CN112314292A - 一种拱棚支柱自动扦插机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拱棚支柱自动扦插机控制系统，包括扦插机、主控制器、控制端和多个定位装置，扦插机包括支撑板、安装在支撑板上的行走模块、扦插模块、定位标签和多个拱棚支柱；扦插模块包括抓取模块、与抓取模块连接用于控制抓取模块上下移动的第一移动机构和与第一移动机构连接用于控制抓取模块水平移动使其位于拱棚支柱上方的第二移动机构；主控制器分别与控制端、定位装置、抓取模块、第一移动机构、第二移动机构和行走模块电连接，定位装置识别定位标签。本发明通过传感器的应用，提高了拱棚支柱扦插作业的自动化与智能化程度，可有效减少人工作业强度，提高作业效率，可实现在复杂农业环境中对拱棚支柱的自动扦插作业。

Description

一种拱棚支柱自动扦插机控制系统

技术领域

本发明涉及农业装备技术领域，具体涉及一种拱棚支柱自动扦插机控制系统。

背景技术

随着科技的进步，自动化、智能化已成为各领域的前进方向，农业领域也不例外。在农作物种植栽培过程中，拱棚覆膜栽培技术对作物的保温、保湿、保土具有积极作用，可有效延长农田种植时长，提高作物产出率。但是，目前拱棚支柱的扦插作业仍由手工作业完成，随着劳动力短缺，其生产成本在不断提高。因此，在拱棚覆膜栽培过程中，研制一款用于农业环境中的自动扦插机，以实现对拱棚支柱的精准扦插、自动扦插显得尤为重要。

本发明通过设计一种拱棚支柱自动扦插机的控制系统及其控制方法，可实现拱棚支柱的精准扦插、自动扦插，可有效降低生产成本。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供了一种拱棚支柱自动扦插机控制系统，该控制系统与扦插机配合，实现自动抓取拱棚支柱并扦插在农田中，降低对劳动力需求。

本发明采用如下技术方案实现的：

一种拱棚支柱自动扦插机控制系统，包括扦插机、主控制器、控制端和多个定位装置，所述扦插机包括支撑板、安装在支撑板底部的行走模块以及安装在支撑板顶部的扦插模块、定位标签和多个拱棚支柱；所述扦插模块包括抓取模块、与抓取模块连接用于控制抓取模块上下移动的第一移动机构和与第一移动机构连接用于控制抓取模块水平移动使其位于拱棚支柱上方的第二移动机构；主控制器分别与控制端、定位装置、抓取模块、第一移动机构、第二移动机构和行走模块电连接，定位装置识别定位标签。

进一步，所述第一移动机构包括支撑架和安装在支撑架上电动推杆，所述支撑架安装在第二移动机构，所述电动推杆竖直安装在支撑架上且底部与抓取模块连接，电动推杆的伺服电机连接有伺服电机控制器，伺服电机控制器与主控制器连接。

进一步，所述第二移动机构包括电动丝杆和可移动安装在丝杆上的滑块，滑块上安装支撑架，电动丝杆的步进电机连接有步进电机控制器，步进电机控制器与主控制器连接。

进一步，所述电动推杆与抓取模块之间设有减震器。

进一步，所述抓取模块包括基座、舵机和夹持板，两个所述舵机平行安装在基座的底部，且每个舵机的两侧均安装有夹持板，夹持板的侧边开有弧形槽，舵机带动夹持板绕舵机轴旋转，两个舵机转动方向相反，使两个夹持板处于夹持状态或分离状态，夹持状态时弧形槽构成拱棚支柱圆形的放置孔，舵机连接有舵机控制器，舵机控制器与主控制器连接。

进一步，所述基座的两侧边均安装有用于检测拱棚支柱的感应传感器，感应传感器与主控制器连接。

进一步，两个舵机之间的基座底部还安装有拱棚支柱保护垫。

进一步，所述行走模块采用履带轮实现，履带轮连接有转向电机和驱动电机，转向电机和驱动电机均连接有直流电机控制器，直流电机控制器与主控制器连接。

进一步，所述支撑板、支撑架和滑块均采用铝合金制备而成。

进一步，所述定位装置包括立柱、以及安装在立柱顶部可识别定位标签的定位模块。

本发明具有以下有益效果：

（1）通过设置支撑板、行走模块、扦插模块和拱棚支柱；实现拱棚支柱的自动扦插，降低了对劳动力的需求；

（2）通过设置第一移动机构（电推推杆）和第二移动机构（电动丝杆），实现抓取模块在空间内的移动，结构简单、制作成本低；

（3）通过设置两个舵机带动夹持板张开或闭合，进而实现对拱棚支柱扦插过程的所需的动作，结构简单、便于控制操作；

（4）通过设置主控制器与对应设别的控制器连接，实现统一控制，协同合作。

附图说明

图1为本发明的扦插机结构示意图。

图2为本发明的定位装置结构示意图。

图3为本发明的拱棚支柱自动扦插机的三维结构图。

图4为本发明的抓取模块结构示意图。

图5为本发明的电气设备连接示意图。

图中标记：100、定位装置；101、立柱；102、定位模块；103、定位标签；200、扦插机；210、支撑板；211、安装孔；220、行走模块；230、抓取模块；231、基座；232、舵机；233、夹持板；234、弧形槽；235、保护垫；236、感应传感器；240、第一移动机构；241、支撑架；242、电动推杆；250、第二移动机构；251、电动丝杆；252、滑块；260、减震器；270、拱棚支柱；300、主控制器；400、控制端。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实施例提供的一种拱棚支柱270自动扦插机200包括支撑板210、行走模块220、扦插模块280和拱棚支柱270。所述支撑板210采用铝合金制备的矩形支撑板210，支撑板210沿长度方向开有两排平行的安装孔211，安装孔211的之间的距离为拱棚支柱270两端之前的宽度，所述支撑板210的底部安装有行走模块220，所述行走模块220带着扦插机200移动实现扦插，本实施例所述行走模块220采用两个履带轮实现，便于扦插机200在田间移动。本实施例在具体制作时履带轮的顶部与支撑板210之间存在移动的间隙，通过多个支柱将支撑板210固定在履带轮的顶部，这样便于拱棚支柱270的安装，并且根据拱棚支柱270插入的深度不同可满足不同大小的拱棚支柱270。

所述支撑板210的顶面安装有扦插模块280，所述扦插模块280包括抓取模块230、第一移动机构240和第二移动机构250，所述第二移动机构250包括电动丝杆251和滑块252，电动丝杆251有2个且平行安装在支撑板210的顶面并位于安装孔211的外侧，每个电动丝杆251上均安装有滑块252，电动丝杆251可使滑块252在丝杆上滑动，电动丝杆251包括步进电机和丝杆。

所述第一移动机构240包括支撑架241和电动推杆242，所述支撑杆安装在滑块252上，且整体呈门型结构，所述电动推杆242竖直安装在支撑架241的中部，且伸缩部朝下，电动推杆242包括伺服电机和推杆；为加强电动推杆242的稳定性，所述支撑架241上还安装有支撑杆，支撑杆位于支撑架241的横向中部，所述滑块252、支撑架241和支撑杆均采用铝型材制备而成，可减轻扦插机200的整体重量。

所述电动推杆242的伸缩部连接有减震器260，减震器260采用弹簧减震器260或液压减震器260，减震器260另一端连接有抓取装置，如图2所示，所述抓取装置包括基座231、舵机232、夹持板233、感应传感器236和保护垫235，所述基座231顶部与减震器260连接，底部安装有两个舵机232，所述舵机232采用双轴舵机232且平行设置，工作时两个舵机232的转轴的旋转方向相反，所述舵机232的转轴上均安装有夹持板233，位于同一侧的两个夹持板233形成夹持状态或分离状态，且每个夹持板233上均开有弧形槽234，两个夹持板233处于夹持状态时，两个弧形槽234组合组成一个拱棚支柱270放置孔，所述放置孔的孔径大于拱棚支柱270的直径，即可满足不同的粗细的拱棚支柱270。位于两个舵机232之间的基座231上设有拱棚支柱270保护垫235，所述保护垫235采用弹性橡胶制成，扦插过程产生的压力可使保护垫235产生形变，增大拱棚支柱270与保护垫235之间的接触面积，进而起到保护拱棚支柱270的作用。

位于放置孔上方的所述基座231两侧均安装有用于检测拱棚支柱270的感应传感器236，感应传感器236可采用光开关传感器、红外检测传感器等实现，通过光线的返回时间判断是否有拱棚支柱270。为加强夹持板233在舵机232上稳定性，同一个舵机232上两侧夹持板233设有加强柱，增加了抓取模块230的强度。

所述行走模块220采用履带轮实现，所述履带轮包括导向轮、驱动轮、行径轮和履带，其连接关系和安装位置现有技术有的结构实现，本实施例在导向轮和驱动轮均连接有步进电机。

实施例2

本实施例提供了一种控制实施例1所述的扦插机200的控制系统包括控制端400、主控制器300和多个定位装置100，所述定位装置100包括立柱101以及安装在立柱101顶部的定位模块102，定位模块102配置有定位标签103，定位模块102和定位标签103采用无线载波通信技术（UWB）实现，所述定位标签103安装在扦插机200支撑板210上，通过定位装置100识别定位标签103实现对扦插机200的定位。

所述控制端400为PC端，通过物联网与主控制器300连接，可实现对扦插机200的工作状态进行查看和控制，PC端还可针对不同作业要求与作业环境虚拟调试出所述行走模块220的最佳移动量以及所述扦插模块280的最佳扦插深度，并传输给主控制器300，所述主控制器300采用现有技术的PLC控制箱实现。

所述伺服电机连接有伺服电机控制器，步进电机连接有步进电机控制器，直流电机连接有直流电机控制器，舵机232连接有舵机232控制器，伺服电机控制器、步进电机控制器、直流电机控制器、舵机232控制器和感应传感器236均与主控制器300连接。

具体工作时，将定位装置100安装在田间的三个不同的位置，将扦插机200放入定位装置100连线围合的区域内，然后按照如下步骤进行操作：

（1）PC端对不同作业要求与作业环境虚拟调试出所述行走模块220每次扦插时最佳移动量以及所述扦插模块280的最佳扦插深度，并传输给主控制器300。所述PC端虚拟出行走模块220各个电机的转速与转角，找出停车位置；工作人员根据拱棚支柱270的直径等参数调节出电动推杆242内部的伺服电机及舵机232的转速与转角，以匹配最佳扦插深度、提高扦插工作质量。

（2）主控制器300在定位模块102的定位协助下向行走模块220发出指令，行走模块220根据指令沿直线行进并根据主控制器300的最佳移动量完成“等距停车”动作；扦插模块280在机身停车以后在主控制器300指令下开始动作，在电动丝杆251带动下，扦插模块280在支撑板210上方沿着前进方向往复移动，感应传感器236检测定位拱棚支柱270的位置所在，当感应传感器236检测拱棚支柱270位于抓取模块230正下方后，电动推杆242向下运动，同时舵机232带着夹持板233分离，待抓取模块230触碰到拱棚支柱270后，舵机232再带着夹持板233夹持，完成对拱棚支柱270的抓取动作；所述电动推杆242向上运动，直到拱棚支柱270脱离支撑板210，电动丝杆251带着扦插模块280向机身尾部运动，电动推杆242下伸，将拱棚支柱270扦插入土，抓取模块230分离，完成一次扦插动作。

（3）一次扦插动作结束后，主控制器300发送复位指令，扦插模块280复位，为下一次扦插做准备。

等间距扦插实现是：所述定位模块102将扦插机200的即时位置坐标（识别定位标签103）反馈给主控制器300，所述主控制器300根据所述定位模块102反馈的位置信息判别行进误差与行进余量，并调用相关程序实现误差纠正及“等距停车”。

以上所述仅是本发明优选的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明所提供的技术方案和发明构思进行的改造和替换都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种拱棚支柱自动扦插机控制系统，其特征在于：包括扦插机（200）、主控制器（300）、控制端（400）和多个定位装置（100），所述扦插机（200）包括支撑板（210）、安装在支撑板（210）底部的行走模块（220）以及安装在支撑板（210）顶部的扦插模块（280）、定位标签（103）和多个拱棚支柱（270）；所述扦插模块（280）包括抓取模块（230）、与抓取模块（230）连接用于控制抓取模块（230）上下移动的第一移动机构（240）和与第一移动机构（240）连接用于控制抓取模块（230）水平移动使其位于拱棚支柱（270）上方的第二移动机构（250）；主控制器（300）分别与控制端（400）、定位装置（100）、抓取模块（230）、第一移动机构（240）、第二移动机构（250）和行走模块（220）电连接，定位装置（100）识别定位标签（103）。

2.根据权利要求1所述的一种拱棚支柱自动扦插机控制系统，其特征在于：所述第一移动机构（240）包括支撑架（241）和安装在支撑架（241）上电动推杆（242），所述支撑架（241）安装在第二移动机构（250），所述电动推杆（242）竖直安装在支撑架（241）上且底部与抓取模块（230）连接，电动推杆（242）的伺服电机连接有伺服电机控制器，伺服电机控制器与主控制器（300）连接。

3.根据权利要求2所述的一种拱棚支柱自动扦插机控制系统，其特征在于：所述第二移动机构（250）包括电动丝杆（251）和可移动安装在丝杆上的滑块（252），滑块（252）上安装支撑架（241），电动丝杆（251）的步进电机连接有步进电机控制器，步进电机控制器与主控制器（300）连接。

4.根据权利要求2所述的一种拱棚支柱自动扦插机控制系统，其特征在于：所述电动推杆（242）与抓取模块（230）之间设有减震器（260）。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种拱棚支柱自动扦插机控制系统，其特征在于：所述抓取模块（230）包括基座（231）、舵机（232）和夹持板（233），两个所述舵机（232）平行安装在基座（231）的底部，且每个舵机（232）的两侧均安装有夹持板（233），夹持板（233）的侧边开有弧形槽（234），舵机（232）带动夹持板（233）绕舵机（232）轴旋转，两个舵机（232）转动方向相反，使两个夹持板（233）处于夹持状态或分离状态，夹持状态时弧形槽（234）构成拱棚支柱（270）圆形的放置孔，舵机（232）连接有舵机（232）控制器，舵机（232）控制器与主控制器（300）连接。

6.根据权利5所述的一种拱棚支柱自动扦插机控制系统，其特征在于：所述基座（231）的两侧边均安装有用于检测拱棚支柱（270）的感应传感器（236），感应传感器（236）与主控制器（300）连接。

7.根据权利5所述的一种拱棚支柱自动扦插机控制系统，其特征在于：两个舵机（232）之间的基座（231）底部还安装有拱棚支柱（270）保护垫（235）。

8.根据权利1所述的一种拱棚支柱自动扦插机控制系统，其特征在于：所述行走模块（220）采用履带轮实现，履带轮连接有转向电机和驱动电机，转向电机和驱动电机均连接有直流电机控制器，直流电机控制器与主控制器（300）连接。

9.根据权利3所述的一种拱棚支柱自动扦插机控制系统，其特征在于：所述支撑板（210）、支撑架（241）和滑块（252）均采用铝合金制备而成。

10.根据权利1所述的一种拱棚支柱自动扦插机控制系统，其特征在于：所述定位装置（100）包括立柱（101）、以及安装在立柱（101）顶部可识别定位标签（103）的定位模块（102）。

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