CN110692299B - 对行探测装置、中耕装置、中耕追肥机及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及农业生产设备技术领域，提供一种对行探测装置、中耕装置、中耕追肥机及其控制方法，对行探测装置包括安装座、角度传感器和探测杆；两个探测杆的第一端与安装座相铰接，两个探测杆的第二端呈间隔设置；角度传感器安装在安装座上，并用于采集探测杆相对于安装座的偏摆角度；本发明通过行探测装置能够准确感应对行作物的位置，以便获取中耕作业时的机械设备的行走姿态，并进一步准确实现对行作业，有效防止了中耕机具在作业时发生伤苗现象，及由此造成作物减产的问题。

Description

对行探测装置、中耕装置、中耕追肥机及其控制方法
技术领域
本发明涉及农业生产设备技术领域，尤其涉及一种对行探测装置、中耕装置、中耕追肥机及其控制方法。
背景技术
随着智能农业装备的快速发展，对田间作业效率的要求越来越高，准确、快速地对行是实现田间高效作业的主要手段，该技术手段间接影响着作业质量及农作物的生长和产量。
目前，大多数收获机械能够实现按行收获，但并不是严格地执行对行作业。在专利申请号为201710290804.3所示的“一种智能农机自动对行装置”中，提出了一种基于机器视觉的对行作业装置，该装置主要是利用视觉采集信息，通过灰度、阈值以及降噪等处理，进行作物行位置信息的提取，通过近似算法处理出一条模拟的作物行线，类似于一种自动导航作业的航线规划，智能化程度高，但不能完全真实反映作物位置，且***处理算法较为复杂，易受光照条件的限制，该对行作业装置的生产成本也较高。
由此可见，现有的基于机器视觉的对行作业装置在对作物进行收获过程中，其相应的对行机构存在较大的对行误差，难以对作物行位置信息进行准确提取。因而，在将这种对行机构用于中耕作业时，中耕机具在作业时，极易发生伤苗现象，造成作物减产，不利于中耕追肥机械的推广。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的之一是提供一种对行探测装置，用以解决现有的基于机器视觉的对行作业装置在对作物进行收获过程中，其相应的对行机构存在较大的对行误差，难以对作物行位置信息进行准确提取的问题。
本发明的目的之二是提供一种基于上述对行探测装置的中耕装置、中耕追肥机及其控制方法，以防止在中耕及追肥作业中因对行误差而发生伤苗现象，并造成作物减产的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明在一方面提供了一种对行探测装置，包括安装座、角度传感器和探测杆；两个所述探测杆的第一端与所述安装座相铰接，两个所述探测杆的第二端呈间隔设置；所述角度传感器安装在所述安装座上，并用于采集所述探测杆相对于所述安装座的偏摆角度。
优选的，本发明中所述探测杆包括弯折段和直线段，所述弯折段的一端与所述安装座相铰接，另一端连接所述直线段；两个所述探测杆设在所述安装座的同一侧边，且两个所述探测杆相对于所述安装座呈对称设置。
优选的，本发明中所述探测杆的第一端通过销轴与所述安装座相铰接，所述销轴上套装有扭簧，所述扭簧一端的扭臂与所述安装座相抵接，所述扭簧另一端的扭臂与所述探测杆相抵接；两个所述探测杆的第一端呈夹角设置，并在两个所述探测杆的夹角处设有张角调节装置。
优选的，本发明中所述张角调节装置包括楔块、调节支座和调节螺栓；所述楔块呈三角状，所述楔块的第一侧边和第二侧边分别贴合两个所述探测杆的弯折段；所述调节支座的一端连接所述安装座，另一端安装所述调节螺栓，所述调节螺栓与所述楔块的第三侧边通过螺纹连接。
优选的，本发明在另一方面还提供了一种中耕装置，包括挂接架和中耕机具，所述挂接架的前侧设有挂接位；还包括对行调节机构及上述所述的对行探测装置；所述安装座安装在所述挂接架的下侧；所述挂接架的后侧与所述中耕机具之间安装所述对行调节机构，所述对行调节机构根据所述角度传感器采集到的角度值，对所述中耕机具的开耕位置进行横向调整。
优选的，本发明中所述对行调节机构包括液压缸、滑块和滑轨；所述液压缸呈横向设置，所述液压缸的底座连接所述挂接架，所述液压缸的伸缩端连接所述滑块；所述液压缸连接液压***，所述液压***包括设置在所述液压缸的油路上的电磁比例阀和电磁换向阀，所述电磁比例阀、所述电磁换向阀分别所述角度传感器相连接；所述滑轨设在所述挂接架的后侧，所述滑轨滑动连接所述滑块，所述滑块与所述中耕机具相连接。
优选的，本发明中所述挂接架的左、右两侧还设有两个同轴设置的限深轮，两个所述限深轮的轴间距可调节。
优选的，本发明在另一方面还提供了一种中耕追肥机，包括拖拉机和施肥装置；还包括上述所述的中耕装置；所述拖拉机尾端的悬挂梁与所述挂接架相连接，所述施肥装置安装在所述中耕机具上。
优选的，本发明中所述施肥装置包括肥料斗、鼓风机和施肥管；所述肥料斗与所述鼓风机安装在所述中耕机具上；所述鼓风机的出风口连通所述施肥管的一端，所述施肥管的另一端伸向地面，所述施肥管的中部连通所述肥料斗的出料口。
优选的，本发明在另一方面还提供了一种中耕追肥机的控制方法，包括：在角度传感器采集到的角度值大于预设的阈值时，启动液压缸，以对中耕机具的开耕位置进行横向调整；在角度传感器采集到的角度值小于预设的阈值时，关闭液压缸。
(三)技术效果
本发明提供的对行探测装置，在用于中耕作业的对行检测时，两个探测杆的第二端可以根据作物行的间距进行相应的间隔设置，由于两个探测杆的第一端均与安装座相铰接，则中耕机械在严格按照作物行的排布方向进行行走时，两个探测杆均不会触碰到对行的作物，此时设置在安装座上的角度传感器不会产生电磁感应信号；相反，中耕机械在向对行的其中一侧偏离行走时，设置在相应行的探测杆即会触碰到该行的作物，这使得探测杆相对于安装座发生偏摆，角度传感器会因电磁感应而准确记录下该探测杆相对于安装座的偏摆角度；由此可见，对行探测装置能够准确感应对行作物的位置，以便获取中耕作业时的机械设备的行走姿态，并进一步准确实现对行作业。
本发明提供的中耕装置、中耕追肥机及其控制方法，由于在中耕装置的挂接架安装了上述所述的对行探测装置，则在中耕作业中，中耕追肥机在向对行的其中一侧偏离行走时，角度传感器会实时记录下中耕追肥机偏离行走的角度，通过对行调节机构对中耕机具的开耕位置进行适应性横向调整，有效防止了中耕机具在作业时发生伤苗现象，及由此造成作物减产的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所示的对行探测装置的结构示意图；
图2为本发明实施例所示的对行探测装置的局部放大结构示意图；
图3为本发明实施例所示的对行探测装置在对行作物间设置的结构示意图；
图4为本发明实施例所示的中耕装置的立体结构示意图；
图5为本发明实施例所示的中耕装置的主视结构示意图；
图6为本发明实施例所示的液压***的结构示意图；
图7为本发明实施例所示的中耕追肥机的结构示意图。
图中：1-安装座，2-角度传感器，3-探测杆，301-弯折段，302-直线段，4-销轴，5-扭簧，6-楔块，7-调节支座，8-调节螺栓，9-挂接架，10-中耕机具，101-中耕机架，102-施肥铲，11-挂接位，12-固定架，13-液压缸，14-滑块，15-滑轨，16-液压泵，17-过滤器，18-单路稳定分流阀，19-电磁比例阀，20-电磁换向阀，21-液压锁，22-单向阀，23-横梁，24-插杆，25-支撑腿，26-限深轮，27-拖拉机，28-肥料斗，29-鼓风机，30-施肥管。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见图1-2，本实施例提供了一种对行探测装置，包括安装座1、角度传感器2和探测杆3；两个探测杆3的第一端与安装座1相铰接，两个探测杆3的第二端呈间隔设置；角度传感器2安装在安装座1上，并用于采集探测杆3相对于安装座1的偏摆角度，其中，角度传感器2可采用的型号为BEI Sensors ACW4，探测杆3可由铁磁材料制成，当探测杆3相对于安装座1发生偏摆时，相当于切割角度传感器2所产生磁场的磁感线，在角度传感器2内会产生相应的感应信号，该感应信号即表征着探测杆3相对于安装座1的偏摆角度。
具体的，由图1-2所示的对行探测装置可知，当将其用于中耕作业的对行检测时，对行探测装置位于两条相对设置的作物行之间，参见图3，其中，对行探测装置两个探测杆3的第二端可以根据作物行的间距进行相应的间隔设置。由于两个探测杆3的第一端均与安装座1相铰接，则中耕机械在严格按照作物行的排布方向进行行走时，两个探测杆3均不会触碰到对行的作物，此时设置在安装座1上的角度传感器2不会产生电磁感应信号；相反，中耕机械在向对行的其中一侧偏离行走时，设置在相应行的探测杆3即会触碰到该行的作物，这使得探测杆3相对于安装座1发生偏摆，角度传感器2会因电磁感应而准确记录下该探测杆3相对于安装座1的偏摆角度；由此可见，对行探测装置能够准确感应对行作物的位置，以便获取中耕作业时的机械设备的行走姿态，并进一步准确实现对行作业
进一步的，本实施例中探测杆3包括弯折段301和直线段302，弯折段301的一端与安装座1相铰接，另一端连接直线段302；两个探测杆3设在安装座1的同一侧边，且两个探测杆3相对于安装座1呈对称设置。
具体的，参见图1、图3，弯折段301与直线段302呈钝角设置。在实际用于中耕作业的对行检测时，可将两个探测杆3的直线段302分别与两条相对设置的作物行呈平行设置，即两个探测杆3的直线段302平行位于两条相对设置的作物行之间，如此大大增大了直线段302与作物行相应作物的接触几率，在中耕追肥机的作业过程中发生较小的偏移时，就会导致直线段302与作物行相应作物相触碰，这大大提高了对行探测装置的灵敏度。
进一步的，本实施例中探测杆3的第一端通过销轴4与安装座1相铰接，销轴4上套装有扭簧5，扭簧5一端的扭臂与安装座1相抵接，扭簧5另一端的扭臂与探测杆3相抵接；两个探测杆3的第一端呈夹角设置，并在两个探测杆3的夹角处设有张角调节装置。
具体的，参见图2，扭簧5用于向相互铰接的探测杆3的第一端与安装座1之间提供预紧力，并防止两个探测杆3在触碰、振动及其它外力的影响下，相对于安装座1发生背向转动；而通过在两个探测杆3的夹角处设置张角调节装置，可控制两个探测杆3的第一端之间维持稳定的夹角，相应的确保了两个探测杆3的第二端维持稳定的间隔，以便进行对行检测。
进一步的，本实施例中张角调节装置包括楔块6、调节支座7和调节螺栓8；楔块6呈三角状，楔块6的第一侧边和第二侧边分别贴合两个探测杆3的弯折段301；调节支座7的一端连接安装座1，另一端安装调节螺栓8，调节螺栓8与楔块6的第三侧边通过螺纹连接。
具体的，参见图2，调节支座7呈“L”形结构，调节支座7的水平侧边连接安装座1，并起到承托楔块6的作用，调节支座7的竖直侧边与楔块6的第三侧边相平行。通过调节安装在调节支座7的竖直侧边上调节螺栓8的给进量，可相应地调节楔块6的给进量。
在实际使用时，增大调节螺栓8的给进量，以使得楔块6相向安装座1运动时，两个探测杆3的弯折段301在楔块6的推动下，其夹角会逐渐增大，相反，减小调节螺栓8的给进量，两个探测杆3会在相应的扭簧5的弹力作用下，其相应的弯折段301所呈的夹角会逐渐减小。由此，通过调节螺栓8，可控制两个探测杆3的第一端之间维持在不同的夹角，以实现对不同行距的作物的对行检测。
进一步的，参见图4-5，本实施例还提供了一种中耕装置，包括挂接架9和中耕机具10，挂接架9的前侧设有挂接位11；还包括对行调节机构及上述所述的对行探测装置；安装座1安装在挂接架9的下侧；挂接架9的后侧与中耕机具10之间安装对行调节机构，对行调节机构根据角度传感器2采集到的角度值，对中耕机具10的开耕位置进行横向调整。
具体的，在挂接架9上设有朝向下侧伸出的固定架12，在固定架12上设有不同安装高度的安装孔，安装座1安装在其中一个安装孔中。通过该固定架12的设置，可方便在不同作物茎秆粗细下对探测杆3的感应位置高度进行调节，并可与张角调节装置配合使用，以同时对两个探测杆3的第二端的间隔宽度进行调节。
进一步的，对行调节机构包括液压缸13、滑块14和滑轨15；液压缸13呈横向设置，液压缸13的底座连接挂接架9，液压缸13的伸缩端连接滑块14，液压缸13与角度传感器2相连接；滑轨15设在挂接架9的后侧，滑轨15滑动连接滑块14，滑块14与中耕机具10相连接。
具体的，参见图4，中耕机具10包括中耕机架101和施肥铲102，中耕机架101的前侧连接滑块14，中耕机架101的后侧并排设有若干个呈吊装设置的施肥铲102。液压缸13设有两个，两个液压缸13沿横向呈错位设置，并且两个液压缸13的伸缩端均连接滑块14，参见图5。
在挂接架9上还设有控制***和液压***。控制***包括本领域所公知的PLC控制器或单片机。当对行探测装置检测到中耕机具10相对于作物行发生如图3所示的偏转时，角度传感器2会将感应产生的表征相应偏转角度的模拟量信号传输至控制***，控制***对接收到的信号进行处理后，通过液压***分别控制两个液压缸13执行相应的动作，以对中耕机具10的开耕位置进行横向调整。另外，通过设置两个液压缸13驱动滑块14，克服了单个液压缸13固定困难及有杆腔与无杆腔的受力面积不同而带来的左右两侧调节速度不同的问题。
进一步的，参见图6，本实施例中液压***包括沿油路依次设置的液压泵16、过滤器17、单路稳定分流阀18、电磁比例阀19、电磁换向阀20和液压锁21，其中，过滤器17的两侧并联单向阀22，电磁换向阀20的两条输出油路在通过液压锁21后，分别连接两个液压缸13。
具体的，控制***中的PLC控制器或单片机的信号输入端口连接角度传感器2，信号输出端口电连接电磁比例阀19和电磁换向阀20。液压油(可采用拖拉机27供油***的液压油)在液压泵16的泵送下，经过滤器17到达单路稳定分流阀18，单路稳定分流阀18具有稳定油路流量的作用，以克服油路流量不稳定对***响应的影响；当液压油到达电磁比例阀19时，在控制***的控制下，电磁比例阀19会根据当前中耕机具10偏移量的大小开启相应的开度，以控制液压缸13的移动速度；另外，在控制***的控制下，电磁换向阀20也会根据当前中耕机具10的偏转方向，控制两个液压缸13的伸缩方向，以驱动中耕机具10向相应方向移动。另外，通过在液压缸13的两端增加了液压锁21，可以防止液压缸13不调节时，地面的起伏不平带来的抖动。
进一步的，本实施例在挂接架9的左、右两侧还设有两个同轴设置的限深轮26，两个限深轮26的轴间距可调节。
具体的，参见图4，挂接架9上设有横梁23，该横梁23为空心结构，且横截面呈矩形，在横梁23的左、右两端插装有相对布置的插杆24，插杆24的横截面也呈矩形，在横梁23上装有用于对插杆24进行锁紧定位的锁紧螺栓；两个插杆24相对于横梁23的另外一端均连接竖直布置的支撑腿25的上端，每个支撑腿25的下端连接限深轮26的轮毂。
由此，通过调节插杆24在横梁23中的深度，可调节两个限深轮26之间的轴间距，而通过调节插杆24与支撑腿25上端的安装位置，可相应调节限深轮26的安装高度，以适应在不同追肥作业时期作物的高度。
另外，在实际工作过程中，在对中耕机具10进行横向调节时，其施肥铲102在调节过程中会对中耕装置产生反作用力，从而导致中耕装置相对拖拉机27发生偏转而影响对行精度，为克服这一问题，在该中耕装置两侧增加两个可以入土一定深度的限深轮26，就可以抵消施肥铲102对中耕装置反作用力的影响。
进一步的，本实施例还提供了一种中耕追肥机，包括拖拉机27和施肥装置；还包括上述所述的中耕装置；拖拉机27尾端的悬挂梁与挂接架9相连接，施肥装置安装在中耕机具10上。
具体的，参见图4和图7，在挂接架9的前侧设有三个挂接位11，三个挂接位11呈三角形设置，这样有力地确保了拖拉机27尾端的悬挂梁与挂接架9相连接的稳固性，并且施肥装置安装在中耕机具10的中耕机架101上，在中耕机具10的施肥铲102对田地实施开耕的同时，由施肥装置同时进行施肥，确保了肥料能够较好地进入至开耕的土壤中，进一步确保了施肥的有效性。
进一步的，本实施例中施肥装置包括肥料斗28、鼓风机29和施肥管30；肥料斗28与鼓风机29安装在中耕机具10的中耕机架101上；鼓风机29的出风口连通施肥管30的一端，施肥管30的另一端伸向地面，施肥管30的中部连通肥料斗28的出料口。
具体的，参见图7，在肥料斗28放料的同时，可同时启动鼓风机29，鼓风机29产生的气流在施肥管30中高速流动，这使得肥料斗28中肥料在负压的作用下被吸出，并便于实现快速施肥。
进一步的，本实施例在另一方面还提供了一种基于上述中耕追肥机的控制方法，包括：在角度传感器2采集到的角度值大于预设的阈值时，启动液压缸13，以对中耕机具10的开耕位置进行横向调整；在角度传感器2采集到的角度值小于预设的阈值时，关闭液压缸13。
具体的，在中耕追肥作业过程中，当中耕追肥机相对于作物行发生偏转时，安装在对行探测装置上的探测杆3会与作物茎秆接触并发生偏转(中耕追肥机相对作物行向右偏转时，探测杆3会向左发生偏转，反之，探测杆3向右偏转)，并通过角度传感器2转化成模拟量信号传送给控制***；控制***会根据事先建立的中耕机具10偏移量模型对偏移量信号进行还原，当偏移量大于设定阈值时，控制***会结合当前中耕追肥机的速度和偏移量大小，计算出液压***电磁比例阀19的开度大小(偏移量越大，比例阀开度越大，调节速度越快)并发送给液压动力***，液压动力***会根据控制指令，控制液压缸13的移动速度，进而带动与之相连的对行调节机构，使得中耕追肥机10朝向偏转的反方向移动。
与此同时，还可在液压缸13的一侧设置位移传感器，由位移传感器实时监测中耕机具10的作业位置，并将其作业位置实时反馈给控制***，以便对中耕机具10的位置进行精确的闭环调控。
另外，在对中耕机具10的位置进行调整的过程中，对行探测装置上的探测杆3的偏转量也随之减小，当控制***检测到探测杆3的偏转量小于设定阈值时，并且位移传感器反馈的中耕追肥机位置到达期望位置时，控制***就会控制液压动力***停止工作而停止调节，实现中耕追肥机的精准对行。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种对行探测装置，其特征在于，
包括安装座、角度传感器和探测杆；
两个所述探测杆的第一端与所述安装座相铰接，两个所述探测杆的第二端呈间隔设置；所述角度传感器安装在所述安装座上，并用于采集所述探测杆相对于所述安装座的偏摆角度；
所述探测杆的第一端通过销轴与所述安装座相铰接，所述销轴上套装有扭簧，所述扭簧一端的扭臂与所述安装座相抵接，所述扭簧另一端的扭臂与所述探测杆相抵接；两个所述探测杆的第一端呈夹角设置，并在两个所述探测杆的夹角处设有张角调节装置；所述张角调节装置用于控制两个所述探测杆的第一端之间维持稳定的夹角，以使得两个所述探测杆的第二端维持稳定的间隔；所述对行探测装置位于两条相对设置的作物行之间，两个所述探测杆的第二端根据作物行的间距进行间隔设置；
所述探测杆包括弯折段和直线段，所述弯折段的一端与所述安装座相铰接，另一端连接所述直线段；两个所述探测杆设在所述安装座的同一侧边，且两个所述探测杆相对于所述安装座呈对称设置；
所述张角调节装置包括楔块、调节支座和调节螺栓；所述楔块呈三角状，所述楔块的第一侧边和第二侧边分别贴合两个所述探测杆的弯折段；所述调节支座的一端连接所述安装座，另一端安装所述调节螺栓，所述调节螺栓与所述楔块的第三侧边通过螺纹连接。
2.一种中耕装置，包括挂接架和中耕机具，所述挂接架的前侧设有挂接位；其特征在于，还包括对行调节机构及权利要求1所述的对行探测装置；
所述安装座安装在所述挂接架的下侧；
所述挂接架的后侧与所述中耕机具之间安装所述对行调节机构，所述对行调节机构根据所述角度传感器采集到的角度值，对所述中耕机具的开耕位置进行横向调整。
3.根据权利要求2所述的中耕装置，其特征在于，
所述对行调节机构包括液压缸、滑块和滑轨；
所述液压缸呈横向设置，所述液压缸的底座连接所述挂接架，所述液压缸的伸缩端连接所述滑块；
所述液压缸连接液压***，所述液压***包括设置在所述液压缸的油路上的电磁比例阀和电磁换向阀，所述电磁比例阀、所述电磁换向阀分别与所述角度传感器相连接；
所述滑轨设在所述挂接架的后侧，所述滑轨滑动连接所述滑块，所述滑块与所述中耕机具相连接。
4.根据权利要求2所述的中耕装置，其特征在于，
所述挂接架的左、右两侧还设有两个同轴设置的限深轮，两个所述限深轮的轴间距可调节。
5.一种中耕追肥机，包括拖拉机和施肥装置，其特征在于，
还包括权利要求2至4任一所述的中耕装置；
所述拖拉机尾端的悬挂梁与所述挂接架相连接，所述施肥装置安装在所述中耕机具上。
6.根据权利要求5所述的中耕追肥机，其特征在于，
所述施肥装置包括肥料斗、鼓风机和施肥管；
所述肥料斗与所述鼓风机安装在所述中耕机具上；
所述鼓风机的出风口连通所述施肥管的一端，所述施肥管的另一端伸向地面，所述施肥管的中部连通所述肥料斗的出料口。
7.一种基于权利要求5或6所述的中耕追肥机的控制方法，其特征在于，包括：
在角度传感器采集到的角度值大于预设的阈值时，启动液压缸，以对中耕机具的开耕位置进行横向调整；
在角度传感器采集到的角度值小于预设的阈值时，关闭液压缸。
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