CN104793617B - 烟草采收机垄上自动行走装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种烟草采收机垄上自动行走装置，包括机架、行走系统、烟叶收集箱、座椅、检测控制系统；行走系统包括轮毂电机和电机驱动系统；检测控制系统包括红外测距传感器、单片机和D/A转换模块；两个红外测距传感器分别可活动的固定在传感器支架两侧；红外测距传感器连接至单片机的A/D采集端口，单片机的I/O口与D/A转换模块相连，D/A转换模块的输出口接电机驱动系统信号控制端；轮毂电机输出轴固定在机架下方的轮毂电机固定座上。本发明能够通过红外测距传感器准确的检测两侧车轮到烟垄的距离，传感器将获取的数据传递给单片机，实现自动转向。

Description

烟草采收机垄上自动行走装置

(一)技术领域

本发明提供了一种烟草采收机垄上自动行走装置，属于烟草田间管理机械。

(二)背景技术

烟草是我国主要经济作物之一，种植烟草已成为增加农民收入和财政税收的重要部分。在烟草采收期间，因烟田内没有专门的运输路线，所以烟叶在田间的运输是一项十分繁重的工作任务。我国大部分采收的烟叶在田间都是人工运输，即使有些自动化程度高的地方，也是采用人工驾驶的烟草采收机。因此，研制烟草采收机垄上自动行走装置是减轻烟农工作强度的有效措施，也是目前烟草生产亟待解决的重大问题。

近几年我国的烟草田间管理机械虽然取得了很大的进步，但是，打顶、采收机械等都采用大型农用车驱动，烟田垄上自动行走装置却仍未问世，使得烟草采收时田间运输费时费力，大多数地方还是以人工为主，机械化程度相当低。即便是如美国、日本等发达国家多采用履带式通用机架，也没有专门的烟草垄上自动行走装置。所以，研究烟草采收机垄上自动行走装置可以大大减少人力的投入，缩短劳动时间，减轻劳动强度，对提高作业效率具有重要的意义。

(三)发明内容

本发明提供了一种烟草采收机垄上自动行走装置，既可解决烟叶田间运输人工劳动强度大的问题，又可避免大型农用车驱动式采收机对烟株的破坏。

一种烟草采收机垄上自动行走装置包括机架、行走系统、烟叶收集箱、座椅和检测控制系统。

所述机架包括左右两个底盘和倒U型架；倒U型架的开口端宽度根据烟草垄距设定；所述倒U型架的开口端分别固定在左右两个底盘上；在每个底盘的两侧各焊有一个倒梯形轮毂电机安装板，倒梯形轮毂电机安装板中心偏下位置开有轮毂电机固定孔，轮毂电机通过轮毂电机固定孔固定在轮毂电机安装板上；底盘正中部焊有传感器安装板，传感器安装板上设有纵向传感器高度调节槽。所述座椅安装在底盘后方；所述倒U型架与底盘连接处安装有控制盒和电瓶，电瓶为整套设备提供电源。

所述行走系统包括轮毂电机和电机驱动系统；所述的电机驱动系统包括遥控开关电路、手动刹车断电电路、功率驱动电路、倒车控制电路和指示灯电路。遥控开关电路连接在单片机上，遥控开关电路采用315MHz频率的PT2262无线遥控模块组，控制总电源开关；手动刹车断电电路连接在轮毂电机驱动器控制端，在危险情况下，手动制动车轮的同时，切断轮毂电机的电源；功率驱动电路连接DA转换模块和轮毂电机；倒车控制电路连接继电器，控制电机电源方向，指示灯电路连接遥控开关电路，用于指示系统电源状态。

所述烟叶收集箱固定在烟叶收集箱固定座上，采用圆管弯曲和焊接而成；烟叶收集箱底部为网状结构，其左右两侧呈宽口倒U型结构焊接在底部，且其前后两侧为全开口设计。

所述检测控制系统包括红外测距传感器、单片机和D/A转换模块；两个红外测距传感器分别可活动的固定在传感器支架两侧，传感器支架可活动的安装在传感器角度调节器上，红外测距传感器上下位置、倾斜角度可调。所述的传感器支架为长回字形；检测控制系统封装在控制盒中，控制盒固定在倒U形架和底盘连接处。红外测距传感器连接至单片机的A/D采集端口，单片机的I/O口与D/A转换模块相连，D/A转换模块的输出口接电机驱动系统信号控制端；两个24V电瓶串联后，通过电源转换模块将48V电压转换成5V给单片机和红外测距传感器供电。

所述的传感器角度调节器呈弧形；传感器角度调节器一端安装在传感器支架的紧固螺丝固定孔中，用于安装传感器，其另一端可活动的安装在传感器高度调节槽中，用于传感器整体高度的调节。

所述检测控制系统的控制过程如下：上电后机架两侧红外测距传感器测量分别据烟垄的平均距离D1和D2，同时计算D＝D1+D2，将D作为系统预算值用于后续的杂草滤波和烟垄尽头判断。本发明开始工作后红外测距传感器将继续获取的数据传递给单片机，单片机通过对获取的数据进行校正、求差，并剔除无效信号后，控制D/A转换模块输出不同的电压值发送给电机驱动系统，从而控制左右两侧轮毂电机转速，使机器沿着烟垄行走。当机架两侧红外测距传感器检测到分别距烟垄平均距离之和L大于D的1.3倍(即L>1.3×D)时，判定机器走到烟垄尽头，此时单片机将启动自动转向程序，自动转向下一个烟垄。用户也可通过遥控器分别控制内外轮的转速和转向，手动完成烟草采收机沿垄行走和烟垄尽头转向。

所述轮毂电机安装在四个驱动轮上，为机器提供直接前进动力。轮毂电机输入端接在电机驱动系统的倒车控制电路上，然后再接功率驱动电路。轮毂电机输出轴固定在机架下方的轮毂电机固定座上。

本发明提供的一种烟草采收机垄上自动行走装置能够通过红外测距传感器准确的检测两侧车轮到烟垄的距离，传感器将获取的数据传递给单片机。单片机对获取的数据进行校正、求差，并剔除杂草等无效信号后，经D/A转换模块输出不同的电压值送给电机驱动系统，从而控制左右两侧轮毂电机的转速，使机器沿着烟垄行走。当机架两侧红外测距传感器检测到分别距烟垄平均距离之和L大于系统预算值D的1.3倍(即L>1.3×D)时，判定机器走到烟垄尽头，此时单片机将启动自动转向程序，分别控制内外轮的转速和转向，自动转向下一个烟垄。

本发明提供的一种烟草采收机垄上自动行走装置也能够实现手动控制，用户可通过遥控器分别控制内外轮的转速和转向，手动完成垄上直线行走和烟垄尽头转向过程。

(四)附图说明

图1是本发明的整机结构简图。

图2是本发明的整机结构右视图。

图3是本发明的红外测距传感器安装简图。

图4是本发明的自动转向轨迹图

图5是本发明的工作流程图。

图中：1.座椅2.烟叶收集箱3.电瓶组4.电瓶组固定板5.控制盒6.电机驱动系统盒7.控制盒固定板8.行走系统9.轮毂电机10.红外测距传感器11.紧固螺丝12.高度调节槽13.烟叶采集箱固定座14.手动刹车系统15.轮毂电机固定座16.轮毂电机输出轴17.红外测距传感器角度调节器安装孔18.红外测距传感器固定板19.红外测距传感器角度调节器20.烟垄21.固定橡皮圈

(五)具体实施方式

以下具体实施方式用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

轮毂电机选1.5KW；遥控开关电路采用315MHz频率的PT2262无线遥控模块组。

本实施例中设定倒U型架的开口端宽度为1.2米，其开口端分别固定在将左右两个底盘上；所述底盘长1.5米，在底盘两端20厘米处各焊有一个倒梯形轮毂电机安装板，倒梯形轮毂电机安装板上中心偏下位置开有轮毂电机固定孔，轮毂电机安装在轮毂电机固定孔处，并固定在轮毂电机安装板上；底盘正中部焊有传感器安装板，其上开有长15厘米、宽3厘米的纵向传感器高度调节槽。所述的传感器支架长35厘米，宽10厘米；

将红外测距传感器(10)固定在红外测距传感器角度调节器(19)上，再将红外测距传感器角度调节器(19)通过橡皮固定圈(21)安装在红外测距传感器固定板(18)上，通过紧固螺丝(11)将红外测距传感器固定板(18)固定在机架底部中间的高度调节槽(12)上，红外测距传感器(10)接到检测控制系统盒(5)中的单片机I/O口上。

检测控制系统封装在控制盒(5)中，控制盒(5)固定在机架上的控制盒固定板(7)上，控制盒(5)里装有单片机、D/A转换模块和电源转换模块。将电瓶组(3)的48V电压转换为5V电压来给检测控制系统供电。

电机驱动系统封装在电机驱动系统盒(6)中，电机驱动系统盒(6)表面安装散热片，电机驱动系统输入接控制盒(5)中的D/A转换模块的输出，输出接电源换向继电器，同时电机驱动系统盒(6)左侧面装有充电插口、手动刹车断电控制线和指示灯，电机驱动系统盒(6)右侧面装有钥匙开关。

轮毂电机(9)安装在四个驱动轮上，为机器提供直接前进动力。轮毂电机(9)输入端接在电机驱动系统的倒车控制电路上，然后再接功率驱动电路，轮毂电机输出轴(16)固定在机架下方的电机安装盘上。

电瓶组(3)安装在机架隔栏的电瓶组固定板(4)上，通过电源转换模块为检测控制系统和电机驱动系统提供5V电源，并且直接为轮毂电机(9)提供48V电源。

上述一种烟草采收机垄上自动行走装置自动工作过程如下：工作时，首先根据烟垄(20)高度调整红外测距传感器固定板(18)的高度，然后通过角度调节器(17)调节红外测距传感器使发射头对准烟垄(20)侧面，以便更准确的采集数据。打开钥匙开关，松开手动刹车，开机运行检测控制系统，此时如果系统判断人工控制检测端口的高低电平，高电平是人工遥控控制方式，低电平则开启自动控制，单片机将红外测距传感器(10)采集的数据，进行校正、求差，并剔除杂草等无效信号，通过电机驱动系统控制两侧的轮毂电机(9)转速，完成沿垄行走。当机架两侧红外测距传感器(10)检测到分别距烟垄(20)平均距离之和L大于系统预算值D的1.3倍(即L>1.3×D)时，判定机器走到烟垄尽头，此时单片机将启动自动转向程序，使机器转向下一个烟垄。

上述一种烟草采收机垄上自动行走装置人工控制工作过程如下：如果开机检测到人工控制端口为高电平，则可人工观测机器的前进方向和转向过程，通过遥控器远程控制机器沿垄直行和烟垄尽头转向。

上述仅为本发明的具体实施方式，在不脱离本发明的构思和范围的情况下做出的各种变化和变型、所有等同的技术方案也属于本发明的范畴。

Claims (1)

1.一种烟草采收机垄上自动行走装置，其特征在于包括机架、行走系统、烟叶收集箱、座椅和检测控制系统；

所述机架包括左右两个底盘和倒U型架；所述倒U型架的开口端分别固定在左右两个底盘上；在每个底盘的两侧各焊有一个倒梯形轮毂电机安装板，倒梯形轮毂电机安装板中心偏下位置开有轮毂电机固定孔，轮毂电机通过轮毂电机固定孔固定在轮毂电机安装板上；底盘正中部焊有传感器安装板，传感器安装板上设有纵向传感器高度调节槽；所述座椅安装在底盘后方；所述倒U型架与底盘连接处安装有控制盒和电瓶，电瓶为整套设备提供电源；

所述行走系统包括轮毂电机和电机驱动系统；所述的电机驱动系统包括遥控开关电路、手动刹车断电电路、功率驱动电路、倒车控制电路和指示灯电路；遥控开关电路连接单片机；手动刹车断电电路连接轮毂电机驱动器控制端；功率驱动电路连接DA转换模块和轮毂电机；倒车控制电路连接继电器；指示灯电路连接遥控开关电路；

所述烟叶收集箱固定在烟叶收集箱固定座上；烟叶收集箱底部为网状结构，其左右两侧呈宽口倒U型结构焊接在底部，且其前后两侧为全开口设计；

所述检测控制系统包括红外测距传感器、单片机和D/A转换模块；两个红外测距传感器分别可活动的固定在传感器支架两侧，传感器支架可活动的安装在传感器角度调节器上，红外测距传感器上下位置、倾斜角度可调；所述的传感器支架为长回字形；检测控制系统封装在控制盒中；红外测距传感器连接至单片机的A/D采集端口，单片机的I/O口与D/A转换模块相连，D/A转换模块的输出口接电机驱动系统信号控制端；两个24V电瓶串联后，通过电源转换模块将48V电压转换成5V给单片机和红外测距传感器供电；

所述的传感器角度调节器呈弧形；传感器角度调节器一端安装在传感器支架上，用于安装传感器，其另一端可活动的安装在传感器高度调节槽中；

所述轮毂电机安装在四个驱动轮上，为机器提供直接前进动力；轮毂电机输入端连接电机驱动系统的倒车控制电路，然后再连接功率驱动电路；轮毂电机输出轴固定在机架下方的轮毂电机固定座上；

所述检测控制系统的控制过程如下：上电后机架两侧红外测距传感器测量分别据烟垄的平均距离D1和D2，同时计算D＝D1+D2，将D作为系统预算值用于后续的杂草滤波和烟垄尽头判断；红外测距传感器将继续获取的数据传递给单片机，单片机通过对获取的数据进行校正、求差，并剔除无效信号后，控制D/A转换模块输出不同的电压值发送给电机驱动系统，从而控制左右两侧轮毂电机转速，使机器沿着烟垄行走；当机架两侧红外测距传感器检测到分别距烟垄平均距离之和L大于D的1.3倍，即L>1.3×D时，判定机器走到烟垄尽头，此时单片机将启动自动转向程序，自动转向下一个烟垄。