CN111642305A - 拱棚连续插架覆膜一体机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种拱棚连续插架覆膜一体机及其控制方法，其中拱棚连续插架覆膜一体机包括车体和安装在车体上的弯杆装置，车体上还安装有连续插架装置，以及将弯杆装置弯曲后的拱形杆送至连续插架装置的运杆装置，所述连续插架装置包括夹持拱形杆的夹持部和驱动夹持部向下移动的驱动部。本发明能够实现拱棚自动进杆弯杆、连续智能插架、自动覆膜全自动化作业，提供了自动化作业水平，大幅降低了劳动强度；通过运杆装置实现拱形杆由弯杆装置向插架装置转移，实现拱形杆的连续输送，通过夹持皮带夹持拱形杆移动并完成插架动作，使得插架的连续性大幅提高，大大提升了作业效率。

Description

拱棚连续插架覆膜一体机及其控制方法

技术领域

本发明涉及设施农业智能装备技术领域，尤其涉及到拱棚连续插架覆膜一体机及其控制方法。

背景技术

现代农业生产中，拱棚在蔬菜栽培、育苗等方面的应用越来越广泛。利用竹木、钢材等材料作为棚架，并覆盖塑料薄膜，搭成拱形棚。能够提早或延迟蔬菜供应，特别是北方地区能在早春和晚秋淡季供应鲜嫩蔬菜，从而提高蔬菜供应量和新鲜度，同时有利于减少病虫害，防御自然灾害，增加经济效益。

拱棚建造成本较低，土地利用率高，可以保证较好的经济效益，是保护土地的蔬菜栽培的重要类型，发展潜力巨大。目前国内拱棚连续插架覆膜机还处于萌芽阶段，还没有很成熟的产品应用于农业生产，专利号为2019218163317的中国专利公开了一种多功能拱棚插架覆膜一体机，但是其采用液压缸直接插杆，在生产效率方面存在不足。因此目前的拱棚搭建仍以人工为主，用米尺量具量出固定距离后进行两侧打孔，然后将弯好的竹坯插孔掩埋，这样不仅种植误差大，使整体抗风效果变差，而且浪费大量劳动力，劳动效率低下。种植完成后，利用人工覆膜，包括固定裙膜、顶膜等，覆膜效果差。

发明内容

本发明针对目前拱棚连续插架覆膜人工作业劳动强度大、效率低、工作繁琐，拱棚插架距离不均匀、需手动进杆、弯杆、压杆、插杆等问题，提供一种拱棚连续插架覆膜一体机，并公布其控制方法，可实现拱棚连续插架覆膜一体机自主走直、全自动连续插架覆膜作业，提高插架、覆膜效率和准确度，确保了拱棚的结构强度。

本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种拱棚连续插架覆膜一体机，包括车体和安装在车体上的弯杆装置，车体上还安装有连续插架装置，以及将弯杆装置弯曲后的拱形杆送至连续插架装置的运杆装置，所述连续插架装置包括夹持拱形杆的夹持部和驱动夹持部向下移动的驱动部。

本方案在作业时，通过车体实现整机行走，通过弯杆装置将直棚杆弯曲成拱形杆，利用运杆装置将拱形杆运至连续插架装置，通过连续插架装置的夹持部将拱形杆进行夹持，并在驱动部的驱动作用下向下移动，完成向土壤中插杆。

作为优化，所述运杆装置包括两输送链条和驱动输送链条转动的运杆电机，两输送链条上分别固接有位于弯杆装置下方且分别位于拱形杆下段内侧的运杆勺，运杆勺的外侧壁上通过闭门器连接有与拱形杆下段相对的杆勺门。本优化方案的运杆装置在作业时，由弯杆装置将棚杆弯曲成拱形杆的过程中，拱形杆的下段分别克服两侧的闭门器阻力而从杆勺门进入运杆勺，拱形杆进入运杆勺后，杆勺门在闭门器的作用下关闭，防止拱形杆回弹，利用运杆电机带动输送链条转动，从而带动运杆勺移动，使拱形杆脱离弯杆装置而向连续插架装置移动。

作为优化，所述运杆勺包括沿周向依次设置的外侧壁、前侧壁、内侧壁和后侧壁，所述前侧壁的上端向前倾斜设置。本优化方案通过外侧壁、后侧壁、内侧壁和前侧壁围成卡设拱形杆的杆勺室；通过将前侧壁设置为斜面，保证拱形杆在加入连续插架装置时顺利脱离运杆勺。

作为优化，所述夹持部包括两分别位于车体左、右两侧的皮带夹持组，每个皮带夹持组包括两相邻设置的皮带架和转动设置在皮带架上的夹持皮带，两皮带架上的夹持皮带之间形成拱形杆夹持通道，夹持皮带倾斜设置且上端伸至运杆装置的输出端上方；驱动部为驱动夹持皮带旋转的夹持电机。本优化方案采用皮带式夹持输送，同一皮带夹持组中的两相邻夹持皮带对拱形杆形成夹持，利用夹持电机驱动夹持皮带旋转，将夹持通道中夹持的拱形杆向下输送，并将拱形杆插入至土壤中。

作为优化，夹持皮带的夹持表面设置有防滑槽。本优化方案通过在夹持皮带上设置防滑槽，增大与拱形杆的摩擦力，提高插杆效率。

作为优化，车体上转动连接有与皮带架固接的横轴，横轴的一端连接旋转电机。本优化方案的设置，可以通过旋转电机驱动横轴转动，从而带动皮带架整体转动，实现插架角度的调整，因此可根据土壤性质，松土深度等改变夹持皮带与地面之间的角度，提高一体机的适用性。

作为优化，皮带架上安装有位于夹持皮带输出端的压力传感器。本优化方案通过在夹持皮带输出端设置压力传感器，用以检测拱形杆与夹持皮带分离时的压力，为判定拱形杆最终插入土壤后的深度与角度是否符合设计要求提供依据。

作为优化，连续插架装置位于车体的后端，车体的前端安装有自动覆膜装置。本优化方案在车体的前后两端分别设置自动覆膜装置和连续插架装置，在车体向前移动时，进行插架作业，在车体向后移动时，进行覆膜作业，实现了设备的多功能使用。

本方案还一种拱棚连续插架覆膜一体机的控制方法，包括如下过程：

将一体机运行到指定工作地点并启动，智能通讯设备作为人机交互平台，预设参数：插架间距、运动航向、运行速度、插架装置夹角、棚架宽度和大田长度，同时显示当前行走的距离和插架数量；

一体机在准备过程中，自动覆膜装置自动收起，插架装置根据人机交互平台设定的与地面夹角，自动下降，并根据设定的棚架宽度调节两组插架装置开合角度；

一体机在运动过程中，控制器通过PLC算法控制变速箱，从而控制一体机的行进速度和行进方向，采用编码器和电子罗盘采集当前两驱动轮的瞬时速度和实时角度，计算出单位时间内拱棚机沿设定航向行进的直线距离；

当到达预设的进杆距离后，控制器发送信号到自动进杆装置的电机控制器，进杆电机带动拨轮旋转，实现自动进杆；

当控制器在得到进杆完成信号后，通过控制液压缸的动作来控制弯折手臂的转动，使得直棚杆变弯成拱形杆，并将拱形杆末端压入到运杆勺中，在链轮的带动下，运杆勺带动拱形杆向连续插架装置移动；

当连续插架装置的夹持部夹持住拱形杆后，随着夹持皮带继续向下运动和链条的转动，拱形杆脱离运杆勺，在夹持皮带的继续输送下，拱形杆末端慢慢入土，完成插架作业；

当拱形杆将要脱离夹持装置时，夹持皮带末端的压力传感器将信息反馈至控制器中，控制器通过反馈信息判定棚杆入土深度，以及完成后的棚架与地面之间的角度，并将调节信息输送至插架装置，从而使得插架装置进行自动调整，达到设计要求；

完成插架后，连续插架装置上升，自动覆膜装置下降，一体机倒退完成覆膜作业。

本发明的有益效果为：能够实现拱棚自动进杆弯杆、连续智能插架、自动覆膜全自动化作业，提供了自动化作业水平，大幅降低了劳动强度；通过运杆装置实现拱形杆由弯杆装置向插架装置转移，实现拱形杆的连续输送，通过夹持皮带夹持拱形杆移动并完成插架动作，使得插架的连续性大幅提高，大大提升了作业效率。

附图说明

图1为拱棚连续插架覆膜一体机结构图；

图2为拱棚连续插架覆膜一体机轴测图；

图3为拱棚连续插架覆膜一体机侧视图；

图4为图3中I处放大图；

图5为图3中P处放大图

图6为弯杆装置剖面图；

图7为运杆勺结构示意图；

图中所示：

1、驱动轮，2、车体，3、转向轮，4、压膜轮，5、覆土盘，6、支膜架，7、覆膜轮，8、控制模块，9、电源模块，10、汽油机，11、离合器，12、液压装置，13、储杆室，14、拨轮，15、杆槽，16、弯折手臂，17、运杆勺，18、夹持皮带，19、皮带轮，20、拱形杆，21、进杆电机，22、链轮，23、斜面，24、杆勺室，25、杆勺门，26、直棚杆，27、输送链条。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

如图1和2所示一种拱棚连续插架覆膜一体机，包括车体2，以及安装在车体上的智能控制装置，自主走直装置，自动进杆装置、弯杆装置、连续插架装置和自动覆膜装置，以及将弯杆装置弯曲后形成的拱形杆送至连续插架装置的运杆装置，其中，连续插架装置位于车体的后端，自动覆膜装置位于车体的前端，连续插架装置与自动覆膜装置皆可绕固定轴旋转。本实施例中以车体插架时移动的方向为前，以覆膜时车体的移动方向为后。

自主走直装置包括驱动轮1、转向轮3、行走驱动装置、编码器和指南系统，行走驱动装置包括汽油机、离合器11和变速箱，其中汽油机10与驱动轮1通过链连接传动动力，控制模块8通过控制液压装置12动作实现一体机转向。编码器与智能控制装置中的控制模块8电连接，用于检测一体机的移动距离，为智能控制系统控制一体机实现等距插架提供数据；指南系统包括具有航向检测的电子罗盘等设备，与智能控制装置的控制模块电连接，控制模块8采集到航向信号，可控制拱棚连续插架覆膜一体机直线行走。

自主走直装置作用是能够反馈瞬时速度和实时角度到智能控制系统，在智能控制系统，计算拱棚插连续架覆膜一体机的移动距离为等距离的插架作业提供依据，并实现自主走直。自主走直装置具体控制如下：通过两编码器测得脉冲数值转换为当前的瞬时速度为V₁、V₂，求取V₁、V₂平均值得出一体机的速度V_c，通过电子指南针测出当前的实时角度θ₀。假设当前单位时间内拱棚机走过的位移相对于上一次单位时间内Y轴的偏移量为∆y，走过的角度偏差为∆θ，则两次单位时间内拱棚机沿设定角度行进的直线路程为：∆x=∆y·tanθ。通过与期望的位置和角度对比做差，得出相对路程偏差和角度偏差，将这两组数据输入到控制器中，经PLC调节，得出两车轮各自的速度值，进而通过控制液压系统控制转向轮，实现一体机直线行驶。

自动覆膜装置包括支膜架6、压膜轮4、覆土盘5和覆膜轮7；自动进杆装置包括储杆室13、进杆电机21、拨轮14和光电传感器等，直棚杆26在重力作用下依次从储杆室13滑落进拨轮14上的杆槽15中，进杆电机21带动拨轮14旋转，将直棚杆26送入弯杆装置中，储杆室13出口处安装有光电传感器，通过光电传感器检测直棚杆26，将信号传至控制模块8，从而控制进杆电机21的运行；弯杆装置包括液压装置12、弯折手臂16，液压系统包括液压泵、液压缸、液压传动装置、电磁换向阀，弯杆装置在检测到直棚杆26进入后，液压装置12带动弯折手臂16绕固定轴旋转90°，将直棚杆26下压弯折成拱形杆20，并将拱形杆20末端压入运杆勺17中。由于自动覆膜装置、自动进杆装置和弯杆装置均采用现有技术，在此不再赘述其详细连接结构。弯杆装置具体控制如下：当直棚杆26通过重力作用滑落至弯折手臂16处，弯折手臂16处的传感器将棚杆到达信号传送至控制模块8，控制模块8通过控制液压装置12动作，实现液压杆下压，从而带动连杆结构往下运动，如图4，通过连杆结构导轨滑轮带动弯折手臂16绕固定轴转动，完成弯杆工作；并同时将拱形杆末端压入杆勺室24内，通过人机交互面板设定的插架距离，控制模块8对带动链轮的电机实时控制，不同棚杆间距对应不同的电机转动的圈数，控制模块8实时控制，保证每次弯杆后的棚杆末端准确无误进入杆勺室24内，实现一体机稳定、高效工作。

连续插架装置包括夹持拱形杆的夹持部和驱动夹持部向下移动的驱动部。夹持部包括两分别位于车体左、右两侧的皮带夹持组，每个皮带夹持组包括两相邻设置的皮带架和转动设置在皮带架上的夹持皮带18，皮带架上安装有支撑夹持皮带的皮带轮19，两个皮带轮与一条夹持皮带相互组合为一对，每组有两队配合组成夹持装置；在电机的带动下每组上端皮带轮向内侧旋转，下端皮带轮向外旋转，保证棚杆能够通畅的插入土壤。两皮带架上的夹持皮带之间形成拱形杆夹持通道，夹持皮带18倾斜设置且上端伸至运杆装置的输出端上方，两相邻设置的夹持皮带之间的空隙与运杆勺中的拱形杆下段相对，两相邻夹持皮带对拱形杆形成夹持。驱动部为驱动夹持皮带旋转的夹持电机。夹持皮带为高性能橡胶材质，为增大表面摩擦，夹持皮带的夹持表面设置有防滑槽。车体上转动连接有与皮带架固接的横轴，横轴的一端连接旋转电机。本实施的车体上还转动连接有竖轴，竖轴上固接有支撑块，竖轴的一端连接转动电机，横轴转动连接在所述的支撑块上，通过旋转电机实现皮带机的上下转动，通过旋转电机实现皮带架的横向转动，以实现拱棚宽度的调节。皮带架上安装有位于夹持皮带输出端的压力传感器。

运杆装置包括两输送链条27和驱动输送链条转动的运杆电机，两输送链条上分别固接有位于弯杆装置下方且分别位于拱形杆下段内侧的运杆勺17，本实施例的每根链条上设有沿周向分布的8个运杆勺。运杆勺17的外侧壁上通过闭门器连接有与拱形杆下段相对的杆勺门25，闭门器为弹簧式结构，杆勺门在弹簧的作用下关闭，并且杆勺门与运杆勺的外壁通过单向合页连接，使杆勺门只能向内打开，以给拱形杆提供限位。当直棚杆26被下压，棚杆末端通过压力挤开杆勺门25，杆勺门25在闭门器作用下闭合，之后通过链轮22、输送链条27带动运杆勺17将拱形杆送入插架装置，同时，运杆勺继续跟随输送链条运动，棚杆末端脱离杆勺，完全进入自动连续插架装置。通过弯杆装置将支杆弯曲成拱形杆，拱形杆的上段为弧形，下段为直线型。运杆勺包括沿周向依次设置的外侧壁、前侧壁、内侧壁和后侧壁，所述前侧壁的上端向前倾斜设置，形成斜面23，由于斜面23的设置，保证拱形杆在加入插架装置时顺利脱离杆勺。外侧壁、后侧壁、内侧壁和前侧壁围成杆勺室24；链条倾斜设置，且前端高于后端。

连续插架装置具体控制如下：拱形杆20在运杆勺17带动下与夹持皮带18进行交接，拱形杆20在夹持皮带18带动下缓缓入土，当拱形杆移动至夹持皮带18末端时，装配在夹持皮带末端的压力传感器被激发，检测夹持皮带18与拱形杆20之间的压力，并将信息传送至智能控制装置的控制模块8，控制模块分析压力信息，判定棚杆入土深度以及入土后的棚杆与地面是否垂直等关键信息，并通过控制电机命令夹持皮带绕固定轴进行上下调整，满足作业要求。

智能控制装置包括智能通讯设备、PLC控制模块和电源模块9。智能通讯设备作为人机交互平台，工作人员可以预先设置一体机的工作状态和工作参数，以及在遇见紧急情况时，可以控制一体机紧急停止；控制模块接收人机交互信号、航向信号以及距离脉冲信号，并进行运算分析，闭环反馈调节后输出信号到转向装置、自动进杆装置、弯杆装置、连续插架装置、自动覆膜装置，实现自主走直、全自动等距连续弯杆、插架、覆膜等自动化作业。

本实施例拱棚连续插架覆膜一体机的控制方法，包括如下过程：

1、将一体机运行到指定工作地点并启动，智能通讯设备作为人机交互平台，预设参数：插架间距、运动航向、运行速度、插架装置夹角、棚架宽度和大田长度，同时显示当前行走的距离和插架数量；

2、一体机在准备过程中，自动覆膜装置自动收起，插架装置根据人机交互平台设定的与地面夹角，自动下降，并根据设定的棚架宽度调节两组插架装置开合角度；

3、一体机在运动过程中，控制模块通过PLC算法控制变速箱，从而控制一体机的行进速度和行进方向，采用编码器和电子罗盘采集当前两驱动轮的瞬时速度和实时角度，计算出单位时间内拱棚机沿设定航向行进的直线距离；

4、提前将直棚杆26依次摆放在储杆室13内，当到达预设的进杆距离后，控制模块发送信号到自动进杆装置的电机控制模块，进杆电机21带动拨轮14旋转，拨轮14带动直棚杆26转动，当直棚杆从杆槽15中脱离，在重力作用下滑落至自动弯杆装置的弯折手臂16处，实现自动进杆；

5、当控制模块在得到进杆完成信号后，液压泵在驱动装置10的带动下转动，控制继电器，从而开启电磁换向阀，通过控制液压缸的动作来控制弯折手臂16的转动，弯折手臂16绕固定轴转动，使得直棚杆变弯成拱形杆，并将拱形杆末端压入到输送链条27带动的运杆勺中，在链轮22的带动下，运杆勺带动拱形杆向连续插架装置移动；

6、当连续插架装置的夹持部夹持住拱形杆后，随着夹持皮带继续向下运动和链条的转动，拱形杆末端脱离运杆勺，在夹持皮带的继续输送下，拱形杆末端慢慢入土，完成插架作业；

7、当拱形杆将要脱离夹持装置时，夹持皮带末端的压力传感器将信息反馈至控制模块中，控制模块通过反馈信息判定棚杆入土深度，以及完成后的棚架与地面之间的角度，并将调节信息输送至插架装置，从而使得插架装置进行自动调整，达到设计要求；

8、完成插架后，连续插架装置上升，自动覆膜装置下降，一体机倒退完成覆膜作业。一体机重复上述工作，完成所有插架与覆膜作业。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (9)

1.一种拱棚连续插架覆膜一体机，包括车体（2）和安装在车体上的弯杆装置，其特征在于：车体上还安装有连续插架装置，以及将弯杆装置弯曲后的拱形杆送至连续插架装置的运杆装置，所述连续插架装置包括夹持拱形杆的夹持部和驱动夹持部向下移动的驱动部。

2.根据权利要求1所述的拱棚连续插架覆膜一体机，其特征在于：所述运杆装置包括两输送链条和驱动输送链条转动的运杆电机，两输送链条上分别固接有位于弯杆装置下方且分别位于拱形杆下段内侧的运杆勺（17），运杆勺（17）的外侧壁上通过闭门器连接有与拱形杆下段相对的杆勺门（25）。

3.根据权利要求2所述的拱棚连续插架覆膜一体机，其特征在于：所述运杆勺包括沿周向依次设置的外侧壁、前侧壁、内侧壁和后侧壁，所述前侧壁的上端向前倾斜设置。

4.根据权利要求1所述的拱棚连续插架覆膜一体机，其特征在于：所述夹持部包括两分别位于车体左、右两侧的皮带夹持组，每个皮带夹持组包括两相邻设置的皮带架和转动设置在皮带架上的夹持皮带（18），两皮带架上的夹持皮带之间形成拱形杆夹持通道，夹持皮带（18）倾斜设置且上端伸至运杆装置的输出端上方；

驱动部为驱动夹持皮带旋转的夹持电机。

5.根据权利要求4所述的拱棚连续插架覆膜一体机，其特征在于：夹持皮带的夹持表面设置有防滑槽。

6.根据权利要求4所述的拱棚连续插架覆膜一体机，其特征在于：车体上转动连接有与皮带架固接的横轴，横轴的一端连接旋转电机。

7.根据权利要求4所述的拱棚连续插架覆膜一体机，其特征在于：皮带架上安装有位于夹持皮带输出端的压力传感器。

8.根据权利要求1所述的拱棚连续插架覆膜一体机，其特征在于：连续插架装置位于车体的后端，车体的前端安装有自动覆膜装置。

9.一种拱棚连续插架覆膜一体机的控制方法，其特征在于，包括如下过程：

将一体机运行到指定工作地点并启动，智能通讯设备作为人机交互平台，预设参数：插架间距、运动航向、运行速度、插架装置夹角、棚架宽度和大田长度，同时显示当前行走的距离和插架数量；

一体机在准备过程中，自动覆膜装置自动收起，插架装置根据人机交互平台设定的与地面夹角，自动下降，并根据设定的棚架宽度调节两组插架装置开合角度；

一体机在运动过程中，控制模块通过PLC算法控制变速箱，从而控制一体机的行进速度和行进方向，采用编码器和电子罗盘采集当前两驱动轮的瞬时速度和实时角度，计算出单位时间内拱棚机沿设定航向行进的直线距离；

当到达预设的进杆距离后，控制模块发送信号到自动进杆装置的电机控制器，进杆电机带动拨轮旋转，实现自动进杆；

当控制模块在得到进杆完成信号后，通过控制液压缸的动作来控制弯折手臂的转动，使得直棚杆变弯成拱形杆，并将拱形杆末端压入到运杆勺中，在链轮的带动下，运杆勺带动拱形杆向连续插架装置移动；

当连续插架装置的夹持部夹持住拱形杆后，随着夹持皮带继续向下运动和链条的转动，拱形杆脱离运杆勺，在夹持皮带的继续输送下，拱形杆末端慢慢入土，完成插架作业；

当拱形杆将要脱离夹持装置时，夹持皮带末端的压力传感器将信息反馈至控制模块中，控制模块通过反馈信息判定棚杆入土深度，以及完成后的棚架与地面之间的角度，并将调节信息输送至插架装置，从而使得插架装置进行自动调整，达到设计要求；

完成插架后，连续插架装置上升，自动覆膜装置下降，一体机倒退完成覆膜作业。

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