CN110199686B - 一种自动避障除草机工作头及地形自适应除草方法 - Google Patents

Abstract

一种自动避障除草机工作头及地形自适应除草方法。一种自动避障除草机工作头，包括中央控制单元及避障单元，刀组（4）与主梁轴（6）以及避障单元相互间活动连接；避障单元可绕主梁轴（6）转动；中央控制单元与避障单元电气连接，可控制避障单元绕主梁轴（6）转动。一种：通过设置中央控制单元和避障单元，避障单元探测前方障碍物，当探测到障碍物时，避障单元向中央控制单元发出探测信号，中央控制单元收到探测信号后控制避障单元做出避障动作。通过设置仿地形单元仿地形单元检测地形凹凸变化，当检测到地形凹凸变化时向中央控制单元根据发出地形变化信号，中央控制单元收到地形变化信号控制仿地形单元做出仿地形动作。

Description

一种自动避障除草机工作头及地形自适应除草方法

技术领域

本发明涉及农业机械领域，具体涉及一种自动避障除草机工作头及除草机及其控制方法。

背景技术

目前，国内外研制的割草机种类较多，但多针对水田苗间杂草进行除草作业，而适用于山地果园的除草机较少。在实际工作中，由于山地果园的情况复杂，当割草机在行进时，在割草机机体的左侧、右侧或左、右两侧会出现障碍物（比如果树等），由于割草机的刀组是横向设置在机体前端且外露于机体左右两侧，当割草机机体的左侧、右侧或左、右两侧会出现障碍物时，割草机的刀组就会与障碍物相碰撞，从而影响除草作业过程。

一方面，山地果园的地形复杂，通常凹凸不平，且果树行间多有矮小树木及及其他障碍物，现有技术的除草机多数不能自动避开除草过程中前进方向上的障碍物；另一方面，不能根据自动适应地形的凹凸变化，使得除草高度应地形变化而高度不一。通过专利检索，已公开的专利文献中未找到与本发明同样的专利文献报道，与其相关的专利文献有以下几个：

1、申请号为“CN201510916296.6”，名称为一种可避障牵引式果园除草机及方法的发明专利。该专利公开了一种可避障牵引式果园除草机及方法，包括牵引杆，机架，链接销，药箱固定卡，药箱，液压缸，U型塑料罩盖连接杆，U型塑料罩盖，矩形塑料罩盖，弯折杆，防尘罩，弹簧杆，控制臂，法兰盘，圆形塑料罩盖，农药喷头，调节螺钉，电动机固定架，电动机，割草刀，隔膜泵，车轮，橡胶条，液路分配阀，液路分配阀进水管，药箱出水管，药箱回流管，1号出水管，2号出水管，3号出水管，4号出水管，5号出水管，6号出水管，7号出水管。该对比文件公开的技术方案通过添加液压伸缩机构，喷药、除草机构，避障机构，罩盖机构，折叠机构来达到果园除草智能、精准的目的，能在一定程度上实现自动避障除草的技术效果，但其利用圆形罩盖接触障碍物使除草机构向后折叠，离开障碍物在弹簧弹力作用下自动复位的方式极易因障碍物接触圆形罩盖内测卡住折叠机构，失去自动避障效果。

2、申请号为“CN201810066645 .3”，名称为一种双边立式自动避障株间除草机发明专利。该专利公开了一种双边立式自动避障株间除草机，包括机架单元、动力传动单元、行宽调节单元、两个自动避障单元、双边液压控制单元和两个除草单元。机架单元是其他各单元的安装载体，动力传动单元实现动力从拖拉机PTO传输到除草机；行宽调节单元可根据实际要求改变作业行宽；自动避障单元可实现除草单元自动避开作物茎秆，触杆机构是自动避障单元信号采集的重要部件；双边液压控制单元为液压马达和液压缸提供动力；除草单元用于作物行间杂草的浅耕除草，其中的仿形机构可保证在不平整地面上除草深度一致。该对比文件通过触杆机构及避障液压缸控制除草单元进入和移出作业行间，能在作物行间实现自动避障除草。但其触杆机构结构具有局限性，其探测范围小，极易探测不到前方障碍物，且除草部安装在避障机构外侧，对于除草机构前方的障碍物将无法躲避。

综上所述，提出一种能自动避障且能适应地形凹凸变化的地形自适应除草机具有非常重要的意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种自动避障除草机工作头，包括：设置在机体端部上的主梁轴，主梁轴通过支架连接在机体端部上，可以连接在机体前端部，也可以连接在机体后端部，沿主梁轴的轴向，在主梁轴上设置有多个主梁刀组，其特征在于：在主梁轴的一端或两端活动连接有避障单元，避障单元上也设置有多个避障刀组且避障单元外露于机体侧部设置在主梁轴一端或两端的避障单元外露于机体一侧部或两侧部，当避障单元接触到障碍物时，避障单元能带动设置在所述避障单元上的多个避障刀组围绕避障单元与主梁轴端部的活动连接点转动，从而避开障碍物。

进一步地，所述自动避障除草机工作头还包括中央控制单元；

所述避障单元包括避障信号探测部件和避障动作执行部件，多个避障刀组设置在避障动作执行部件上；

避障信号探测部件和避障动作执行部件均与中央控制单元电气连接；

中央控制单元根据避障信号探测部件所探测的信号控制避障动作执行部件绕主梁轴转动以避开障碍物。

进一步地，避障执行部件包括避障轴、避障铰链、避障油缸，避障轴通过避障铰链与主梁轴的端部铰接，避障油缸的两端分别与避障轴以及机车铰接，避障油缸伸缩动作时，带动避障轴绕避障轴和主梁轴端部的铰接点转动；

避障信号探测部件包括设置在避障轴上的避障杆，滑动连接在避障杆上的测量板，在测量板和避障杆之间设置有复位弹簧和位移传感器，测量板位于避障刀组的前方位置；通过测量板与障碍物接触，使得测量板朝避障杆移动，从而利用测量板碰撞位移传感器，使位移传感器发出探测信号。

进一步地，所述主梁刀组和/或避障刀组包括仿地形信号探测部件和仿地形动作执行部件，仿地形动作执行部件转动连接在主梁轴上，仿地形信号探测部件和仿地形动作执行部件均与中央控制单元电气连接，中央控制单元根据仿地形信号探测部件所探测的信号控制仿地形动作执行部件绕主梁轴上下转动，以适应地形凹凸变化。

进一步地，仿地形动作执行部件包括铰接在主梁轴或避障轴上的刀头，连接杆一端与刀头固接，另外一端与主梁轴或避障轴活动套接和仿形油缸，仿形油缸的两端分别与刀头和主梁轴或避障轴铰接，通过仿形油缸伸缩动作时，可带动刀头绕主梁轴或避障轴上下转动；

仿地形信号探测部件包括电眼、检测杆、仿形弹簧、仿形滑靴，检测杆、仿形弹簧、仿形滑靴固定连接，仿形滑靴及仿形弹簧可根据地形凹凸变化上下运动从而带动检测杆上下运动，电眼根据检测杆上下运动距离发出探测的信号。

本发明还涉及一种除草机工作头地形自适应除草方法：所述地形自适应除草方法包括除草自动避障过程，所述除草自动避障过程即：在机体的行进过程中，当机体一侧或两侧出现障碍物时，利用避障单元与障碍物时接触发出避障信号，根据避障信号，避障单元能带动设置在所述避障单元上的多个避障刀组围绕避障单元与主梁轴端部的活动连接点转动，从而避开障碍物。

进一步地，所述的避障单元包括避障信号探测部件和避障动作执行部件，通过在除草机工作头上设置中央控制单元，通过避障信号探测部件探测前方障碍物，当探测到障碍物时，避障信号探测部件向中央控制单元发出探测信号，中央控制单元收到探测信号后控制避障动作执行部件带动设置在所述避障单元上的多个避障刀组围绕避障单元与主梁轴端部的活动连接点转动，从而避开障碍物。

进一步地，所述的避障信号探测部件包括位移传感器和检测测量板，通过位移传感器探测检测测量板的距离变化并于复位状态下的初始距离比较，当位移传感器检测测量板距离小于位状态下的初始距离时，产生避障信号并传输至中央控制单元，中央控制单元接收到避障信号后，控制地形自适应装置向后转动自动避开障碍物，当避开障碍物后，测量板复位至初始距离，位移传感器检测到测量板距离等于初始距离时，产生复位信号并传输至中央控制单元，中央控制单元接收到复位信号后控制地形自适应装置向前转动至初始状态。

进一步地，本发明所涉及的地形自适应除草方法还包括除草仿地形避障过程：通过在所述主梁刀组和/或避障刀组上设置仿地形信号探测部件和仿地形动作执行部件，将主梁刀组和/或避障刀组转动连接在主梁轴和/或避障轴上；

在机体行进过程中，仿地形信号探测部件接触地面探测地形的凹凸变化，当地形产生凹凸变化时，仿地形信号探测部件发出仿地形探测信号给中央控制单元，随即中央控制单元控制仿地形动作执行部件带动主梁刀组和/或避障刀组绕主梁轴和/或避障轴上下转动，以适应地形凹凸变化。

进一步地，仿地形信号探测部件包括电眼、检测杆、仿形弹簧、仿形滑靴，检测杆、仿形弹簧、仿形滑靴固定连接；

仿地形信号探测部件发出仿地形探测信号给中央控制单元是通过检测杆根据地形凹凸变化上下运动，电眼检测检测杆到电眼的距离并与地面处于平面状态下时的初始距离比较，当电眼检测到检测杆到小于或者大于初始距离时，电眼产生仿地形探测信号并传输至中央控制单元，中央控制单元接收到仿地形探测信号时控制仿地形动作执行部件带动主梁刀组和/或避障刀组绕主梁轴和/或避障轴上下转动，以适应地形凹凸变化。

本发明具有以下优点：

1、本发明涉及的自动避障除草机工作头能实现除草过程中自动避开前方障碍物，其避障单元原理简单，结构合理，在除草过程中能及时避开障碍物，当避开障碍物后，能及时复原继续前进除草。

2、本发明涉及的自动避障除草机工作头还能根据地形凹凸变化自动调整除草刀组的切割角度，使得在凹凸变化的地形中除草高度保持一致。

附图说明

图1：自动避障除草机工作头及除草机结构示意图

图2：刀组与避障单元结构示意图

图3：刀组结构放大图

图4：升降组件结构示意图

图5：液压系统原理图

图6：控制系统原理图

图7：自动避障除草机工作头工作状态示意图

图例说明：

1.行走底盘 2.软轴 3.升降组件 4.主梁刀组 5.主梁夹套 6.主梁轴

7.避障轴 8.铰链套 9.避障支架 10.避障油缸 11.避障铰链 12.避障杆

13.测量板 14.避障弹簧 15.位移传感器 16.仿形油缸 17.电眼

18.方形联轴器 19.软轴套 20刀组壳 21.刀轴 22.方形弹簧

23.方形滑靴 24.压刀片 25.底螺母 26.刀罩 27.刀体

28.刀体定位套 29.轴承盖 30.检测杆 31.齿轮箱 32.导轨板

33.滑板 34.升降油缸 35连接耳 36.限位板 41.避障刀组 42.刀组连接杆。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图，通过具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1所示，一种自动避障除草机工作头，包括：设置在机体端部上的主梁轴6，主梁轴6通过支架9连接在机体端部上，可以连接在机体前端部，也可以连接在机体后端部，沿主梁轴6的轴向，在主梁轴6上设置有多个主梁刀组4，其特征在于：在主梁轴6的一端或两端活动连接有避障单元，避障单元上也设置有多个避障刀组41且避障单元外露于机体侧部设置在主梁轴6一端或两端的避障单元外露于机体一侧部或两侧部，当避障单元接触到障碍物时，避障单元能带动设置在所述避障单元上的多个避障刀组41围绕避障单元与主梁轴6端部的活动连接点转动，从而避开障碍物。

主梁刀组4避障刀组41具体结构如图3所示，工作头上的八套刀组4结构均一致，刀组壳20为异形结构，两端分别为水平方向的圆套与铰链孔，圆套上安装轴承并于主梁轴6或避障轴7铰接，铰链孔通过销钉与仿形油缸16铰接；刀组壳20中间为竖直方向的长孔，用来放置刀轴21。刀轴21上下两端分别套有三组轴承，安装在刀组壳20的孔内，上端通过软轴套19定位，软轴套19端部与刀组壳20螺纹连接；刀轴21上端部为方形结构，并套有方形联轴器18；方形联轴器18上端与软轴2的方形头连接，从而软轴2的转动能够带动刀轴21的转动。刀轴21下端的三组轴承，外圈通过轴承盖29与刀组壳20螺纹连接定位，内圈通过刀体定位套定位28。刀体定位套28与刀轴21通过平键连接从而刀轴21能够带动刀体定位套28一起转动。刀体定位套28下端为刀体27，刀体27根据作业方式可以选择为刀片或是甩绳（本文为刀片），刀体27下端为压刀片24，压刀片24下端的刀罩26和底螺母25压紧刀体27与刀体定位套28，从使其靠摩擦传动，从而刀轴21能与刀体27一起转动，从而软轴2能带动刀体27转动。

所述自动避障除草机工作头还包括中央控制单元；

所述避障单元包括避障信号探测部件和避障动作执行部件，多个避障刀组41设置在避障动作执行部件上；

避障信号探测部件和避障动作执行部件均与中央控制单元电气连接；

中央控制单元根据避障信号探测部件所探测的信号控制避障动作执行部件绕主梁轴6转动以避开障碍物。

避障执行部件包括避障轴7、避障铰链11、避障油缸10，多个避障刀组41设置在避障轴7上。避障轴7通过避障铰链11与主梁轴6的端部铰接，避障油缸10的两端分别与避障轴7以及机车铰接，避障油缸10伸缩动作时，带动避障轴7绕避障轴7和主梁轴6端部的铰接点转动；

避障信号探测部件包括设置在避障轴7上的避障杆12，滑动连接在避障杆12上的测量板13，在测量板13和避障杆12之间设置有复位弹簧和位移传感器15，测量板13位于避障刀组的前方位置；通过测量板13与障碍物接触，使得测量板13朝避障杆12移动，从而利用测量板13碰撞位移传感器15，使位移传感器15发出探测信号。

在本实施例中，避障执行部件包括避障轴7、避障铰链11、避障油缸10以及避障支架9，避障轴7通过避障铰链11与主梁轴6活动连接，避障油缸10与避障轴7以及避障支架9固定连接，避障支架9与主梁轴6固定连接，避障油缸10伸缩动作时，带动避障轴7绕主梁轴6向后转动。如图1所示：主梁轴6左右两端还通过销钉铰接避障轴7，从而避障轴7能绕主梁轴6的铰链点转动。八套4刀组分别通过轴承铰接在主梁轴6与避障轴7上，并有卡簧定位，从而各刀组4分别能绕主梁轴6或避障轴7转动。刀组4与底盘1之间通过软轴2传动。

如图2所示：避障支架9的一端为圆套，套在主梁轴6上，并用螺栓紧固，避障油缸10的两端分别通过销钉铰接在避障支架9与避障轴7上，避障轴7与主梁轴6通过避障铰链11连接，从而避障油缸10的伸缩能够带动避障轴7上的两套刀组绕避障铰链11摆动，实现避障。

在本实施例中，避障信号探测部件包括避障杆12、测量板13、避障弹簧14、位移传感器15，避障弹簧14固定安装于测量板13两端并固定于避障杆12前方，避障杆12在接触障碍物时能向后运动，离开障碍物时在避障弹簧14弹力作用下恢复至运动前初始位置，位移传感器15固定安装于测量板13后方。如图2所示：避障杆12上焊接有两螺杆，测量板13套在螺杆上能够滑动，螺杆另一条使用双螺母紧固，测量板13与避障杆12之间的避障弹簧14套在螺杆上，从而测量板13会一直与避障杆12保持一定距离，直到测量板13触碰到坚硬的物体，避障杆12中间安装有位移传感器15，从而位移传感器15检测到的信号能够控制避障油缸10动作。

所述主梁刀组4和/或避障刀组41包括仿地形信号探测部件和仿地形动作执行部件，仿地形动作执行部件转动连接在主梁轴6上，仿地形信号探测部件和仿地形动作执行部件均与中央控制单元电气连接，中央控制单元根据仿地形信号探测部件所探测的信号控制仿地形动作执行部件绕主梁轴6上下转动，以适应地形凹凸变化。

仿地形动作执行部件包括铰接在主梁轴或避障轴上的刀头和仿形油缸16，连接杆一端与刀头固接，另外一端与主梁轴或避障轴活动套接，仿形油缸16的两端分别与刀头和主梁轴或避障轴铰接，通过仿形油缸16伸缩动作时，可带动刀头绕主梁轴或避障轴上下转动；

仿地形信号探测部件包括电眼17、检测杆30、仿形弹簧22、仿形滑靴23，检测杆30、仿形弹簧22、仿形滑靴23固定连接，仿形滑靴23及仿形弹簧22可根据地形凹凸变化上下运动从而带动检测杆30上下运动，电眼17根据检测杆30上下运动距离发出探测的信号。

如图2所示：铰链套8通过螺栓连接安装在主梁轴6或避障轴7上，仿形油缸16两端分别通过销钉铰接在铰链套8和刀组4的铰链点上，刀组4通过刀组连接杆42套接在避障轴7或者主梁轴6上，从而仿形油缸16的伸缩能带动刀组4绕主梁轴6或避障轴7摆动；如图3所示：刀组壳20外圆上套有方形滑靴23，方形滑靴下部为仿形结构，能够套测地形变化；后部焊接有检测杆30，因此检测杆30能够与仿形结构同时上下运动，因此地形的变化能使检测杆30沿着刀轴21轴向方向运动。

仿地形信号探测部件包括电眼17、检测杆30、仿形弹簧22、仿形滑靴23，检测杆30、仿形弹簧22、仿形滑靴23固定连接，仿形滑靴23及仿形弹簧22可根据地形凹凸变化上下运动从而带动检测杆30上下运动。

如图3所示：刀组壳20外圆上套有方形滑靴23，方形滑靴下部为仿形结构，能够套测地形变化；后部焊接有检测杆30，因此检测杆30能够与仿形结构同时上下运动，因此地形的变化能使检测杆30沿着刀轴21轴向方向运动。仿形滑靴23与刀组壳20的台肩之间安装有仿形弹簧22，从而仿形滑靴23与刀组壳20之间保持有一段距离，当地形变化时，仿形滑靴23压缩仿形弹簧22，从而仿形滑靴23上的检测杆30沿着刀轴21的轴向方向上下移动，电眼17检测该位移，从而控制仿形油缸16伸缩，从而刀组4绕着主轴梁6或避障轴7摆动，此时仿形滑靴23依靠弹簧回复力贴近地面，检测杆30位置再次发生变化，知道检测杆30位置回到平衡位置时，仿形油缸16停止动作，因此刀组4始终能够与地形相贴合。

还涉及一种除草机，包括机体1、软轴2、升降组件3、主梁夹套5；主梁夹套5固定连接于机体1上，主梁轴6套于主梁夹套5孔内；刀组4与底盘1之间通过软轴2传动动力；升降组件3能够带动整个工作头做垂直升降。

如图1及图4所示：除草机由底盘1、软轴2、升降组件3、刀组4、主梁夹套5、主梁轴6和避障轴7组成。主梁夹套5焊接在底盘上，主梁夹套5的孔内套有主梁轴6，并用螺栓组紧固。升降组件3能够带动整个工作头做垂直升降，方便在除草机不工作的时候运输与转移。如图4所示，升降组件3包括齿轮箱31、导轨板32、滑板33、升降油缸34、连接耳35、限位板36。其中齿轮箱31安装在底盘1上，导轨板32焊接在齿轮箱上，导轨板32与滑板33都为L形形状，二者相扣，因此可以相对滑动；限位板36通过螺栓安装在导轨板32上，目的是为了防止滑板33脱扣，既滑板33在导轨板32与限位板36组成的导轨中滑动；导轨板32左右各一组，滑板33与限位板36也是左右各一组。滑板33焊接在主料夹套5上，而如前所述，主梁轴夹套固定了主梁轴6，从而滑板的上下移动能够带动整个工作头上下移动。导轨板上方焊接有连接耳35，同理，滑板的下方也焊接有连接耳（图中未画出），两组连接耳分别铰接了升降油缸34的两端，因此升降油缸34的伸缩能够使滑板33与导轨板32相对移动，既升降油缸34能够带动整个工作头升降。

在本实施例中还涉及一种地形自适应除草方法，所述地形自适应除草方法包括除草自动避障过程，所述除草自动避障过程即：在机体的行进过程中，当机体一侧或两侧出现障碍物时，利用避障单元与障碍物时接触发出避障信号，根据避障信号，避障单元能带动设置在所述避障单元上的多个避障刀组（4）围绕避障单元与主梁轴（6）端部的活动连接点转动，从而避开障碍物。

所述的避障单元包括避障信号探测部件和避障动作执行部件，通过在除草机工作头上设置中央控制单元，通过避障信号探测部件探测前方障碍物，当探测到障碍物时，避障信号探测部件向中央控制单元发出探测信号，中央控制单元收到探测信号后控制避障动作执行部件带动设置在所述避障单元上的多个避障刀组4围绕避障单元与主梁轴6端部的活动连接点转动，从而避开障碍物。

所述的避障信号探测部件包括位移传感器15和检测测量板13，通过位移传感器15探测检测测量板13的距离变化并于复位状态下的初始距离比较，当位移传感器15检测测量板13距离小于位状态下的初始距离时，产生避障信号并传输至中央控制单元，中央控制单元接收到避障信号后，控制地形自适应装置向后转动自动避开障碍物，当避开障碍物后，测量板13复位至初始距离，位移传感器15检测到测量板13距离等于初始距离时，产生复位信号并传输至中央控制单元，中央控制单元接收到复位信号后控制地形自适应装置向前转动至初始状态。

如图5所示，液压系统包括油箱1个，油缸10个（包括仿形油缸8个与避障油缸2个），直动式电液比例换向阀8个，二位四通电磁换向阀2个，三位四通电磁换向阀1个，溢流阀1个，液压泵1个，过滤器1个，油箱1个，过滤器1个。其中油缸A~H为仿形油缸，I和J为避障油缸，K为升降油缸；每个油缸都对应配有一个换向阀；因此功能相同的油缸线路原理都相同。

对于避障油路，仅以油缸I的油路说明。正常状态时，电磁阀处于左位，油缸始终伸长，直至不能伸长，同时保有压力使避障杆12保持水平角度；避障部件触碰到物体后，测量板13与避障杆12距离减小，位移传感器15动作，使电磁铁03Y得电，二位四通液压阀处于右位，避障油缸16缩回，使避障组件向后旋转，完成避障动作。

如图6所示，对于避障控制，当位移传感器15检测到信号后（即测量板13触碰到物体）SQ1闭合，X2输入高电平，内部程序控制Y2输出高电平，线圈03Y得电，避障油缸10的电磁阀处于右位，油缸缩回，控制避障组件向后摆动开始避障。

若地面平坦且左右两侧无障碍物，除草机的状态如图1所示，仿形滑靴23受仿形弹簧22的弹力挤压与地面贴紧，电眼17检测到的距离为调零值，PLC控制各仿形油缸的比例阀两端磁铁线圈得到的电压相同，因此各比例阀处于中位，各刀组4处于平衡位置；测量板13受避障弹簧挤压原理避障杆12，因此位移传感器15检测不到测量板13，因此SQ断开，对应的线圈03Y与04Y不得电，油缸I与J的电磁阀处于左位，避障油缸10伸出至最长并使整个避障部件保持一定刚性。如图7所示，若避障组件触碰到物体后，测量板13与避障杆12的距离减小，位移传感器15检测到由物体靠近，从而使SQ闭合，经过PLC内部程序控制，使03Y与04Y线圈通电，对应油缸（I或J）的电磁阀处于右位，从而使避障油缸10收缩，从而使避障轴7绕主梁轴6向后摆动，从而带动整个避障组件向后摆动完成避障。从而整个除草机能够完成仿形与避障工作。

在本实施例中所述的，还包括除草仿地形避障过程，通过在所述主梁刀组4和/或避障刀组41上设置仿地形信号探测部件和仿地形动作执行部件，将主梁刀组4和/或避障刀组41转动连接在主梁轴6和/或避障轴7上；

在机体1行进过程中，仿地形信号探测部件接触地面探测地形的凹凸变化，当地形产生凹凸变化时，仿地形信号探测部件发出仿地形探测信号给中央控制单元，随即中央控制单元控制仿地形动作执行部件带动主梁刀组4和/或避障刀组41绕主梁轴6和/或避障轴7上下转动，以适应地形凹凸变化。

仿地形信号探测部件发出仿地形探测信号给中央控制单元是通过设置电眼17及检测杆30，使检测杆30可根据地形凹凸变化上下运动，电眼17检测检测杆30到电眼17的距离并于地面处于平面状态下时的初始距离比较，当检测到检测杆30到电眼17小于或者大于初始距离时，产仿地形探测信号并传输至中央控制单元，中央控制单元接收到仿地形探测信号时控制仿地形动作执行部件带动主梁刀组4和/或避障刀组41绕主梁轴6和/或避障轴7上下转动，以适应地形凹凸变化。

对于仿形刀组油路，仅以油缸A的油路说明。初始时，电眼17与检测杆30的距离为标定值。当检测杆30产生位移时，电眼17测量与检测杆的距离，无论距离变大还是变小，都会输出模拟量量号给控制器。控制器控制比例换向阀动作，若距离大于标定值（既地势变高），则线圈01DT的电压大于线圈02DT，从而吸引阀芯向左移动，从而油缸伸长。反之，油缸缩短。同时，整个运动过程还能比例阀的流量，从而控制仿形油缸16的运动方向与运动速度，从而保证刀组4与地面的距离始终固定，达到仿形目的。

如图6所示，对于仿形电路，由模拟量光电开关输入模拟量给X3，经过内部程序处理后，PLC的Y3端子输出型号给比例阀放大板的VIN端子，从而放大板控制A+、A-、B+和B-端子的电压；其中A+和A-端子分别接在线圈01DT的两端；B+和B-端子接在线圈02DT的两端，从而PLC能够控制比例阀两端磁铁的吸力，从而控制比例阀的开口大小与开口方向，从而控制仿形油缸16的伸缩完成仿形工作。

地面不平时，仿形滑靴23受地面挤压发生位移，从而带动检测杆发生位移，电眼17检测到距离变化后输出模拟量给PLC，PLC经过内部程序控制将型号传递给比例阀放大板，比例阀放大板分配电压给比例阀两端电磁铁；若电眼17检测到的距离小于初始距离，则比例阀左位电磁铁的电压比右位电磁铁电压大，仿形油缸16伸出，使刀组4绕主梁轴6向上摆动，从而跟随地面。同理，若电压17检测到的距离大于初始距离，则刀组4向下摆动，贴紧地面。

上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种自动避障除草机工作头，包括：设置在机体端部上的主梁轴（6），主梁轴（6）连接在机体端部上，沿主梁轴（6）的轴向，在主梁轴（6）上设置有多个主梁刀组（4），其特征在于：在主梁轴（6）的一端或两端活动连接有避障单元，避障单元上也设置有多个避障刀组（41）且避障单元外露于机体侧部，当避障单元接触到障碍物时，避障单元能带动设置在所述避障单元上的多个避障刀组（41）围绕避障单元与主梁轴（6）端部的活动连接点转动，从而避开障碍物；

所述自动避障除草机工作头还包括中央控制单元；

所述主梁刀组（4）和/或避障刀组（41）包括仿地形信号探测部件和仿地形动作执行部件，仿地形动作执行部件转动连接在主梁轴（6）上，仿地形信号探测部件和仿地形动作执行部件均与中央控制单元电气连接，中央控制单元根据仿地形信号探测部件所探测的信号控制仿地形动作执行部件绕主梁轴（6）上下转动，以适应地形凹凸变化；

仿地形动作执行部件包括铰接在主梁轴或避障轴上的刀头和仿形油缸（16），仿形油缸（16）的两端分别与刀头和主梁轴或避障轴铰接，通过仿形油缸（16）伸缩动作时，可带动刀头绕主梁轴或避障轴上下转动；

仿地形信号探测部件包括电眼（17）、检测杆（30）、仿形弹簧（22）、仿形滑靴（23），检测杆（30）、仿形弹簧（22）、仿形滑靴（23）固定连接，仿形滑靴（23）及仿形弹簧（22）可根据地形凹凸变化上下运动从而带动检测杆（30）上下运动，电眼（17）根据检测杆（30）上下运动距离发出探测的信号。

2.如权利要求1所述的自动避障除草机工作头，其特征在于：所述避障单元包括避障信号探测部件和避障动作执行部件，多个避障刀组（41）设置在避障动作执行部件上；避障信号探测部件和避障动作执行部件均与中央控制单元电气连接；中央控制单元根据避障信号探测部件所探测的信号控制避障动作执行部件绕主梁轴（6）转动以避开障碍物。

3.如权利要求2所述的自动避障除草机工作头，其特征在于：避障执行部件包括避障轴（7）、避障铰链（11）、避障油缸（10），多个避障刀组（41）设置在避障轴（7）上，避障轴（7）通过避障铰链（11）与主梁轴（6）的端部铰接，避障油缸（10）的两端分别与避障轴（7）以及机车铰接，避障油缸（10）伸缩动作时，带动避障轴（7）绕避障轴（7）和主梁轴（6）端部的铰接点转动；

避障信号探测部件包括设置在避障轴（7）上的避障杆（12），滑动连接在避障杆（12）上的测量板（13），在测量板（13）和避障杆（12）之间设置有复位弹簧和位移传感器（15），测量板（13）位于避障刀组的前方位置；通过测量板（13）与障碍物接触，使得测量板（13）朝避障杆（12）移动，从而利用测量板（13）碰撞位移传感器（15），使位移传感器（15）发出探测信号。

Images