CN114097340B - 一种秸秆切割高度自动调节装置及控制方法 - Google Patents

一种秸秆切割高度自动调节装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种秸秆切割高度自动调节装置，包括图像采集机构、切割机构、控制单元和执行机构，所述图像采集机构与控制单元信号连接，所述控制单元与执行机构信号连接；所述切割机构包括固定轴，所述固定轴上设置有多个碎茬单元，所述碎茬单元包括与固定轴同轴设置的可伸缩圆环体，所述可伸缩圆环体上固定连接有碎茬刀刀柄，所述碎茬刀刀柄可拆卸连接有碎茬刀，所述执行机构接收控制信号后驱动可伸缩圆环体进行径向伸缩,将碎茬刀调节到目标工作位置。本发明适用于解决现有技术中碎茬刀无法根据农田地面的凹凸度对秸秆进行切割粉碎的，能够达到使碎茬刀能够根据农田地面不同的凹凸度对秸秆进行较好的切割粉碎的技术效果。

Description

一种秸秆切割高度自动调节装置及控制方法
技术领域
本发明涉及一种秸秆切割高度自动调节装置及控制方法，属于农耕机械技术领域。
背景技术
保护性耕作技术是目前我国着力推广的耕种方式，30%农作物残茬被留在田间，造成大量的秸秆留存，秸秆的利用方式已成为当前农业机械领域的研究热点。免耕播种机是集秸秆还田、耕作播种于一身的特性使其成为进行保护性耕种的首选机器，其包括播种箱、镇压辊、旋耕刀、粉碎刀等组成部分，在使用时，粉碎刀先粉碎秸秆，然后秸秆会被抛入分流通道并排至农田地面，旋耕刀耕作铺有秸秆茬的土壤，最后镇压轮把土壤压平。
然而由于农田地面不平度差异较大、作业环境复杂使得免耕播种机的碎茬刀碎茬能力下降，大量粉碎不充分的长、韧秸秆被抛入旋耕刀轴作业范围内，造成旋耕刀轴堵塞，机具无法正常工作,大大降低了耕种效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供种秸秆切割高度自动调节装置及控制方法，用于解决现有技术中碎茬刀无法根据农田地面的凹凸度对秸秆进行切割粉碎的问题。
为解决上述技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的：一种秸秆切割高度自动调节装置，包括图像采集机构、切割机构、控制单元和执行机构，所述图像采集机构与控制单元信号连接，所述控制单元与执行机构信号连接；所述切割机构包括固定轴，所述固定轴上设置有多个碎茬单元，所述碎茬单元包括与固定轴同轴设置的可伸缩圆环体，所述可伸缩圆环体上固定连接有碎茬刀刀柄，所述碎茬刀刀柄可拆卸连接有碎茬刀，所述执行机构接收控制信号后驱动可伸缩圆环体进行径向伸缩,将碎茬刀调节到目标工作位置。
优选的，所述可伸缩圆环体由多个一端空心一端实心的圆环件依次首尾相接组成。
优选的，所述执行机构为电动推杆，所述电动推杆安装于固定轴上，所述电动推杆的输出端与圆环件内壁固定连接。
优选的，所述固定轴上固定连接有用于限位可伸缩圆环体的限位圆环体，所述限位圆环体与可伸缩圆环体同轴设置。
优选的，所述固定轴上还固定连接有限位保护套，所述限位保护套与固定轴同轴设置，所述限位保护套上开设有供碎茬刀刀柄露出的开口。
优选的，所述限位保护套上固定连接有碎茬刀。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：该秸秆切割高度自动调节装置，通过设置的图像采集机构采集固定轴和碎茬刀的实时图像，并利用控制单元对图像进行数据化计算可处理，将最终计算结果输出给执行机构，利用执行机构带动可伸缩圆环体进行相应的伸缩变换，进而带动调节可伸缩圆环体上的碎茬刀的高度，使碎茬刀能够根据农田地面不同的凹凸度对秸秆进行较好的切割粉碎。
一种秸秆切割高度自动调节装置的控制方法，包括以下步骤：所述图像采集机构实时采集免耕播种机作业图像并传递给控制单元，控制单元对图像采集机构收集到的实时图像进行数据化处理并计算获得当前碎茬刀的离地高度，然后计算出目标待割位置和当前碎茬刀位置的差值E，随后根据E的正负和大小计算出执行机构的伸缩量，向执行机构发送信号；执行机构进行相应的伸缩以带动可伸缩圆环体进行径向伸缩，使得与可伸缩圆环体相连接的碎茬刀高度得到调节，将碎茬刀调到目标工作位置。
优选的，还包括前期实验的步骤，所述前期实验具体为：使用所述图像采集机构采集一定时长的免耕播种机作业图像，并利用控制单元对图像样本进行数据化处理，采用深度学习的方式进行阈值划分，根据固定轴和土地的明显色彩差异将固定轴处理为红色像素点，土壤为黑色像素点，并计算出图像中的高度差，结合人工测量出的实际高度得到图像中的高度差和实际高度差的线性映射关系，图像高度差为hp，通过计算图像高度差hp即可获得实际高度差hc。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明基于图像采集机构，实时获取免耕播种机的碎茬作业高度传输给控制单元，控制单元计算出目标秸秆位置与当前碎茬刀位置误差，控制执行机构径向调节可伸缩圆环体，使得与可伸缩圆环体相连接的碎茬刀高度得到调节，来实现机器碎茬作业高度的实时调控，保证碎茬高度相对不变，维持碎茬能力，降低长、韧秸秆的出现概率，降低机具堵塞的风险。
附图说明
图1是本发明实施例固定轴部分结构示意图。
图2是本发明实施例保护套结构示意图。
图3是本发明实施例碎茬单元结构示意图。
图4是本发明实施例碎茬单元结构侧视图。
图5是本发明实施例可伸缩圆环体结构示意图。
图6是现有技术中免耕播种机结构示意图。
图7是本发明实施例方法流程图。
图中：1、固定轴；2、图像采集机构；3、可伸缩圆环体；4、碎茬刀刀柄；5、电动推杆；6、连接块；7、固定块；8、限位圆环体；9、限位保护套；10、圆环件；11、播种箱；12、镇压辊；13、旋耕刀；14、粉碎刀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种秸秆切割高度自动调节装置，包括切割机构、控制单元、执行机构和图6中的图像采集机构2，具体的，所述图像采集机构2为双目摄像机，所述图像采集机构2与控制单元信号连接，所述控制单元与执行机构信号连接。
如图3、图4所示，所述切割机构包括固定轴1，所述固定轴1上设置有多个碎茬单元，所述碎茬单元包括与固定轴1同轴设置的可伸缩圆环体3，所述可伸缩圆环体3上固定连接有碎茬刀刀柄4，所述碎茬刀刀柄4可拆卸连接有碎茬刀，本实施例中每个碎茬单元由两个可伸缩圆环体3组成。所述执行机构接收控制信号后驱动可伸缩圆环体3进行径向伸缩，将碎茬刀调节到目标工作位置。具体的，如图5所示，所述可伸缩圆环体3由多个一端空心一端实心的圆环件10依次首尾相接组成，所述圆环件10的空心端与实心端相匹配，且圆环件10的实心端插入相邻圆环件10的空心端一定深度。本实施例中，所述可伸缩圆环体3由三个一端空心一端实心的圆环件10依次首尾相接组成。所述执行机构为电动推杆5，所述电动推杆5通过固定块7固定安装于固定轴1上，所述电动推杆5的输出端与圆环件10内壁固定连接，具体的，所述电动推杆5的输出端与圆环件10内壁通过连接块6固定连接，所述碎茬刀刀柄4与圆环件10外壁固定连接。
所述固定轴1上固定连接有用于限位可伸缩圆环体3的限位圆环体8，所述限位圆环体8与可伸缩圆环体3同轴设置。通过设置的限位圆环体8，使可伸缩圆环体3的伸缩半径能够得到控制调控，进而避免可伸缩圆环体3变形量过大而发生损坏。如图2所示，所述固定轴1上还固定连接有限位保护套9，所述限位保护套9与固定轴1同轴设置，所述限位保护套9上开设有供碎茬刀刀柄4露出的开口。通过设置的限位保护套9，可以降低碎茬进入碎茬单元内的概率，进而使碎茬单元能够正常工作。所述限位保护套9上固定连接有碎茬刀。通过保护套上额外设置的碎茬刀，可以进一步强化碎茬效率并降低安装碎茬单元的成本。
所述控制单元包括计算机和与计算机信号连接的STM32硬件平台，所述图像采集机构2与计算机信号连接，通过计算机对免耕播种机作业图像进行处理和计算，计算机将处理和计算后的的碎茬刀轴离地高度传递给STM32硬件平台；所述STM32硬件平台与执行机构信号连接，STM32硬件平台上预先存储有核定好的固定轴1离地高度，并根据计算机处理和计算后的的碎茬刀轴离地高度值计算出目标待割位置和当前碎茬刀位置的差值E，根据差值E计算出执行机构的伸缩量，所述执行机构接收STM32硬件平台发出的伸缩信号带动可变圆环体进行径向伸缩，将可变圆环体上的碎茬刀调节到目标工作位置。
如图7所示，一种秸秆切割高度自动调节装置的控制方法，包括以下步骤：所述图像采集机构2实时采集免耕播种机作业图像并传递给控制单元，控制单元对图像采集机构2收集到的实时图像进行数据化处理并计算获得当前碎茬刀的离地高度，然后计算出目标待割位置和当前碎茬刀位置的差值E，随后根据E的正负和大小计算出执行机构的伸缩量，向执行机构发送信号；执行机构进行相应的伸缩以带动可伸缩圆环体3进行径向伸缩，使得与可伸缩圆环体3相连接的碎茬刀高度得到调节，将碎茬刀调到目标工作位置。
还包括前期实验的步骤，所述前期实验具体为：使用所述图像采集机构2采集一定时长的免耕播种机作业图像，注意图像采集机构2在免耕播种机上的安装位置和角度不变，并利用控制单元对图像样本进行数据化处理，采用深度学习的方式进行阈值划分，根据固定轴1和土地的明显色彩差异将固定轴1处理为红色像素点，土壤为黑色像素点，并计算出图像中的高度差，结合人工测量出的实际高度得到图像中的高度差和实际高度差的线性映射关系，图像高度差为hp，通过计算图像高度差hp即可获得实际高度差hc。
还包括前期标定的步骤；所述前期标定具体为：观察作业地区秸秆留存量和秸秆类别，根据这些信息确定预设固定轴1离地高度ht并存储入控制单元。具体的，在使用时，所述图像采集机构2实时采集免耕播种机作业图像并传递给计算机，计算机对图像进行处理和计算获得hp，根据映射关系获得当前碎茬刀轴离地高度hc并传递给STM32硬件平台，STM32硬件平台再根据预先设定好的高度ht计算出位置误差E=hc-ht，随后根据E的正负和大小计算出执行机构的伸缩量，向执行机构发送信号；执行机构进行相应的伸缩以带动可伸缩圆环体3进行径向伸缩，使得与可伸缩圆环体3相连接的碎茬刀高度得到调节，将碎茬刀调到目标工作位置。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种秸秆切割高度自动调节装置，其特征在于，包括图像采集机构、切割机构、控制单元和执行机构，所述图像采集机构与控制单元信号连接，所述控制单元与执行机构信号连接；
所述切割机构包括固定轴，所述固定轴上设置有多个碎茬单元，所述碎茬单元包括与固定轴同轴设置的可伸缩圆环体，所述可伸缩圆环体上固定连接有碎茬刀刀柄，所述碎茬刀刀柄可拆卸连接有碎茬刀，所述执行机构接收控制信号后驱动可伸缩圆环体进行径向伸缩,将碎茬刀调节到目标工作位置；
所述可伸缩圆环体由多个一端空心一端实心的圆环件依次首尾相接组成；
所述执行机构为电动推杆，所述电动推杆安装于固定轴上，所述电动推杆的输出端与圆环件内壁固定连接；
所述固定轴上固定连接有用于限位可伸缩圆环体的限位圆环体，所述限位圆环体与可伸缩圆环体同轴设置；
所述固定轴上还固定连接有限位保护套，所述限位保护套与固定轴同轴设置，所述限位保护套上开设有供碎茬刀刀柄露出的开口；
所述限位保护套上固定连接有碎茬刀；
所述控制单元包括计算机和与计算机信号连接的STM32硬件平台，所述图像采集机构与计算机信号连接，所述STM32硬件平台与执行机构信号连接，STM32硬件平台上预先存储有核定好的固定轴离地高度，所述执行机构接收STM32硬件平台发出的伸缩信号带动可变圆环体进行径向伸缩，将可变圆环体上的碎茬刀调节到目标工作位置；
其中，利用执行机构带动可伸缩圆环体进行相应的伸缩变换，进而带动调节可伸缩圆环体上的碎茬刀的高度，使碎茬刀能够根据农田地面不同的凹凸度对秸秆进行切割粉碎。
2.一种根据权利要求1所述秸秆切割高度自动调节装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：所述图像采集机构实时采集免耕播种机作业图像并传递给控制单元，控制单元对图像采集机构收集到的实时图像进行数据化处理并计算获得当前碎茬刀的离地高度，然后计算出目标待割位置和当前碎茬刀位置的差值E，随后根据E的正负和大小计算出执行机构的伸缩量，向执行机构发送信号；执行机构进行相应的伸缩以带动可伸缩圆环体进行径向伸缩，使得与可伸缩圆环体相连接的碎茬刀高度得到调节，将碎茬刀调到目标工作位置。
3.如权利要求2所述的一种秸秆切割高度自动调节装置的控制方法，其特征在于：还包括前期实验的步骤，所述前期实验具体为：使用所述图像采集机构采集一定时长的免耕播种机作业图像，并利用控制单元对图像样本进行数据化处理，采用深度学习的方式进行阈值划分，根据固定轴和土地的明显色彩差异将固定轴处理为红色像素点，土壤为黑色像素点，并计算出图像中的高度差，结合人工测量出的实际高度得到图像中的高度差和实际高度差的线性映射关系，图像高度差为hp，通过计算图像高度差hp即可获得实际高度差hc。
4.如权利要求2所述的一种秸秆切割高度自动调节装置的控制方法，其特征在于：还包括前期标定的步骤；所述前期标定具体为：观察作业地区秸秆留存量和秸秆类别，根据这些信息确定预设固定轴离地高度ht并存储入控制单元。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2830611C (en) * 2013-10-22 2017-02-28 Peter Hugh Barton Scraper with wings for disc furrow opener
CN105573308B (zh) * 2014-10-08 2018-09-07 宝时得科技（中国）有限公司 基于图像检测的割草机及割草机控制方法
CN206728527U (zh) * 2017-02-20 2017-12-12 中国一拖集团有限公司 用于免耕播种机的免耕刀与开垦刀组合机构
CN207269300U (zh) * 2017-08-22 2018-04-27 开化县兴农粮油专业合作社 一种用于水稻种植田的多功能翻耕机器
CN207427823U (zh) * 2017-09-23 2018-06-01 临沂绿动机械有限公司 一种可乘坐式草坪除草机
CN108142022A (zh) * 2018-02-28 2018-06-12 农业部南京农业机械化研究所 一种免耕播种机
CN110121933B (zh) * 2019-05-08 2024-01-19 成都农业科技职业学院 一种除草深度可调的除草装置
CN110547098A (zh) * 2019-10-08 2019-12-10 山东省农业机械科学研究院 一种谷物收获机割台自适应控制装置及方法
CN111837678B (zh) * 2020-06-24 2022-08-23 江苏大学 一种烟草飞行打顶机器人
CN213320980U (zh) * 2020-07-07 2021-06-01 安徽省公路桥梁工程有限公司 一种井盖混凝土一体化环形切割装置
CN212753307U (zh) * 2020-08-10 2021-03-23 华中农业大学 水旱两用高茬秸秆粉碎还田旋耕刀辊
CN213318852U (zh) * 2020-08-18 2021-06-01 湖北翀旭航空科技有限责任公司 一种筒体定位销孔的加工工装

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