本發(fā)明涉及移栽機(jī)械領(lǐng)域，具體地說是一種移栽機(jī)栽深自動控制裝置及控制方法。

背景技術(shù)：

移栽技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中有不可或缺的重要性，通過育苗移栽可提高幼苗的壯苗率，成活率，從而提高作物產(chǎn)量。移栽技術(shù)的推廣促進(jìn)了移栽機(jī)械的發(fā)展，目前移栽機(jī)主要由取苗裝置、栽植器、扶苗機(jī)構(gòu)、開溝器、覆土鎮(zhèn)壓裝置等工作部件組成。在移栽作業(yè)中，對作業(yè)完成的考核指標(biāo)主要有立苗率，栽深，栽植速度等。其中栽深指標(biāo)影響著緩苗周期和成活率，目前移栽機(jī)上對栽深的控制大多采用人工調(diào)節(jié)，機(jī)械式的固定好栽植深度的方法，但在實(shí)際作業(yè)中由于地面起伏不平及機(jī)械振動等情況的出現(xiàn)，栽深很難保持一致性。

栽植深度的不同導(dǎo)致緩苗周期不一致，從而加大了作物在生長過程中田間管理及收獲作業(yè)的難度，會給后續(xù)的田間作業(yè)造成人力、物力等資源的浪費(fèi)。甚至由于栽植過深或過淺影響缽苗的成活率，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)，為農(nóng)民帶來經(jīng)濟(jì)損失。

栽植深度目前少有利用激光傳感器檢測技術(shù)栽植深度，大部分利用機(jī)械及仿形機(jī)構(gòu)來限制栽深，例如專利cn105684615a利用輕質(zhì)導(dǎo)桿組成的仿形結(jié)構(gòu)，利用接近開關(guān)來檢測入土距離,但未考慮移栽機(jī)行進(jìn)過程機(jī)構(gòu)震動對輕質(zhì)桿的影響，達(dá)不到控制精度。例如專利cn105794374a利用平行四邊形及錐齒輪結(jié)構(gòu)，利用仿形輪與地面接觸，錐齒輪調(diào)整栽植器與地面距離，控制精度粗糙，不能精確控制栽深。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種移栽機(jī)栽深自動控制裝置及控制方法，解決目前機(jī)械化移栽過程中移栽深度難以控制的問題。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種移栽機(jī)栽深自動控制裝置，所述的移栽機(jī)包括栽植器，所述栽深自動控制裝置包括：

同步帶運(yùn)動裝置，用于帶動移栽機(jī)中的栽植器上下運(yùn)動實(shí)現(xiàn)接苗和栽苗的過程；

地面仿形機(jī)構(gòu)，包括地面仿形板及與地面仿形板轉(zhuǎn)動連接的軸性活動連接桿，地面仿形板用于模擬地面平整度，為栽深控制系統(tǒng)的檢測提供參考依據(jù)；

栽深控制系統(tǒng)，實(shí)時檢測栽植器與地面仿形機(jī)構(gòu)之間的位置關(guān)系，判斷栽植器底部是否接觸到土壤表面，當(dāng)栽植器底部剛好接觸土壤表面時，控制同步帶運(yùn)動裝置的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)對移栽機(jī)栽深的控制。

本發(fā)明所述的栽深控制系統(tǒng)包括：

傳感器檢測單元，與中央控制單元連接，檢測栽植器入土行程起點(diǎn)信息，并將檢測到的信息傳遞給中央控制單元；

中央控制單元，與栽植器運(yùn)動控制單元連接，用于實(shí)現(xiàn)對傳感器檢測單元檢測結(jié)果的獲取以及對栽植器運(yùn)動控制單元的控制；

栽植器運(yùn)動控制單元，接收中央控制單元發(fā)送的控制信號，按照控制信號的要求控制同步帶運(yùn)動裝置的運(yùn)動行程從而控制栽植器的運(yùn)動及栽植深度。

本發(fā)明所述的傳感器檢測單元包括安裝于栽植器頂部的激光傳感器發(fā)射端、安裝于地面仿形板上設(shè)置的傳感器支架上的激光傳感器接收陣列以及用于傳輸信號的信號無線傳輸裝置。

本發(fā)明所述的中央控制單元包括依次連接的信號采集電路、信號處理電路和中央處理器，所述中央處理器具有脈沖發(fā)生、脈沖計數(shù)和數(shù)字比較的功能。

利用所述的移栽機(jī)栽深自動控制裝置控制栽深的方法，包括以下步驟：

步驟一、傳感器檢測單元檢測栽植器入土行程起點(diǎn)信號：設(shè)置激光傳感器接收陣列在傳感器支架上的位置，使得激光傳感器接收陣列與地面仿形板底面之間的距離和栽植器頂部到底部之間距離相等，通過對激光傳感器對射信號的檢測確定栽植器入土行程的起點(diǎn)，即激光傳感器接收陣列接收到激光傳感器發(fā)射端的信號則表明栽植器底部剛好接觸到土壤表面；

步驟二、檢測到行程起點(diǎn)信號后中央控制單元觸發(fā)其內(nèi)設(shè)置的脈沖計數(shù)器進(jìn)行脈沖計數(shù)，計數(shù)值為n1；

步驟三、根據(jù)所要控制的栽深s設(shè)定控制器需要發(fā)出的總脈沖數(shù)n，比較脈沖計數(shù)器中計數(shù)值n1是否等于n，若n1<n，則表明栽植器入土深度未達(dá)到設(shè)定值，中央控制單元繼續(xù)發(fā)送脈沖控制信號，直至n1=n；若n1=n，則表明栽植器栽植深度與設(shè)定值相同，中央控制單元停止發(fā)送脈沖信號；

步驟四、檢測到n1=n，栽植深度符合要求，則栽植器開啟并完成載苗動作，然后栽植器向上運(yùn)動回歸取苗位置，等待下一次載苗動作開始。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明摒棄了傳統(tǒng)上利用機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行栽深的限位控制方式，通過數(shù)字化參數(shù)的設(shè)定即可改變栽植器栽植深度。利用檢測技術(shù)實(shí)現(xiàn)栽植深度的限定，脈沖控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)栽植行程控制，控制精確度較高，保證了栽植器入土的深度，避免了栽植過深或過淺的情況產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了移栽作業(yè)過程中自動調(diào)控栽植深度的要求，解決了由于緩苗周期不一致帶來田間管理及收獲作業(yè)困難的問題，同時穩(wěn)定移栽幼苗的成活率，提高作物產(chǎn)量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明栽深控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本發(fā)明栽深控制方法流程圖；

圖中標(biāo)記：1、信號傳輸線，2、中央控制單元，3、信號無線傳輸裝置，4、移栽機(jī)機(jī)架，5、軸性活動連接桿，6、傳感器支架，7、激光傳感器接收陣列，8、地面仿形板，9、激光傳感器發(fā)射端，10、栽植器，11、同步帶，12、栽植器運(yùn)動控制單元，13、滾輪，14、栽植器支撐架。

具體實(shí)施方式

如圖所示，一種移栽機(jī)栽深自動控制裝置，所述的移栽機(jī)包括栽植器，所述栽深自動控制裝置包括：

同步帶運(yùn)動裝置，用于帶動移栽機(jī)中的栽植器上下運(yùn)動實(shí)現(xiàn)接苗和栽苗的過程；

地面仿形機(jī)構(gòu)，包括地面仿形板及與地面仿形板轉(zhuǎn)動連接的軸性活動連接桿，地面仿形板用于模擬地面平整度，為栽深控制系統(tǒng)的檢測提供參考依據(jù)；

栽深控制系統(tǒng)，通過與地面仿形機(jī)構(gòu)的模擬結(jié)果對比，檢測并采集栽植器入土行程起點(diǎn)信息，根據(jù)該信息控制同步帶運(yùn)動裝置的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)對移栽機(jī)栽深的控制。

進(jìn)一步，栽深控制系統(tǒng)包括：

傳感器檢測單元，與中央控制單元連接，檢測栽植器入土行程起點(diǎn)信息，并將檢測到的信息傳遞給中央控制單元；

中央控制單元，與栽植器運(yùn)動控制單元連接，用于實(shí)現(xiàn)對傳感器檢測單元檢測結(jié)果的獲取以及對栽植器運(yùn)動控制單元的控制；

栽植器運(yùn)動控制單元，接收中央控制單元發(fā)送的控制信號，按照控制信號的要求控制同步帶運(yùn)動裝置的運(yùn)動行程從而控制栽植器的運(yùn)動及栽植深度。

進(jìn)一步，傳感器檢測單元包括安裝于栽植器頂部的激光傳感器發(fā)射端、安裝于地面仿形板上設(shè)置的傳感器支架上的激光傳感器接收陣列以及用于傳輸信號的信號無線傳輸裝置。

進(jìn)一步，中央控制單元包括依次連接的信號采集電路、信號處理電路和中央處理器，所述中央處理器具有脈沖發(fā)生、脈沖計數(shù)和數(shù)字比較的功能。

利用所述的移栽機(jī)栽深自動控制裝置控制栽深的方法，包括以下步驟：

步驟一、傳感器檢測單元檢測栽植器入土行程起點(diǎn)信號：設(shè)置激光傳感器接收陣列在傳感器支架上的位置，使得激光傳感器接收陣列與地面仿形板底面之間的距離和栽植器頂部到底部之間距離相等，通過對激光傳感器對射信號的檢測確定栽植器入土行程的起點(diǎn)，即激光傳感器接收陣列接收到激光傳感器發(fā)射端的信號則表明栽植器底部剛好接觸到土壤表面；

步驟二、檢測到行程起點(diǎn)信號后中央控制單元觸發(fā)其內(nèi)設(shè)置的脈沖計數(shù)器進(jìn)行脈沖計數(shù)，計數(shù)值為n1；

步驟三、根據(jù)所要控制的栽深s設(shè)定控制器需要發(fā)出的總脈沖數(shù)n，比較脈沖計數(shù)器中計數(shù)值n1是否等于n，若n1<n，則表明栽植器入土深度未達(dá)到設(shè)定值，中央控制單元繼續(xù)發(fā)送脈沖控制信號，直至n1=n；若n1=n，則表明栽植器栽植深度與設(shè)定值相同，中央控制單元停止發(fā)送脈沖信號；

步驟四、檢測到n1=n，栽植深度符合要求，則栽植器開啟并完成載苗動作，然后栽植器向上運(yùn)動回歸取苗位置，等待下一次載苗動作開始。

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明的移栽機(jī)栽深自動控制裝置及控制方法做進(jìn)一步說明：

如圖1所示為本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖，所述的移栽機(jī)包括移栽機(jī)機(jī)架4和栽植器10，在移栽機(jī)機(jī)架4上設(shè)有栽深自動控制裝置，所述的栽深自動控制裝置包括用于帶動栽植器10上下運(yùn)動的同步帶運(yùn)動裝置、地面仿形機(jī)構(gòu)及栽深控制系統(tǒng)。

同步帶運(yùn)動裝置包括同步帶11、設(shè)置于同步帶11兩端內(nèi)側(cè)與同步帶嚙合的滾輪13、步進(jìn)電機(jī)、減速機(jī)和步進(jìn)驅(qū)動器，，所述的栽植器10固定安裝在栽植器支撐架14上，栽植器支撐架14與同步帶運(yùn)動裝置固定連接，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動滾輪13轉(zhuǎn)動，從而帶動同步帶11轉(zhuǎn)動，進(jìn)一步帶動栽植器10上下運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)接苗和栽苗的過程。

地面仿形機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)動連接在移栽機(jī)機(jī)架4上的軸性活動連接桿5和與軸性活動連接桿5轉(zhuǎn)動連接的地面仿形板8，地面仿形板8緊貼地面。

栽深控制系統(tǒng)包括傳感器檢測單元、控制同步帶運(yùn)動裝置運(yùn)動的栽植器運(yùn)動控制單元12和中央控制單元2，傳感器檢測單元與中央控制單元2連接，中央控制單元2通過信號傳輸線1與栽植器運(yùn)動控制單元12連接，中央控制單元2接收到傳感器檢測單元的信號后，發(fā)送控制信號給栽植器運(yùn)動控制單元12，使栽植器運(yùn)動控制單元12控制同步帶運(yùn)動裝置的運(yùn)動行程，從而實(shí)現(xiàn)接苗和栽苗的過程。

傳感器檢測單元包括安裝于栽植器支撐架14上的激光傳感器發(fā)射端9、安裝于地面仿形機(jī)構(gòu)上的激光傳感器接收陣列7以及用于傳輸信號的信號無線傳輸裝置3，激光傳感器接收陣列7固定于地面仿形板8上設(shè)置的傳感器支架6上。

同步帶11為鋼帶。

中央控制單元包括依次連接的信號采集電路、信號處理電路和中央處理器，所述中央處理器具有脈沖發(fā)生、脈沖計數(shù)和數(shù)字比較的功能。

優(yōu)選的，為提高栽深控制的準(zhǔn)確性，地面仿形板與栽植器機(jī)構(gòu)的安裝距離可通過移栽作業(yè)前進(jìn)速度v1與栽植器向下運(yùn)動速度v2及所需要控制的栽深s運(yùn)算出來，即。

利用移栽機(jī)栽深自動控制裝置控制栽深的方法，包括以下步驟：

步驟一、檢測栽植器入土行程起點(diǎn)信號：設(shè)置激光傳感器接收陣列在傳感器支架上的位置，使得激光傳感器接收陣列與地面仿形板底面之間的距離和栽植器底端與栽植器支撐架上安裝的激光傳感器發(fā)射端之間的距離相等，通過對激光傳感器對射信號的檢測確定栽植器入土行程的起點(diǎn)，即激光傳感器接收陣列接收到激光傳感器發(fā)射端的信號則表明栽植器底部剛好接觸到土壤表面；

步驟二、檢測到行程起點(diǎn)信號后中央控制單元觸發(fā)其內(nèi)設(shè)置的脈沖計數(shù)器進(jìn)行脈沖計數(shù)，根據(jù)步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)角α及滾輪半徑r以及所要控制的栽深s，可得控制器發(fā)出的總脈沖數(shù)n為：

；

步驟三、比較脈沖計數(shù)器中計數(shù)值n1是否等于n，若n1<n，則表明栽植器入土深度未達(dá)到設(shè)定值，中央控制單元繼續(xù)發(fā)送脈沖控制信號，直至n1=n，中央控制單元停止發(fā)送脈沖信號；若n1=n，則表明栽植器栽植深度與預(yù)設(shè)值相同，中央控制單元停止發(fā)送脈沖信號；

步驟四、檢測到n1=n，栽植深度符合要求，則栽植器開啟并完成載苗動作，然后栽植器支撐架向上運(yùn)動回歸取苗位置，等待下一次載苗動作開始。

本發(fā)明地面仿形板8的設(shè)計，通過對地面的接觸，傳遞了地面信息，同時屏蔽了作業(yè)過程中地面塵土對傳感器檢測單元的影響，提高檢測準(zhǔn)確度。

本發(fā)明傳感器檢測單元采用對射式安裝，所述的發(fā)射端為點(diǎn)狀，所述的接收端為陣列，點(diǎn)狀信息方便并準(zhǔn)確跟蹤栽植器10的運(yùn)動狀態(tài)，接收端采用陣列可避免由于地面起伏震動造成接受信號難度大的問題，能夠保證在復(fù)雜作業(yè)環(huán)境準(zhǔn)確接受發(fā)射端傳來的信號，準(zhǔn)確檢測栽植器10運(yùn)動情況。

本發(fā)明栽植器運(yùn)動控制單元12采用預(yù)設(shè)閾值的方法，避免了栽植過深的情況，傳統(tǒng)的若出現(xiàn)栽植過深再調(diào)節(jié)栽植器向上運(yùn)動投苗不能保證落苗的深度。

本發(fā)明利用地面仿形機(jī)構(gòu)將地平面位置進(jìn)行標(biāo)刻，并通過栽植器機(jī)架上安裝的激光傳感器發(fā)射端對栽植器運(yùn)動位置進(jìn)行檢測，判斷栽植器底部是否接觸土壤，即判斷栽植器的入土行程起點(diǎn)，進(jìn)而對入土行程起點(diǎn)及栽苗動作過程中栽植器運(yùn)動的行程進(jìn)行控制，利用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動栽植器運(yùn)動的行程，控制步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)來精確控制栽植深度。