CN110326604A

CN110326604A - 多传感器式喷杆智能平衡与避障控制***

Info

Publication number: CN110326604A
Application number: CN201910757147.8A
Authority: CN
Inventors: 胡周勋; 苏国粱; 盖金星; 王法明; 李学强; 魏忠彩; 孟鹏祥; 王琳琳; 张丽; 王荣铭; 张蒙
Original assignee: Shandong Si Dyer Agricultural Equipment Co Ltd; Shandong University of Technology
Current assignee: Shandong Si Dyer Agricultural Equipment Co Ltd; Shandong University of Technology
Priority date: 2019-08-16
Filing date: 2019-08-16
Publication date: 2019-10-15

Abstract

本发明提供多传感器式喷杆智能平衡与避障控制***，其特征在于：多传感器式喷杆智能平衡与避障控制***包括固定喷杆、第一喷杆、第二喷杆、第三喷杆、第四喷杆、一二喷杆折叠装置、二三喷杆折叠装置、三四喷杆折叠保护装置和智能平衡与避障控制装置，固定喷杆两端依次铰接第一喷杆、第二喷杆、第三喷杆和第四喷杆，除固定喷杆外的相邻两个喷杆上方安装有折叠装置且相邻两个喷杆折叠方向相反，第三喷杆和第四喷杆之间设置有保护装置，3个第一传感器和3个第二传感器通过对应的安装板安装在喷杆下端，控制器和电磁阀组安装在机架上。本发明适用于大型喷杆式喷药机，能够实现喷杆智能平衡和自动避障，可以有效保证喷药质量和保护喷杆不受损坏。

Description

多传感器式喷杆智能平衡与避障控制***

技术领域

本发明属于植保机械技术领域，具体涉及多传感器式喷杆智能平衡与避障控制***，主要用于喷杆式喷药机。

背景技术

目前，大型喷杆式喷药机多以中小型为主，喷杆的作业幅宽较小，施药效率低，同时过长的喷杆使驾驶员视线受到干扰，喷杆末端容易碰到障碍物，造成喷杆振动甚至受损。因此，山东希成农业机械科技有限公司发明了“一种喷杆喷雾机用喷杆”，授权专利号：ZL201410019689.2。但是，经过长期试验与应用后发现，由于喷杆过长，喷药机易因地面不平导致喷杆倾斜，喷药高度变化造成喷药不均，影响喷药质量，甚至使喷杆触碰地面或植株，损坏机器和损伤植株，同时喷杆末端保护装置为触碰之后再保护，无法保证不损坏机器。目前对于喷杆平衡的控制多采用两端各采用一个测距传感器对喷杆状态进行检测，若检测位置（其它位置喷杆高度几乎不变）无植株、植株长势不一以及地势高低等问题，存在检测高度忽然变化，造成误操作的情形；而对于喷杆自动避障的研究几乎没有，喷杆还无法实现自动避障。

综观喷药机行业现状，需要一种喷杆智能平衡与避障控制***，保证喷杆实时平衡和自动避障。

发明内容

本发明的目的是针对现有喷药机喷杆高度自动调节效果差和喷杆无法自动避障的问题，提供一种能解决上述问题的多传感器式喷杆智能平衡与避障控制***，实现喷杆平衡和自动避障，保证喷药质量和喷杆安全。

其技术方案为：包括固定喷杆、第一喷杆、第二喷杆、第三喷杆、第四喷杆、一二喷杆折叠装置、二三喷杆折叠装置、三四喷杆折叠保护装置和智能平衡与避障控制装置，其中各级喷杆为桁架结构且垂直地面，呈梯形结构的固定喷杆两端依次连接数个折叠喷杆，分别是第一喷杆、第二喷杆、第三喷杆和第四喷杆，固定喷杆底端两侧与两个第一喷杆铰接，两个第一液压缸一端分别与固定喷杆上端两侧铰接，另一端分别与两个第一喷杆靠近固定喷杆一侧上端铰接，而其他相邻两个折叠喷杆之间依次铰接，同时上端设有折叠装置且相邻两个喷杆折叠方向相反，现以面向机具前进方向右侧的喷杆为例进行说明，一二喷杆折叠装置包括第一三角板、第二液压缸、第一连接板和第一弯板，面向机具前进方向且从第一喷杆上方向下看第一三角板呈“▽”形，面向机具前进方向的第一三角板靠近固定喷杆一侧的端点连接在第一喷杆右侧的上端面前侧，面向机具前进方向的第一三角板的后侧端点和靠近固定喷杆一侧的端点分别连接着第二液压缸和第一连接板，第二液压缸和第一连接板另一端连接在面向机具前进方向的第一喷杆的上端面前侧，第一三角板远离固定喷杆一侧的端点与第一弯板一端连接，第一弯板另一端连接在面向机具前进方向的第二喷杆左侧的上端面前侧，二三喷杆折叠装置包括第二三角板、第三液压缸、第二连接板和第二弯板，面向机具前进方向且从第二喷杆上方向下看第二三角板呈“△”形，面向机具前进方向的第二三角板的靠近固定喷杆一侧的端点连接在第二喷杆右侧的上端面后侧，面向机具前进方向的第二三角板的前侧端点和靠近固定喷杆一侧的端点分别连接着第三液压缸和第二连接板，第三液压缸和第二连接板另一端连接在面向机具前进方向的第二喷杆的上端面后侧，第二三角板远离固定喷杆一侧的端点与第二弯板一端连接，第二弯板另一端连接在面向机具前进方向的第三喷杆的左侧上端面后侧，三四喷杆折叠保护装置包括保护装置、第四液压缸、第三连接板、第一连接方管和第二连接方管，保护装置垂直地面且与第三喷杆和第四喷杆上下两端铰接处连接，保护装置上端超出铰接位置，第四液压缸和第三连接板一端连接在保护装置上端，第四液压缸和第三连接板另一端分别与第一连接方管两端连接，第四液压缸和第一连接方管连接处与第二连接方管一端连接，第二连接方管另一端连接在第三喷杆靠近第四喷杆一侧的上端面，其特征在于：智能平衡与避障控制装置包括第一传感器、第二传感器、控制器和电磁阀组，3个第一传感器分别通过第一安装板安装在第二喷杆、第三喷杆和第四喷杆靠近固定喷杆一侧的下端，3个第二传感器分别通过第二安装板安装在第二喷杆、第三喷杆和第四喷杆的中部下端，控制器和电磁阀组安装在机架上。

所述安装在第一安装板上的3个第一传感器信号检测方向垂直于地面且安装位置在喷杆沿机具前进方向的前侧一定距离，所述安装在第二安装板上的3个第二传感器信号检测方向平行于机具前进方向且安装位置在喷杆沿机具前进方向的前侧一定距离。

本发明在现有技术基础上，各级喷杆为桁架结构且垂直地面，呈梯形结构的固定喷杆两端依次连接数个折叠喷杆，分别是第一喷杆、第二喷杆、第三喷杆和第四喷杆，固定喷杆底端两侧与两个第一喷杆铰接，两个第一液压缸一端分别与固定喷杆上端两侧铰接，另一端分别与两个第一喷杆靠近固定喷杆一侧上端铰接，而其他相邻两个折叠喷杆之间依次铰接，同时上端设有折叠装置且相邻两个喷杆折叠方向相反，现以面向机具前进方向右侧的喷杆为例进行说明，面向机具前进方向且从第一喷杆上方向下看第一三角板呈“▽”形，面向机具前进方向的第一三角板靠近固定喷杆一侧的端点连接在第一喷杆右侧的上端面前侧，面向机具前进方向的第一三角板的后侧端点和靠近固定喷杆一侧的端点分别连接着第二液压缸和第一连接板，第二液压缸和第一连接板另一端连接在面向机具前进方向的第一喷杆的上端面前侧，第一三角板远离固定喷杆一侧的端点与第一弯板一端连接，第一弯板另一端连接在面向机具前进方向的第二喷杆左侧的上端面前侧，面向机具前进方向且从第二喷杆上方向下看第二三角板呈“△”形，面向机具前进方向的第二三角板的靠近固定喷杆一侧的端点连接在第二喷杆右侧的上端面后侧，面向机具前进方向的第二三角板的前侧端点和靠近固定喷杆一侧的端点分别连接着第三液压缸和第二连接板，第三液压缸和第二连接板另一端连接在面向机具前进方向的第二喷杆的上端面后侧，第二三角板远离固定喷杆一侧的端点与第二弯板一端连接，第二弯板另一端连接在面向机具前进方向的第三喷杆的左侧上端面后侧，保护装置垂直地面且与第三喷杆和第四喷杆上下两端铰接处连接，保护装置上端超出铰接位置，第四液压缸和第三连接板一端连接在保护装置上端，第四液压缸和第三连接板另一端分别与第一连接方管两端连接，第四液压缸和第一连接方管连接处与第二连接方管一端连接，第二连接方管另一端连接在第三喷杆靠近第四喷杆一侧的上端面，3个第一传感器分别通过第一安装板安装在第二喷杆、第三喷杆和第四喷杆靠近固定喷杆一侧的下端，3个第二传感器分别通过第二安装板安装在第二喷杆、第三喷杆和第四喷杆的中部下端，控制器和电磁阀组安装在机架上，所述安装在第一安装板上的3个第一传感器信号检测方向垂直于地面且安装位置在喷杆沿机具前进方向的前侧一定距离，所述安装在第二安装板上的3个第二传感器信号检测方向平行于机具前进方向且安装位置在喷杆沿机具前进方向的前侧一定距离。

其工作原理为：以面向前进方向右侧的喷杆为例进行说明，喷杆为展开状态时，第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸为伸出状态，第四液压缸为收缩状态；其中，第一液压缸并未全伸出，有一定余量。此时，第一液压缸的伸或缩可以使固定喷杆右侧的多级喷杆绕第一喷杆和固定喷杆铰接处在竖直面顺或逆时针转动，一二折叠装置中的第二液压缸的收缩可以使第二喷杆绕第一喷杆和第二喷杆铰接处在水平面顺时针转动；同理第三液压缸的收缩可以使第三喷杆绕第二喷杆和第三喷杆铰接处在水平面逆时针转动，第四液压缸的伸出可以使第四喷杆绕第三喷杆和第四喷杆铰接处在水平面顺时针转动。面向机具前进方向看去，第一液压缸在竖直面顺或逆时针转动时，右侧喷杆高度减小或增大；其它液压缸在水平面顺时针转动时，所控制喷杆向后侧转，反之，向前转。

通过3个第一传感器对右侧喷杆高度进行检测，3个第二传感器对喷药前方障碍物进行检测。当3个第一传感器中至少有一个第一传感器检测到喷杆距目标高度低于设定值或都大于高度设定值时，控制器控制液压阀组中的某个阀打开，进而控制第一液压缸伸缩，使右侧喷杆在竖直面转动，调整右侧喷杆高度在合理范围内。当3个第二传感器中仅有喷杆最外侧的第二传感器检测到障碍物时，控制器控制液压阀组中的某个阀打开，进而控制第四液压缸伸出，使第四喷杆向机具前进方向后侧折叠，避开障碍物；当第三喷杆或第二喷杆的第二传感器检测到障碍物时，控制器控制液压阀组中的某个阀打开，进而控制第二液压缸收缩（第四液压缸不动作），使第一喷杆右侧的多级喷杆向机具前进方向后侧折叠，避开障碍物。在避障时，通过控制液压阀组通电时间控制某个阀打开时间，进而控制喷杆为90°折叠状态，即避开障碍物后，喷杆向后侧旋转90°，此时，当喷杆最外侧的第二传感器再次检测到信号从有到无时，控制器控制电磁阀组以慢速展开已折叠喷杆，继续喷药作业。

本发明与现有技术相比，该多传感器式喷杆智能平衡与避障控制***，控制***简单有效，可实现喷杆实时平衡和自动避障。采用3个第一传感器对喷杆高度进行检测，检测更准确，综合控制喷杆高度的调整，可防止一个传感器检测时，存在检测位置（其它位置高度不变）无植株、植株长势或地势高等情形造成误操作。该控制***对喷杆平衡的控制，既避免了喷杆因地势不平触底的危险，又保证了好的喷药质量。采用3个第二传感器对障碍物进行检测，可实现多级折叠，实现喷杆自动避障，保证喷杆的安全。同时3个第一传感器和第二传感器安装在面向机具前进方向的前侧，可抵消***延时，使***调整更及时。因此，本发明的多传感器式喷杆智能平衡与避障控制***，控制***简单有效，可保证喷杆与目标保持平衡和自动避障。

附图说明

图1是本发明面向机具前进方向右侧喷杆实施例轴测图。

图2是图1所示实施例另一方向的轴测图。

图3是图1所示实施例一二喷杆折叠装置处局部图。

图4是图1所示实施例二三喷杆折叠装置处局部图。

图5是图1所示实施例三四喷杆折叠装置处局部图。

具体实施方式

1、固定喷杆 2、第一喷杆 3、第二喷杆 4、第三喷杆 5、第四喷杆 6、第一液压缸7、第一三角板 8、第二液压缸 9、第一连接板 10、第一弯板 11、第二三角板 12、第三液压缸 13、第二连接板 14、第二弯板 15、保护装置 16、第四液压缸 17、第三连接板 18、第一连接方管 19、第二连接方管 20、第一传感器 21、第二传感器 22、控制器 23、电磁阀组24、第一安装板 25、第二安装板 26、机架。

在图1~5所示的实施例中：各级喷杆为桁架结构且垂直地面，呈梯形结构的固定喷杆1两端依次连接数个折叠喷杆，分别是第一喷杆2、第二喷杆3、第三喷杆4和第四喷杆5，固定喷杆1底端两侧与两个第一喷杆2铰接，两个第一液压缸6一端分别与固定喷杆1上端两侧铰接，另一端分别与两个第一喷杆2靠近固定喷杆1一侧上端铰接，而其他相邻两个折叠喷杆之间依次铰接，同时上端设有折叠装置且相邻两个喷杆折叠方向相反，现以面向机具前进方向右侧的喷杆为例进行说明，面向机具前进方向且从第一喷杆2上方向下看第一三角板7呈“▽”形，面向机具前进方向的第一三角板7靠近固定喷杆1一侧的端点连接在第一喷杆2右侧的上端面前侧，面向机具前进方向的第一三角板7的后侧端点和靠近固定喷杆1一侧的端点分别连接着第二液压缸8和第一连接板9，第二液压缸8和第一连接板9另一端连接在面向机具前进方向的第一喷杆2的上端面前侧，第一三角板7远离固定喷杆1一侧的端点与第一弯板10一端连接，第一弯板10另一端连接在面向机具前进方向的第二喷杆3左侧的上端面前侧，面向机具前进方向且从第二喷杆3上方向下看第二三角板11呈“△”形，面向机具前进方向的第二三角板11的靠近固定喷杆1一侧的端点连接在第二喷杆3右侧的上端面后侧，面向机具前进方向的第二三角板11的前侧端点和靠近固定喷杆1一侧的端点分别连接着第三液压缸12和第二连接板13，第三液压缸12和第二连接板13另一端连接在面向机具前进方向的第二喷杆3的上端面后侧，第二三角板11远离固定喷杆1一侧的端点与第二弯板14一端连接，第二弯板14另一端连接在面向机具前进方向的第三喷杆4的左侧上端面后侧，保护装置15垂直地面且与第三喷杆4和第四喷杆5上下两端铰接处连接，保护装置15上端超出铰接位置，第四液压缸16和第三连接板17一端连接在保护装置15上端，第四液压缸16和第三连接板17另一端分别与第一连接方管18两端连接，第四液压缸16和第一连接方管18连接处与第二连接方管19一端连接，第二连接方管19另一端连接在第三喷杆4靠近第四喷杆5一侧的上端面，3个第一传感器20分别通过第一安装板24安装在第二喷杆3、第三喷杆4和第四喷杆5靠近固定喷杆1一侧的下端，3个第二传感器21分别通过第二安装板25安装在第二喷杆3、第三喷杆4和第四喷杆5的中部下端，控制器22和电磁阀组23安装在机架26上，所述安装在第一安装板24上的3个第一传感器20信号检测方向垂直于地面且安装位置在喷杆沿机具前进方向的前侧一定距离，所述安装在第二安装板25上的3个第二传感器21信号检测方向平行于机具前进方向且安装位置在喷杆沿机具前进方向的前侧一定距离。

Claims

1.多传感器式喷杆智能平衡与避障控制***，包括固定喷杆（1）、第一喷杆（2）、第二喷杆（3）、第三喷杆（4）、第四喷杆（5）、一二喷杆折叠装置、二三喷杆折叠装置、三四喷杆折叠保护装置和智能平衡与避障控制装置，其中各级喷杆为桁架结构且垂直地面，呈梯形结构的固定喷杆（1）两端依次连接数个折叠喷杆，分别是第一喷杆（2）、第二喷杆（3）、第三喷杆（4）和第四喷杆（5），固定喷杆（1）底端两侧与两个第一喷杆（2）铰接，两个第一液压缸（6）一端分别与固定喷杆（1）上端两侧铰接，另一端分别与两个第一喷杆（2）靠近固定喷杆（1）一侧上端铰接，而其他相邻两个折叠喷杆之间依次铰接，同时上端设有折叠装置且相邻两个喷杆折叠方向相反，现以面向机具前进方向右侧的喷杆为例进行说明，一二喷杆折叠装置包括第一三角板（7）、第二液压缸（8）、第一连接板（9）和第一弯板（10），面向机具前进方向且从第一喷杆（2）上方向下看第一三角板（7）呈“▽”形，面向机具前进方向的第一三角板（7）靠近固定喷杆（1）一侧的端点连接在第一喷杆（2）右侧的上端面前侧，面向机具前进方向的第一三角板（7）的后侧端点和靠近固定喷杆（1）一侧的端点分别连接着第二液压缸（8）和第一连接板（9），第二液压缸（8）和第一连接板（9）另一端连接在面向机具前进方向的第一喷杆（2）的上端面前侧，第一三角板（7）远离固定喷杆（1）一侧的端点与第一弯板（10）一端连接，第一弯板（10）另一端连接在面向机具前进方向的第二喷杆（3）左侧的上端面前侧，二三喷杆折叠装置包括第二三角板（11）、第三液压缸（12）、第二连接板（13）和第二弯板（14），面向机具前进方向且从第二喷杆（3）上方向下看第二三角板（11）呈“△”形，面向机具前进方向的第二三角板（11）的靠近固定喷杆（1）一侧的端点连接在第二喷杆（3）右侧的上端面后侧，面向机具前进方向的第二三角板（11）的前侧端点和靠近固定喷杆（1）一侧的端点分别连接着第三液压缸（12）和第二连接板（13），第三液压缸（12）和第二连接板（13）另一端连接在面向机具前进方向的第二喷杆（3）的上端面后侧，第二三角板（11）远离固定喷杆（1）一侧的端点与第二弯板（14）一端连接，第二弯板（14）另一端连接在面向机具前进方向的第三喷杆（4）的左侧上端面后侧，三四喷杆折叠保护装置包括保护装置（15）、第四液压缸（16）、第三连接板（17）、第一连接方管（18）和第二连接方管（19），保护装置（15）垂直地面且与第三喷杆（4）和第四喷杆（5）上下两端铰接处连接，保护装置（15）上端超出铰接位置，第四液压缸（16）和第三连接板（17）一端连接在保护装置（15）上端，第四液压缸（16）和第三连接板（17）另一端分别与第一连接方管（18）两端连接，第四液压缸（16）和第一连接方管（18）连接处与第二连接方管（19）一端连接，第二连接方管（19）另一端连接在第三喷杆（4）靠近第四喷杆（5）一侧的上端面，其特征在于：智能平衡与避障控制装置包括第一传感器（20）、第二传感器（21）、控制器（22）和电磁阀组（23），3个第一传感器（20）分别通过第一安装板（24）安装在第二喷杆（3）、第三喷杆（4）和第四喷杆（5）靠近固定喷杆（1）一侧的下端，3个第二传感器（21）分别通过第二安装板（25）安装在第二喷杆（3）、第三喷杆（4）和第四喷杆（5）的中部下端，控制器（22）和电磁阀组（23）安装在机架（26）上。

2.根据权利要求1所述多传感器式喷杆智能平衡与避障控制***，其特征在于：所述安装在第一安装板（24）上的3个第一传感器（20）信号检测方向垂直于地面且安装位置在喷杆沿机具前进方向的前侧一定距离，所述安装在第二安装板（25）上的3个第二传感器（21）信号检测方向平行于机具前进方向且安装位置在喷杆沿机具前进方向的前侧一定距离。