CN112155002A - 一种喷杆臂自动平衡控制机构、喷雾机及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于农业机械中的植保机械技术领域，具体涉及一种喷杆臂自动平衡控制机构及其工作方法和一种喷杆臂自动平衡喷雾机。本喷杆臂自动平衡控制机构包括：喷杆臂；水平稳定机构，用于支撑喷杆臂；传感器组，采集姿态数据、距离数据；控制模块，与水平稳定机构、传感器组电性连接，以接收姿态、距离数据，控制水平稳定机构使喷杆臂始终保持水平状态及稳定作业高度。本喷杆臂自动平衡控制机构可减小车身摆动和在垂直方向上振动对喷杆臂的影响，提高喷杆喷雾机的施药效果。

Description

一种喷杆臂自动平衡控制机构、喷雾机及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种喷杆臂自动平衡控制机构，属于农业机械中的植保机械。
背景技术
喷杆喷雾机作为一种主流的植保机械，具有高效、快捷及适应不同田块等优点。当前主流的喷杆喷雾机多采用直杆杆臂结构。喷杆臂作为喷杆喷雾机的主要工作部件，具有臂展长、柔性大等特点。
传统喷杆喷雾机作业时，喷杆臂稳定性较差，主要易受车身摆动和地形变化影响而发生的翻滚运动和在垂直方向上振动。即使是很小的振动幅度都可能导致喷杆臂末端大幅抖动，影响机构平衡，影响施药效果，甚至发生喷杆臂末端接触或拍打作物甚至触地的状况。
发明内容
本发明提供了一种喷杆臂自动平衡控制机构、喷雾机及其工作方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种喷杆臂自动平衡控制机构，包括：喷杆臂；水平稳定机构，用于支撑喷杆臂；传感器组，采集姿态数据、距离数据；控制模块，与水平稳定机构、传感器组电性连接，以接收姿态、距离数据，控制水平稳定机构使喷杆臂始终保持水平状态及稳定作业高度。
本发明还提供了一种喷杆臂自动平衡控制机构的工作方法，包括：采集姿态数据、距离数据，控制模块与水平稳定机构电性连接，再接收姿态数据、距离数据后，控制水平稳定机构使喷杆臂始终保持水平状态及稳定作业高度。
另一方面，本发明提供了一种喷杆臂自动平衡喷雾机，包括：车身，如上述的喷杆臂自动平衡控制机构安装于车身前端。
本发明旨在解决喷杆喷雾机作业时，喷杆臂易受地形影响产生垂直方向上的振动乃至发生翻滚运动的技术难题，减轻车身倾斜和在垂直方向上振动对喷杆臂的影响，提高喷杆喷雾机的施药效果。
附图说明
本发明旨在解决喷杆喷雾机作业时，喷杆臂易受地形影响产生垂直方向上的振动乃至发生翻滚运动的技术难题，减轻车身倾斜和在垂直方向上振动对喷杆臂的影响，提高喷杆喷雾机的施药效果。
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的喷杆臂自动平衡控制机构的结构示意图；
图2是本发明的左侧车轮遇障碍物视图；
图3是本发明的右侧车轮遇障碍物视图；
图4是本发明的前部车轮遇障碍物视图；
图5是本发明的前部车轮遇凹陷视图；
图6是本发明的喷杆臂自动平衡控制机构控制系统的原理框图。
图中：
1-喷杆臂；
2-水平稳定机构；21-驱动装置；211-左驱动器；212-右驱动器；22-支架；221-U型件；
3-传感器组；31-姿态传感器；311-第一姿态传感器；312-第二姿态传感器；32-距离传感器；321-左距离传感器；322-右距离传感器；
5-车身；
6-左侧车轮；7-障碍物；8-右侧车轮；9-路面凹陷。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
实施例1
如图1所示，本发明提供了一种喷杆臂自动平衡控制机构，包括：喷杆臂1，水平稳定机构2，用于支撑喷杆臂，传感器组3，采集姿态数据、距离数据，控制模块4，与水平稳定机构、传感器组电性连接，以接收姿态、距离数据，控制水平稳定机构使喷杆臂始终保持水平状态及稳定作业高度。
所述水平稳定机构包括：与喷杆臂连接的驱动装置21，安装驱动装置的支架22，控制模块通过驱动装置使喷杆臂始终保持水平状态及稳定作业高度。驱动装置可以但不限于伺服电机、液压缸；在本实例中，以液压缸为例进行说明。所述驱动装置包括：支撑喷杆臂左半部分的左驱动器211，支撑喷杆臂右半部分的右驱动器212；所述支架22包括：适于安装左驱动器和右驱动器的U型件221；U型件与车身刚性连接，左驱动器和右驱动器以喷杆臂中点为对称中心安装在U型件槽底两侧，左液压缸、右液压缸的伸缩端部与喷杆臂通过球铰链连接，喷杆臂受左液压缸和右液压缸支撑并始终于U型件槽内作上下移动来保持左右水平并在上下移动过程中保持前后方向上的水平。
所述传感器组包括：姿态传感器31、距离传感器32，控制模块接收姿态传感器发送的姿态数据、距离传感器发送的喷杆臂与作业面距离数据，控制水平稳定机构使喷杆臂始终保持水平状态及稳定作业高度。
姿态传感器可以但不限于采用角度传感器、加速度传感器或其组合，距离传感器可以但不限于采用激光传感器、超声波距离传感器，控制模块可以但不限于采用stm32系列处理器；在本实例中，以角度传感器、加速度传感器、超声波距离传感器为例进行说明。
所述姿态传感器包括：安装在喷杆臂中间的第一姿态传感器311、适于安装在与车身刚性连接的支架上的第二姿态传感器312，安装在喷杆臂左半部分的左距离传感器321、安装在喷杆臂右半部分的右距离传感器322；第二姿态传感器由角度传感器和加速度传感器组成，角度传感器、加速度传感器与控制模块电性连接，并将车身倾斜角度和车身倾斜变化率传输至控制模块；第一姿态传感器由角度传感器组成，角度传感器与控制模块电性连接，并将喷杆臂倾斜角度传输至控制模块；左超声波距离传感器、右超声波距离传感器与控制模块电性连接，并将喷杆臂左半部分与作业面距离数据、喷杆臂右半部分与作业面距离数据传输至控制模块；控制模块接收上述数据并通过水平稳定机构调整喷杆臂的水平和高度。
具体的，如图2所示，当喷雾机行进过程中左侧车轮6经过障碍物7时，第二姿态传感器中的角度传感器和加速度传感器分别将车身倾斜角度、车身倾斜变化率传输给控制模块，控制模块通过车身倾斜角度、车身倾斜变化率判断车身倾斜情况，再控制液压缸的液压油流量和流向，使左液压缸以一定速率收缩，右液压缸以一定速率伸出；在液压缸工作过程中，控制模块实时接收左超声波距离传感器、右超声波距离传感器、第一姿态传感器中角度传感器的喷杆臂左半部分与作业面距离数据、喷杆臂右半部分与作业面距离数据、喷杆臂倾斜角度数据，判断喷杆臂左半部分、右半部分与作业面的距离和喷杆臂的倾斜角度，实时修正左液压缸、右液压缸的工作状态，使喷杆臂时刻保持左右方向上的水平和与作业面距离的恒定，液压缸伸缩端部与喷杆臂之间的球铰链连接则使喷杆臂在上下移动过程中保持前后方向上的水平，从而有效保证施药效果。
如图3所示，当喷雾机行进过程中右侧车轮经过障碍物时，控制模块采用与车身左倾相反的控制策略，不再赘述。
如图4所示，当喷雾机行进过程中前部左右两侧车轮同时经过障碍物时，前部左右两侧车轮向上振动，并将振动传导给车身，第二姿态传感器中的角度传感器和加速度传感器分别将车身倾斜角度、车身振动方向和车身振动加速度、车身倾斜变化率传输给控制模块，控制模块通过前述数据判断车身倾斜情况，再控制液压缸的液压油流量和流向，使左液压缸、右液压缸同时收缩，抑制车身向上的振动，使振动无法传导给喷杆臂；在液压缸工作过程中，控制模块实时接收左超声波距离传感器、右超声波距离传感器、第一姿态传感器中角度传感器的喷杆臂左半部分与作业面距离数据、喷杆臂右半部分与作业面距离数据、喷杆臂倾斜角度数据，判断喷杆臂左半部分、右半部分与作业面的距离和喷杆臂的倾斜角度，实时调整左液压缸、右液压缸的工作状态，使喷杆臂时刻保持水平状态，并保证喷杆臂与作业面的距离恒定，有效保证施药效果。
如图5所示，当喷雾机行进过程中前部左右两侧车轮同时经过凹陷时，控制模块采用与前部左右两侧车轮同时经过障碍物时相反的控制策略，不再赘述。
实施例2
在实施例1基础上，本实施例提供了一种喷杆臂自动平衡喷雾机，包括：车身5，如上述的喷杆臂自动平衡控制机构安装于车身前端，装有上述喷杆臂自动平衡控制机构的喷雾机在行进过程中，上述喷杆臂自动平衡控制机构可使喷杆臂始终保持水平状态及稳定作业高度，使施药更加均匀，从而提高施药效果。
实施例3
在实施例1、实施例2的基础上，本实施例提供了一种喷杆臂自动平衡喷雾机的工作方法，包括：采集姿态数据、距离数据，控制模块与水平稳定机构电性连接，再接收姿态数据、距离数据后，控制水平稳定机构使喷杆臂始终保持水平状态及稳定作业高度，使施药更加均匀，从而提高施药效果。
综上所述，本发明提供的喷杆臂自动平衡控制机构，通过传感器组将姿态数据、距离数据发送至控制模块，由控制模块控制水平稳定机构使喷杆臂始终保持水平状态及稳定作业高度，提高施药效果。
在本申请所提供的几个实施例中，应理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其他方式实现。以上所描述的实施例仅是示意性的，例如，所述机构的划分，仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种喷杆臂自动平衡控制机构，其特征在于，包括：
喷杆臂(1)，
水平稳定机构(2)，用于支撑喷杆臂，
传感器组(3)，采集姿态数据、距离数据，
控制模块(4)，与水平稳定机构、传感器组电性连接，以接收姿态、距离数据，控制水平稳定机构使喷杆臂始终保持水平状态及稳定作业高度。
2.根据权利要求1所述的喷杆臂自动平衡控制机构，其特征在于，
所述水平稳定机构(2)包括：与喷杆臂连接的驱动装置(21)，安装驱动装置的支架(22)；
所述控制模块(4)接收姿态数据、距离数据，以控制驱动装置支撑喷杆臂同时使喷杆臂始终保持水平状态及稳定作业高度。
3.根据权利要求2所述的喷杆臂自动平衡控制机构，其特征在于，
所述驱动装置(21)包括：支撑喷杆臂左半部分的左驱动器(211)，支撑喷杆臂右半部分的右驱动器(212)，左驱动器和右驱动器以喷杆臂中点为对称中心安装固定在支架上；
所述控制模块接收姿态数据、距离数据控制左驱动器、右驱动器使喷杆臂左半部分、喷杆臂右半部分上下移动以保持水平状态及稳定作业高度。
4.根据权利要求3所述的喷杆臂自动平衡控制机构，其特征在于，
所述支架(22)包括：适于安装左驱动器和右驱动器的U型件(221)；
所述U型件与车身刚性连接，左驱动器和右驱动器以喷杆臂中点为对称中心安装在U型件槽底两侧，喷杆臂受左驱动器和右驱动器支撑并始终于U型件槽内作上下移动。
5.根据权利要求3所述的喷杆臂自动平衡控制机构，其特征在于，
所述左驱动器、右驱动器的伸缩端部与喷杆臂的连接方式为球铰链连接；
所述左驱动器、右驱动器通过球铰链使喷杆臂始终保持前后方向上的水平状态。
6.根据权利要求1所述的喷杆臂自动平衡控制机构，其特征在于，
所述传感器组(3)包括：姿态传感器(31)，距离传感器(32)；
所述控制模块(4)接收姿态传感器发送的姿态数据、距离传感器发送的喷杆臂与作业面距离数据，控制水平稳定机构使喷杆臂始终保持水平状态及稳定作业高度。
7.根据权利要求6所述的喷杆臂自动平衡控制机构，其特征在于，
所述姿态传感器(31)包括第一姿态传感器(311)、第二姿态传感器(312)，
所述第一姿态传感器(311)适于安装在喷杆臂中间，将喷杆臂姿态数据发送至控制模块；
所述第二姿态传感器(312)适于采集车身姿态数据并发送至控制模块；
所述控制模块(4)接收喷杆臂姿态数据和车身姿态数据以控制水平稳定机构使喷杆臂始终保持水平状态。
8.根据权利要求6所述的喷杆臂自动平衡控制机构，其特征在于，
所述距离传感器(32)包括：左距离传感器(321)和右距离传感器(322)；
所述左距离传感器(321)适于安装在喷杆臂左半部分，将喷杆臂左半部分与作业面距离数据发送至控制模块；
所述右距离传感器(322)适于安装在喷杆臂右半部分，将喷杆臂右半部分与作业面距离数据发送至控制模块；
所述控制模块(4)接收喷杆臂左半部分与作业面距离数据、喷杆臂右半部分与作业面距离数据以控制水平稳定机构使喷杆臂始终保持稳定作业高度。
9.一种喷杆臂自动平衡喷雾机，其特征在于，包括：
车身(5)，如权利要求1所述的喷杆臂自动平衡控制机构安装于车身前端。
10.一种喷杆臂自动平衡喷雾机的工作方法，其特征在于，包括：
采集姿态数据、距离数据，
控制模块与水平稳定机构电性连接，再接收姿态数据、距离数据后，控制水平稳定机构使喷杆臂始终保持水平状态及稳定作业高度。
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