JP2023512377A - 空気振動型精密播種ラインの多部材協調動作の制御装置及び方法 - Google Patents
空気振動型精密播種ラインの多部材協調動作の制御装置及び方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
シード吸引トレイが初期位置に配置された後、シード吸引トレイの動作制御部材と播種ラインを起動し、栽培トレイが播種ラインに入る時に、位置決めストッパーを下ろし、シード振動トレイを高周波数で振動させ、修正されたシード層の厚さとシード吸引高さとの関係に従って、シード層の厚さに対応するシード吸引高さを見つけ、シード吸引高さの制御信号を4自由度の機械ハンドへ出力し、制御シード吸引トレイを下ろし、シード吸引トレイがシード吸引位置に到達するまで、真空ポンプを負圧にしてシード吸引を実行する。シード吸引が完了した後、シード振動トレイが低周波数で振動し、シード吸引トレイが上向きに移動し、上部のリミットスイッチがトリガーされた後、シード吸引トレイのシード運搬が右向きに移動し、右リミットスイッチがトリガーされた後、シード吸引トレイが下向きに移動する。シードフィード待機位置のリミットスイッチがトリガーされ、シードを添加する必要がある場合、シード供給モータとシード添加モータを起動し、シードドロップバルブが開く。シード吸引トレイと栽培トレイとの間に相対的な変位がない場合、真空ポンプを負圧にし、シードフィードに追従し始める。シードフィードが完了した後、位置決めストッパーが開き、シード吸引トレイが初期位置に戻る。シード洗浄が必要な場合は、2自由度の回転機械ハンドを起動してシードを洗浄し、シード洗浄が完了した後、次の栽培トレイが入るのを待ち続ける。
2 底土掃き機構
3 穴押え機構
4 可動シード添加部材
5 シード吸引トレイ
6 回転機構
6a 凹形接続部
6b モータ軸
6c 回転モータ
6d 第1のL形接続部
6e 金属板接続部
7 Z軸伝動機構
7a Z軸モータ
7b 上部のリミットスイッチ
7c 第1の滑り子
7d 第2のL形接続部
7e シードフィード待機位置のリミットスイッチ
7f 下部のリミットスイッチ
7g 変位センサーの基台
7h 変位センサーの測棒
7i 金属板接続部の延長板
7j 第3の軸継手
7k 第3の親ねじ
8 X軸伝動機構
8a X軸モータ
8b 第1の軸継手
8c X軸センサーホルダー
8d X軸距離測定センサー
8e 右リミットスイッチ
8f 第1の親ねじ
8g 第2の滑り子
8h 左リミットスイッチ
9 Y軸伝動機構
9a Y軸センサーホルダー
9b Y軸距離測定センサー
9c 第2の親ねじ
9d 横桁
9e 第3の滑り子
9f 最小ストロークリミットスイッチ
9g Y軸モータ
9h 遊星減速機
9i フランジプレート
9j 第2の軸継手
9k 伝動軸
9l 線形モジュール
9m 最大ストロークリミットスイッチ
10 シード振動トレイ
11 シード洗浄部材
12 真空ポンプ
13 フレーム
14 表土覆い機構
15 表土掃き機構
16 散水機構
17 播種ライン
18 CCD測定素子
19 位置決め機構
19a 位置決めホルダー
19b 位置決めストッパー
19c 距離測定センサー
19d モータ軸
19e 第3の軸継手
19f 位置決めモータ
20 第1の光電子センサー
21 栽培トレイ
22 偏向角測定機構
23 第2の光電子センサー
24 シード洗浄針
25 2自由度の回転機械ハンド
26 シード添加機構
27 シード供給伝動機構
28 シード添加モータ
29 シードドロップバルブ
30 シード供給ホッパー
31 移動式シード供給モータ
32 Z形接続部
33 振動モータ
34 クランク接続棒
Claims (10)
- シード吸引トレイの動作制御部材と可動シード添加部材(4)が含まれ、上記の可動シード添加部材(4)とシード吸引トレイの動作制御部材が播種ライン(17)上での穴押え機構(3)と表土覆い機構(14)との間に設けられ、
上記のシード吸引トレイの動作制御部材は、シード吸引トレイ(5)、4自由度の機械ハンド、シード振動トレイ(10)、及び真空ポンプ(12)が含まれ、シード吸引トレイ(5)は、4自由度の機械ハンドに駆使され、直交座標系の任意の位置に移動し、シード吸引トレイ(5)の空気吸入孔は、エアパイプに介して真空ポンプ(12)に接続され、シード振動トレイ(10)は、クランク接続棒(34)に介して振動モータ(33)の出力軸に接続され、
上記の可動シード添加部材(4)は、シード添加機構(26)とシード供給伝動機構(27)が含まれ、シード添加機構(26)は、シード添加モータ(28)、シードドロップバルブ(29)、及びシード供給ホッパー(30)が含まれ、シード添加モータ(28)の出力軸に接続されたシードドロップバルブ(29)の上部は、シード供給ホッパー(30)の底部開口部に密着し、シード供給ホッパー(30)は、Z形接続部(32)に介してシード供給伝動機構(27)の滑り子に固定されており、シード供給伝動機構(27)は、移動式シード供給モータ(31)と線形滑り台モジュールとを4相接続で構成され、
播種ライン(17)のホルダーには、位置決めモータ(19f)に介して位置決めストッパー(19b)が接続されており、位置決めストッパー(19b)に距離測定センサー(19c)が取り付けられ、
穴押え機構(3)は、その末端に第2の光電子センサー(23)が設けられており、偏向角測定機構(22)と第1の光電子センサー(20)は、それぞれシード吸引トレイ(5)が播種ライン(17)の真上に位置する場合の2つの側面角の位置の真下に配置され、
上記の真空ポンプ(12)、振動モータ(33)、位置決めモータ(19f)、シード添加モータ(28)、移動式シード供給モータ(31)、及び4自由度の機械ハンドは、いずれも主制御部によって制御され、主制御部は、距離測定センサー(19c)、第1の光電子センサー(20)、第2の光電子センサー(23)、偏向角測定機構(22)、CCD測定素子(18)、及び4自由度の機械ハンドに設けられた変位及び距離測定センサーによって収集された信号も受信する
ことを特徴とする、空気振動型精密播種ラインの多部材協調動作の制御装置。 - 上記の4自由度の機械ハンドは、回転機構(6)、Z軸伝動機構(7)、X軸伝動機構(8)、及びY軸伝動機構(9)が含まれ、上記の回転機構(6)は、回転モータ(6c)が含まれ、回転モータ(6c)は、第1のL形接続部(6d)に介して金属板接続部(6e)上に固定されており、回転モータ(6c)のモータ軸(6b)は、凹形接続部(6a)に介してシード吸引トレイ(5)を固定することを特徴とする、請求項1に記載の空気振動型精密播種ラインの多部材協調動作の制御装置。
- 上記のZ軸伝動機構(7)は、Z軸モータ(7a)と第2の線形滑り台モジュールを直接接続で組み立てて構成され、第2の線形滑り台モジュールのシェルは、第2のL形接続部(7d)に介してX軸伝動機構(8)の第2の滑り子(8g)に固定され、Z軸モータ(7a)の出力軸は、第3の親ねじ(7k)に接続され、第3の親ねじ(7k)は、第1の滑り子(7c)を貫通して第1のねじ伝動機構を形成し、第1の滑り子(7c)は、さらに金属板接続部(6e)の上端に接続され、金属板接続部(6e)は、延長板に介してZ軸変位センサーの測棒(7h)が固定され、
上記の第2の線形滑り台モジュールのシェルには、上部のリミットスイッチ(7b)、シードフィード待機位置のリミットスイッチ(7e)、及び下部のリミットスイッチ(7f)が垂直方向に順次配置されており、第2の線形滑り台モジュールのシェルには、Z軸変位センサーも配置されていることを特徴とする、請求項2に記載の空気振動型精密播種ラインの多部材協調動作の制御装置。 - 上記のX軸伝動機構(8)は、X軸モータ(8a)と第3の線形滑り台モジュールを直接接続で組み立てて構成され、第3の線形滑り台モジュールは、横桁(9d)の上部に固定され、X軸モータ(8a)は、第1の親ねじ(8f)に接続され、第1の親ねじ(8f)は、第2の滑り子(8g)の雌ねじを貫通して第2のねじ伝動機構を形成し、第3の線形滑り台モジュールのシェルには、X軸距離測定センサー(8d)が取り付けられており、第3の線形滑り台モジュールのシェルには、X軸方向に沿って右リミットスイッチ(8e)と左リミットスイッチ(8h)が配置されていることを特徴とする、請求項2に記載の空気振動型精密播種ラインの多部材協調動作の制御装置。
- 上記のY軸伝動機構(9)は、伝動軸(9k)とY軸モータ(9g)が含まれ、伝動軸(9k)の両端は、それぞれY軸方向に沿って配置された2つの線形モジュール(9l)に軸継手(9j)で接続され、その1つの線形モジュール(9l)の軸継手(9j)には、遊星減速機(9h)が取り付けられ、遊星減速機(9h)は、Y軸モータ(9g)に取り付けられ、線形モジュール(9l)の第2の親ねじ(9c)は、第3の滑り子(9e)を貫通して第3のねじ伝動機構を形成し、2つの第3の滑り子(9e)には、横桁(9d)が固定され、線形モジュール(9l)のシェルには、Y軸距離測定センサー(9b)が取り付けられ、線形モジュール(9l)のシェルには、Y軸方向に沿って最小ストロークリミットスイッチ(9f)、最大ストロークリミットスイッチ(9m)が順次配置されていることを特徴とする、請求項2に記載の空気振動型精密播種ラインの多部材協調動作の制御装置。
- シード洗浄部材(11)がさらに含まれ、上記のシード洗浄部材(11)は、2自由度の回転機械ハンド(25)とシード洗浄針(24)が含まれ、2自由度の機械ハンド(25)は、フレーム(13)の中間横桁に固定され、シード洗浄針(24)は、2自由度の回転機械ハンド(25)の上端に配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の空気振動型精密播種ラインの多部材協調動作の制御装置。
- シード吸引、シード運搬、シードフィード、及びシード洗浄のシリアル制御、並びに栽培トレイ(21)の動作、シード添加、及びシード吸引トレイ(5)のY軸方向に沿った動作のパラレル制御が含まれ、具体的には、
シード吸引トレイ(5)が初期位置に配置された後、シード吸引トレイの動作制御部材と播種ライン(17)を起動し、栽培トレイ(21)が播種ライン(17)に入る時に、位置決めストッパー(19b)を下ろし、シード振動トレイ(10)を高周波数で振動させ、修正されたシード層の厚さとシード吸引高さとの関係に従って、シード層の厚さに対応するシード吸引高さを見つけ、シード吸引高さの制御信号を4自由度の機械ハンドへ出力し、シード吸引トレイ(5)がシード吸引位置に到達するまで下降するようにシード吸引トレイ(5)を制御し、真空ポンプ(12)を負圧にしてシード吸引を実行し、シード吸引が完了した後、シード振動トレイ(10)を低周波数で振動させ、シード吸引トレイ(5)が上向きに移動し、上部のリミットスイッチ(7b)がトリガーされた後、シード吸引トレイ(5)のシード運搬が右向きに移動し、右リミットスイッチ(8e)がトリガーされた後、シード吸引トレイ(5)が下向きに移動し、シードフィード待機位置のリミットスイッチ(7e)がトリガーされ、シードを添加する必要がある場合、シード供給モータ(31)とシード添加モータ(28)を起動し、シードドロップバルブ(29)が開き、シード吸引トレイ(5)と栽培トレイ(21)との間に相対的な変位がない場合、真空ポンプ(12)を負圧にし、シードフィードに追従し始め、シードフィードが完了した後、位置決めストッパー(19b)が開き、シード吸引トレイ(5)が初期位置に戻り、シード洗浄が必要な場合は、2自由度の回転機械ハンド(25)を起動してシードを洗浄し、シード洗浄が完了した後、次の栽培トレイが入るのを待ち続ける
ことを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか一つの項に記載の空気振動型精密播種ラインの多部材協調動作の制御装置の制御方法。 - シード吸引トレイ(5)と栽培トレイ(21)との協調動作のための数学的モデルは
ことを特徴とする、請求項7に記載の空気振動型精密播種ラインの多部材協調動作の制御方法。 - 修正されたシード層の厚さとシード吸引高さとの関係を取得するプロセスにおいて、まず振動周波数、振幅、及び圧力差に従って、ガス-固体結合の計算を実行し、理想的な状態でのシード層の厚さとシード吸引高さとの間の理想的な対応関係を取得し、次に、振動周波数、振幅、及び圧力差に従ってベンチテストを実行し、シード吸引率が95%を超える高さを実際のシード吸引高さとし、シード吸引高さとシード層の厚さとの間の実際の対応関係を取得し、最後に、シード吸引高さとシード層の厚さとの間の実際の対応関係を理論上の対応関係と比較することを特徴とする、請求項7に記載の空気振動型精密播種ラインの多部材協調動作の制御方法。
- X軸方向でのシード吸引トレイ(5)のシード運搬速度を制御するプロセスにおいて、シード運搬速度の標的曲線を入力信号とし、X軸方向でのシード吸引トレイ(5)の実際速度をフィードバックリンクとして第1の予測制御器を確立し、シード運搬速度を制御し、Y軸方向でのシード吸引トレイ(5)の追従速度を制御するプロセスにおいて、シード吸引トレイ(5)が栽培トレイ(21)に追従する速度の標的曲線を入力信号とし、Y軸方向でのシード吸引トレイ(5)の実際速度をフィードバックリンクとして、第2の予測制御器を確立し、追従速度を制御することを特徴とする、請求項7に記載の空気振動型精密播種ラインの多部材協調動作の制御方法。
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