CN112673738B

CN112673738B - 一种具有自动对行功能的油莎豆智能行间除草机

Info

Publication number: CN112673738B
Application number: CN202110097480.8A
Authority: CN
Inventors: 王刚; 马中洋; 刘慧力; 黄东岩; 袁洪方; 贾洪雷
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2021-01-25
Filing date: 2021-01-25
Publication date: 2022-01-07
Anticipated expiration: 2041-01-25
Also published as: CN112673738A

Abstract

本发明公开了一种具有自动对行功能的油莎豆智能行间除草机，包括箱体和搅拌箱，箱体的上侧壁与搅拌箱的下侧壁固定连接，箱体内腔的上侧壁和下侧壁之间固定连接有第一电机，第一电机的输出端通过联轴器固定连接有第一转动杆，第一转动杆远离第一电机的一端通过轴承与箱体内腔的左侧壁转动连接，第一转动杆的表面固定连接有第一皮带轮，本发明涉及油莎豆技术领域。该具有自动对行功能的油莎豆智能行间除草机，实现油莎豆智能行间除草机在行进过程中的自动对行功能，进一步提高了油莎豆除草机械自动化水平和作业性能，在除草刀组工作的同时喷洒农药，使其除草更加彻底，提高了除草的效果，操作简单方便，适于广泛使用。

Description

一种具有自动对行功能的油莎豆智能行间除草机

技术领域

本发明涉及油莎豆技术领域，具体为一种具有自动对行功能的油莎豆智能行间除草机。

背景技术

油莎豆一般指油莎草，油莎草是莎草科莎草属植物，茎叶丛生，分蘖力极强，茎三棱形，由叶片包裹而成，植株高可达100厘米，单叶互生，叶片狭长，平均长度65厘米，宽度0.5厘米，茎果呈椭圆形，长1-2厘米，直径0.7-2厘米，具节和鳞片，芽端鳞片细密，少数植株开花，苞片长于花序，花长于主茎顶端，花两性，每穗具8-30朵花，油莎草原产北非及地中海沿岸一带，广泛栽培在西班牙、意大利、南非、南美等地，1960年中国科学院植物研究所北京植物园由保加利亚引入试种成功，后在内蒙古、辽宁、广东、广西、福建、新疆、甘肃等地区试种成功，属阳性植物，喜光，耐旱、耐涝、耐瘠、耐盐碱，油莎草是优质、高产和综合利用前景广阔的集粮、油、牧、饲于一体的经济作物，既是很好的油料作物，又是家畜的优良饲料，可作为优良牧草发展种植，此外还可用作润滑油和制皂。

传统的除草机，大多数是很简单的装置，难以实现油莎豆行间除草机在行进过程中的自动对行功能，降低了油莎豆除草机械自动化水平和作业性能，在除草刀组工作的同时不能喷洒农药，难以使其更加彻底地除草，降低了除草的效果，操作不够简单方便，不适于广泛使用，为此，我们提出一种具有自动对行功能的油莎豆智能行间除草机。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种具有自动对行功能的油莎豆智能行间除草机，解决上述背景技术中提出的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种具有自动对行功能的油莎豆智能行间除草机，包括箱体和搅拌箱，所述箱体的上侧壁与搅拌箱的下侧壁固定连接，所述箱体内腔的上侧壁和下侧壁之间固定连接有第一电机，所述第一电机的输出端通过联轴器固定连接有第一转动杆，所述第一转动杆远离第一电机的一端通过轴承与箱体内腔的左侧壁转动连接，所述第一转动杆的表面固定连接有第一皮带轮，所述箱体下侧壁的两侧均固定连接有支撑板，所述支撑板的下侧壁通过轴承转动连接有第二转动杆，所述第二转动杆的表面固定连接有第二皮带轮，所述第二皮带轮的表面通过皮带与第一皮带轮的表面传动连接，所述第二转动杆的两端均固定连接有滚轮。

优选的，所述搅拌箱的上侧壁固定连接有第二电机，并且第二电机的输出端通过联轴器固定连接有搅拌杆，并且搅拌杆的底端贯穿搅拌箱并延伸至箱体的内腔，所述搅拌杆延伸至搅拌箱内腔的底端与搅拌箱内腔的下侧壁转动连接，所述搅拌杆的表面固定连接有搅拌棒，所述搅拌箱内腔的上侧壁与下侧壁之间固定连接有过滤网板。

优选的，所述箱体的上侧壁且位于搅拌箱的左侧壁固定连接有第三电机，所述第三电机的输出端通过联轴器固定连接有第三转动杆，所述第三转动杆的底端贯穿箱体并延伸至箱体的底部，所述第三转动杆延伸至箱体底部的底端固定连接有除草刀组。

优选的，所述箱体的上侧壁且位于第三电机的左侧壁固定连接有中央处理器，所述箱体的上侧壁且位于中央处理器的左侧壁固定连接有药水箱，所述箱体的上侧壁且位于中央处理器的一侧固定连接有红外线传感器，所述箱体的上侧壁且位于中央处理器的另一侧固定连接有控制箱。

优选的，所述药水箱的上侧壁连通有导水管，所述导水管远离药水箱的一端贯穿搅拌箱并延伸至搅拌箱的内腔。

优选的，所述箱体的下侧壁固定连接有喷头，所述箱体的下侧壁且位于喷头的一侧固定连接有导向轮，所述箱体的右侧壁通过连接块固定连接有推杆。

优选的，所述红外线传感器的输出端和数据比较器的输入端连接，所述数据比较器的输出端和信息采集模块的输入端连接，所述信息采集模块的输出端和中央处理器的输入端连接，所述中央处理器的输出端分别与数据比较器、第一电机、第二电机、第三电机和导向轮的输入端连接，所述控制箱的输出端与中央处理器的输入端连接，所述控制箱、红外线传感器和中央处理器的输入端均与电源模块的输出端电性连接。

优选的，所述信息采集模块包括位移传感器、左角度传感器和右角度传感器。

优选的，所述除草刀组由铲草刀安装盘和4片铲草刀构成，每片铲草刀的形状均相同，其形状为变异的空间马鞍面的一部分，在笛卡尔右手坐标系下经过空间点(4.96,0,0)，其曲面方程式在笛卡尔右手坐标系下为：

优选的，所述铲草刀入土侧的刃口形状为仿农田害虫二点委夜蛾[Athetislepigone(Moschler)]的口器外缘轮廓曲线设计，铲草刀自安装端沿径向的第1段刃口形状在笛卡尔右手坐标系下的空间曲线方程为：

铲草刀自安装端沿径向的第2段刃口形状在笛卡尔右手坐标系下的空间曲线方程为：

铲草刀自安装端沿径向的第3段刃口形状在笛卡尔右手坐标系下的空间曲线方程为：

铲草刀自安装端沿径向的第4段刃口形状在笛卡尔右手坐标系下的空间曲线方程为：

铲草刀自安装端沿径向的第5段刃口形状在笛卡尔右手坐标系下的空间曲线方程为：

(三)有益效果

本发明提供了一种具有自动对行功能的油莎豆智能行间除草机。与现有技术相比具备以下有益效果：支撑板的下侧壁通过轴承转动连接有第二转动杆，第二转动杆的表面固定连接有第二皮带轮，第二皮带轮的表面通过皮带与第一皮带轮的表面传动连接，第二转动杆的两端均固定连接有滚轮，实现油莎豆智能行间除草机在行进过程中的自动对行功能，进一步提高了油莎豆除草机械自动化水平和作业性能，在除草刀组工作的同时喷洒农药，使其除草更加彻底，提高了除草的效果，操作简单方便，适于广泛使用。

通过在导向轮上设置左角度传感器和右角度传感器，开始除草时，红外线传感器根据左角度传感器和右角度传感器输出垄侧面偏移角度，从而调整除草机作业线路，带动导向轮左右转动，使除草位置始终对准垄的中间位置同时位移传感器将导向轮的位移实时反馈给中央处理器，中央处理器根据实时测的信号判断偏转角度是否达到要求，构成对行闭环控制系统，从而实现除草机行进过程中的自动对行功能。

铲草刀的形状为变异的空间马鞍面的一部分，这使得铲草刀的入土阻力更小，铲草的同时兼具有松土的功能。二点委夜蛾在长期自然进化过程中，形成了极强的啃噬地表之下农作物及杂草根茎的能力，因此基于仿生学的设计思想，根据二点委夜蛾口器的外缘轮廓空间曲线设计铲草刀的切割刃口，可以达到提高除草机杂草除净率的有益效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的后侧示意图；

图3为本发明系统结构的原理框图；

图4为本发明信息采集模块的原理框图；

图5为本发明中的除草刀组结构示意图；

图6为本发明中的铲草刀结构示意图。

图中：1、箱体；2、搅拌箱；3、第一电机；4、第一转动杆；5、第一皮带轮；6、支撑板；7、第二转动杆；8、第二皮带轮；9、皮带；10、滚轮；11、第二电机；12、搅拌杆；13、搅拌棒；14、过滤网板；15、第三电机；16、第三转动杆；17、除草刀组；18、中央处理器；19、药水箱；20、红外线传感器；21、控制箱；22、导水管；23、喷头；24、导向轮；25、推杆；26、数据比较器；27、信息采集模块；28、电源模块；29、位移传感器；30、左角度传感器；31、右角度传感器；32、铲草刀安装盘；33、铲草刀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明实施例提供一种技术方案：一种具有自动对行功能的油莎豆智能行间除草机，包括箱体1和搅拌箱2，箱体1的上侧壁与搅拌箱2的下侧壁固定连接，箱体1内腔的上侧壁和下侧壁之间固定连接有第一电机3，第一电机3的输出端通过联轴器固定连接有第一转动杆4，第一转动杆4远离第一电机3的一端通过轴承与箱体1内腔的左侧壁转动连接，第一转动杆4的表面固定连接有第一皮带轮5，箱体1下侧壁的两侧均固定连接有支撑板6，支撑板6的下侧壁通过轴承转动连接有第二转动杆7，第二转动杆7的表面固定连接有第二皮带轮8，第二皮带轮8的表面通过皮带9与第一皮带轮5的表面传动连接，第二转动杆7的两端均固定连接有滚轮10。

搅拌箱2的上侧壁固定连接有第二电机11，并且第二电机11的输出端通过联轴器固定连接有搅拌杆12，并且搅拌杆12的底端贯穿搅拌箱2并延伸至箱体1的内腔，搅拌杆12延伸至搅拌箱2内腔的底端与搅拌箱2内腔的下侧壁转动连接，搅拌杆12的表面固定连接有搅拌棒13，搅拌箱2内腔的上侧壁与下侧壁之间固定连接有过滤网板14。

箱体1的上侧壁且位于搅拌箱2的左侧壁固定连接有第三电机15，第三电机15的输出端通过联轴器固定连接有第三转动杆16，第三转动杆16的底端贯穿箱体1并延伸至箱体1的底部，第三转动杆16延伸至箱体1底部的底端固定连接有除草刀组17。

箱体1的上侧壁且位于第三电机15的左侧壁固定连接有中央处理器18，中央处理器18型号为AMD Athlon 64X24800+2.5GHz，作为计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元，箱体1的上侧壁且位于中央处理器18的左侧壁固定连接有药水箱19，箱体1的上侧壁且位于中央处理器18的一侧固定连接有红外线传感器20，箱体1的上侧壁且位于中央处理器18的另一侧固定连接有控制箱21。

药水箱19的上侧壁连通有导水管22，导水管22远离药水箱19的一端贯穿搅拌箱2并延伸至搅拌箱2的内腔，药水箱19内腔设置有水泵。

箱体1的下侧壁固定连接有喷头23，箱体1的下侧壁且位于喷头23的一侧固定连接有导向轮24，箱体1的右侧壁通过连接块固定连接有推杆25，喷头23通过连接软管与搅拌箱的右侧壁连通。

红外线传感器20的输出端和数据比较器26的输入端连接，数据比较器26的输出端和信息采集模块27的输入端连接，信息采集模块27的输出端和中央处理器18的输入端连接，中央处理器18的输出端分别与数据比较器26、第一电机3、第二电机11、第三电机15和导向轮24的输入端连接，控制箱21的输出端与中央处理器18的输入端连接，控制箱21、红外线传感器20和中央处理器18的输入端均与电源模块28的输出端电性连接。

信息采集模块27包括位移传感器29、左角度传感器30和右角度传感器31，位移传感器29的型号为IFRM，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。

如图5所示，除草刀组17由铲草刀安装盘32和4片铲草刀33组成，每片铲草刀33的形状均相同，其形状为变异的空间马鞍面的一部分，在笛卡尔右手坐标系下经过空间点(4.96,0,0)，其曲面方程式在笛卡尔右手坐标系下为：

如图6所示，铲草刀33入土侧的刃口形状为仿农田害虫二点委夜蛾[Athetislepigone(Moschler)]的口器外缘轮廓曲线设计，铲草刀33自安装端沿径向的第1段(对应图6中的ABC段)刃口形状在笛卡尔右手坐标系下的空间曲线方程为：

铲草刀33自安装端沿径向的第2段(对应图6中的CDE段)刃口形状在笛卡尔右手坐标系下的空间曲线方程为：

铲草刀33自安装端沿径向的第3段(对应图6中的EFG段)刃口形状在笛卡尔右手坐标系下的空间曲线方程为：

铲草刀33自安装端沿径向的第4段(对应图6中的GHI段)刃口形状在笛卡尔右手坐标系下的空间曲线方程为：

铲草刀33自安装端沿径向的第5段(对应图6中的IJK段)刃口形状在笛卡尔右手坐标系下的空间曲线方程为：

使用时，通过在导向轮24上设置左角度传感器30和右角度传感器31，开始除草时，红外线传感器20根据左角度传感器30和右角度传感器31输出垄侧面偏移角度，红外线传感器20实现除草机作业线路调整，带动导向轮24左右转动，使除草位置始终对准垄的中间位置，同时控制箱21启动第一电机3，第一电机3转动带动第一皮带轮5转动，第一皮带轮5转动带动皮带9转动，皮带9转动带动第二皮带轮8转动，第二皮带轮8转动带动第二转动杆7转动，第二转动杆7转动带动滚轮10转动，同时位移传感器29将导向轮24位移实时反馈给中央处理器18，中央处理器18根据实时测的信号判断偏转角度是否达到要求，构成对行闭环控制系统，从而实现除草机行进过程中的自动对行功能。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种具有自动对行功能的油莎豆智能行间除草机，包括箱体（1）和搅拌箱（2），所述箱体（1）的上侧壁与搅拌箱（2）的下侧壁固定连接，所述箱体（1）内腔的上侧壁和下侧壁之间固定连接有第一电机（3），所述第一电机（3）的输出端通过联轴器固定连接有第一转动杆（4），所述第一转动杆（4）远离第一电机（3）的一端通过轴承与箱体（1）内腔的左侧壁转动连接，所述第一转动杆（4）的表面固定连接有第一皮带轮（5），所述箱体（1）下侧壁的两侧均固定连接有支撑板（6），所述支撑板（6）的下侧壁通过轴承转动连接有第二转动杆（7），所述第二转动杆（7）的表面固定连接有第二皮带轮（8），所述第二皮带轮（8）的表面通过皮带（9）与第一皮带轮（5）的表面传动连接，所述第二转动杆（7）的两端均固定连接有滚轮（10），所述搅拌箱（2）的顶部固定连接有第二电机（11），并且第二电机（11）的输出端通过联轴器固定连接有搅拌杆（12），并且搅拌杆（12）的底端贯穿搅拌箱（2）并延伸至箱体（1）的内腔，所述搅拌杆（12）延伸至搅拌箱（2）内腔的底端与搅拌箱（2）内腔的下侧壁转动连接，所述搅拌杆（12）的表面固定连接有搅拌棒（13），所述搅拌箱（2）内腔的上侧壁与下侧壁之间固定连接有过滤网板（14），所述箱体（1）的上侧壁且位于搅拌箱（2）的左侧壁固定连接有第三电机（15），所述第三电机（15）的输出端通过联轴器固定连接有第三转动杆（16），所述第三转动杆（16）的底端贯穿箱体（1）并延伸至箱体（1）的底部，所述第三转动杆（16）延伸至箱体（1）底部的底端固定连接有除草刀组（17），所述箱体（1）的上侧壁且位于第三电机（15）的左侧壁固定连接有中央处理器（18），所述箱体（1）的上侧壁且位于中央处理器（18）的左侧壁固定连接有药水箱（19），所述箱体（1）的上侧壁且位于中央处理器（18）的一侧固定连接有红外线传感器（20），所述箱体（1）的上侧壁且位于中央处理器（18）的另一侧固定连接有控制箱（21），所述药水箱（19）的上侧壁连通有导水管（22），所述导水管（22）远离药水箱（19）的一端贯穿搅拌箱（2）并延伸至搅拌箱（2）的内腔，所述箱体（1）的下侧壁固定连接有喷头（23），所述箱体（1）的下侧壁且位于喷头（23）的一侧固定连接有导向轮（24），所述箱体（1）的右侧壁通过连接块固定连接有推杆（25），所述红外线传感器（20）的输出端和数据比较器（26）的输入端连接，所述数据比较器（26）的输出端和信息采集模块（27）的输入端连接，所述信息采集模块（27）的输出端和中央处理器（18）的输入端连接，所述中央处理器（18）的输出端分别与数据比较器（26）、第一电机（3）、第二电机（11）、第三电机（15）和导向轮（24）的输入端连接，所述控制箱（21）的输出端与中央处理器（18）的输入端连接，所述控制箱（21）、红外线传感器（20）和中央处理器（18）的输入端均与电源模块（28）的输出端电性连接，所述信息采集模块（27）包括位移传感器（29）、左角度传感器（30）和右角度传感器（31），其特征在于：所述除草刀组（17）由铲草刀安装盘（32）和4片铲草刀（33）组成，每片铲草刀（33）的形状均相同，其形状为变异的空间马鞍面的一部分，在笛卡尔右手坐标系下经过空间点（4.96,0,0），其曲面方程式在笛卡尔右手坐标系下为：

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所述铲草刀（33）入土侧的刃口形状为仿农田害虫二点委夜蛾[Athetis lepigone (Moschler）]的口器外缘轮廓曲线设计，铲草刀（33）自安装端沿径向的第1段刃口形状在笛卡尔右手坐标系下的空间曲线方程为：

铲草刀（33）自安装端沿径向的第2段刃口形状在笛卡尔右手坐标系下的空间曲线方程为：

铲草刀（33）自安装端沿径向的第3段刃口形状在笛卡尔右手坐标系下的空间曲线方程为：

铲草刀（33）自安装端沿径向的第4段刃口形状在笛卡尔右手坐标系下的空间曲线方程为：

铲草刀（33）自安装端沿径向的第5段刃口形状在笛卡尔右手坐标系下的空间曲线方程为：

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