CN107329424B - 一种农业机械的自动与手动模式切换装置及其控制方法和农业机械 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种农业机械的自动与手动模式切换装置，包括步进电机、编码器、单片机、传动机构、手动操控件；步进电机通过传动机构带动手动操控件从停止档位运动至前进档位；步进电机和与步进电机同步转动的编码器分别与单片机相接，单片机读取编码器的反馈信号来判断手动操控件是否发生人为干扰，单片机控制步进电机的启停，当人为干扰发生时，步进电机停止运行，农业机械进入手动模式手动前进，当步进电机运行时，农业机械进入自动模式自动前进。还涉及一种农业机械的自动与手动模式切换装置的控制方法，还涉及农业机械。本发明结构简单，安装方便，可便捷的进行自动与手动行驶模式的切换，属于农业机械技术领域。

Description

一种农业机械的自动与手动模式切换装置及其控制方法和农 业机械
技术领域
本发明涉及农业机械领域，具体的说，涉及一种农业机械的自动与手动模式切换装置及其控制方法，还涉及加装了自动与手动模式切换装置的农业机械。
背景技术
精准农业技术是当今世界现代农业发展的前沿，是实现我国农业可持续发展的根本途径。农机智能化是实现精准农业变量投入、定位实施的核心关键技术。农业机械的智能化与自动化是未来发展的必然趋势，以微处理器、单片机、计算机与光电子为基础的农用智能仪器和传感器将武装农业机械。农机行驶速度控制系统是导航控制和变量作业控制系统的重要组成部分，为其提供稳定的行驶速度，并有效地提高其控制精度。
在现今国内农业机械导航研究中，速度控制系统是具有重要意义的一个环节。然而并未出现一种可实现农业机械尤其是插秧机手动与自动两种行驶模式便捷切换的切换装置。
高速乘坐式水稻插秧机广泛用于水稻种植区，而插秧机的速度控制系统是直接影响实现导航控制与精准作业的重要因素。现有的插秧机自动与手动模式切换需要人工进行频繁的操作，并且无法保证稳定的行驶速度，这不仅对插秧机的作业效果造成了直接影响同时也增加了驾驶员的工作量，不利于实现自动化、智能化控制。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种使农业机械能便捷的进行自动与手动两种行驶模式的切换的农业机械的自动与手动模式切换装置及其控制方法。
本发明的另一目的是：提供一种能便捷的进行自动与手动两种行驶模式切换的农业机械。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种农业机械的自动与手动模式切换装置，包括步进电机、编码器、单片机、传动机构、手动操控件；步进电机通过传动机构带动手动操控件从停止档位运动至前进档位；步进电机和与步进电机同步转动的编码器分别与单片机相接，单片机读取编码器的反馈信号来判断手动操控件是否发生人为干扰，单片机控制步进电机的启停，当人为干扰发生时，步进电机停止运行，农业机械进入手动模式手动前进，当步进电机运行时，农业机械进入自动模式自动前进。
作为一种优选，农业机械为插秧机。
作为一种优选，手动操控件为插秧机的油门手柄；传动机构包括摇杆和连杆，摇杆的一端与步进电机相接，摇杆的另一端与连杆的一端铰接，连杆的另一端与油门手柄的中段铰接，油门手柄的下端与插秧机转动式连接；步进电机带动摇杆摆动，从而油门手柄摆动；油门手柄的上端为手柄头。
作为一种优选，连杆的端部设有快拆头，快拆头可拆式安装在油门手柄的中段；连杆绕快拆头转动，快拆头夹持油门手柄的中段。
作为一种优选，一种农业机械的自动与手动模式切换装置，还包括安装在插秧机上的固定支架，步进电机安装在固定支架的内侧，编码器安装在固定支架的外侧；步进电机包括同步转动的输出轴一和输出轴二，输出轴一与摇杆相接带动摇杆摆动，输出轴二与编码器相接同步转动。
作为一种优选，输出轴一和摇杆通过平键连接。
作为一种优选，单片机通过I/0口与步进电机、编码器相接。
一种农业机械的自动与手动模式切换装置的控制方法，采用农业机械的自动与手动模式切换装置，步进电机通过传动机构带动手动操控件，手动操控件被推至前进档位，农业机械进入自动模式自动前进；当驾驶员人为干扰手动操控件，步进电机就会发生失步或越步现象，编码器将信号反馈至单片机，单片机便会对步进电机进行断电使农业机械进入手动模式手动前进。
作为一种优选，单片机通过编码器的角位移信号来判断步进电机是否发生失步或越步现象。
一种农业机械，加装农业机械的自动与手动模式切换装置；手动操控件为农业机械自带。
总的说来，本发明具有如下优点：
1、本发明可使农业机械(例如插秧机)在人为预设自动行驶时精确且稳定，减少驾驶员操作程序，降低疲劳度。由于采用步进电机，有精确的位移角，手动操控件会处于稳定的位置，且可通过单片机预设行驶速度，因此自动行驶时精确且稳定。
2、本发明可便捷的进行自动与手动行驶模式的切换，此装置结构简单、安装方便。
3、可通过部分机械结构改装后广泛应用于多种农业机械，安装便捷，适用范围广。
4、本发明可与操作系统的上位机相连，便于农业机械未来的智能化发展。
5、采用固定支架，便于步进电机和编码器的同轴安装。
附图说明
图1是装有自动与手动模式切换装置的插秧机的示意图。
图2是传动机构和手动操控件的机械原理图。
图3是步进电机和编码器的安装原理图。
图4是本发明的控制流程图。
其中，1为编码器，2为步进电机，3为固定支架，4为摇杆，5为连杆，6为快拆头，7为手动操控件，1-1为编码器的中空轴，2-1为输出轴一，2-2为输出轴二。
具体实施方式
下面来对本发明做进一步详细的说明。
一种农业机械，加装农业机械的自动与手动模式切换装置；手动操控件为农业机械自带。一种农业机械的自动与手动模式切换装置，包括步进电机、编码器、单片机、传动机构、手动操控件、固定支架；步进电机通过传动机构带动手动操控件从停止档位运动至前进档位；步进电机和与步进电机同步转动的编码器分别与单片机相接。
本实施例的农业机械为井关PZ-60D高速乘坐式插秧机，手动操控件为该插秧机的油门手柄。
传动机构包括摇杆和连杆，摇杆的一端与步进电机输出轴一通过平键连接，摇杆的另一端与连杆的一端铰接，连杆的另一端与油门手柄的中段铰接，油门手柄的下端与插秧机转动式连接；步进电机带动摇杆摆动，从而油门手柄摆动；油门手柄的上端为手柄头。图2所示，摇杆、连杆、油门手柄、插秧机的支架构成了平面四连杆机构，当摇杆摆动时，油门手柄也会在停止档位和前进档位发生摆动，配合单片机的预设程序控制机械的行驶速度。
连杆的端部设有快拆头，快拆头可拆式安装在油门手柄的中段；连杆绕快拆头转动，快拆头夹持油门手柄的中段。快拆头类似折叠自行车的装拆结构，拨动拨块，即可将夹持部位松开或夹紧，由此实现快速装拆。
步进电机安装在固定支架的内侧，编码器安装在固定支架的外侧；步进电机包括同步转动的输出轴一和输出轴二，输出轴一与摇杆相接带动摇杆摆动，输出轴二与编码器相接同步转动。步进电机为SUMTOR出厂的57BYG混合式步双轴进电机，单片机通过连接SUMTOR出厂的DM5045驱动器控制步进电机，步进电机本身由固定支架固定在插秧机上，输出轴一通过平键连接驱动摇杆，输出轴二与编码器的中空轴相连。编码器为TRD-2TH1024BF光洋旋转式编码器，该编码器的转轴为中空轴，编码器通过中空轴直接套在步进电机的输出轴二上，通过编码器的中空轴自身的顶紧螺丝固定输出轴二。
单片机型号为AT89C51，通过I/O口与步进电机驱动器相连，由此控制步进电机，同时单片机也通过I/O口与编码器相连，用以接收编码器的反馈信号。
图4所示，该原理为通过单片机读取编码器的反馈信号来判断步进电机在自动行驶模式下是否发生人为干扰的失步与越步，由此进行自动与手动两种行驶模式的切换。
该原理可广泛应用于农业机械，并可通过部分机械结构改装后在多种农业机械上安装。例如手动操控件采用踏板，传动机构为将步进电机的转动变为踏板上下摆动的机构，即可应用于使用油门踏板类型的农业机械。
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 (7)

1.一种农业机械的自动与手动模式切换装置，其特征在于：包括步进电机、编码器、单片机、传动机构、手动操控件；步进电机通过传动机构带动手动操控件从停止档位运动至前进档位；步进电机和与步进电机同步转动的编码器分别与单片机相接，单片机读取编码器的反馈信号来判断手动操控件是否发生人为干扰，单片机控制步进电机的启停，当人为干扰发生时，步进电机停止运行，农业机械进入手动模式手动前进，当步进电机运行时，农业机械进入自动模式自动前进；
农业机械为插秧机；
手动操控件为插秧机的油门手柄；传动机构包括摇杆和连杆，摇杆的一端与步进电机相接，摇杆的另一端与连杆的一端铰接，连杆的另一端与油门手柄的中段铰接，油门手柄的下端与插秧机转动式连接；步进电机带动摇杆摆动，从而油门手柄摆动；油门手柄的上端为手柄头；
连杆的端部设有快拆头，快拆头可拆式安装在油门手柄的中段；连杆绕快拆头转动，快拆头夹持油门手柄的中段。
2.按照权利要求1所述的一种农业机械的自动与手动模式切换装置，其特征在于：还包括安装在插秧机上的固定支架，步进电机安装在固定支架的内侧，编码器安装在固定支架的外侧；步进电机包括同步转动的输出轴一和输出轴二，输出轴一与摇杆相接带动摇杆摆动，输出轴二与编码器相接同步转动。
3.按照权利要求2所述的一种农业机械的自动与手动模式切换装置，其特征在于：输出轴一和摇杆通过平键连接。
4.按照权利要求1所述的一种农业机械的自动与手动模式切换装置，其特征在于：单片机通过I/0口与步进电机、编码器相接。
5.一种农业机械的自动与手动模式切换装置的控制方法，采用权利要求1至4中任一项所述的农业机械的自动与手动模式切换装置，其特征在于：步进电机通过传动机构带动手动操控件，手动操控件被推至前进档位，农业机械进入自动模式自动前进；当驾驶员人为干扰手动操控件，步进电机就会发生失步或越步现象，编码器将信号反馈至单片机，单片机便会对步进电机进行断电使农业机械进入手动模式手动前进。
6.按照权利要求5所述的一种农业机械的自动与手动模式切换装置的控制方法，其特征在于：单片机通过编码器的角位移信号来判断步进电机是否发生失步或越步现象。
7.一种农业机械，其特征在于：加装权利要求1至6中任一项所述的农业机械的自动与手动模式切换装置；手动操控件为农业机械自带。
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