一种移栽机栽深自动控制装置及控制方法与流程

本发明涉及移栽机械领域，具体地说是一种移栽机栽深自动控制装置及控制方法。

背景技术：

移栽技术在现代农业中有不可或缺的重要性，通过育苗移栽可提高幼苗的壮苗率，成活率，从而提高作物产量。移栽技术的推广促进了移栽机械的发展，目前移栽机主要由取苗装置、栽植器、扶苗机构、开沟器、覆土镇压装置等工作部件组成。在移栽作业中，对作业完成的考核指标主要有立苗率，栽深，栽植速度等。其中栽深指标影响着缓苗周期和成活率，目前移栽机上对栽深的控制大多采用人工调节，机械式的固定好栽植深度的方法，但在实际作业中由于地面起伏不平及机械振动等情况的出现，栽深很难保持一致性。

栽植深度的不同导致缓苗周期不一致，从而加大了作物在生长过程中田间管理及收获作业的难度，会给后续的田间作业造成人力、物力等资源的浪费。甚至由于栽植过深或过浅影响钵苗的成活率，导致农作物减产，为农民带来经济损失。

栽植深度目前少有利用激光传感器检测技术栽植深度，大部分利用机械及仿形机构来限制栽深，例如专利cn105684615a利用轻质导杆组成的仿形结构，利用接近开关来检测入土距离,但未考虑移栽机行进过程机构震动对轻质杆的影响，达不到控制精度。例如专利cn105794374a利用平行四边形及锥齿轮结构，利用仿形轮与地面接触，锥齿轮调整栽植器与地面距离，控制精度粗糙，不能精确控制栽深。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种移栽机栽深自动控制装置及控制方法，解决目前机械化移栽过程中移栽深度难以控制的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种移栽机栽深自动控制装置，所述的移栽机包括栽植器，所述栽深自动控制装置包括：

同步带运动装置，用于带动移栽机中的栽植器上下运动实现接苗和栽苗的过程；

地面仿形机构，包括地面仿形板及与地面仿形板转动连接的轴性活动连接杆，地面仿形板用于模拟地面平整度，为栽深控制系统的检测提供参考依据；

栽深控制系统，实时检测栽植器与地面仿形机构之间的位置关系，判断栽植器底部是否接触到土壤表面，当栽植器底部刚好接触土壤表面时，控制同步带运动装置的运动实现对移栽机栽深的控制。

本发明所述的栽深控制系统包括：

传感器检测单元，与中央控制单元连接，检测栽植器入土行程起点信息，并将检测到的信息传递给中央控制单元；

中央控制单元，与栽植器运动控制单元连接，用于实现对传感器检测单元检测结果的获取以及对栽植器运动控制单元的控制；

栽植器运动控制单元，接收中央控制单元发送的控制信号，按照控制信号的要求控制同步带运动装置的运动行程从而控制栽植器的运动及栽植深度。

本发明所述的传感器检测单元包括安装于栽植器顶部的激光传感器发射端、安装于地面仿形板上设置的传感器支架上的激光传感器接收阵列以及用于传输信号的信号无线传输装置。

本发明所述的中央控制单元包括依次连接的信号采集电路、信号处理电路和中央处理器，所述中央处理器具有脉冲发生、脉冲计数和数字比较的功能。

利用所述的移栽机栽深自动控制装置控制栽深的方法，包括以下步骤：

步骤一、传感器检测单元检测栽植器入土行程起点信号：设置激光传感器接收阵列在传感器支架上的位置，使得激光传感器接收阵列与地面仿形板底面之间的距离和栽植器顶部到底部之间距离相等，通过对激光传感器对射信号的检测确定栽植器入土行程的起点，即激光传感器接收阵列接收到激光传感器发射端的信号则表明栽植器底部刚好接触到土壤表面；

步骤二、检测到行程起点信号后中央控制单元触发其内设置的脉冲计数器进行脉冲计数，计数值为n1；

步骤三、根据所要控制的栽深s设定控制器需要发出的总脉冲数n，比较脉冲计数器中计数值n1是否等于n，若n1<n，则表明栽植器入土深度未达到设定值，中央控制单元继续发送脉冲控制信号，直至n1=n；若n1=n，则表明栽植器栽植深度与设定值相同，中央控制单元停止发送脉冲信号；

步骤四、检测到n1=n，栽植深度符合要求，则栽植器开启并完成载苗动作，然后栽植器向上运动回归取苗位置，等待下一次载苗动作开始。

本发明的有益效果是：本发明摒弃了传统上利用机械结构进行栽深的限位控制方式，通过数字化参数的设定即可改变栽植器栽植深度。利用检测技术实现栽植深度的限定，脉冲控制技术实现栽植行程控制，控制精确度较高，保证了栽植器入土的深度，避免了栽植过深或过浅的情况产生，实现了移栽作业过程中自动调控栽植深度的要求，解决了由于缓苗周期不一致带来田间管理及收获作业困难的问题，同时稳定移栽幼苗的成活率，提高作物产量。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明栽深控制系统结构框图；

图3为本发明栽深控制方法流程图；

图中标记：1、信号传输线，2、中央控制单元，3、信号无线传输装置，4、移栽机机架，5、轴性活动连接杆，6、传感器支架，7、激光传感器接收阵列，8、地面仿形板，9、激光传感器发射端，10、栽植器，11、同步带，12、栽植器运动控制单元，13、滚轮，14、栽植器支撑架。

具体实施方式

如图所示，一种移栽机栽深自动控制装置，所述的移栽机包括栽植器，所述栽深自动控制装置包括：

同步带运动装置，用于带动移栽机中的栽植器上下运动实现接苗和栽苗的过程；

地面仿形机构，包括地面仿形板及与地面仿形板转动连接的轴性活动连接杆，地面仿形板用于模拟地面平整度，为栽深控制系统的检测提供参考依据；

栽深控制系统，通过与地面仿形机构的模拟结果对比，检测并采集栽植器入土行程起点信息，根据该信息控制同步带运动装置的运动实现对移栽机栽深的控制。

进一步，栽深控制系统包括：

传感器检测单元，与中央控制单元连接，检测栽植器入土行程起点信息，并将检测到的信息传递给中央控制单元；

中央控制单元，与栽植器运动控制单元连接，用于实现对传感器检测单元检测结果的获取以及对栽植器运动控制单元的控制；

栽植器运动控制单元，接收中央控制单元发送的控制信号，按照控制信号的要求控制同步带运动装置的运动行程从而控制栽植器的运动及栽植深度。

进一步，传感器检测单元包括安装于栽植器顶部的激光传感器发射端、安装于地面仿形板上设置的传感器支架上的激光传感器接收阵列以及用于传输信号的信号无线传输装置。

进一步，中央控制单元包括依次连接的信号采集电路、信号处理电路和中央处理器，所述中央处理器具有脉冲发生、脉冲计数和数字比较的功能。

利用所述的移栽机栽深自动控制装置控制栽深的方法，包括以下步骤：

步骤一、传感器检测单元检测栽植器入土行程起点信号：设置激光传感器接收阵列在传感器支架上的位置，使得激光传感器接收阵列与地面仿形板底面之间的距离和栽植器顶部到底部之间距离相等，通过对激光传感器对射信号的检测确定栽植器入土行程的起点，即激光传感器接收阵列接收到激光传感器发射端的信号则表明栽植器底部刚好接触到土壤表面；

步骤二、检测到行程起点信号后中央控制单元触发其内设置的脉冲计数器进行脉冲计数，计数值为n1；

步骤三、根据所要控制的栽深s设定控制器需要发出的总脉冲数n，比较脉冲计数器中计数值n1是否等于n，若n1<n，则表明栽植器入土深度未达到设定值，中央控制单元继续发送脉冲控制信号，直至n1=n；若n1=n，则表明栽植器栽植深度与设定值相同，中央控制单元停止发送脉冲信号；

步骤四、检测到n1=n，栽植深度符合要求，则栽植器开启并完成载苗动作，然后栽植器向上运动回归取苗位置，等待下一次载苗动作开始。

下面结合具体实施方式对本发明的移栽机栽深自动控制装置及控制方法做进一步说明：

如图1所示为本发明的一种结构示意图，所述的移栽机包括移栽机机架4和栽植器10，在移栽机机架4上设有栽深自动控制装置，所述的栽深自动控制装置包括用于带动栽植器10上下运动的同步带运动装置、地面仿形机构及栽深控制系统。

同步带运动装置包括同步带11、设置于同步带11两端内侧与同步带啮合的滚轮13、步进电机、减速机和步进驱动器，，所述的栽植器10固定安装在栽植器支撑架14上，栽植器支撑架14与同步带运动装置固定连接，步进电机驱动滚轮13转动，从而带动同步带11转动，进一步带动栽植器10上下运动，实现接苗和栽苗的过程。

地面仿形机构包括转动连接在移栽机机架4上的轴性活动连接杆5和与轴性活动连接杆5转动连接的地面仿形板8，地面仿形板8紧贴地面。

栽深控制系统包括传感器检测单元、控制同步带运动装置运动的栽植器运动控制单元12和中央控制单元2，传感器检测单元与中央控制单元2连接，中央控制单元2通过信号传输线1与栽植器运动控制单元12连接，中央控制单元2接收到传感器检测单元的信号后，发送控制信号给栽植器运动控制单元12，使栽植器运动控制单元12控制同步带运动装置的运动行程，从而实现接苗和栽苗的过程。

传感器检测单元包括安装于栽植器支撑架14上的激光传感器发射端9、安装于地面仿形机构上的激光传感器接收阵列7以及用于传输信号的信号无线传输装置3，激光传感器接收阵列7固定于地面仿形板8上设置的传感器支架6上。

同步带11为钢带。

中央控制单元包括依次连接的信号采集电路、信号处理电路和中央处理器，所述中央处理器具有脉冲发生、脉冲计数和数字比较的功能。

优选的，为提高栽深控制的准确性，地面仿形板与栽植器机构的安装距离可通过移栽作业前进速度v1与栽植器向下运动速度v2及所需要控制的栽深s运算出来，即。

利用移栽机栽深自动控制装置控制栽深的方法，包括以下步骤：

步骤一、检测栽植器入土行程起点信号：设置激光传感器接收阵列在传感器支架上的位置，使得激光传感器接收阵列与地面仿形板底面之间的距离和栽植器底端与栽植器支撑架上安装的激光传感器发射端之间的距离相等，通过对激光传感器对射信号的检测确定栽植器入土行程的起点，即激光传感器接收阵列接收到激光传感器发射端的信号则表明栽植器底部刚好接触到土壤表面；

步骤二、检测到行程起点信号后中央控制单元触发其内设置的脉冲计数器进行脉冲计数，根据步进电机步进角α及滚轮半径r以及所要控制的栽深s，可得控制器发出的总脉冲数n为：

；

步骤三、比较脉冲计数器中计数值n1是否等于n，若n1<n，则表明栽植器入土深度未达到设定值，中央控制单元继续发送脉冲控制信号，直至n1=n，中央控制单元停止发送脉冲信号；若n1=n，则表明栽植器栽植深度与预设值相同，中央控制单元停止发送脉冲信号；

步骤四、检测到n1=n，栽植深度符合要求，则栽植器开启并完成载苗动作，然后栽植器支撑架向上运动回归取苗位置，等待下一次载苗动作开始。

本发明地面仿形板8的设计，通过对地面的接触，传递了地面信息，同时屏蔽了作业过程中地面尘土对传感器检测单元的影响，提高检测准确度。

本发明传感器检测单元采用对射式安装，所述的发射端为点状，所述的接收端为阵列，点状信息方便并准确跟踪栽植器10的运动状态，接收端采用阵列可避免由于地面起伏震动造成接受信号难度大的问题，能够保证在复杂作业环境准确接受发射端传来的信号，准确检测栽植器10运动情况。

本发明栽植器运动控制单元12采用预设阈值的方法，避免了栽植过深的情况，传统的若出现栽植过深再调节栽植器向上运动投苗不能保证落苗的深度。

本发明利用地面仿形机构将地平面位置进行标刻，并通过栽植器机架上安装的激光传感器发射端对栽植器运动位置进行检测，判断栽植器底部是否接触土壤，即判断栽植器的入土行程起点，进而对入土行程起点及栽苗动作过程中栽植器运动的行程进行控制，利用步进电机驱动栽植器运动的行程，控制步进电机的步数来精确控制栽植深度。