本發(fā)明涉及一種用于水田電動除草機的穩(wěn)定行間除草深度裝置及方法，屬于智能化除草技術(shù)裝備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、隨著現(xiàn)代水田除草技術(shù)裝備向著綠色化、智能化、高效化發(fā)展，電動中耕除草機正逐步得到世人的高度青睞。然而，電式驅(qū)動與液壓驅(qū)動相比，在輸出功率方面，顯然前者劣于后者。因此，在推動電動中耕除草機普及應(yīng)用中，亟需對其除草部件在作業(yè)過程中設(shè)施科學(xué)的運動控制。

2、在水田的惡劣工況下作業(yè)，電動中耕除草機往往會因自身重量和水田地質(zhì)構(gòu)造產(chǎn)生不穩(wěn)定的輪陷深度，使其行間除草部件的除草深度在不停變化。特別是對行間局部地形變化過大的情形，這會加劇各行除草部件除草深度的差異，導(dǎo)致部分行間除草部件因受作業(yè)阻力過大產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)故障。同時，如果電動中耕除草機采用傳動懸掛裝置，當設(shè)定好除草機構(gòu)工作深度后，難以跟隨實際水田實際地形進行自適應(yīng)調(diào)節(jié)。

3、可見，有必要設(shè)計一種用于電動中耕除草機的自主穩(wěn)定行間除草深度裝置及方法，在保證除草效果的前提下，盡量降低電動除草機的整機功耗，以推動電動中耕除草機普及應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種用于水田電動除草機的穩(wěn)定行間除草深度裝置及方法，通過調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)置，使足式感知機構(gòu)僅僅起到感知水田行間地形的功能，避免足式感知機構(gòu)會因受載過大而發(fā)生泥中過度下陷的缺陷；通過足式感知機構(gòu)、調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)與裝置控制器的協(xié)同設(shè)計，既使行間除草部件在水田復(fù)雜工況下保持穩(wěn)定的除草深度，又能在地形突變處較為準時地抬起或下降行間除草部件。

2、為達到上述目的/為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：

3、一種用于水田電動除草機的穩(wěn)定行間除草深度裝置，包括十字型固定芯軸、足式感知機構(gòu)、調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)和裝置控制器；

4、所述十字型固定芯軸通過連接支架與電動除草機動力平臺相連，用于帶動足式感知機構(gòu)、調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)、裝置控制器和行間除草部件行駛在水田植物的行間；

5、所述調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)包括安裝支架和驅(qū)動組件，所述安裝支架轉(zhuǎn)動安裝在十字型固定芯軸的水平端上，所述安裝支架的一端與行間除草部件相連接，另一端與驅(qū)動組件相連接，所述驅(qū)動組件安裝在十字型固定芯軸的豎直端上，驅(qū)動組件的輸出端與安裝支架相連接；

6、所述足式感知機構(gòu)滑動安裝在十字型固定芯軸的豎直端上，用于感知水田行間的局部地形變化；

7、所述裝置控制器與足式感知機構(gòu)、調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)電性相連，用于根據(jù)足式感知機構(gòu)感知的局部地形變化，實時控制調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)調(diào)節(jié)行間除草部件的離地高度，使行間除草部件在作業(yè)過程中保持穩(wěn)定的除草深度。

8、進一步的，所述十字型固定芯軸包括水平軸段和豎直軸段，其中，

9、所述豎直軸段中心處設(shè)有中心通孔，中心通孔上設(shè)有一條貫通鍵槽，豎直軸段的上側(cè)外圓上還設(shè)有安裝凸臺和耳軸。

10、進一步的，所述足式感知機構(gòu)包括支撐腿、腳板、復(fù)位彈簧和測距傳感器，其中，

11、所述支撐腿為一根直桿，支撐腿的上端豎直向上穿過中心通孔并連接有頂板，下端可擺動地連接腳板，支撐腿通過導(dǎo)向平鍵和貫通鍵槽互連；

12、所述腳板為兩端上翹型底板；

13、所述復(fù)位彈簧套裝在支撐腿上，復(fù)位彈簧的上端壓在豎直軸段的下端面上，下端壓在固定于支撐腿下段部的圓盤的上端面；

14、所述復(fù)位彈簧上還套裝一個柱型防護罩，柱型防護罩的上端與豎直軸段下端固定相連；

15、所述測距傳感器安裝在安裝凸臺上，用于實時感知到頂板的距離。

16、進一步的，所述安裝支架包括擺臂和連接軸，所述驅(qū)動組件包括驅(qū)動電機、驅(qū)動絲桿，其中，

17、所述擺臂數(shù)量為兩根，兩根擺臂的上端分別固連連接軸兩端，兩根擺臂下端可轉(zhuǎn)動地裝接行間除草部件，兩根擺臂的中部可轉(zhuǎn)動地連接十字型固定芯軸；

18、所述驅(qū)動電機安裝在電機固定支架上，電機固定支架的尾部與耳軸可擺動相連；

19、所述驅(qū)動絲桿一端與驅(qū)動電機輸出軸同軸相連，另一端以螺紋副穿過連接軸中部，驅(qū)動絲桿自由端裝有限位螺母。

20、進一步的，所述擺臂下端部設(shè)有“u”型開口，通過滑動軸承a和第一壓蓋，與行間除草部件軸頸部可滑動相連；

21、所述擺臂中部設(shè)有梯型開口，通過滑動軸承b和第二壓蓋與水平軸段的軸頸可滑動相連。

22、進一步的，所述裝置控制器的控制方法包括：

23、獲取目標除草深度，確定擺臂的初始擺角，通過調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)將擺臂調(diào)節(jié)至初始擺角；

24、獲取實時地形高度變化量，根據(jù)實時地形高度變化量，確定擺臂的實時工作擺角，通過調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)將擺臂調(diào)節(jié)至實時工作擺角。

25、進一步的，所述初始擺角的計算方法如下：

26、

27、其中，為初始擺角，h0為腳板落地時，其底面到水平軸段回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離，r為行間除草部件的回轉(zhuǎn)半徑，為目標除草深度，a為行間地形變化處行間除草部件回轉(zhuǎn)軸線到水平軸段回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離。

28、進一步的，實時工作擺角的計算方法如下：

29、

30、其中，為實時工作擺角，h為實時地形高度變化量，由測距傳感器感知的到頂板的距離確定。

31、進一步的，所述調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)將擺臂調(diào)節(jié)至實時工作擺角，包括:

32、獲取水田除草動力平臺的前行速度和實時工作擺角下行間除草部件與腳板的水平距離；

33、根據(jù)前行速度和水平距離，確定調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)的調(diào)節(jié)時間；

34、確定行間地形變化處驅(qū)動絲桿的工作長度變化量，根據(jù)工作長度變化量和調(diào)節(jié)時間，確定調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)的調(diào)節(jié)驅(qū)動轉(zhuǎn)速；

35、根據(jù)調(diào)節(jié)時間和調(diào)節(jié)驅(qū)動轉(zhuǎn)速，通過調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)將擺臂調(diào)節(jié)至實時工作擺角。

36、進一步的，確定調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)的調(diào)節(jié)時間，包括：t=l/?v前，其中，t為調(diào)節(jié)時間，l為水平距離，v前為前進速度；

37、確定行間地形變化處驅(qū)動絲桿的工作長度變化量，包括：

38、

39、其中，為驅(qū)動絲桿的工作長度變化量，b為電機固定支架尾部擺動軸線到水平軸段回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離；c為連接軸回轉(zhuǎn)軸線到水平軸段回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離，為調(diào)節(jié)后驅(qū)動絲桿的工作長度，為調(diào)節(jié)前驅(qū)動絲杠的工作長度；

40、確定調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)的調(diào)節(jié)驅(qū)動轉(zhuǎn)速，包括:

41、

42、其中，為調(diào)節(jié)驅(qū)動轉(zhuǎn)速，p為驅(qū)動絲桿的螺距。

43、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達到的有益效果：

44、本發(fā)明提供的一種用于水田電動除草機的穩(wěn)定行間除草深度裝置，通過調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)置，使足式感知機構(gòu)僅僅起到感知水田行間地形的功能，避免足式感知機構(gòu)會因受載過大而發(fā)生泥中過度下陷的缺陷；通過足式感知機構(gòu)、調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)與裝置控制器的協(xié)同設(shè)計，既使行間除草部件在水田復(fù)雜工況下保持穩(wěn)定的除草深度，又能在地形突變處較為準時地抬起或下降行間除草部件。

45、本發(fā)明提供的一種用于水田電動除草機的穩(wěn)定行間除草深度方法，在執(zhí)行除草前，能夠根據(jù)獲取的目標除草深度來確定擺臂的初始擺角，通過調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)將擺臂調(diào)節(jié)至初始擺角，在執(zhí)行除草時，能夠根據(jù)同步獲取實時地形高度變化量，根據(jù)實時地形高度變化量，確定擺臂的實時工作擺角，通過調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)將擺臂調(diào)節(jié)至實時工作擺角，以保證行間除草部件在水田復(fù)雜工況下能夠保持穩(wěn)定的除草深度。