单元

技术领域

本发明涉及除草用的农业机械技术领域，尤其涉及一种对称旋转苗间锄草单元，适用于智能苗间锄草机。

背景技术

我国目前常用的除草方式为人工锄草和化学除草。其中，人工锄草占用大量的劳动力且锄草效率低，而化学除草虽然节省了人工劳动力，但是长期喷洒化学除草剂会带来农田杂草种群更替、除草剂药害频发、杂草抗药性增强、食物中残留积聚及环境污染等问题，又加上如今人们对绿色食品的广泛需求，高效率、无污染、无连带危害的机械锄草已成为未来除草的发展趋势。目前，自动化机械锄草作为精细农业保护性耕作的关键技术之一正在全世界得到重新认识，将成为取代除草剂、发展精细耕作的可持续农业发展的重要技术手段。

在机械锄草中，苗间除草是机械除草的难点和重点。智能苗间锄草机是通过计算机视觉识别苗草、定位苗草位置，然后控制锄草刀锄去苗间杂草的智能农业装备，其核心技术是识别苗草信息以及控制锄草刀护苗锄草。其中，对称旋转苗间锄草单元是智能锄草机的核心锄草单元，主要通过旋转实现避开作物或进行苗间锄草，但是由于旋转刀盘的局限性，使刀盘在苗间的覆盖率并不大，因此锄草效果不理想。此外，由于对称旋转苗间锄草单元中执行机构的设计和工作方式的不同，对锄刀控制的复杂度也有所不同。目前，对于对称旋转苗间锄草单元，锄草刀盘在苗间的覆盖率和简化控制程序提高实时性是困扰的问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对称旋转苗间锄草单元，其解决了刀盘在苗间覆盖率的问题，在简化控制的前提下，使刀盘在苗间的覆盖率变大，提高了锄草效率。

为实现上述发明目的，本发明提供了如下技术方案：

一种对称旋转苗间锄草单元，其特征在于：所述对称旋转苗间锄草单元包括对称锄草刀装置和旋转信息检测装置，其中：

所述对称锄草刀装置包括动力系统1以及包括与动力系统1的输出轴相连接的第一传动轴15的齿轮传动系统，其中齿轮传动系统包括相互啮合且传动比为1的第一齿轮19和第二齿轮20，第一齿轮19固定安装在第一传动轴15上，第二齿轮20固定安装在第二传动轴9上，第一传动轴15支撑在第三带座轴承21上、且下方固定安装有第一锄草刀连接盘6，第二传动轴9通过位于其上方的第一带座轴承10和位于其下方的第二带座轴承8固定、且第二传动轴9的下方固定安装有第二锄刀连接盘23，第一锄草刀连接盘6的下方连接有第一锄草刀7，第二锄刀连接盘23的下方连接有第二锄草刀22，其中，第一锄草刀7和第二锄草刀22彼此对称布置，且其刀盘为带豁口的盘状锄草刀；

所述旋转信息检测装置包括用于检测第一传动轴15转速的转速信息检测装置和用于检测第一锄草刀7位置信息的位置信息检测装置。

所述转速信息检测装置包括编码器12，通过顶丝安装在第一传动轴15上的大同步带轮18，通过顶丝安装在编码器12的输出轴上的小同步带轮16，以及支撑在大同步带轮18与小同步带轮16上的同步带17。

所述位置信息检测装置包括齿轮齿传感器13以及安装在第一传动轴15上的检测盘14，其中，检测盘14为周向带凸起的金属盘状零件，位于齿轮齿传感器13下方、且检测盘14与齿轮齿传感器13的纵向距离小于齿轮齿传感器13的探测距离。

所述对称锄草刀装置还包括箱体4，箱体盖2固定安装在箱体4上，且箱体盖2与箱体4之间设置有弹性密封垫3，其中动力系统1固定安装在箱体盖2上，第一带座轴承10、第二带座轴承8和第三带座轴承21固定安装在箱体4上，第一齿轮19和第二齿轮20位于箱体4内。

所述转速信息检测装置还包括固定安装在箱体4上的传感器安装盘11，且编码器12固定安装在传感器安装盘11上。

所述第一齿轮19与第二齿轮20为无变位啮合。

所述第一锄草刀7、第二锄草刀22上设有圆弧腰状孔，且第一锄草刀7、第二锄草刀22分别采用通过圆弧腰状孔的螺钉固定连接至第一锄草刀连接盘6、第二锄草刀连接盘23。

第一锄草刀连接盘6、第二锄草刀连接盘23分别通过张紧套固定安装在第一传动轴15、第二传动轴9上。

所述动力系统为液压马达或电机。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）本发明的对称旋转苗间锄草单元采用两把带豁口的盘状锄草刀对称地布置，同时采用齿轮传动，有效实现工作工程中锄草刀的对称同速旋转，以提高锄草刀在苗间覆盖率，进而提高苗间锄草率。

（2）本发明的对称旋转苗间锄草单元采用用于检测转速信息和位置信息的两种传感器，并将其反馈至智能苗间锄草机的控制器，以实现闭环控制，从而更加准确地控制锄草刀运动。

（3）本发明的对称旋转苗间锄草单元结构简单、部件紧凑，加工安装方便，实用性强，密封良好，可用于雨天作业。

附图说明

图1为对称旋转苗间锄草单元的外部结构示意图；

图2a为对称旋转苗间锄草单元的箱体内部的第一结构示意图；

图2b为对称旋转苗间锄草单元的箱体内部的第二结构示意图；

图3为对称旋转苗间锄草单元的第一锄草刀和第二锄草刀在苗间工作时的运动轨迹示意图。

附图标记

1  动力系统     2  箱体盖

3  弹性密封垫   4  箱体

5  防水接头     6  第一锄草刀连接盘

7  第一锄草刀   8  第二带座轴承

9  第二传动轴   10 第一带座轴承

11 传感器安装盘 12 编码器

13 齿轮齿传感器 14 检测盘

15 第一传动轴   16 小同步带轮

17 同步带       18 大同步带轮

19 第一齿轮     20 第二齿轮

21 第三带座轴承 22 第二锄草刀

23 第二锄草刀连接盘

具体实施方式

下面，结合附图和实施例，对本发明的对称旋转苗间锄草单元进行进一步地解释。

本发明的一种对称旋转锄草单元是智能锄草机的执行单元，也是智能锄草机的核心单元，包括对称锄草刀装置和旋转信息检测装置。

如图1所示，对称锄草刀装置包括动力系统1以及齿轮传动系统。其中，动力系统1可以是液压马达，也可以是电机。在本实施例中动力系统1为液压马达，且液压马达通过螺栓安装在箱体盖2上，箱体盖2通过螺钉安装在箱体4上，通过使用弹性密封垫3，以保证箱体4良好的密封性。

如图2a和图2b所示，齿轮传动系统的第一传动轴15通过花键与液压马达的输出轴相连接。并且，齿轮传动系统包括相互啮合且传动比为1的第一齿轮19和第二齿轮20。优选地，第一齿轮19与第二齿轮20为无变位啮合。第一齿轮19通过平键固定安装在第一传动轴15上，第二齿轮20通过平键固定安装在第二传动轴9。第一传动轴15支撑在第三带座轴承21上、且下方通过张紧套固定安装有第一锄草刀连接盘6，第二传动轴9通过位于其上方的第一带座轴承10和位于其下方的第二带座轴承8固定、且第二传动轴9的下方通过张紧套固定安装有第二锄刀连接盘23。其中，第一带座轴承10、第二带座轴承8和第三带座轴承21通过螺钉固定安装在箱体4上，第一齿轮19和第二齿轮20位于箱体4内。

第一锄草刀连接盘6的下方连接有第一锄草刀7，第二锄刀连接盘23的下方连接有第二锄草刀22，第一锄草刀7和第二锄草刀22彼此对称布置，且其刀盘为带豁口的盘状锄草刀。其中，第一锄草刀7、第二锄草刀22上设有圆弧腰状孔，且分别采用通过圆弧腰状孔的螺钉固定连接至第一锄草刀连接盘6、第二锄草刀连接盘23，使得第一锄草刀7、第二锄草刀22可通过其上的圆弧腰状孔，相对于第一锄草刀连接盘6、第二锄草刀连接盘23，分别沿第一传动轴15、第二传动轴9进行周向微调，确保安装时两把锄草刀是完全对称的。

在工作过程中，液压马达带动第一传动轴15旋转，带动第一传动轴15上的第一齿轮19旋转，从而带动与第一齿轮19相互啮合且传动比为1的第二齿轮20同速反向旋转，使得第二传动轴9与第一传动轴15同速反向旋转。从而实现，第一锄草刀7和第二锄草刀22旋转速度相同，旋转方向相反，使得其在工作工程中的运动轨迹相互对称。

旋转信息检测装置包括用于检测第一传动轴15转速的转速信息检测装置和用于检测第一锄草刀7位置信息的位置信息检测装置。

如图2a和图2b所示，转速信息检测装置包括固定安装在箱体4上的传感器安装盘11，固定安装在传感器安装盘11上的编码器12，通过顶丝安装在第一传动轴15上的大同步带轮18，通过顶丝安装在编码器12的输出轴上的小同步带轮16，以及支撑在大同步带轮18与小同步带轮16上的同步带17。其中，大同步带轮18将第一传动轴15的转速通过同步带17传递给与编码器12的小同步带轮16，从而使编码器12检测到第一传动轴15的转速信息。

如图2a所示，位置信息检测装置包括齿轮齿传感器13以及安装在第一传动轴15上的检测盘14，其中，检测盘14为周向带凸起的金属盘状零件，位于齿轮齿传感器13下方、且检测盘14与齿轮齿传感器13的纵向距离小于齿轮齿传感器13的探测距离。在本实施例中，检测盘14与齿轮齿传感器13的纵向距离为1mm。其中，通过第一传动轴15带动检测盘14旋转，当检测盘14的凸起旋转至齿轮齿传感器13的下方时，齿轮齿传感器13响应一次，一般将齿轮齿传感器13响应时，锄草刀的位置定为初始位置。通过调整检测盘14与第一传动轴15的相对周向位置，改变齿轮齿传感器13响应时第一传动轴15的旋转位置，由于第一传动轴15与第一锄草刀7紧固连接，即可改变齿轮齿传感器13响应时锄草刀7的旋转位置。例如，通过调整检测盘14的位置，使第一锄草刀7位于图1所示位置时齿轮齿传感器13响应，即图1所示位置为锄草刀7的初始位置。这样即可获取锄草刀的位置信息。

工作过程：

本发明为智能锄草机的执行单元，主要安装在智能锄草机的平行四杆仿形机构上，可以根据大田种植行数的要求相应的增加对称旋转锄草单元，每一个锄草单元负责一行作物的锄草工作，然后将若干安装在仿形机构上的对称旋转除草单元按作物行间距的要求安装在前悬挂或后悬挂智能锄草机上。智能锄草机通过拖拉机或是农用平台车牵引运动。

智能锄草机一般还包括机械框架、摄像头及处理器和控制器。本发明的对称旋转锄草单元与智能锄草机之间有机械悬挂连接和控制信号传递的关系。具体工作过程如下：智能锄草机被牵引沿作物行运动，每个对称旋转锄草单元对应一行作物，且作物位于第一锄草刀7和第二锄草刀22之间，可以根据不同大小和品种的作物，选用不同刀盘大小及豁口大小的锄草刀。智能锄草机通过作物位置信息实时控制液压马达旋转，液压马达旋转带动第一传动轴15旋转，从而带动第一传动轴15上的大同步带轮18、第一齿轮19、检测盘14和与第一传动轴15连接的第一锄草刀旋转。第一齿轮19与第二齿轮20同速反向旋转，因此使得第一传动轴15与第二传动轴9同速反向旋转，使得第一锄草刀7和第二锄草刀22也同速反向旋转。

在此同时，大同步带轮18旋转，通过同步带17带动小同步带轮16旋转，小同步带轮16带动编码器12旋转，从而检测第一传动轴15的转速，编码器12将检测到的速度信息传回控制器，形成转速信息闭环反馈，这样保证转速的准确性。检测盘14旋转，每转一周，当检测盘14的凸起位于齿轮齿传感器13下方时，使齿轮齿传感器13响应一次，响应时第一锄草刀7的位置定义为初始位置。安装时，可调整检测盘14相对第一传动轴15的相对位置，使第一锄草刀7（第二锄草刀22与第一锄草刀7位置相互对称）位于编程者需要的初始位置时，齿轮齿传感器13响应，将响应信号反馈给控制器，这样控制器就可以知道锄草刀的运动位置。

其中，图3示出了对称旋转锄草单元的锄草刀刀盘在苗间的运动轨迹，第一锄草刀7和第二锄草刀22从初始位置开始，即两把锄草刀的刀盘豁口正对苗，此时检测盘14的凸起位于齿轮齿传感器13的下方，在控制器的控制下，在苗与苗之间，第一锄草刀7和第二锄草刀22将锄草刀刀盘的豁口对外，同速反向旋转，使刀盘完全覆盖在苗间区域，除去苗间区域的草，一旦对称旋转锄草单元遇到苗便将第一锄草刀7和第二锄草刀22刀盘的豁口对准苗，从而保护苗。

Claims (9)

1.一种对称旋转苗间锄草单元，其特征在于：所述对称旋转苗间锄草单元包括对称锄草刀装置和旋转信息检测装置，其中：

所述对称锄草刀装置包括动力系统(1)以及包括与动力系统(1)的输出轴相连接的第一传动轴(15)的齿轮传动系统，其中齿轮传动系统包括相互啮合且传动比为1的第一齿轮(19)和第二齿轮(20)，第一齿轮(19)固定安装在第一传动轴(15)上，第二齿轮(20)固定安装在第二传动轴(9)上，第一传动轴(15)支撑在第三带座轴承(21)上、且下方固定安装有第一锄草刀连接盘(6)，第二传动轴(9)通过位于其上方的第一带座轴承(10)和位于其下方的第二带座轴承(8)固定、且第二传动轴(9)的下方固定安装有第二锄刀连接盘(23)，第一锄草刀连接盘(6)的下方连接有第一锄草刀(7)，第二锄刀连接盘(23)的下方连接有第二锄草刀(22)，其中，第一锄草刀(7)和第二锄草刀(22)彼此对称布置，且其刀盘为带豁口的盘状锄草刀；

所述对称旋转苗间锄草单元对应一行作物，且作物位于所述第一锄草刀(7)和第二锄草刀(22)之间；

所述旋转信息检测装置包括用于检测第一传动轴(15)转速的转速信息检测装置和用于检测第一锄草刀(7)位置信息的位置信息检测装置。

2.如权利要求1所述的对称旋转苗间锄草单元，其特征在于：所述转速信息检测装置包括编码器(12)，通过顶丝安装在第一传动轴(15)上的大同步带轮(18)，通过顶丝安装在编码器(12)的输出轴上的小同步带轮(16)，以及支撑在大同步带轮(18)与小同步带轮(16)上的同步带(17)。

3.如权利要求1所述的对称旋转苗间锄草单元，其特征在于：所述位置信息检测装置包括齿轮齿传感器(13)以及安装在第一传动轴(15)上的检测盘(14)，其中，检测盘(14)为周向带凸起的金属盘状零件，位于齿轮齿传感器(13)下方、且检测盘(14)与齿轮齿传感器(13)的纵向距离小于齿轮齿传感器(13)的探测距离。

4.如权利要求1所述的对称旋转苗间锄草单元，其特征在于：所述对称锄草刀装置还包括箱体(4)，箱体盖(2)固定安装在箱体(4)上，且箱体盖(2)与箱体(4)之间设置有弹性密封垫(3)，其中动力系统(1)固定安装在箱体盖(2)上，第一带座轴承(10)、第二带座轴承(8)和第三带座轴承(21)固定安装在箱体(4)上，第一齿轮(19)和第二齿轮(20)位于箱体(4)内。

5.如权利要求1所述的对称旋转苗间锄草单元，其特征在于：所述转速信息检测装置还包括固定安装在箱体(4)上的传感器安装盘(11)，且编码器(12)固定安装在传感器安装盘(11)上。

6.如权利要求1所述的对称旋转苗间锄草单元，其特征在于：所述第一齿轮(19)与第二齿轮(20)为无变位啮合。

7.如权利要求1所述的对称旋转苗间锄草单元，其特征在于：所述第一锄草刀(7)、第二锄草刀(22)上设有圆弧腰状孔，且第一锄草刀(7)、第二锄草刀(22)分别采用通过圆弧腰状孔的螺钉固定连接至第一锄草刀连接盘(6)、第二锄草刀连接盘(23)。

8.如权利要求1所述的对称旋转苗间锄草单元，其特征在于：第一锄草刀连接盘(6)、第二锄草刀连接盘(23)分别通过张紧套固定安装在第一传动轴(15)、第二传动轴(9)上。

9.如权利要求1所述的对称旋转苗间锄草单元，其特征在于：所述动力系统为液压马达或电机。