CN110024520A - 一种大型水稻直播作业机组自动控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种大型水稻直播作业机组自动控制装置及方法，所述装置包括拖拉机机体、作业机组、提升油缸、调平油缸，所述拖拉机机体上设有控制器、提升阀组、调平阀组、采集拖拉机机体姿态信号的倾角传感器A，所述作业机组上设有采集作业机组姿态信号的倾角传感器B、采集作业机组和水面相对位置的浮子传感器，所述控制器用于接收倾角传感器A、倾角传感器B、浮子传感器的信号并可通过调平阀组控制调平油缸动作实现作业机组的调平控制，同时可通过提升阀组控制提升油缸动作实现作业机组紧贴水面作业控制。本装置和相应的可控制方法能够使得作业机组在作业过程中始终保持水平，同时可以自动紧贴水面作业，以保证作业质量，提高作业效率。
Description
技术领域
本发明主要涉及农业机械相关技术领域，具体是一种大型水稻直播作业机组自动控制装置及方法。
背景技术
目前水稻生产大多数采用机插秧，该生产方式育苗这一环节，生产成本高，生产环节多且复杂。在有些南方地区已经采用提前一个月将带芽的水稻种子直接撒播到水田中，降低生产成本，提高作业效率。水稻直播的基本要求：水稻种子最好掩埋1～2cm以提高成活率。
目前水稻直播机由拖拉机三点悬挂挂接牵引，由拖拉机提升手柄操控直播机具的高度。拖拉机驾驶员很难保证这种精确的操作。另外由于水田淤泥下硬地存在左右或前后的高低不平，会引起拖拉机在作业的过程中，整个作业机组前后俯仰，左右摇晃；宽幅农机具在左右摇晃时，其中一端很容易扎入泥土中，造成损失。因此宽幅水田直播作业理想要求是直播机具左右始终水平，前后始终贴紧水面以保证作业效果。
发明内容
为解决目前技术的不足，本发明结合现有技术，从实际应用出发，提供种大型水稻直播作业机组自动控制装置及方法，本装置和相应的可控制方法能够使得作业机组在作业过程中始终保持水平，同时可以自动紧贴水面作业，以保证作业质量，提高作业效率。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
基于本发明的一个方面，本发明提供一种大型水稻直播作业机组自动控制装置，
包括拖拉机机体、作业机组、提升油缸、调平油缸，所述拖拉机机体上设有控制器、提升阀组、调平阀组、采集拖拉机机体姿态信号的倾角传感器A，所述作业机组上设有采集作业机组姿态信号的倾角传感器B、采集作业机组和水面相对位置的浮子传感器，所述控制器用于接收倾角传感器A、倾角传感器B、浮子传感器的信号并可通过调平阀组控制调平油缸动作实现作业机组的调平控制，同时可通过提升阀组控制提升油缸动作实现作业机组紧贴水面作业控制。
进一步的，所述浮子传感器安装于作业机组前方中间位置。
进一步的，所述浮子传感器包括支架、浮船、连杆、摆杆、角度传感器，其中所述角度传感器安装于支架上，所述浮船后端与支架底部铰接连接，所述浮船前端与连杆底部铰接连接，所述摆杆一端与所述角度传感器连接，在摆杆上设有长条形的摆动滑槽，所述连杆另一端通过销轴可滑动的设置于摆动滑槽内。
进一步的，所述支架上固定设置有限位板，所述限位板上设有长条形的限位滑槽，所述连杆穿过所述限位滑槽与所述摆杆连接。
进一步的，所述支架一侧设有安装板，所述安装板与作业机组通过螺钉或焊接连接。
进一步的，所述支架通过丝杠螺母机构设置于安装板上，转动所述丝杠螺母机构中的丝杠能够调节支架在高度方向的位置。
进一步的，所述丝杠螺母机构连接有电机，由电机驱动丝杠转动实现支架在高度方向上位置的调节。
进一步的，所述控制器具有手动控制和自动控制功能，手动控制时，通过相应操作按钮能够实现作业机组的提升、下降、停止、调平以及浮子传感器的升降，自动控制时，控制器通过实时接收倾角传感器A、倾角传感器B、浮子传感器的数据控制作业机组的自动提升、调平使其紧贴水面作业。
针对于上述的控制装置，本发明提供一种大型水稻直播作业机组自动控制方法，所述方法如下：
通过控制器实时采集倾角传感器A、倾角传感器B的数据，得到由于地面左右不平引起的作业机组的左右晃动角度，控制器基于采集的数据输出控制信号至调平阀组，通过调平阀组控制调平油缸动作，实现作业机组的水平作业；
通过控制器实时采集浮子传感器的数据，控制器基于采集的数据输出控制信号至提升阀组，通过提升阀组控制提升油缸动作，实现作业机组紧贴水面的自动仿形作业。
进一步的，所述控制器采集倾角传感器A、倾角传感器B的数据后首先对数据进行处理，其处理方法是将数据利用卡尔曼滤波算法进行融合，消除由于悬挂杆件间隙引起的作业机组自振动影响；所述控制器采集浮子传感器的数据后首先对数据进行处理，其处理方法是滤波处理。
本发明的有益效果：
本发明所提供的作业机组自动控制装置具备安装方便、可靠性高、操作简单的特点，通过使用该控制装置，能够极大扩广南方地区水稻直播技术的发展，保证水稻直播的作业质量，降低水稻生产的劳动成本；本发明通过电液控制技术、自动化控制精度、高精度传感器技术相几结合，极大的提高了水稻直播生产的作业效率；本发明创造性的使用浮子传感器进行作业机组提升的自动控制，能够保证作业机组紧贴水田表面的仿形运动，保证作业效果，且浮子传感器结构设计简单合理，能够保证数据采集精度。
附图说明
附图1为本发明总体结构示意图；
附图2为本发明浮子传感器示意图；
附图3为本发明控制器原理图；
附图4为本发明控制流程图；
附图5为本发明控制器接口图；
附图6为发明液压管路图。
附图中所示标号：
1、拖拉机机体；2、提升油缸；3、控制器；4、倾角传感器A；5、调平油缸；6、倾角传感器B；7、作业机组；8、浮子传感器；9、液压阀组总成；10、限位板；11、连杆；12、浮船；13、支架；14、安装板；15、螺母；16、轴承座；17、丝杠；18、传感器安装板；19、摆杆；20、摆动滑槽；21、角度传感器；22、限位滑槽。
具体实施方式
结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
如图1所示，为本发明提供的用于大型水稻直播作业机组的自动控制装置整体结构示意图，其主要包括拖拉机机体1、作业机组7、提升油缸2、调平油缸5，其中作业机组7与拖拉机机体1通过三点悬挂杆件连接，提升油缸2动作时，能够控制作业机组7的升降，调平油缸5动作时，能够控制作业机组7左、右动作实现调平。
本发明中，电子控制单元安装于驾驶室内，电子式倾角传感器A4安装于拖拉机机体1上，要求传感器的X/Y测量轴与车身X/Y轴平行安装，其安装时要求：拖拉机水平放置、传感器的X/Y测量轴水平放置，其长边与拖拉机纵向一致。安装于作业机组7上的电子式倾角传感器B6,其安装要求同倾角传感器A4。本发明电子控制单元的控制器3具有图5所示的各种接口，相应接口分为输入接口和输出接口，输入接口分别用于接收倾角传感器A、接收倾角传感器B、浮子传感器的数据，同时还可接收安装于调平油缸上的拉杆位移传感器的数据，拉杆位移传感器主要用于测量活塞伸缩长度以避免移动过位。输出接口包括应急输出和PWM信号输出，二者均可与液压阀组接头对接，正常状态下，PWM输出接口与液压阀组对接，实现对作业机组的自动控制功能。
如图6所示，本发明的液压阀组总成包括：提升阀组和调平阀组，安装于拖拉机机体1上，其调平阀组P口进油口与拖拉机提升泵的出油口相连，T口与拖拉机液压油箱回油口连接，A口、B口与调平油缸5的油口连接；调平阀组N口与提升阀组P口联接，提升阀组A口与拖拉机原提升油缸2相连，拖拉机的有关油路都是成熟的技术，此处不再赘述。
如图1所示，浮子传感器8安装于水稻直播作业机组7前方中间位置，浮子传感器8具体结构如图2所示，包括支架13、浮船12、连杆11、摆杆19、角度传感器21，其中角度传感器21安装于支架13上，浮船12后端与支架13底部铰接连接，浮船12前端与连杆11底部铰接连接，摆杆19一端与角度传感器21连接，在摆杆19上设有长条形的摆动滑槽20，连杆11另一端通过销轴可滑动的设置于摆动滑槽20内。当浮船12在水田内由于浮力变化产生角度倾斜时，浮船12能够将位置变化通过连杆11传递到摆杆19处，通过角度传感器21测量对摆杆19的测量确定具体变化数据。
本发明中支架13上固定设置有限位板10，限位板10上设有长条形的限位滑槽22，连杆11穿过限位滑槽22与摆杆19连接。通过限位板10的设置，能够将连杆11限制在限位滑槽22内移动，保证传感器的测量精度。同时本发明的支架13一侧设有安装板14，浮子传感器通过该安装板14与作业机组7通过螺钉或焊接方式连接。支架13通过丝杠螺母机构设置于安装板14上，具体的是如图2所示，在安装板14上设置轴承座16，丝杠17通过轴承座16支撑，丝杠17上设置与其螺纹配合的螺母15，安装板14内表面具有竖直的滑槽，螺母15内端置于滑槽内实现周向限位，支架13与螺母15固定连接。这样，当转动丝杠17时，在螺母15带动下，能够实现支架13的上下位置调节，进而调节浮子传感器8的位置。同时，为了便于调节，可在作业机组7或安装板14上设置电机，用于驱动丝杠17转动，实现浮子传感器8高度方向位置的自动化调节。
本发明中的上述浮子传感器8结构，利用浮子传感器8的浮船12可以浮在水田面上，当作业机组7前后俯仰时，浮船12随之浮动，如当作业机组7下沉时，浮船12会抬起，即绕末端铰接点位置转动，通过连杆11带动摆杆19转动，相反，当作业机组7上浮时，浮船会下方，带动摆杆19向相反方向转动。从而测得直播机作业机组7的前后俯仰角度，该俯仰角度等于淤泥下硬地起伏角度与水田上表面的起伏角度差值。该差值包含水田下面硬地的变化信息，同时还包含水田上表面的不平整信息，以此作为输入信号，输入到电子控制单元进行数据处理，控制装置的提升输出模块，实时地输出信息控制提升阀组，以控制提升油缸2的位置，从而达到作业机组7的紧贴水田上表面的仿形功能。
本发明的电子控制单元中包括操作面板模块，操作面板模块包含一个4挡旋转开关，参数设置旋钮，耕深设定旋钮，自动/手动选择开关，作业机组左提/右提选择开关等。4当旋转开关档位分别用于控制作业机组7提升、停止、下降以及浮动，参数设置旋钮、耕深设定旋钮用于设定灵敏度、耕深深度，自动/手动选择开关用于选择自动方式或手动方式，左提/右提开关用于手动控制作业机组7左右调平。
本发明在作业过程中的控制方法是，选择手动时，通过手动旋钮控制作业机组7的动作，选择自动开关时，通过控制器3实时采集倾角传感器A4、倾角传感器B6的数据，将二者利用卡尔曼滤波算法进行融合，消除由于三点悬挂杆件间隙引起的作业机组7自振动影响，得到由于地面左右不平引起的作业机组7的左右晃动角度，以水平0°为基准，控制器3基于处理的数据输出控制信号至调平阀组，通过调平阀组控制调平油缸2动作，实现作业机组7的水平作业；同时控制器3实时采集浮子传感器8的数据并进行信号滤波处理，控制器3基于处理的数据输出控制信号至提升阀组，通过提升阀组控制提升油缸5动作，实现作业机组7紧贴水面的自动仿形作业。
本控制装置以及相应的控制方法能够使直播机作业机组在作业过程中始终保持水平，同时可以自动贴紧水面作业，保证宽幅水稻直播机的高质量、高效率作业。
Claims (10)
1.一种大型水稻直播作业机组自动控制装置，包括拖拉机机体、作业机组、提升油缸、调平油缸，其特征在于：所述拖拉机机体上设有控制器、提升阀组、调平阀组、采集拖拉机机体姿态信号的倾角传感器A，所述作业机组上设有采集作业机组姿态信号的倾角传感器B、采集作业机组和水面相对位置的浮子传感器，所述控制器用于接收倾角传感器A、倾角传感器B、浮子传感器的信号并可通过调平阀组控制调平油缸动作实现作业机组的调平控制，同时可通过提升阀组控制提升油缸动作实现作业机组紧贴水面作业控制。
2.如权利要求1所述的一种大型水稻直播作业机组自动控制装置，其特征在于：所述浮子传感器安装于作业机组前方中间位置。
3.如权利要求1或2所述的一种大型水稻直播作业机组自动控制装置，其特征在于：所述浮子传感器包括支架、浮船、连杆、摆杆、角度传感器，其中所述角度传感器安装于支架上，所述浮船后端与支架底部铰接连接，所述浮船前端与连杆底部铰接连接，所述摆杆一端与所述角度传感器连接，在摆杆上设有长条形的摆动滑槽，所述连杆另一端通过销轴可滑动的设置于摆动滑槽内。
4.如权利要求3所述的一种大型水稻直播作业机组自动控制装置，其特征在于：所述支架上固定设置有限位板，所述限位板上设有长条形的限位滑槽，所述连杆穿过所述限位滑槽与所述摆杆连接。
5.如权利要求3所述的一种大型水稻直播作业机组自动控制装置，其特征在于：所述支架一侧设有安装板，所述安装板与作业机组通过螺钉或焊接连接。
6.如权利要求5所述的一种大型水稻直播作业机组自动控制装置，其特征在于：所述支架通过丝杠螺母机构设置于安装板上，转动所述丝杠螺母机构中的丝杠能够调节支架在高度方向的位置。
7.如权利要求6所述的一种大型水稻直播作业机组自动控制装置，其特征在于：所述丝杠螺母机构连接有电机，由电机驱动丝杠转动实现支架在高度方向上位置的调节。
8.如权利要求1所述的一种大型水稻直播作业机组自动控制装置，其特征在于：所述控制器具有手动控制和自动控制功能，手动控制时，通过相应操作按钮能够实现作业机组的提升、下降、停止、调平以及浮子传感器的升降，自动控制时，控制器通过实时接收倾角传感器A、倾角传感器B、浮子传感器的数据控制作业机组的自动提升、调平使其紧贴水面作业。
9.一种大型水稻直播作业机组自动控制方法，应用于如权利要求1～8任一项所述的控制装置，其特征在于：
通过控制器实时采集倾角传感器A、倾角传感器B的数据，得到由于地面左右不平引起的作业机组的左右晃动角度，控制器基于采集的数据输出控制信号至调平阀组，通过调平阀组控制调平油缸动作，实现作业机组的水平作业；
通过控制器实时采集浮子传感器的数据，控制器基于采集的数据输出控制信号至提升阀组，通过提升阀组控制提升油缸动作，实现作业机组紧贴水面的自动仿形作业。
10.如权利要求9所述的一种大型水稻直播作业机组自动控制方法，其特征在于：所述控制器采集倾角传感器A、倾角传感器B的数据后首先对数据进行处理，其处理方法是将数据利用卡尔曼滤波算法进行融合，消除由于悬挂杆件间隙引起的作业机组自振动影响；所述控制器采集浮子传感器的数据后首先对数据进行处理，其处理方法是滤波处理。
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