CN105090174A - 一种智能移动栽培架装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能移动栽培架装置，包括安置在作业空间的一对导轨，所述导轨上安置一组可滑移的栽培架模块，所述栽培架模块上装有相邻位置传感器，所述相邻位置传感器的信号输出端接PLC的信号输入端，所述PLC的控制信号输出端接位于液压马达供油油路中伺服阀的受控端，所述液压马达与栽培架模块底部的滚动轴传动连接。本发明可根据作业工作空间要求，选择合适的工作模式，对多个模块进行集中控制与反馈，智能形成多种栽培架空间间距；同时也可采用圆盘摇柄对某个模块单独控制，手动与液控相结合，节能省力。本控制精度高；采用控制面板结构，操作简单方便，尤其方便年长的作业人员操作。可适合多种类型的温室大棚内空间规划，能极大地提高面积利用率，适用场合广。

Description

一种智能移动栽培架装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种高架作物栽培装置及其控制方法，特别是一种智能移动栽培架装置及其控制方法。属于农业机械技术领域。

背景技术

近些年，随着高架作物栽培的需要，为了减轻劳动强度，国外设施农业发达国家已开始设计各种作物栽培系统，尤其以日本的高设栽培和荷兰的悬挂式栽培系统最为典型。传统栽培架多为固定式结构，按照南北向排放，排放时各栽培架模块都固定于地面上，各模块间取一定的栽培架间距，以供作业人员田间管理与收获。

随着单位面积产出量逐年提高的要求，温室大棚的空间利用率也由原来不足45%提高到75%，原有的固定式栽培架之间的过道已造成了一种资源浪费，各国已开始研究高架作物（草莓）生产的移动栽培系统，目前通过检索发现已有为数不多的移动栽培架装置方面的技术报道，申请号为ZL201310148671.8的专利文件中，公开了用于承载温室栽培架的可移动底盘装置，采用伺服电机、减速器、链传动机构将动力传递到主动轴系，然后带动三个从动轴系运动，通过控制部件总成实现架体模块的运动，此专利文件确实一定程度上提高了温室空间利用率，但仍存在一定的局限性，其一此装置机械结构复杂，且只适合栽培架模块较少的场合，不能满足目前温室内多组栽培架装置联动作业的状况；其二，此栽培架模块间是通过齿轮轴系机构传动的，栽培架模块间的间距不可灵活调节，不能同时满足不同身材的作业人员作业，同时也不能满足收获时小型拖车行走所需的间距要求，整体结构及操作使用上已经满足不了现代大型规模化和智能化生产管理的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种栽培架之间的作业空间可根据需要灵活调节的智能移动栽培架装置，满足了高架作物栽培时田间管理与收获环节中所需要的不同栽培架间距要求，且操作方式多样化，满足不同人群操作习惯，提高了工作效率，并节本省力。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种智能移动栽培架装置，包括安置在作业空间的一对导轨，所述导轨上安置一组可滑移的栽培架模块，所述栽培架模块上装有相邻位置传感器，所述相邻位置传感器的信号输出端接PLC的信号输入端，所述PLC的控制信号输出端接位于液压马达供油油路中伺服阀的受控端，所述液压马达与栽培架模块底部的滚动轴传动连接，所述PLC含有：

设置模块，用于接受所需操作空间决定的栽培架设置间隔；

接收模块，用于接收相邻位置传感器的传感信号，并确定栽培架间隔决定的当前位置；

选择模块，用于根据所述当前位置选择最大间隔所在位置；

比较模块，用于比较最大间隔是否大于等于设置间隔，如是则启动指示模块，如否则通过相应的伺服阀控制液压马达，将数量较少一侧的栽培架移动至间隔大于等于设置间隔，再启动指示模块；

指示模块，用于指示最大间隔所在位置。

本发明进一步限定的技术方案是：

优选的，所述栽培架模块包括架体总成和传感控制总成；所述架体总成包括支撑架；所述支撑架底部和上部的左右两端在垂直平行导轨的方向上分别设有一个连接轴；所述底部的左右连接轴分别嵌套一个空心的滚动轴，所述上部的左右连接轴分别嵌套一个空心的长杆，所述滚动轴支撑在两平行导轨上可左右移动构成移动副；

所述传感控制总成包括伺服阀、液压马达、链传动机构以及固定安装于支撑架底端一侧的位移传感器；所述PLC控制器的一端通过导线与位移传感器连接，其另一端通过导线与伺服阀连接；所述伺服阀通过液压油管与液压马达连接，所述液压马达固定安装在支撑架上，液压马达的输出端连接链传动机构；所述链传动机构通过链轮与滚动轴动力传动，控制滚动轴在两个平行导轨上旋转运动。

优选的，还包括液压泵以及与液压泵通过进油管连接的分流器；所述分流器与伺服阀连接，所述分流器将液压泵输入的油液等量或成比例地分成多路输出给每个栽培架模块的伺服阀。

优选的，所述长杆的外侧安装有固定无纺布的U形卡槽；所述无纺布通过卡簧压于U形卡槽内；所述滚动轴的两端的外圆表面固定套设有凸挡圈。

优选的，所述凸挡圈与两根平行导轨内侧的安装距离为厘米；所述位移传感器的探头部位安装位置与滚动轴的侧边缘齐平；所述支撑架底部的连接轴与滚动轴嵌套连接处设有～毫米的间隙；所述支撑架上部的连接轴与长杆嵌套处为过盈配合。

本发明还涉及一种智能移动栽培架装置的控制方法，其特征在于包含以下步骤：设置步骤，用于接收所需操作空间决定的栽培架设置间隔；

接收步骤，用于接收相邻位置传感器的传感信号，并确定栽培架间隔决定的当前位置；

选择步骤，用于根据所述当前位置选择最大间隔所在位置；

比较步骤，用于比较最大间隔是否大于等于设置间隔，如是则启动指示步骤，如否则通过相应的伺服阀控制液压马达，将数量较少一侧的栽培架移动至间隔大于等于设置间隔，再启动指示步骤；

指示步骤，用于指示最大间隔所在位置。

本发明进一步限定的技术方案是：

优选的，在所述接收步骤中，各个栽培架模块上的位移传感器检测与其右侧相邻模块之间的直线距离；并传至PLC；

选择步骤，PLC选择出相邻栽培架模块n和n-1之间的间隔最大值；

比较步骤，比较最大间隔是否大于等于设置间隔H，如是则启动指示装置，关闭所有伺服阀，所有模块处于静止状态；如否则由PLC通过相应的伺服阀来控制对应的液压马达，将最大间隔两侧的栽培架模块中数量较少一侧的栽培架模块n向模块n+1方向移动，移动至间隔大于等于设置间隔H，再启动指示装置；

指示步骤，PLC指示出最大间隔所在位置的模块；工作人员进入该区域工作。

优选的，在所述比较步骤中；栽培架模块n向模块n+1移动的同时，模块n+1上的位移传感器检测其与n模块之间的距离d并传至PLC；

（a）若d≥5cm；则PLC控制模块n+1的伺服阀，使其处于关闭状态；

（b）若d＜5cm；则PLC控制模块n+1的伺服阀，使其处于打开状态，从而控制模块n+1向模块n+移动；

（c）重复上述检测过程。

优选的，还包括返回步骤；在工作人员完成模块n和n-1区域的工作后，PLC控制模块n的液压马达反向转动，从而控制模块n向模块n-1移动；移动的同时n模块上的移动传感器检测其与n-1模块之间的距离d，当d=5cm时，PLC发送中断指令至模块n的伺服阀，伺服阀关闭，模块n停止移动。

优选的，还包括再次选择步骤；在模块n移动至模块n-1距离5cm时，模块n和模块n-1上的位移传感器关闭，其它模块上位移传感器打开，并将检测到的间隔值信号传递至PLC，PLC选出所有间隔值信号中的最大值，将最大间隔值再与设置间隔H比较，然后重复比较检测过程。

本发明的工作原理为：启动液压泵，液压油将通过进油管进入到分流器内，分流器将输入的油液等量或成比例地分成多路输出给各栽培移动架模块的伺服阀；同时PLC控制器根据选定的工作模式要求，发出相应的指令给各栽培移动架模块的伺服阀，从而使得部分或全部伺服阀将使得液压油输入给液压马达，从而将运动传递给链传动机构，使得链传动机构产生顺时针方向的运动，链传动机构中下部链轮安装于滚动轴上，故使得滚动轴也产生向右的移动；在滚动轴右移的过程中，由于位移传感器安装在架体总成的下端右部，并且其探头与滚动轴的右边缘对齐，因而该位移传感器可实时检测与前方相邻模块之间的直线距离；之后各工作模块将位移传感器检测到的电信号全部传递至PLC控制器，并与预置参数相比较，若达到理想值，则传递指令控制相关模块的伺服阀处于关闭状态；相反，仍然控制相关伺服阀处于开启状态，继续使得液压油流入进相关模块的液压马达，使得该模块的架体总成继续右移，如此反复检测循环控制，直至完成达到上述需要的工作模式状态。

本发明的有益效果是：本发明可根据作业工作空间要求，选择合适的工作模式，对多个模块进行集中控制与反馈，智能形成多种栽培架空间间距；同时也可采用圆盘摇柄对某个模块单独控制，手动与液控相结合，节能省力。其次，本发明采用传感控制各模块之间的间距，控制精度高；采用控制面板结构，操作简单方便，尤其方便年长的作业人员操作。另外采用模块化设计，组装配合即可使用，可适合多种类型的温室大棚内空间规划，能极大地提高面积利用率，适用场合广。

附图说明

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

图1为本发明单个模块的俯视图。

图2为本发明单个模块的主视图。

图3为A模式下各模块不同时刻分布与运动示意图。

图4为A模式下多模块共同工作的传感控制电路原理图。

图5为智能移动栽培架装置中各模块的控制过程图。

图6为A模式下①按钮的控制流程图。

图7为A模式下②按钮的控制流程图。

图8为A模式下k按钮的控制流程图。

图中，1-底座，2-滑轨，3-滚动轴，4-支撑架，5-长杆，6-U形卡槽，7-凸挡圈，8-液压泵，9-进油管，10-分流器，11-伺服阀，12-液压马达，13-回油管，14-链传动部件，15-圆盘摇柄，16-位移传感器，17-PLC控制器。

具体实施方式

实施例1

本实施例中由多个相同模块组合而成，具体模块配置数量由温室大棚内可利用面积决定。其中本发明为实施例中的单个模块代表，即智能移动栽培架装置，参考图1至图2具体说明本发明实施例单个模块的机械结构，包括固定安装于四个底座1上的两根平行导轨2，底座1被固定于地表，且相邻两个底座1之间的距离为1.5米。被支撑在两平行导轨2上的架体总成，包括与两平行导轨2构成移动副并在其上可左右移动的滚动轴3、支撑架4、长杆5和U形卡槽6，支撑架4的底部左右两端分别嵌套一个空心的滚动轴3，两者之间存在3～5毫米的间隙；其上部左右两端分别嵌套一个空心的长杆5，两者形成过盈配合；长杆5的外侧安装有U形卡槽6，两者通过螺钉固定在一起。左右两根长杆5上设有无纺布，无纺布的两端边通过卡簧压于U形卡槽6内，无纺布上用于基质栽培。

传感控制部分，包括固定安装于支撑架4底端右侧的位移传感器16、伺服阀11、液压马达12及链传动机构14，位移传感器16的探头部位安装位置与滚动轴3的右边缘对齐，以准确探测与其他模块之间的直线距离。伺服阀11通过液压油管与液压马达12连接，液压马达12的底部被固定安装在支撑架4上，其输出端连接链传动机构14，链传动机构14的输出端控制着滚动轴3的旋转运动。

本发明中还含如图5中虚线外部分的系统与部件，包含多个模块共用的PLC控制器17，该控制器17的一端通过导线与各模块位移传感器16连接，其另一端通过导线与各模块伺服阀11连接，用于整体接收多模块的多路位移传感器16传入的电信号，同时再相应的控制各模块伺服阀11的开断。同时还含有共用液压动力部件，包括液压泵8、进油管9、回油管13和分流器10，液压泵8提供动力输出，分流器10将液压泵8输入的油液等量或成比例地分成多路输出给各模块伺服阀11。

此外，本实施例中，滚动轴3的外圆表面套有凸挡圈7，且两者通过螺栓固连在一起，所述的凸挡圈7与滑轨2的内侧安装距离为5厘米。液压马达12输出轴的最外端套有圆盘手柄15，其可手动或反向控制液压马达12输出轴转向，通过链传动机构14将动力输出给滚动轴3。

根据作业人员作业空间的需求，选择合适的工作模式，工作模式可在控制面板（未图示）上选择不同的按钮，启动不同的模式。本发明中包含3种工作模式，其中A模式目标距离设定为H；B模式设定为2H；C模式设定为3H。本实施例中以A模式为例，如图3所示，A模式下初始状态时Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等模块处于无序排列，且相互间间距不等，其中Ⅰ模块始终处于静止状态，即固定不动。A模式下有多个工序，每个工序分别由控制面板上的①、②、③、④…k…（k≦T/2+1，T为移动栽培架总数）等按钮控制，按①按钮表示智能选出所有模块中各模块间间距最大的一组，使作业人员在其中间作业；按②按钮表示除上述已操作过的模块与其右侧相邻的模块，智能选出所有模块中各模块间间距最大的一组，使作业人员在其中间作业；同理按k按钮表示第k次作业，除上述已操作过的所有模块与其右侧相邻的模块，智能选出剩下模块中间距最大的一组，使作业人员在其中间作业。所有按钮的含义均按此原理推断下去。

由传感控制电路实现的多个智能移动栽培架装置（模块）的控制电路图如图4所示，以A模式为例，如图5、图6、图7、图8所示，具体的工序控制过程包含如下步骤：

a)启动液压泵8，液压油将通过进油管9进入到分流器10内，分流器10将输入的油液等量或成比例地分成多路输出给各模块伺服阀11。

b)选定A模式，启动①按钮，如图6所示，所有模块中位移传感器将检测与与其右侧相邻模块之间的直线距离，检测到的电信号都传递至PLC控制器17，PLC程序选出所有电信号中的最大值，并进行编号为n，同时PLC程序与预置参数相比较，若大于或等于目标距离H，则PLC控制器17发出相应的指令给所有模块的伺服阀11，使全部伺服阀11关闭，从而使得所有模块都不产生任何运动；若小于H，则执行图5中的程序过程，将J赋值为n，即PLC控制器17发出指令给n模块的伺服阀11，使其处于打开状态，从而使得液压油输入至n模块的液压马达12内，液压马达12通过链传动机构14将运动传递至滚动轴3，使滚动轴3产生逆时针方向的滚动，从而带动n模块的架体总成向左移动，在此移动的过程中，n模块上的位移传感器16仍将实时监测与其右侧模块即n-1模块之间的距离，并将测量的电信号反馈给PLC控制器17，再重复上述图5中的控制过程，直至大于或等于预置参数H，PLC控制器17才会发出中断指令给n模块的伺服阀11，否则一直循环上述检测控制过程，使伺服阀11一直处于打开状态。

在n模块向左移动的过程中，其左侧模块即n+1模块的位移传感器16也将检测与n模块之间的距离d，并将检测到的电信号传递至PLC控制器17，与预置参数5cm相比较，若大于或等于5cm，则PLC控制器17传递指令给n+1模块的伺服阀11，使其处于关闭状态，即控制n+1模块不运动；若小于5cm，则PLC控制器17传递信号给n+1模块的伺服阀11，使其处于打开状态，即n+1模块处于工作状态，也要产生向左的移动，n+1模块的具体工作控制过程执行图5中程序，其中J赋值为n+1。以此类推，在n+1模块左移的过程中，n+2模块的位移传感器16也要处于检测状态，从而决定n+2模块工作与否。按此原理类推，决定n模块左侧所有模块是否需要左移运动。

上述控制过程执行完，作业人员方可进入n模块与n-1模块间间距内进行作业，作业时为提高效率，作业人员对n模块与n-1模块同时作业。

c)作业人员对n模块与n-1模块作业完成后，启动②按钮，如图7所示，PLC控制器17发出指令给n模块的伺服阀11，使其处于打开状态，控制液压马达12反转，液压马达12通过链传动机构14将运动传递至滚动轴3，使滚动轴3产生顺时针方向的滚动，从而带动n模块的架体总成向右移动，在此移动的过程中，n模块上的位移传感器16仍将实时监测与其右侧模块即n-1模块之间的距离，并将测量的电信号反馈给PLC控制器17，直至两者之间的间距达到5cm，才使控制器17发出中断指令给n模块的伺服阀11，否则一直循环上述检测控制过程，使伺服阀11一直处于打开状态。

然后PLC程序控制除n和n-1模块上的位移传感器16关闭，打开其它所有模块上的位移传感器16，并将检测到的电信号都传递至PLC控制器17，PLC程序选出所有电信号中的最大值，并进行编号为m，此时PLC程序判断m-1与n是否相等，若相等，则选出所有电信号中的次大值，并进行编号为m1，其目的在于避免重复对n模块进行作业。最后执行图6中虚线部分的程序，即将最大值或次大值与目标距离比较，决定m或m1模块是否需要移动，同时执行图5中的程序，决定m或m1左侧的模块是否需要移动。

上述控制过程执行完，作业人员方可进入m模块与m-1模块（或m1模块与m1-1模块）间间距内进行作业，作业时为提高效率，作业人员对m模块与m-1模块（或m1模块与m1-1模块）同时作业。

d)启动③按钮、④按钮…k按钮…等，以其中某次工序k为例，如图8所示，说明其他控制过程，启动按钮k，首先执行图7中虚线部分的控制过程，将上一轮移动模块的编号记为q或q1，先将q或q1模块向右移动，直至与其右侧模块之间的距离控制为5cm才停止移动。然后采用剩余的T-2(k-1)个模块上的所有传感器开启，PLC程序选出所有电信号中的最大值并编号为r，将r-1分别与上述已编号的编号比较，决定是否需重新选择电信号中的次大值r1。最后执行图6中虚线部分的程序，即将最大值或次大值与目标距离比较，决定r或r1模块是否需要移动，同时执行图5中的程序，决定r或r1左侧的模块是否需要移动。

同理，上述控制过程执行完，作业人员方可进入r模块与r-1模块（或r1模块与r1-1模块）间间距内进行作业，作业时为提高效率，作业人员对r模块与r-1模块（或r1模块与r1-1模块）同时作业。

按此通用工序k的控制过程为例，直至完成所有T个模块的信号处理，即完成所有移动栽培架总成的移动作业。另外，本实施例中未提及的B模式、C模式皆按此原理进行控制，均在本专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能移动栽培架装置，包括安置在作业空间的一对导轨，所述导轨上安置一组可滑移的栽培架模块，所述栽培架模块上装有相邻位置传感器，所述相邻位置传感器的信号输出端接PLC的信号输入端，所述PLC的控制信号输出端接位于液压马达供油油路中伺服阀的受控端，所述液压马达与栽培架模块底部的滚动轴传动连接，所述PLC含有：

设置模块，用于接受所需操作空间决定的栽培架设置间隔；

接收模块，用于接收相邻位置传感器的传感信号，并确定栽培架间隔决定的当前位置；

选择模块，用于根据所述当前位置选择最大间隔所在位置；

比较模块，用于比较最大间隔是否大于等于设置间隔，如是则启动指示模块，如否则通过相应的伺服阀控制液压马达，将数量较少一侧的栽培架移动至间隔大于等于设置间隔，再启动指示模块；

指示模块，用于指示最大间隔所在位置。

2.根据权利要求1所述的智能移动栽培架装置，其特征在于：所述栽培架模块包括架体总成和传感控制总成；所述架体总成包括支撑架（4）；所述支撑架(4)底部和上部的左右两端在垂直平行导轨（2）的方向上分别设有一个连接轴；所述底部的左右连接轴分别嵌套一个空心的滚动轴(3)，所述上部的左右连接轴分别嵌套一个空心的长杆(5)，所述滚动轴（3）支撑在两平行导轨(2)上可左右移动构成移动副；

所述传感控制总成包括伺服阀(11)、液压马达(12)、链传动机构(14)以及固定安装于支撑架(4)底端一侧的位移传感器(16)；所述PLC控制器(17)的一端通过导线与位移传感器(16)连接，其另一端通过导线与伺服阀(11)连接；所述伺服阀(11)通过液压油管与液压马达(12)连接，所述液压马达(12)固定安装在支撑架(4)上，液压马达（12）的输出端连接链传动机构(14)；所述链传动机构(14)通过链轮与滚动轴（3）动力传动，控制滚动轴(3)在两个平行导轨（2）上旋转运动。

3.根据权利要求2所述的智能移动栽培架装置，其特征在于：还包括液压泵（8）以及与液压泵（8）通过进油管（9）连接的分流器（10）；所述分流器（10）与伺服阀（11）连接，所述分流器(10)将液压泵(8)输入的油液等量或成比例地分成多路输出给每个栽培架模块的伺服阀(11)。

4.根据权利要求2所述的智能移动栽培架装置，其特征在于：所述长杆（5）的外侧安装有固定无纺布的U形卡槽（6）；所述无纺布通过卡簧压于U形卡槽（6）内；所述滚动轴(3)的两端的外圆表面固定套设有凸挡圈(7)。

5.根据权利要求2所述的智能移动栽培架装置，其特征在于：所述凸挡圈(7)与两根平行导轨(2)内侧的安装距离为5厘米；所述位移传感器(16)的探头部位安装位置与滚动轴(3)的侧边缘齐平；所述支撑架(4)底部的连接轴与滚动轴(3)嵌套连接处设有3～5毫米的间隙；所述支撑架（4）上部的连接轴与长杆（5）嵌套处为过盈配合。

6.一种如权利要求1所述的智能移动栽培架装置的控制方法，其特征在于包含以下步骤：设置步骤，用于接收所需操作空间决定的栽培架设置间隔；

接收步骤，用于接收相邻位置传感器的传感信号，并确定栽培架间隔决定的当前位置；

选择步骤，用于根据所述当前位置选择最大间隔所在位置；

比较步骤，用于比较最大间隔是否大于等于设置间隔，如是则进行指示步骤，如否则通过相应的伺服阀控制液压马达，将数量较少一侧的栽培架移动至间隔大于等于设置间隔，再进行指示步骤；

指示步骤，用于指示最大间隔所在位置。

7.根据权利要求6所述的智能移动栽培架装置的控制方法，其特征在于：在所述接收步骤中，各个栽培架模块上的位移传感器检测与其右侧相邻模块之间的直线距离并传至PLC；

选择步骤，PLC选择出相邻栽培架模块n和n-1之间的间隔最大值，

比较步骤，比较最大间隔值是否大于等于设置间隔H，如是则启动指示步骤，关闭所有伺服阀，所有模块处于静止状态；如否则由PLC通过相应的伺服阀来控制对应的液压马达，将最大间隔两侧的栽培架模块中数量较少一侧的栽培架模块n向模块n+1方向移动，移动至间隔大于等于设置间隔H，再启动指示步骤；

指示步骤，PLC指示出最大间隔值所在位置的模块；工作人员进入该区域工作。

8.根据权利要求7所述的智能移动栽培架装置的控制方法，其特征在于：在所述比较步骤中；栽培架模块n向模块n+1移动的同时，模块n+1上的位移传感器检测其与n模块之间的距离d并传至PLC；

（a）若d≥5cm；则PLC控制模块n+1的伺服阀，使其处于关闭状态；

（b）若d＜5cm；则PLC控制模块n+1的伺服阀，使其处于打开状态，从而控制模块n+1向模块n+2移动；

（c）重复上述检测过程。

9.根据权利要求8所述的智能移动栽培架装置的控制方法，其特征在于：还包括返回步骤；在工作人员完成模块n和n-1区域的工作后，PLC控制模块n的液压马达反向转动，从而控制模块n向模块n-1移动；移动的同时n模块上的移动传感器检测其与n-1模块之间的距离d，当d=5cm时，PLC发送中断指令至模块n的伺服阀，伺服阀关闭，模块n停止移动。

10.根据权利要求9所述的智能移动栽培架装置的控制方法，其特征在于：还包括再次选择步骤；在模块n移动至模块n-1距离5cm时，模块n和模块n-1上的位移传感器关闭，其它模块上位移传感器打开，并将检测到的间隔值信号传递至PLC，PLC选出所有间隔值信号中的最大值，将最大间隔值再与设置间隔H比较，然后重复比较检测过程。