CN114946286B - 甘薯垄体除草机的自适应仿形调控装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种甘薯垄体除草机的自适应仿形调控装置及方法，其包括主座体、滑动座以及仿形装置；滑动座用于安装除草机构；仿形装置包括仿形机构，仿形机构包括机构座体，机构座体上安装有两个分别带有探测轮的转动杆；仿形装置还包括驱动机构，驱动机构连接滑动座与主座体；机构座体上具有向下延伸的中间杆；两个转动杆分别转动安装在中间杆的左右两侧，且每个转动杆与中间杆之间均设置有弹性元件以及检测传感器；检测传感器与驱动机构均连接控制单元。本发明中，通过设置检测传感器、控制单元以及驱动机构，控制单元根据检测传感器采集的数据控制驱动机构驱动滑动座运动，达到控制除草机构自动对垄的目的，可有效提升除草效果。

Description

甘薯垄体除草机的自适应仿形调控装置及方法

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，特别是涉及一种甘薯垄体除草机的自适应仿形调控装置及方法。

背景技术

近年来因甘薯除草剂施用量大、施用不规范导致甘薯绝产、农药残留高等问题时有发生，严重影响甘薯种植效益、危及生命安全。同时甘薯生长期垄体易坍塌，严重影响作物品质与产量。为了减少农药的使用，需要及时对甘薯垄体进行除草，为了使除草机构适应垄形进行自动对垄，现有技术中一般依靠复杂的图像识别和机器视觉功能对作物行进行识别定位，成本高难度大。

现有技术中，也有依靠机械结构实现对垄的技术，专利CN215453820U中公开了花生小垄双行交错种植仿形镇压工作装置，其包括垄侧仿形机构，垄侧仿形机构包括导向辊机构，导向辊机构包括导向辊架、导向辊轴和导向辊，工作时，两侧导向辊骑跨在垄侧上，并沿两侧垄侧滚动，在主压缩弹簧、副压缩弹簧及拉伸弹簧作用下，带动其上连接的连接销轴沿条形孔滑动，实现垄侧仿形。该专利中，导向辊机构实质上起的是导正作用，通过使导向辊机构骑跨在垄体上，使得导向辊机构带着镇压装置运动，实现仿形，这种方案中，由于导向辊机构需要带着镇压机构运动，使得导向辊机构只能以较低的速度运转，不然，若运动惯性过大，导向辊机构会失去导向作用。专利CN215453819U也采用了类似原理。

专利CN102884965A公开了一种揭膜机垄形自适应调节装置，其包括机架，在机架下方设置有限深轮，揭膜机的揭膜部件铰接固定在机架的一侧或两侧，在揭膜部件下方设有仿形轮，揭膜部件与机架通过收缩挂臂连接。该专利中，通过直接在揭膜部件上设置仿形轮，并设置收缩挂臂实现揭膜部件的仿形，但是这种直接将限深轮安装在作业部件上的方式不适用于需要对土壤进行翻动进行除草的除草机。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种成本低、限制少、仿形效果好的甘薯垄体除草机的自适应仿形调控装置及方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明的甘薯垄体除草机的自适应仿形调控装置，其包括主座体、滑动座以及仿形装置；所述滑动座上安装有除草机构，且其能够在所述主座体上横向滑动；

所述仿形装置包括仿形机构，所述仿形机构包括机构座体，所述机构座体上安装有两个分别带有探测轮的转动杆；

所述仿形装置还包括驱动机构，所述驱动机构连接所述滑动座与所述主座体；

所述机构座体上具有向下延伸的中间杆；两个所述转动杆分别转动安装在所述中间杆的左右两侧，且每个所述转动杆与所述中间杆之间均设置有弹性元件以及用于检测角度或位移数据的检测传感器；

所述检测传感器与所述驱动机构均连接控制单元。

进一步地，所述转动杆从上到下包括第一延伸部与第二延伸部，所述第一延伸部偏离于所述中间杆向侧方倾斜延伸；所述第二延伸部以所述第一延伸部的下端为起点向侧后方倾斜延伸；所述探测轮转动安装在所述第二延伸部的末端。

进一步地，所述仿形机构安装在所述滑动座上。

进一步地，所述检测传感器为激光测距传感器，其安装在所述中间杆的下端。

进一步地，所述驱动机构为液压缸。

甘薯垄体除草机的自适应仿形调控方法，其应用于上述甘薯垄体除草机的自适应仿形调控装置，并由所述控制单元实施，所述方法包括：

获取对应于两个所述转动杆的两个所述检测传感器的采集数据；

根据所述采集数据控制所述驱动机构运转以控制所述滑动座相对于所述主座体滑动。

进一步地，所述仿形机构安装在所述滑动座上；所述根据所述采集数据控制所述驱动机构运转以控制所述滑动座相对于所述主座体滑动具体包括：

计算两个所述检测传感器的采集数据之间的差值；

判断所述差值是否在设定阈值内；

当所述差值在设定阈值内，保持所述滑动座与所述主座体的相对位置；

当所述差值超出设定阈值，控制所述驱动机构运转以控制所述滑动座相对于所述主座体滑动对所述滑动座的位置进行修正。

有益效果：本发明的甘薯垄体除草机的自适应仿形调控装置及方法中，仿形机构起到探测垄沟走向的作用，并不直接带着除草机构进行仿形运动，另外通过设置检测传感器、控制单元以及驱动机构，检测传感器将仿形机构的变形情况数据化，控制单元根据检测传感器采集的数据控制驱动机构驱动滑动座运动，达到控制除草机构自动对垄的目的，可有效提升除草效果。

附图说明

图1为甘薯垄体除草机的自适应仿形调控装置的结构图；

图2为仿形机构的结构图；

图3为控制系统的构成示意图；

图4为除草机构的结构图。

图中：1-主座体；2-滑动座；3-仿形装置；31-仿形机构；311-机构座体；312-探测轮；313-转动杆；a-第一延伸部；b-第二延伸部；314-弹性元件；315-检测传感器；316-中间杆；32-驱动机构；33-控制单元；4-除草机构；41-旋转座；42-垄侧除草刀；421-三角刀架；422-第一刀体；43-垄底除草刀；431-刀柄；432-第二刀体；c-尖头铲体部；d-增宽部。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示的甘薯垄体除草机的自适应仿形调控装置，其包括主座体1、滑动座2、仿形装置3以及除草机构4；所述滑动座2用于安装除草机构4，且其能够在所述主座体1上横向滑动；所述仿形装置3包括仿形机构31，如图2所示，所述仿形机构31包括机构座体311，所述机构座体311上安装有两个分别带有探测轮312的转动杆313；所述仿形装置3还包括驱动机构32，所述驱动机构32连接所述滑动座2与所述主座体1，本实施例中，所述驱动机构32为液压缸。所述机构座体311上具有向下延伸的中间杆316；两个所述转动杆313分别转动安装在所述中间杆316的左右两侧，且每个所述转动杆313与所述中间杆316之间均设置有弹性元件314以及用于检测角度或位移数据的检测传感器315；如图3所示，所述检测传感器315与所述驱动机构32均连接控制单元33。

运行时，安装在滑动座2上的除草机构4在两个垄体之间的垄沟内进行除草作业，仿形机构31的下端也伸入垄沟内，仿形机构31包含的两个探测轮312分别与垄沟的左右两个侧壁接触，弹性元件314的作用力使得探测轮312不会脱离沟壁，且转动杆313与探测轮312能够顺应垄沟侧壁的走向及凹凸变化进行自适应调整，转动杆313相对于中间杆316转动时，控制单元33单元能够根据检测传感器315的采集数据获知中间杆316的转动情况，据此通过驱动机构32调节滑动座2运动，实现除草机构4的自动对垄。

本实施例中，所述检测传感器315为激光测距传感器，其安装在所述中间杆316的下端，由于中间杆316的向下延伸长度较长，激光测距传感器与对应的转动杆313上对应的点之间的距离较远，如此根据激光测距传感器检测的距离与激光测距传感器的向下安装距离(中间杆316与转动杆313的铰接点到激光测距传感器的安装位置之间的距离)计算得到的转动杆313相对于中间杆316的角度误差很小，这是因为激光测距传感器与对应的转动杆313上对应的点之间的距离较远，可摊薄检测误差，相比于直接用角度传感器测量角度，精度高很多。

上述结构中，仿形机构31独立运行，其只起到探测垄体之间垄沟的走向的作用，为了实现除草机构4的自动对垄，在滑动座2与主座体1之间设置驱动机构32，利用驱动机构32驱动两者的相对滑动，如此，仿形机构31只负责探测任务从而产生探测数据，具体的对垄操作由控制单元33控制驱动机构32执行，作业效果不受机具前进速度影响，相比于专利CN215453820U的方案，本发明的方案不会存在机具运动速度较大时运动惯性过大导致仿形失效的问题。

所述转动杆313从上到下包括第一延伸部a与第二延伸部b，所述第一延伸部a偏离于所述中间杆316向侧方倾斜延伸；所述第二延伸部b以所述第一延伸部a的下端为起点向侧后方倾斜延伸；所述探测轮312转动安装在所述第二延伸部b的末端。采用上述结构，若垄沟侧壁上有较大凸起，由于探测轮312安装在中间杆316的斜后方，且转动杆313延伸长度较长具有一定的弹性，可有效缓冲机械冲击，防止转动杆313受冲击弯曲或断裂。

本实施例中，所述仿形机构31安装在所述滑动座2上，采用这种方式控制较为简单，且能够保证仿形机构31也能在对垄调节中被居中。在其他实施例中，仿形机构31也可以直接安装在主座体1上。

如图4所示，除草机构4包括旋转座41、垄侧除草刀42以及垄底除草刀43，垄侧除草刀42及垄底除草刀43的数量均为多个，且两者分别围绕旋转座41组成圆周阵列；垄侧除草刀42包括固定在旋转座41上的三角刀架421，三角刀架421具有朝外的斜边，所述斜边上直线阵列固定有第一刀体422，第一刀体422为方形片状，且第一刀体422与斜边接触的侧边相对于斜边的延伸方向倾斜。通过上述垄侧除草刀42，三角刀架421的斜边与垄体的侧边的斜度契合，旋转座41旋转时，第一刀体422能够将沿途的垄侧表层土壤充分破碎，从而将附着在垄侧的杂草除去，由于第一刀体422相对于斜边倾斜，可更进一步提升破土效率。

垄底除草刀43包括刀柄431与第二刀体432，第二刀体432整体为板状，第二刀体432具有前后设置的尖头铲体部c以及增宽部d，尖头铲体部c为从前向后逐渐加宽的结构，增宽部d从尖头铲体部c的后端最宽处阶跃变宽，使得尖头铲体部c后端与增宽部d前端之间形成台阶。此外，尖头铲体部c与增宽部d均为立体形状，两者均包含垂直于旋转座41的轴向的平面部以及由平面部向远离垄侧除草刀42的方向弯曲的弯曲部。通过上述结构，旋转座41旋转时，第二刀体432先作用于垄底的土层将土壤铲起，增宽部d扩大被铲起土层的面积，如此，通过铲土进行除草，除草效率高且效果好。

上述除草机构4的结构配合上述自适应调控系统可达到更好的除草效果。

此外，主座体1上位于除草机构4的后方还设置有培土件5，由于除草机构4除草时将垄侧与垄底的土壤破碎翻起，培土件5在后侧可将垄体进行重新整饰。

基于上述仿形调控装置，本发明还提供了一种甘薯垄体除草机的自适应仿形调控方法，该方法由所述控制单元33实施，所述方法包括如下步骤：

步骤1)，获取对应于两个所述转动杆313的两个所述检测传感器315的采集数据；

步骤2)，根据所述采集数据控制所述驱动机构32运转以控制所述滑动座2相对于所述主座体1滑动。

上述步骤1)与步骤2)循环运行，以使得对除草机构4的自动对垄调节持续进行。

具体地，上述步骤2)具体包括：

步骤2.1)，计算两个所述检测传感器315的采集数据之间的差值；

步骤2.2)，判断所述差值是否在设定阈值内，是则进入步骤2.3)，否则进入步骤2.4)；

步骤2.3)，保持当前所述滑动座2与所述主座体1的相对位置；

步骤2.4)，控制所述驱动机构32运转以控制所述滑动座2相对于所述主座体1滑动对所述滑动座2的位置进行修正。

上述过程中，根据差值判断两侧的转动杆313是否相对于中间杆316大致对称，以判断是否对垄，逻辑简单，且对垄效果好。

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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.甘薯垄体除草机的自适应仿形调控装置，其包括主座体（1）、滑动座（2）以及仿形装置（3），所述滑动座（2）上安装有能在两个垄体之间的垄沟内进行除草作业的除草机构（4）；所述仿形装置（3）包括仿形机构（31），所述仿形机构（31）包括机构座体（311），所述机构座体（311）上安装有两个分别带有探测轮（312）的转动杆（313）；其特征在于：

所述仿形装置（3）还包括驱动机构（32），所述驱动机构（32）连接所述滑动座（2）与所述主座体（1）且能够驱动所述滑动座在所述主座体（1）上横向滑动；所述机构座体（311）上具有向下延伸的中间杆（316），两个所述转动杆（313）分别转动安装在所述中间杆（316）的左右两侧，且每个所述转动杆（313）与所述中间杆（316）之间均设置有弹性元件（314），两个所述探测轮（312）能够分别与垄沟的左右两个侧壁接触，所述弹性元件（314）使得所述探测轮（312）不会脱离沟壁；所述中间杆（316）的下端两侧均安装有激光测距传感器，用于检测与对应侧的所述转动杆（313）之间的距离；

所述激光测距传感器与所述驱动机构（32）均连接控制单元（33），所述控制单元能够根据所述激光测距传感器的采集数据获知所述转动杆的转动情况，据此通过所述驱动机构驱动所述滑动座滑动，实现所述除草机构的自动对垄。

2.根据权利要求1所述的甘薯垄体除草机的自适应仿形调控装置，其特征在于，所述转动杆（313）从上到下包括第一延伸部（a）与第二延伸部（b），所述第一延伸部（a）偏离于所述中间杆（316）向侧方倾斜延伸；所述第二延伸部（b）以所述第一延伸部（a）的下端为起点向侧后方倾斜延伸；所述探测轮（312）转动安装在所述第二延伸部（b）的末端。

3.根据权利要求1所述的甘薯垄体除草机的自适应仿形调控装置，其特征在于，所述仿形机构（31）安装在所述滑动座（2）上。

4.根据权利要求1所述的甘薯垄体除草机的自适应仿形调控装置，其特征在于，所述驱动机构（32）为液压缸。

5.甘薯垄体除草机的自适应仿形调控方法，其应用于权利要求1-4任一项所述的甘薯垄体除草机的自适应仿形调控装置，并由所述控制单元（33）实施，其特征在于，所述方法包括：

获取对应于两个所述转动杆（313）的两个所述激光测距传感器的采集数据；

根据所述采集数据控制所述驱动机构（32）运转以控制所述滑动座（2）相对于所述主座体（1）滑动。

6.根据权利要求5所述的甘薯垄体除草机的自适应仿形调控方法，其特征在于，所述仿形机构（31）安装在所述滑动座（2）上；所述根据所述采集数据控制所述驱动机构（32）运转以控制所述滑动座（2）相对于所述主座体（1）滑动具体包括：

计算两个所述激光测距传感器的采集数据之间的差值；

判断所述差值是否在设定阈值内；

当所述差值在设定阈值内，保持所述滑动座（2）与所述主座体（1）的相对位置；

当所述差值超出设定阈值，控制所述驱动机构（32）运转以控制所述滑动座（2）相对于所述主座体（1）滑动对所述滑动座（2）的位置进行修正。

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