CN104737686A - 一种穴盘苗自动移栽机运动协调控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种穴盘苗自动移栽机运动协调控制系统及控制方法，该移栽机由高地隙自走式底盘、取苗装置、移盘装置、坏苗剔除装置、植苗装置、图像处理系统、外置动力系统、田间导航定位系统、自动驾驶系统及运动协调控制系统组成。其中运动协调控制系统包括控制器、取苗调速单元、移盘调速单元、计数器A、计数器B、定时器A、定时器B、蜂鸣器、电磁阀、增量型旋转编码器和钵苗到位传感器。系统中的控制器接收增量型旋转编码器和钵苗到位传感器采集的数据，按照一定工作时序控制取苗调速单元、移盘调速单元、蜂鸣器和电磁阀完成取放苗动作和移盘动作，并实现报警和坏苗剔除功能。本发明可应用于自动移栽作业上。
Description
技术领域
本发明属于农业机械自动化领域，具体涉及一种穴盘苗自动移栽机运动协调控制系统及控制方法。
背景技术
移栽是作物种植的发展趋势之一，不仅可以为幼苗生产提供良好的环境条件，达到优质高产的目的，而且可以提高土地利用率，降低劳动强度，提高经济效益和社会效益。目前,国内的蔬菜移栽机都是以人工喂苗的半自动为主，其移栽效率不高，用工量大，且漏栽率和缺苗率随栽植频率的提高而增加。而自动移栽机由移箱机构、取苗机构、栽植机构等组成，实现自动供苗、自动取苗、自动栽苗的功能，具有工作效率高，劳动强度小的特点，是今后蔬菜移栽机发展的主要趋势。专利CN202697224U公开了一种穴盘苗自动移栽机，该移栽机采用单一的动力来源并全部由机械机构通过相互协调配合完成移栽动作，结构复杂，运动协调困难。专利CN101180928和专利CN102161041A都公开了一种基于机器视觉的幼苗移栽系统，其控制系统协调取苗装置和移盘装置完成穴盘间的钵苗移栽，同时具备坏苗识别和剔除功能，但是这只能在设施内完成，即不能同时协调植苗装置在田间实现在线移栽。
为了改善以上现有专利的缺点，本发明提供了一种穴盘苗移栽机运动协调控制系统，可以实现移栽机不同动力源的装置间的运动协调，同时与图像处理系统配合实现剔除坏苗功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种穴盘苗自动移栽机运动协调控制系统及控制方法，可以实现移栽机不同动力源的装置间的运动协调。
为了解决以上技术问题，本发明所采用的具体方案如下：
一种穴盘苗自动移栽机运动协调控制系统，其特征在于：
包括控制器（11）、取苗调速单元（12）、移盘调速单元（13）、计数器A（14）、计数器B（15）、定时器A（16）、定时器B（17）、蜂鸣器（18）、电磁阀（19）、增量型旋转编码器（20）和钵苗到位传感器（21），其中增量型旋转编码器（20）安装在植苗装置（5）变速箱中心轴上，用于采集植苗装置（5）中变速箱中心轴的转速和确定各植苗机构所在的具体位置，并以此转速作为协调各部件的基准；取苗调速单元（12）控制电机驱动取苗装置（2）配合植苗装置（5）在穴盘和坏苗剔除装置（4）上做来回往复运动；钵苗到位传感器（21）安装在坏苗剔除装置（4）上方，用于判断取苗爪是否到达坏苗剔除装置（4）上方；电磁阀（19）控制取苗装置（2）上的取苗爪完成取放苗动作；移盘调速单元（13）控制电机驱动移盘装置（3）配合取苗装置（2）横向进给一个穴盘苗间距或整个穴盘加一个穴盘苗间距；计数器A（14）和计数器B（15）与移盘装置（3）协调配合完成穴盘苗的横向进给，定时器A（16）与植苗装置（5）和图像采集处理系统（6）协调配合完成钵苗移植，定时器B（17）协调配合坏苗剔除装置（4）完成坏苗剔除。
一种穴盘苗自动移栽机运动协调控制方法，其特征在于：
第一步：控制器（11）接收增量型旋转编码器（20）所发出的信号，得到植苗部件的转速，并以此作为基准调节取苗机构的运动速度；同时得到零点位置信号来定位植苗装置上鸭嘴的位置，方便与坏苗剔除装置的放苗动作相互配合。
第二步：控制器（11）根据移栽机的植苗作业速度计算出取苗周期，同时根据取苗机构的当前位置计算运动行程，然后根据取苗周期和运动行程得到取苗速度。控制器（11）以此为基准给取苗调速单元（12）提供调速信号，然后取苗调速单元（12）驱动电机带动取苗爪到达预定位置。到达预定位置后，控制器（11）控制电磁阀（19）驱动取苗爪上的气缸完成取放苗动作。取苗机构从穴盘中提取出钵苗后纵向移动到坏苗剔除装置（4）的上方，触发坏苗剔除装置（4）上方的钵苗到位传感器（19），控制器（11）控制电磁阀（19）令取苗爪完成放苗动作，同时在放苗瞬间触发照相机，采集完整的钵苗特征。
第三步：图像采集完成后，图像处理系统（6）立即开始判别钵苗的好坏，并将结果反馈给控制器（11）。当判定是好苗时，控制器（11）控制坏苗剔除装置（4）的电动挡板在植苗机构鸭嘴到来时开启完成放苗；当判定是坏苗时，控制坏苗剔除装置（4）电动挡板依定时器B（17）的设定值延时放苗即直接将坏苗剔除到田地里，并控制蜂鸣器（18）发出声音，提示伴行作业人员及时补苗。从触发图像采集到反馈出一个判定结果这段时间需要与控制器内部定时器A（16）的设定值比较，当小于设定值时，根据判定结果决定是否植苗；当大于设定值时，系统不加判别地认为钵苗是好苗，并完成植苗动作。
第四步：当取苗爪完成一次取放苗动作时，控制器（11）内部计数器A（14）计数；当取苗爪取完一列秧苗后，控制器（11）内部计数器A（14）计满后清零给计数器B（15）一个计数，控制移盘调速单元（13）驱动电机带动苗盘向设定方向横向进给一个穴盘苗间距，来方便取苗爪取下一列钵苗，这一过程需要的时间即移盘时间要小于1/3取苗周期；当两个取苗爪取完两个苗盘时，控制器（11）内部计数器B（15）计满后清零并控制蜂鸣器（18）发出另一种声音，提示伴行作业人员需要向移盘机构上增放苗盘，同一时刻控制移盘调速单元（13）驱动电机带动苗盘向设定方向以较快的速度横向进给一个穴盘长度加一个穴盘苗间距的距离，这一过程所需要的移箱时间要小于2/3取苗周期。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明可在田间完成一种仅需人工伴行补苗的全自动移栽过程。
2、本发明的运动协调控制系统通过对植苗装置变速箱中心轴的转速的检测，协调整个机组的动作，保证了机组中取苗装置、移盘装置与植苗装置在不同动力源驱动下按预定时序协调工作。
附图说明
图1为带有坏苗剔除功能的自走式移栽机结构示意图。
图2为运动协调控制系统各部分组成示意图。
图中：1高地隙自走式底盘；2取苗装置；3移盘装置；4坏苗剔除装置；5植苗装置；6图像处理系统；7外置动力系统；8田间导航定位系统；9自动驾驶系统；10运动协调控制系统；11控制器；12取苗调速单元；13移盘调速单元；14计数器A；15计数器B ；16定时器A；17定时器B；18蜂鸣器；19电磁阀；20增量型旋转编码器；21钵苗到位传感器。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明方案做进一步详细说明。
一种穴盘苗自动移栽机由高地隙自走式底盘1、取苗装置2、移盘装置3、坏苗剔除装置4、植苗装置5、图像采集处理系统6、外置动力系统7、田间导航定位系统8、自动驾驶系统9及运动协调控制系统10组成。其中植苗装置5与高地隙自走式底盘1内置的动力输出轴连接，由驱动整个机组行进的发动机提供动力；而取苗装置与移箱装置由外置驱动电机提供动力。其中运动协调控制系统包括控制器11、取苗调速单元12、移盘调速单元13、计数器A 14、计数器 B15、定时器 A16、定时器 B17、蜂鸣器18、电磁阀19、增量型旋转编码器20和钵苗到位传感器21，其中增量型旋转编码器20安装在植苗装置5变速箱中心轴上，用于采集植苗装置5中变速箱中心轴的转速和确定各植苗机构所在的具体位置，并以此转速作为协调各部件的基准；取苗调速单元12控制电机驱动取苗装置2配合植苗装置5在穴盘和坏苗剔除装置4上做来回往复运动；钵苗到位传感器21安装在坏苗剔除装置4上方，用于判断取苗爪是否到达坏苗剔除装置4上方；电磁阀19控制取苗装置2上的取苗爪完成取放苗动作；移盘调速单元13控制电机驱动移盘装置3配合取苗装置2横向进给一个穴盘苗间距或整个穴盘加一个穴盘苗间距；计数器和定时器协调取苗装置2、移盘装置3、坏苗剔除装置4、植苗装置5和图像采集处理系统6按照一定的时序协调配合。
穴盘苗移栽机运动协调控制系统的工作过程：
第一步：控制器11接收增量型旋转编码器20所发出的信号，得到植苗部件的转速，并以此作为基准调节取苗机构的运动速度；同时得到零点位置信号来定位植苗装置上鸭嘴的位置，方便与坏苗剔除装置的放苗动作相互配合。
第二步：控制器11根据移栽机的植苗作业速度计算出取苗周期，同时根据取苗机构的当前位置计算运动行程，然后根据取苗周期和运动行程得到取苗速度。控制器11以此为基准给取苗调速单元12提供调速信号，然后取苗调速单元12驱动电机带动取苗爪到达预定位置。到达预定位置后，控制器11控制电磁阀19驱动取苗爪上的气缸完成取放苗动作。取苗机构从穴盘中提取出钵苗后纵向移动到坏苗剔除装置4的上方，触发坏苗剔除装置4上方的钵苗到位传感器19，控制器11控制电磁阀19令取苗爪完成放苗动作，同时在放苗瞬间触发照相机，采集完整的钵苗特征。
第三步：图像采集完成后，图像处理系统6立即开始判别钵苗的好坏，并将结果反馈给控制器11。当判定是好苗时，控制器11控制坏苗剔除装置4的电动挡板在植苗机构鸭嘴到来时开启完成放苗；当判定是坏苗时，控制坏苗剔除装置4的电动挡板依定时器B17的设定值延时放苗即直接将坏苗剔除到田地里，并控制蜂鸣器18发出声音，提示伴行作业人员及时补苗。从触发图像采集到反馈出一个判定结果这段时间需要与控制器内部定时器A16的设定值比较，当小于设定值时，根据判定结果决定是否植苗；当大于设定值时，系统不加判别地认为钵苗是好苗，并完成植苗动作。
第四步：当取苗爪完成一次取放苗动作时，控制器11内部计数器A14计数；当取苗爪取完一列秧苗后，控制器11内部计数器A14计满后清零给计数器B15一个计数，控制移盘调速单元13驱动电机带动苗盘向设定方向横向进给一个穴盘苗间距，来方便取苗爪取下一列钵苗，这一过程需要的时间即移盘时间要小于1/3取苗周期；当两个取苗爪取完两个苗盘时，控制器11内部计数器B15计满后清零并控制蜂鸣器18发出另一种声音，提示伴行作业人员需要向移盘机构上增放苗盘，同一时刻控制移盘调速单元13驱动电机带动苗盘向设定方向以较快的速度横向进给一个穴盘长度加一个穴盘苗间距的距离，这一过程所需要的移箱时间要小于2/3取苗周期。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围之内。
Claims (3)
1.一种穴盘苗自动移栽机运动协调控制系统，其特征在于：
包括控制器（11）、取苗调速单元（12）、移盘调速单元（13）、计数器A（14）、计数器B（15）、定时器A（16）、定时器B（17）、蜂鸣器（18）、电磁阀（19）、增量型旋转编码器（20）和钵苗到位传感器（21）；
所述增量型旋转编码器（20）安装在植苗装置（5）变速箱中心轴上，用于采集植苗装置（5）中变速箱中心轴的转速和确定各植苗机构所在的具体位置，并以此转速作为协调各部件的基准；
取苗调速单元（12）控制电机驱动取苗装置（2）配合植苗装置（5）在穴盘和坏苗剔除装置（4）上做来回往复运动；
钵苗到位传感器（21）安装在坏苗剔除装置（4）上方，用于判断取苗爪是否到达坏苗剔除装置（4）上方；
电磁阀（19）控制取苗装置（2）上的取苗爪完成取放苗动作；
移盘调速单元（13）控制电机驱动移盘装置（3）配合取苗装置（2）横向进给一个穴盘苗间距或整个穴盘加一个穴盘苗间距；
计数器A（14）和计数器B（15）与移盘装置（3）协调配合完成穴盘苗的横向进给，定时器A（16）与植苗装置（5）和图像采集处理系统（6）协调配合完成钵苗移植，定时器B（17）协调配合坏苗剔除装置（4）完成坏苗剔除。
2.利用权利要求1所述的一种穴盘苗自动移栽机运动协调控制系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步：控制器（11）接收增量型旋转编码器（20）所发出的信号，得到植苗部件的转速，并以此作为基准调节取苗机构的运动速度；同时得到零点位置信号来定位植苗装置上鸭嘴的位置，方便与坏苗剔除装置的放苗动作相互配合；
第二步：控制器（11）根据移栽机的植苗作业速度计算出取苗周期，同时根据取苗机构的当前位置计算运动行程，然后根据取苗周期和运动行程得到取苗速度；控制器（11）以此为基准给取苗调速单元（12）提供调速信号，然后取苗调速单元（12）驱动电机带动取苗爪到达预定位置；
到达预定位置后，控制器（11）控制电磁阀（19）驱动取苗爪上的气缸完成取放苗动作；取苗机构从穴盘中提取出钵苗后纵向移动到坏苗剔除装置（4）的上方，触发坏苗剔除装置（4）上方的钵苗到位传感器（19），控制器（11）控制电磁阀（19）令取苗爪完成放苗动作，同时在放苗瞬间触发照相机，采集完整的钵苗特征；
第三步：图像采集完成后，图像处理系统（6）立即开始判别钵苗的好坏，并将结果反馈给控制器（11）；当判定是好苗时，控制器（11）控制坏苗剔除装置（4）的电动挡板在植苗机构鸭嘴到来时开启完成放苗；当判定是坏苗时，控制坏苗剔除装置（4）电动挡板依定时器B（17）的设定值延时放苗即直接将坏苗剔除到田地里，并控制蜂鸣器（18）发出声音，提示伴行作业人员及时补苗；从触发图像采集到反馈出一个判定结果这段时间需要与控制器内部定时器A（16）的设定值比较，当小于设定值时，根据判定结果决定是否植苗；当大于设定值时，系统不加判别地认为钵苗是好苗，并完成植苗动作。
3.根据权利要求1所述一种穴盘苗自动移栽机运动协调控制方法，其特征在于还包括以下步骤：
当取苗爪完成一次取放苗动作时，控制器（11）内部计数器A（14）计数；当取苗爪取完一列秧苗后，控制器（11）内部计数器A（14）计满后清零给计数器B（15）一个计数，控制移盘调速单元（13）驱动电机带动苗盘向设定方向横向进给一个穴盘苗间距，来方便取苗爪取下一列钵苗，这一过程需要的时间即移盘时间要小于1/3取苗周期；当两个取苗爪取完两个苗盘时，控制器（11）内部计数器B（15）计满后清零并控制蜂鸣器（18）发出另一种声音，提示伴行作业人员需要向移盘机构上增放苗盘，同一时刻控制移盘调速单元（13）驱动电机带动苗盘向设定方向以较快的速度横向进给一个穴盘长度加一个穴盘苗间距的距离，这一过程所需要的移箱时间要小于2/3取苗周期。
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