CN106508452A - 一种双自由度的智能打顶机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双自由度的智能打顶机，包括控制器、底板、垂直作业机构、水平作业机构、夹持机构和打顶机构；所述水平作业机构安装在底板上，所述垂直作业机构安装在水平作业机构上，由水平作业机构驱动其左右摆动，所述夹持机构安装在垂直作业机构上，打顶机构安装在夹持机构内，由垂直作业机构驱动打顶机构上下摆动。本发明提供的控制器根据高度检测装置和水平检测装置的反馈信号，对第一电动推杆和第二电动推杆进行控制，驱动打顶粉碎装置在垂直方向上下摆动、水平方向左右摆动到合适的位置，对作物的顶部进行打顶、粉碎、消毒、抑芽和回收一体化作业，极大地提高了打顶作业的效率，缩短了工作时间，避免过度切顶或漏打的情况发生。

Description

一种双自由度的智能打顶机

技术领域

本发明涉及农业机械设备领域，尤其涉及一种用于烟草、棉花等作物的具有双自由度控制的智能打顶机。

背景技术

烟草是我国重要的经济作物，目前烟草种植在耕整、起垄施肥、移栽、打顶、采收、编烟、残秆处理等环节已经有了相应的机械，例如在棉花和烟草打顶方面：2003年，胡斌等研制了3MD-12型棉花打顶机，采用半悬挂方式，可挂接在拖拉机的后悬架上；2009年，山东农业大学成功研制了“3DX-1”烟草打顶消毒联合作业装置，实现了对烟草的机械化打顶；2010年，山东农业大学又研制了“3YDX-3”烟草打顶抑芽机，对“3DX-1”烟草打顶消毒联合作业装置的高度仿真进行了改良；2015年，王俊等发明的一种烟草打顶机，整个机构设计采用手持操作，无需额外动力，由剪切部件、定量喷施部件、传动部件和手柄组成等。

目前使用的烟草打顶机现普遍主要存在以下两点问题：一是在进行打顶作业过程中，由于打顶高度固定，容易造成长得高的烟草过度切顶、长得矮的烟草打不着顶的现象；二是打顶作业时，对由于各种原因长歪的植株不能进行打顶，造成漏打的现象。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、操作便捷、可以自动调节的具有双自由度的智能打顶机。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种双自由度的智能打顶机，该智能打顶机可以根据传感器的检测数据自动调节自身高度和水平位置，达到有效修剪作物顶端枝叶的目的，避免过渡切顶、打不着顶或漏打的情况发生。所述打顶机主要包括控制器、底板、垂直作业机构、水平作业机构、夹持机构和打顶机构。所述控制器分别与垂直作业机构、水平作业机构和打顶机构连接，通过驱动垂直作业机构和水平作业机构来调节打顶机构的位置，使其时刻处于打顶作业的最佳位置。所述底板固定安装，如可以安装在农业设备或机器上，提高打顶机的机动性能。所述水平作业机构安装在底板上，所述垂直作业机构安装在水平作业机构上，由水平作业机构驱动垂直作业机构左右摆动。所述夹持机构安装在垂直作业机构上，打顶机构安装在夹持机构内，由垂直作业机构驱动打顶机构上下摆动。

具体的，所述水平作业机构用于调整打顶机构的水平位置，主要包括第一电动推杆、转轴、带座轴承和短轴。所述带座轴承安装在转轴的两端，转轴通过带座轴承固定在底板上，使转轴只能绕其轴心径向转动。所述短轴固定在转轴上，与转轴垂直安装，此时短轴主要用于驱动转轴转动，相当于转轴的力臂。所述第一电动推杆的一端安装在底板上，与底板通过支座的形式铰连接(以此为活动支点)，另一端与短轴通过支座的形式铰连接，使第一电动推杆以底板为支撑点推动短轴和转轴转动。所述控制器与第一电动推杆连接，驱动转轴水平转动。

具体的，所述垂直作业机构用于调整打顶机构的高度位置，主要包括第二电动推杆、第一支座、第二支座和连杆。所述连杆的一端通过第一支座固定在转轴上，连杆与第一支座铰接，连杆的另一端与夹持机构固定连接，使夹持机构绕着连杆的一端上下运动。所述第二电动推杆的一端安装在转轴上，与转轴铰接(作为支撑点)，另一端通过第二支座与连杆铰接，以驱动连杆上下摆动。所述控制器与第二电动推杆连接，驱动夹持机构上下摆动。

具体的，所述夹持机构用于固定和安装打顶机构，该夹持机构固定在连杆上，由至少三根方管组成，三根所述方管构成U型结构，这样设计便于打顶机构的拆装。所述打顶机构设置在U型结构内，与方管通过螺栓固定连接。

具体的，所述打顶机构用于给作物打顶、粉碎、消毒和回收，主要包括打顶机构本体、打顶粉碎装置、用于刀具的消毒和割茬部位抑芽的消毒抑芽装置、用于检测作物顶端位置的高度检测装置、水平检测装置和导向板。所述打顶机构本体固定安装在夹持机构内。所述打顶粉碎装置固定安装在打顶机构本体内。所述消毒抑芽装置设置在打顶机构本体上，与打顶粉碎装置连接。所述导向板安装在打顶机构本体的前端，引导作物进入打顶粉碎装置。所述高度检测装置设置在导向板上。所述水平检测装置固定在打顶机构本体的前端。所述控制器分别与打顶粉碎装置、高度检测装置和水平检测装置连接，根据高度检测装置和水平检测装置的反馈数据来实时调整打顶机构的位置，并控制打顶粉碎装置的开启和关闭。

具体的，所述打顶粉碎装置包括驱动电机、旋转轴、用于粉碎枝叶的甩刀组和用于切割作物顶部枝叶的固定割刀。所述旋转轴设置垂直在打顶机构本体内。所述甩刀组和固定割刀安装在旋转轴上，甩刀组位于固定割刀的上方。所述驱动电机与旋转轴连接，控制器与驱动电机连接并驱动甩刀组和固定割刀切割进入打顶粉碎装置的作物。

优选的，所述打顶粉碎装在还包括阻止枝叶向外飞散的挡板，所述挡板设为曲面结构，将甩刀组和固定割刀包围起来，当切割枝叶时，向四周飞散的枝叶被挡板挡住并掉落，经甩刀组多次切割后形成粉碎状，最后落入回收袋中。

作为本发明的优选方案，所述甩刀组的甩刀交错配置安装，即每把甩刀与上层甩刀或下层甩刀在竖直方向上错位安装，这样设计可以将枝叶切得更碎，获得更好的粉碎效果。

具体的，所述消毒抑芽装置包括自上而下依次设置的药瓶、输药管、调节开关和耐磨海绵。所述输药管的一端与药瓶连接，另一端与耐磨海绵连接，使药瓶内的消毒药水流到耐磨海绵上。所述调节开关设置在输药管上，用于控制输药管的流量和通断状态。所述耐磨海绵与固定割刀的刀面接触，在旋转时将药水涂抹在上面，起到消毒和抑制割茬部位生长的作用。

作为本发明的优选方案，为了使作物更容易进入打顶粉碎装置，所述导向板设为V型结构，且向外张开，导向板的数量设为两块，左右对称设置，向前张开一定角度，用于引导枝叶进入打顶粉碎装置，提高打顶效率，获得理想的打顶效果。

作为本发明的优选方案，所述高度检测装置和水平检测装置均采用超声波式的传感器来检测。其中，高度检测装置采用高、中、低三组超声波传感器，当中、低组超声波传感器同时检测到信号时，打顶机构的位置才算合适；当只有高组超声波传感器检测到信号时，打顶机构的位置过高；当只有低组超声波传感器检测到信号时，打顶机构的位置过低。由于有些作物的顶部生长可能出现偏离(长歪了)，因此水平检测装置同样采用三组(左、中、右)超声波传感器来检测，当仅有中部超声波传感器检测到信号时，打顶机构的位置才算合适；当只有左侧传感器检测到信号时，表明打顶机构位置偏左；当只有右侧传感器检测到信号时，表明打顶机构位置偏右。

作为本发明的优选方案，为了方便直观看到超声波传感器检测的信号及控制器的控制逻辑是否清楚，本发明的所述高度检测装置和水平检测装置上均设有用于确定打顶机高度是否合适的指示灯。所述指示灯安装在打顶机构本体上，所述指示灯采用三色灯(红、黄、蓝)，当打顶机构的位置偏向一个方向时，显示红色并驱动第一电动推杆和第二电动推杆往另一方向运动；当偏向另一个方向时，显示黄色并驱动第一电动推杆和第二电动推杆往相反方向运动，当位置合适时，显示蓝色。这样有助于用于更方便直观的看到控制器的控制情况及打顶机构是否处于合适位置。

进一步的，所述打顶机还包括用于收集打落的枝叶的回收袋和用于固定回收袋的固定钩。所述固定钩安装在打顶机构本体上，数量设为至少3个，所述回收袋挂在固定钩上，使回收袋挂在上面更牢固，不容易掉落。

进一步的，所述打顶机还包括用于提供电源的电池组，所述电池组分别与控制器、第一电动推杆、第二电动推杆和驱动电机连接，为第一电动推杆、第二电动推杆和驱动电机提供驱动电力，简化了打顶机的结构设计，提高打顶机的移动性和便利性。

本发明的工作过程和原理是：本发明提供的打顶机主要包括控制器、垂直作业机构、水平作业机构和打顶机构，而打顶机构又包括打顶粉碎装置、消毒抑芽装置、高度检测装置、水平检测装置和用于引导作物进入的导向板。控制器根据高度检测装置和水平检测装置的反馈信号，对第一电动推杆和第二电动推杆进行控制，驱动打顶粉碎装置在垂直方向上下摆动、水平方向左右摆动到合适的位置，对作物的顶部进行打顶、粉碎、消毒、抑芽和回收一体化作业，极大地提高了打顶作业的效率，缩短了工作时间，避免过渡切顶、打不着顶或漏打的情况发生。

与现有技术相比，本发明还具有以下优点：

(1)本发明所提供的智能打顶机的结构简单、操作方便，可以固定在农业机械上，配合农业机械进行打顶、消毒、抑芽和回收作业。

(2)本发明所提供的智能打顶机以蓄电池组为动力，整体体积小、造价成本低，且移动性能提高。

(3)本发明所提供的智能打顶机在垂直方向和水平方向上均采用超声波式的传感器进行探测，以确定打顶机构最合适的位置，从而避免漏打或过渡切顶的现象。

(4)本发明所提供的智能打顶机通过驱动垂直作业机构和水平作业机构来控制打顶机构的具体位置，具有两个自由度可调节，使打顶机构时刻调节至合适的位置，从而获得理想的打顶效果。

(5)本发明所提供的智能打顶机通过将甩刀错位安装，可以将切顶的枝叶切得更碎，从而获得更好的粉碎效果，提高回收袋的收集量。

附图说明

图1是本发明所提供的具有双自由度的智能打顶机的立体图。

图2是本发明所提供的打顶粉碎装置的结构示意图。

图3是本发明所提供的消毒抑芽装置的结构示意图。

上述附图中的标号说明：

1-底板，21-第一电动推杆，22-转轴，23-带座轴承，24-短轴，31-第二电动推杆，32-第一支座，33-第二支座，34-连杆，4-夹持机构，5-打顶粉碎装置，6-消毒抑芽装置，7-高度检测装置，8-水平检测装置，9-导向板，10-甩刀组，11-固定割刀，12-旋转轴，13-药瓶，14-输药管，15-调节开关，16-耐磨海绵。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1所示，本发明公开了一种双自由度的智能打顶机，该智能打顶机可以根据传感器的检测数据自动调节自身高度和水平位置，达到有效修剪作物顶端枝叶的目的，避免过渡切顶、打不着顶或漏打的情况发生。所述打顶机主要包括控制器、底板1、垂直作业机构、水平作业机构、夹持机构4和打顶机构。所述控制器分别与垂直作业机构、水平作业机构和打顶机构连接，通过驱动垂直作业机构和水平作业机构来调节打顶机构的位置，使其时刻处于打顶作业的最佳位置。所述底板1固定安装，如可以安装在农业设备或机器上，提高打顶机的机动性能。所述水平作业机构安装在底板1上，所述垂直作业机构安装在水平作业机构上，由水平作业机构驱动垂直作业机构左右摆动。所述夹持机构4安装在垂直作业机构上，打顶机构安装在夹持机构4内，由垂直作业机构驱动打顶机构上下摆动。

具体的，所述水平作业机构用于调整打顶机构的水平位置，主要包括第一电动推杆21、转轴22、带座轴承23和短轴24。所述带座轴承23安装在转轴22的两端，转轴22通过带座轴承23固定在底板1上，使转轴22只能绕其轴心径向转动。所述短轴24固定在转轴22上，与转轴22垂直安装，此时短轴24主要用于驱动转轴22转动，相当于转轴22的力臂。所述第一电动推杆21的一端安装在底板1上，与底板1通过支座的形式铰连接(以此为活动支点)，另一端与短轴24通过支座的形式铰连接，使第一电动推杆21以底板1为支撑点推动短轴24和转轴22转动。所述控制器与第一电动推杆21连接，驱动转轴22水平转动。

具体的，所述垂直作业机构用于调整打顶机构的高度位置，主要包括第二电动推杆31、第一支座32、第二支座33和连杆34。所述连杆34的一端通过第一支座32固定在转轴22上，连杆34与第一支座32铰接，连杆34的另一端与夹持机构4固定连接，使夹持机构4绕着连杆34的一端上下运动。所述第二电动推杆31的一端安装在转轴22上，与转轴22铰接(作为支撑点)，另一端通过第二支座33与连杆34铰接，以驱动连杆34上下摆动。所述控制器与第二电动推杆31连接，驱动夹持机构4上下摆动。

具体的，所述夹持机构4用于固定和安装打顶机构，该夹持机构4固定在连杆34上，由至少三根方管组成，三根所述方管构成U型结构，这样设计便于打顶机构的拆装。所述打顶机构设置在U型结构内，与方管通过螺栓固定连接。

具体的，所述打顶机构用于给作物打顶、粉碎、消毒和回收，主要包括打顶机构本体、打顶粉碎装置5、用于刀具的消毒和割茬部位抑芽的消毒抑芽装置6、用于检测作物顶端位置的高度检测装置7、水平检测装置8和导向板9。所述打顶机构本体固定安装在夹持机构4内。所述打顶粉碎装置5固定安装在打顶机构本体内。所述消毒抑芽装置6设置在打顶机构本体上，与打顶粉碎装置5连接。所述导向板9安装在打顶机构本体的前端，引导作物进入打顶粉碎装置5。所述高度检测装置7设置在导向板9上。所述水平检测装置8固定在打顶机构本体的前端。所述控制器分别与打顶粉碎装置5、高度检测装置7和水平检测装置8连接，根据高度检测装置7和水平检测装置8的反馈数据来实时调整打顶机构的位置，并控制打顶粉碎装置5的开启和关闭。

具体的，结合图1和图2所示，所述打顶粉碎装置5包括驱动电机、旋转轴12、用于粉碎枝叶的甩刀组10和用于切割作物顶部枝叶的固定割刀11。所述旋转轴12设置垂直在打顶机构本体内。所述甩刀组10和固定割刀11安装在旋转轴12上，甩刀组10位于固定割刀11的上方。所述驱动电机与旋转轴12连接，控制器与驱动电机连接并驱动甩刀组10和固定割刀11切割进入打顶粉碎装置5的作物。

优选的，所述打顶粉碎装在还包括阻止枝叶向外飞散的挡板，所述挡板设为曲面结构，将甩刀组10和固定割刀11包围起来，当切割枝叶时，向四周飞散的枝叶被挡板挡住并掉落，经甩刀组10多次切割后形成粉碎状，最后落入回收袋中。

具体的，结合图1和图3所示，所述消毒抑芽装置6包括自上而下依次设置的药瓶13、输药管14、调节开关15和耐磨海绵16。所述输药管14的一端与药瓶13连接，另一端与耐磨海绵16连接，使药瓶13内的消毒药水流到耐磨海绵16上。所述调节开关15设置在输药管14上，用于控制输药管14的流量和通断状态。所述耐磨海绵16与固定割刀11的刀面接触，在旋转时将药水涂抹在上面，起到消毒和抑制割茬部位生长的作用。

作为本发明的优选方案，为了使作物更容易进入打顶粉碎装置5，所述导向板9设为V型结构，且向外张开，导向板9的数量设为两块，左右对称设置，向前张开一定角度，用于引导枝叶进入打顶粉碎装置5，提高打顶效率，获得理想的打顶效果。

作为本发明的优选方案，所述高度检测装置7和水平检测装置8均采用超声波式的传感器来检测。其中，高度检测装置7采用高、中、低三组超声波传感器，当中、低组超声波传感器同时检测到信号时，打顶机构的位置才算合适；当只有高组超声波传感器检测到信号时，打顶机构的位置过高；当只有低组超声波传感器检测到信号时，打顶机构的位置过低。由于有些作物的顶部生长可能出现过度偏离(长歪了)，因此水平检测装置8同样采用三组(左、中、右)超声波传感器来检测，当仅有中部超声波传感器检测到信号时，打顶机构的位置才算合适；当只有左侧传感器检测到信号时，表明打顶机构位置偏左；当只有右侧传感器检测到信号时，表明打顶机构位置偏右。

作为本发明的优选方案，为了方便直观看到超声波传感器检测的信号及控制器的控制逻辑是否清楚，本发明的所述高度检测装置7和水平检测装置8上均设有用于确定打顶机高度是否合适的指示灯。所述指示灯安装在打顶机构本体上，所述指示灯采用三色灯(红、黄、蓝)，当打顶机构的位置偏向一个方向时，显示红色并驱动第一电动推杆21和第二电动推杆31往另一方向运动；当偏向另一个方向时，显示黄色并驱动第一电动推杆21和第二电动推杆31往相反方向运动，当位置合适时，显示蓝色。这样有助于用于更方便直观的看到控制器的控制情况及打顶机构是否处于合适位置。

进一步的，所述打顶机还包括用于收集打落的枝叶的回收袋和用于固定回收袋的固定钩。所述固定钩安装在打顶机构本体上，数量设为至少3个，所述回收袋挂在固定钩上，使回收袋挂在上面更牢固，不容易掉落。

进一步的，所述打顶机还包括用于提供电源的电池组，所述电池组分别与控制器、第一电动推杆21、第二电动推杆31和驱动电机连接，为第一电动推杆21、第二电动推杆31和驱动电机提供驱动电力，简化了打顶机的结构设计，提高打顶机的移动性和便利性。

本发明的工作过程和原理是：本发明提供的打顶机主要包括控制器、垂直作业机构、水平作业机构和打顶机构，而打顶机构又包括打顶粉碎装置5、消毒抑芽装置6、高度检测装置7、水平检测装置8和用于引导作物进入的导向板9。控制器根据高度检测装置7和水平检测装置8的反馈信号，对第一电动推杆21和第二电动推杆31进行控制，驱动打顶粉碎装置5在垂直方向上下摆动、水平方向左右摆动到合适的位置，对作物的顶部进行打顶、粉碎、消毒、抑芽和回收一体化作业，极大地提高了打顶作业的效率，缩短了工作时间，避免过渡切顶、打不着顶或漏打的情况发生。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双自由度的智能打顶机，其特征在于，包括控制器、底板、垂直作业机构、水平作业机构、夹持机构和打顶机构；所述控制器分别与垂直作业机构、水平作业机构和打顶机构连接；所述水平作业机构安装在底板上，所述垂直作业机构安装在水平作业机构上，由水平作业机构驱动垂直作业机构左右摆动，所述夹持机构安装在垂直作业机构上，打顶机构安装在夹持机构内，由垂直作业机构驱动打顶机构上下摆动；

所述水平作业机构包括第一电动推杆、转轴、带座轴承和短轴；所述带座轴承安装在转轴的两端，转轴通过带座轴承固定在底板上；所述短轴固定在转轴上，与转轴垂直安装；所述第一电动推杆的一端安装在底板上，与底板铰接，另一端与短轴铰接，所述控制器与第一电动推杆连接，驱动转轴水平转动；

所述垂直作业机构包括第二电动推杆、第一支座、第二支座和连杆；所述连杆的一端通过第一支座固定在转轴上，连杆与第一支座铰接，连杆的另一端与夹持机构固定连接；所述第二电动推杆的一端安装在转轴上，与转轴铰接，另一端通过第二支座与连杆铰接，所述控制器与第二电动推杆连接，驱动夹持机构上下摆动；

所述夹持机构固定在连杆上，由至少三根方管组成，三根所述方管构成U型结构，所述打顶机构设置在U型结构内，与方管通过螺栓固定连接。

2.根据权利要求1所述的双自由度的智能打顶机，其特征在于，所述打顶机构包括打顶机构本体、打顶粉碎装置、消毒抑芽装置、用于检测作物顶端位置的高度检测装置、水平检测装置和导向板；所述打顶机构本体固定安装在夹持机构内；所述打顶粉碎装置固定安装在打顶机构本体内，所述消毒抑芽装置设置在打顶机构本体上，与打顶粉碎装置连接；所述导向板安装在打顶机构本体的前端，引导作物进入打顶粉碎装置；所述高度检测装置设置在导向板上，所述水平检测装置固定在打顶机构本体的前端；所述控制器分别与打顶粉碎装置、高度检测装置和水平检测装置连接。

3.根据权利要求2所述的双自由度的智能打顶机，其特征在于，所述打顶粉碎装置包括驱动电机、旋转轴、甩刀组和固定割刀；所述旋转轴设置垂直在打顶机构本体内，所述甩刀组和固定割刀安装在旋转轴上，甩刀组位于固定割刀上方，所述驱动电机与旋转轴连接，控制器与驱动电机连接并驱动甩刀组和固定割刀切割进入打顶粉碎装置的作物。

4.根据权利要求3所述的双自由度的智能打顶机，其特征在于，所述消毒抑芽装置包括药瓶、输药管、调节开关和耐磨海绵；所述输药管的一端与药瓶连接，另一端与耐磨海绵连接，所述调节开关设置在输药管上，所述耐磨海绵与固定割刀接触并将药水涂抹在上面。

5.根据权利要求2所述的双自由度的智能打顶机，其特征在于，所述导向板设为V型结构，向外张开，且数量为两块。

6.根据权利要求2所述的双自由度的智能打顶机，其特征在于，所述高度检测装置和水平检测装置均采用超声波式传感器来检测。

7.根据权利要求2所述的双自由度的智能打顶机，其特征在于，所述高度检测装置和水平检测装置上均设有用于确定打顶机高度是否合适的指示灯，所述指示灯安装在打顶机构本体上。

8.根据权利要求1所述的双自由度的智能打顶机，其特征在于，还包括回收袋和用于固定回收袋的固定钩；所述固定钩安装在打顶机构本体上，所述回收袋挂在固定钩上。

9.根据权利要求1所述的双自由度的智能打顶机，其特征在于，还包括用于提供电源的电池组，所述电池组分别与控制器、第一电动推杆、第二电动推杆和驱动电机连接。