CN106561127A - 自动移栽机投苗控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自动移栽机投苗控制系统及控制方法，包括成排布置的n个取苗末端执行器、与成排的取苗末端执行器平行排列的分苗机构、括增量式编码器、光电开关、可编程控制器，所述增量式编码器用于根据苗杯的转动发出脉冲；控制器中存储每个取苗末端执行器对应的投苗脉冲数值；脉冲计数大于等于投苗脉冲寄存器中设定的第n个末端执行器的投苗脉冲数值An时，控制器控制第n个取苗执行器张开，将苗投入对应的苗杯内。解决了取苗爪间距与苗杯间距不相等，穴盘苗难以直接成排投入苗杯的问题。可以实现针对非间歇运动分苗机构的有序间隔落苗，所需输入信号少，方法简单、灵活、高效，适应高速栽植作业。

Description

自动移栽机投苗控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于农机装备技术领域，涉及自动移栽机，尤其是一种自动移栽机投苗控制系统及其控制方法。

背景技术

穴盘育苗是一个新的行业，是20世纪70年代在国际上发展起来的一项新型育苗技术，穴盘育苗与常规的育苗方式相比，具有省工、省力、成苗快、节约资源、成本低、效率高、便于管理以及保护农业生态环境等优点，主要应用于烟草、花卉、蔬菜和树木的育苗。穴盘育苗有一系列的环节，从穴盘播种到移栽，其中苗的移栽是效率低、单调重复动作，但是需要大量的手工作业，将苗从穴盘移送到半自动移栽机里，连续工作容易疲劳，生产效率低，容易漏放，穴盘的移栽能否实现自动高速显得尤为关键。

取投末端执行器是自动化移栽的关键装置，关系到能否安装要求取到苗，能否安装要求以合适的姿态将苗投下，传统的纯机械结构的取投末端执行器只能适用于少数穴盘的取苗要求，要适应各种情况，就要求取投末端执行器可以控制，并且结构小巧简单。现有的穴盘取投方式为一次性整排取出、同时投放，这就要求对应的接苗杯做间歇运动，如韩长杰，杨宛章等设计的穴盘苗移栽机自动取喂系统，运动摆动马达驱动柔性链喂入机构，一次移动两旋杯距离。这种方式一方面制约了其带苗速度不利于提高栽植效率，另一方面则必须保证取苗末端执行器间距与旋杯间距等同，从而制约移栽机只针对单一规格苗盘。

发明内容

本发明面提供一种自动移栽机投苗控制系统，以解决取苗末端执行器间距与苗杯间距不相等，穴盘苗难以直接成排投入苗杯的问题，可以实现针对非间歇运动分苗机构的有序间隔落苗，所需输入信号少，方法简单、灵活、高效，适应高速栽植作业。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种自动移栽机投苗控制系统，包括成排布置的n个取苗末端执行器、与成排的取苗末端执行器平行排列的分苗机构，所述取苗末端执行器包括取苗末端执行器开合气缸、推苗杆、取苗针、开合推杆、电磁阀，所述分苗机构包含串联成环且可随环旋转的多个苗杯，以承接末端执行器投出的苗；其特征在于，投苗控制系统还包括增量式编码器、光电传感器、可编程控制器和信号放大器，

所述增量式编码器装在自动移栽机动力机构的总分动箱处，根据总分动箱的转动发出脉冲；用于测量总分动箱的转动以间接获取苗杯的运动参数；

所述光电传感器置于分苗机构一侧，平行于分苗机构苗杯外壁，用于检测苗杯的转动位置，

所述控制器包括高速计数器、投苗脉冲寄存器、苗杯计数器、计数允许开关和光电传感器状态寄存器，

所述高速计数器用于对增量式编码器的脉冲进行计数；

所述投苗脉冲寄存器用于存储每个取苗末端执行器对应的投苗脉冲数值；从苗杯旋转方向相反的方向起算，第n个末端执行器对应的投苗脉冲数值An＝[D₀+(n-1)×D]×B/C，其中，B等于增量式编码器每转一周高速计数器所产生的脉冲数值，C等于增量式编码器每转一周苗杯对应走过距离，D₀等于第一个末端执行器的投苗距离，指投苗功能启动时，第一个末端执行器中心与其后一个苗杯中心之间距离，D等于相邻两个苗杯的中心之间的距离；

所述苗杯计数器根据光电传感器产生的上升沿信号对旋转通过的苗杯数量进行计数；

计数允许开关控制苗杯计数器计数的时序范围，当苗杯计数器的计数大于等于n-2时，将苗杯计数器及高速计数器的计数清零；

光电传感器状态寄存器用于存储光电传感器的状态，确保投苗过程中不重复触发投苗程序；

所述控制器通过高速计数器获得增量式编码器发出的脉冲计数，并根据该脉冲计数、投苗脉冲寄存器中存储的每个取苗末端执行器对应的投苗脉冲数值，发出驱动信号经信号放大器放大后控制所述电磁阀的闭合，通过取苗末端执行器开合气缸驱动末端执行器进行丟苗动作。

优选地，光电传感器与外壁距离<1cm。

优选地，取苗末端执行器个数n是穴盘横向单排穴孔数s的整数倍。

优选地，n是穴盘横向单排穴孔数s的一半，以实现间隔取苗。

优选地，n等于6或8。

优选地，所述高速计数器为C620计数器。

自动移栽机投苗控制系统的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1)苗杯开始旋转，根据底盘分动箱的转速测量苗杯的转动，并根据苗杯的转动发出脉冲；高速计数器开始计数；

(2)成排的取苗末端执行器处于待投苗位置，给苗杯计数器赋一个大于n-2的初始值；

(3)当光电传感器产生第一个上升沿信号时，苗杯计数器清零，高速计数器重新从零开始计数；

(4)当高速计数器记录的脉冲数值大于等于投苗脉冲寄存器中设定的第一个末端执行器

(4)当高速计数器记录的脉冲数值大于等于投苗脉冲寄存器中设定的第1个末端执行器的投苗脉冲数值A1时，控制器控制第一个取苗执行器的电磁阀的闭合，通过末端执行器开合气缸驱动取苗针，使第一个末端执行器张开，将苗投入对应的苗杯内；当高速计数器记录的脉冲数值大于等于投苗脉冲寄存器中设定的第二个末端执行器的投苗脉冲数值A2时，第二个末端执行器张开，将苗投入下一个对应的苗杯内，依次至第n个末端执行器1投苗完成；

其中第n个末端执行器对应的投苗脉冲数值An＝[D₀+(n-1)×D]×B/C，其中，从苗杯旋转方向相反的方向起算，B等于增量式编码器每转一周高速计数器所产生的脉冲数值，C等于增量式编码器每转一周苗杯对应走过距离，D₀等于第一个末端执行器的投苗距离，指投苗功能启动时，第一个末端执行器中心与其后一个苗杯中心之间距离，D等于相邻两个苗杯的中心之间的距离；

(5)打开允许计数开关，光电传感器每产生一个上升沿信号，苗杯计数器加1；

(6)苗杯计数器值达到n-2后，所述光电传感器下一个上升沿信号时，高速计数器重新从零开始计数，苗杯计数器也清零，重复步骤(3)-(6)，直至系统关闭。

优选地，所述高速计数器采用双向计数。

本发明所述的自动移栽机投苗控制系统的控制方法，通过增量式编码器获取分苗机构运动参数，光电传感器定位苗杯位置以及记录投完苗后走过苗杯数，高速计数器实时计入编码器产生脉冲信号，跟据计算出的每个取苗末端执行器的投苗脉冲，当高速计数器值达到取苗末端执行器投苗脉冲时，该末端执行器投苗，从而完成n个末端执行器的依次间隔落苗，解决了取苗爪间距与苗杯间距不相等，穴盘苗难以直接成排投入苗杯的问题。可以实现针对非间歇运动分苗机构的有序间隔落苗，所需输入信号少，方法简单、灵活、高效，适应高速栽植作业。

附图说明

图1为本发明所述自动移栽机投苗控制系统流程示意图。

图2为本发明所述自动移栽机投苗控制系统执行机构示意图。

图3为本发明所述自动移栽机投苗控制系统示意图。

1-取苗末端执行器、11-取苗末端执行器开合气缸、12-推苗杆、13-取苗针、2-分苗机构、3-苗杯、4-光电传感器、5-增量式编码器、6-总分动箱。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明所述的投苗控制系统，包括成排布置的n个取苗末端执行器1、与成排的取苗末端执行器1平行排列的分苗机构2。取苗末端执行器1个数n是穴盘横向单排穴孔数s的整数倍。n是穴盘横向单排穴孔数s的一半，以实现间隔取苗，较佳地，为6或8个。所述取苗末端执行器1包括苗爪开合气缸11、取苗针13、开合推杆12、电磁阀，所述分苗机构2包含串联成环且可随环旋转的多个苗杯3，以承接末端执行器1投出的苗。投苗控制系统还包括增量式编码器5、光电传感器4、可编程控制器和信号放大器。

如图2、图3所示，所述增量式编码器5装在自动移栽机动力机构的总分动箱6处，根据总分动箱6的转动发出脉冲；用于测量总分动箱6的转动以间接获取苗杯3的运动参数。所述光电传感器4置于分苗机构一侧，平行于分苗机构2苗杯3外壁，用于检测苗杯3的转动位置，优选地，光电传感器4与外壁距离≤1cm。苗杯3通过时产生高电平，因此分苗机构2运动时，光电传感器4信号为矩形脉冲信号，利用该信号的上升沿用于苗杯3初始位置定位，作为触发投苗功能开始条件。

所述控制器包括高速计数器、投苗脉冲寄存器、苗杯3计数器、计数允许开关和光电传感器状态寄存器。所述高速计数器用于对增量式编码器5的脉冲进行计数，高速计数器采用双向计数以克服机器抖动导致的误差，例如采用C630计数器。所述投苗脉冲寄存器用于存储每个取苗末端执行器1对应的投苗脉冲数值；从苗杯3旋转方向相反的方向起算，第n个末端执行器1对应的投苗脉冲数值An＝[D₀+(n-1)×D]×B/C，其中，B等于增量式编码器5每转一周高速计数器所产生的脉冲数值，C等于增量式编码器5每转一周苗杯3对应走过距离，D₀等于第1个末端执行器1的投苗距离，指投苗功能启动时，第一个末端执行器1中心与其后一个苗杯3中心之间距离，D等于相邻两个苗杯3的中心之间的距离。所述苗杯3计数器根据光电传感器4产生的上升沿信号对旋转通过的苗杯3数量进行计数；

计数允许开关控制苗杯3计数器计数的范围，当苗杯3计数器的计数大于等于n-2时，将苗杯3计数器及高速计数器的计数清零。光电传感器状态寄存器用于寄存光电传感器4的状态，确保投苗过程中不重复触发投苗程序。所述控制器通过高速计数器获得增量式编码器5发出的脉冲计数，并根据该脉冲计数、投苗脉冲寄存器中存储的每个取苗末端执行器1对应的投苗脉冲数值，发出驱动信号经信号放大器放大后控制所述电磁阀的闭合，通过苗爪开合气缸驱动开合推杆12带动取苗针13张开进行投苗动作。

当打开计数允许开关时，所述光电传感器4每产生一个上升沿信号，苗杯3计数器加1，当苗杯3计数器值大于等于设定值，下一个光电传感器4上升沿信号产生时允许投苗功能触发，以防止苗杯3投重或漏投现象。投苗功能触发后光电传感器4状态寄存器置位，确保投苗过程中，不会循环触发投苗功能，投完后再将其复位。上述设定值与取苗末端执行器1个数相关，等于末端执行器1个数减二。

在成排末端执行器1同时取苗的情况下，取苗爪间距与苗杯3间距存在差值，例如在本发明的实施例中选用6个末端执行器1，取苗爪间距与苗杯3间距差为5mm，因而在取苗爪位置相对固定的情况下，取苗爪张开后存在难以将穴盘苗准确地从取苗爪落入到苗杯3的问题。本发明所述的投苗控制系统，当苗杯3在分苗机构2内开始旋转时，所述高速计数器从零开始计数，投苗功能启动后，当高速计数器记录的脉冲数值大于等于投苗脉冲寄存器中设定的末端执行器1的投苗脉冲数值时，该末端执行器1张开，将苗投入对应的苗杯3内。

如图3所示，该投苗控制系统的工作流程如下：

(1)苗杯3开始旋转，根据分苗机构2分动箱6的转速测量苗杯3的转动，并根据苗杯3的转动发出脉冲；高速计数器开始计数；

(2)成排的取苗末端执行器1处于待投苗位置，给苗杯3计数器赋一个大于n-2的初始值；

(3)当光电传感器4产生第一个上升沿信号时，苗杯3计数器清零，高速计数器重新从零开始计数；

(4)：当高速计数器记录的脉冲数值大于等于投苗脉冲寄存器中设定的第1个末端执行器1的投苗脉冲数值A1时，控制器控制第一个取苗执行器1的电磁阀的闭合，通过苗爪开合气缸驱动取苗爪，使第1个末端执行器1张开，将苗投入对应的苗杯3内；当高速计数器记录的脉冲数值大于等于投苗脉冲寄存器中设定的第2个末端执行器1的投苗脉冲数值A2时，第2个末端执行器1张开，将苗投入下一个对应的苗杯3内，依次至第n个末端执行器1投苗完成；

其中第n个末端执行器1对应的投苗脉冲数值An＝[D₀+(n-1)×D]×B/C，其中，从苗杯3旋转方向相反的方向起算，B等于增量式编码器5每转一周高速计数器所产生的脉冲数值，C等于增量式编码器5每转一周苗杯3对应走过距离，D₀等于第1个末端执行器1的投苗距离，指投苗功能启动时，第一个末端执行器1中心与其后一个苗杯3中心之间距离，D等于相邻两个苗杯3的中心之间的距离；

(5)打开允许计数开关，光电传感器4每产生一个上升沿信号，苗杯3计数器加1；

(6)苗杯3计数器值达到n-2后，所述光电传感器4产生下一个上升沿信号时，高速计数器重新从零开始计数，苗杯3计数器也清零，重复步骤(3)-(6)，直至系统关闭。

需要说明的是，该投苗控制系统的并不仅限于用在本发明实施例所具体揭示的移栽机结构上，其他类型的移栽机也可以采用该投苗控制系统以提高工作效率。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种自动移栽机投苗控制系统，包括成排布置的n个取苗末端执行器(1)、与成排的取苗末端执行器(1)平行排列的分苗机构(2)，所述取苗末端执行器(1)包括苗爪开合气缸(11)、取苗针(13)、开合推杆(12)、电磁阀，所述分苗机构(2)包含串联成环且可随环旋转的多个苗杯(3)，以承接末端执行器(1)投出的苗；其特征在于，投苗控制系统还包括增量式编码器(5)、光电传感器(4)、可编程控制器和信号放大器，

所述增量式编码器(5)装在自动移栽机动力机构的总分动箱(6)处，根据总分动箱(6)的转动发出脉冲；用于测量总分动箱(6)的转动以间接获取苗杯(3)的运动参数；

所述光电传感器(4)置于分苗机构一侧，平行于分苗机构(2)苗杯(3)外壁，用于检测苗杯(3)的转动位置；

所述控制器包括高速计数器、投苗脉冲寄存器、苗杯计数器、计数允许开关和光电传感器状态寄存器，

所述高速计数器用于对增量式编码器(5)的脉冲进行计数；

所述投苗脉冲寄存器用于存储每个取苗末端执行器(1)对应的投苗脉冲数值；从苗杯(3)旋转方向相反的方向起算，第n个末端执行器(1)对应的投苗脉冲数值An＝[D₀+(n-1)×D]×B/C，其中，B等于增量式编码器(5)每转一周高速计数器所产生的脉冲数值，C等于增量式编码器(5)每转一周苗杯(3)对应走过距离，D₀等于第1个末端执行器(1)的投苗距离，指投苗功能启动时，第一个末端执行器(1)中心与其后一个苗杯(3)中心之间距离，D等于相邻两个苗杯(3)的中心之间的距离；

所述苗杯计数器根据光电传感器产生的上升沿信号对旋转通过的苗杯(3)数量进行计数；

计数允许开关控制苗杯计数器计数的时序范围，当苗杯计数器的计数大于等于n-2时，将苗杯计数器及高速计数器的计数清零；

光电传感器状态寄存器用于存储光电传感器的状态，确保投苗过程中不重复触发投苗程序；

所述控制器通过高速计数器获得增量式编码器(5)发出的脉冲计数，并根据该脉冲计数、投苗脉冲寄存器中存储的每个取苗末端执行器(1)对应的投苗脉冲数值，发出驱动信号经信号放大器放大后控制所述电磁阀的闭合，通过苗爪开合气缸(11)驱动开合推杆(12)带动取苗针(13)张开进行投苗动作。

2.根据权利要求1所述的自动移栽机投苗控制系统，其特征在于，光电传感器(4)与外壁距离<1cm。

3.根据权利要求1所述的自动移栽机投苗控制系统，其特征在于，取苗末端执行器(1)个数n是穴盘横向单排穴孔数s的整数倍。

4.根据权利要求1所述的自动移栽机投苗控制系统，其特征在于，n是穴盘横向单排穴孔数s的一半，以实现间隔取苗。

5.根据权利要求1所述的自动移栽机投苗控制系统，其特征在于，n等于6或8。

6.根据权利要求1所述的自动移栽机投苗控制系统，其特征在于，所述高速计数器为C620计数器。

7.根据权利要求1所述的自动移栽机投苗控制系统的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1)苗杯(3)开始旋转，根据总分动箱(6)的转速测量苗杯(3)的转动，并根据苗杯(3)的转动发出脉冲；高速计数器开始计数；

(2)成排的取苗末端执行器(1)处于待投苗位置，给苗杯(3)计数器赋一个大于n-2的初始值；

(3)当光电传感器产生第一个上升沿信号时，苗杯(3)计数器清零，高速计数器重新从零开始计数；

(4)当高速计数器记录的脉冲数值大于等于投苗脉冲寄存器中设定的第1个末端执行器(1)的投苗脉冲数值A1时，控制器控制第一个取苗执行器(1)的电磁阀的闭合，通过苗爪开合气缸驱动取苗爪，使第1个末端执行器(1)张开，将苗投入对应的苗杯(3)内；当高速计数器记录的脉冲数值大于等于投苗脉冲寄存器中设定的第2个末端执行器(1)的投苗脉冲数值A2时，第2个末端执行器(1)张开，将苗投入下一个对应的苗杯(3)内，依次至第n个末端执行器(1)投苗完成；

其中第n个末端执行器(1)对应的投苗脉冲数值An＝[D₀+(n-1)×D]×B/C，其中，从苗杯(3)旋转方向相反的方向起算，B等于增量式编码器(5)每转一周高速计数器所产生的脉冲数值，C等于增量式编码器(5)每转一周苗杯(3)对应走过距离，D₀等于第1个末端执行器(1)的投苗距离，指投苗功能启动时，第一个末端执行器(1)中心与其后一个苗杯(3)中心之间距离，D等于相邻两个苗杯(3)的中心之间的距离；

(5)打开允许计数开关，光电传感器每产生一个上升沿信号，苗杯(3)计数器加1；

(6)苗杯(3)计数器值达到n-2后，所述光电传感器产生下一个上升沿信号时，高速计数器重新从零开始计数，苗杯(3)计数器也清零，重复步骤(3)-(6)，直至系统关闭。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述高速计数器采用双向计数。