棉花打顶自动对行装置、联合作业机及控制方法与流程

本发明涉及棉花打顶领域，特别是涉及棉花打顶自动对行装置、联合作业机及控制方法。

背景技术：

棉花是我国重要的工业基础及战略物资，同时也是农业生产中占有较高地位的经济作物，占有很强的经济地位。棉花在整个生产种植的过程中基本实现机械化，从深松播种到棉花收获环节，只有机械打顶仍然处于不能大量推广的试验研究阶段。棉花打顶是棉花增产增收的关键环节之一，适时打顶可消除棉花顶端优势，增加棉花产量。国外普遍是使用的药物打顶，利用一些作物生长抑制剂等去控制棉株生长，使其顶尖自然凋亡。在国内由于药物控制技术性强，多样性的棉花品种对药物受用能力差异明显，同时污染环境及影响棉花品质，难于大面积推广；人工打顶费工费时，在劳动力短缺的背景下，机械化技术打顶成为必然。

针对棉花打顶机械存在的问题，国内众多高校、科研院所及相关企业对棉花打顶机械进行了研究，并在传感器、图像识别、遥感等多个方向进行了相应的探索，并取得了一定的效果。单体仿行智能精准打顶机械已成为现有机械的研究重点，单行仿形能够较好的实现精准定量打顶；在田间作业时，驾驶员一方面要小心驾驶作业机械，另一方面又要密切注意观察对行情况，一旦发生跑偏将严重影响棉花打顶精准度，进而影响产量；长时间机械操作会增加驾驶员的疲劳度，降低作业效率；而田间需要一次作业的行程较长，且因田间地面的设置，出现偏差的情况较多，一直需要驾驶员来矫正的话，所浪费时间多，而且人工操作有时候也存在较大的操作误差。

综上，对棉花打顶机构，需要设置自动对行设备。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供了棉花打顶自动对行装置，本发明设计的棉花打顶喷药机自动对行装置及其构成的联合作业机，实现棉花打顶作业机械作业过程中的自动对行，能有效提高作业质量及作业效率。

棉花打顶自动对行装置的具体方案如下：

棉花打顶自动对行装置，包括：

棉花打顶机构；

移动机架，一侧能与棉花打顶机构连接，另一侧通过固定架与作业机械连接，且固定架与移动机架支架设置推动部件；

对行机构，与移动机架连接，且对行机构设有角位移传感器；角位移传感器与控制器连接，控制器与推动部件连接，角位移传感器检测移动机架角度偏移信号并传送至控制器，控制器控制推动部件动作，实现移动机架的回位，从而实现棉花打顶机构的回位，避免打顶作业发生较大的偏差。

通过自动对行装置的设置，当设有棉花打定机构的移动机架发生偏差时，控制器及时检测，然后调整推动部件做出调整，自动操作，提高工作效率。

进一步地，为了对两侧的棉花同时进行打顶，所述移动机架设有两处棉花打顶机构，所述的对行机构设于两处棉花打顶机构之间，角度位移传感器设有两处，分别检测两侧的偏差，可根据二者测量的平均值，控制器做出相应的判断。

进一步地，所述对行机构的底端设有距离传感器，距离传感器与所述的控制器连接，对行机构设有升降部件，升降部件通过固定梁与所述的移动机架连接，距离传感器为激光传感器，通过距离传感器测量对行机构底端与田间的距离，保证棉花打顶机构始终处于设定范围的高度，保证打顶准确。

进一步地，所述升降部件为包括丝杠的电动丝杠机构，丝杠设于外套筒内，外套筒与电机连接，且外套筒与所述的固定梁连接，外套筒顶部设置门型的电机固定板以固定电机，电机固定板的开口朝向水平方向，电机通过连轴器与丝杠连接，固定梁端部设置固定卡板，固定卡板与移动机架卡合，且固定卡板设置螺栓以紧固固定卡板与移动机架；

丝杠活动套设内套筒，内套筒与所述的对行机构连接，外套筒相对于内套筒可滑动设置，电机带动丝杠转动，丝杠旋转，内套筒上下移动，从而带动对行机构上下移动，保证对行机构对地仿形，保证对行高度的一致性。

进一步地，所述对行机构包括对行横梁，对行横梁与对行竖梁连接，对行竖梁底端设置所述的角位移传感器；

进一步地，所述对行竖梁相对于对行横梁可滑动设置，并可锁紧设置，对行竖梁顶部设置移动卡板，移动卡板为框形，对行横梁穿过移动卡板设置，对行横梁开有槽型通孔，移动卡板设置螺栓以通过螺栓螺母紧固移动卡板与对行横梁。

进一步地，所述对行竖梁底端焊合有传感器固定板，所述的角位移传感器安装于传感器固定板，且柔性摆杆与角位移传感器连接，正常直线运行状态下，柔性摆杆设于相邻两垄棉花之间；

进一步地，柔性摆杆设于所述对行竖梁的内侧。

进一步地，所述对行横梁对称设有两根所述的对行竖梁，相应角位移传感器、测距传感器同样都有两个。

进一步地，所述移动机架包括框架，框架侧部设置若干导轨，所述的固定架侧部设有与导轨配合的滑块，所述推动部件一端与所述固定架连接，另一端与所述框架中部连接，推动部件为第一电动推杆。

棉花打定机构固定于移动机架的下侧，且移动机架框架设有护板，用于保护棉花打顶机构。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种棉花打顶联合作业机，包括：

所述的棉花打顶自动对行装置；

所述的作业机械，所述控制器设于作业机械底盘。

进一步地，作业机械包括转向机构，转向机构与所述的控制器连接；转向机构为设于作业机械转向轮与车架之间的直线推动部件，直线推动部件为第二电动推杆，第二电动推杆通过伸缩推动转向轮偏转，实现转向控制，第二电动推杆与转向轮呈设定角度连接以带动转向轮的动作。

一种棉花打顶联合作业机的控制方法，具体步骤如下：

角位移传感器检测角度偏移信号，并将信号传送至控制器；

控制器判断角度的偏移大小，若角度偏移小于设定数值，控制器控制推动部件推动移动机架动作，从而调整打顶机构的偏移距离；

若控制器判断角度的偏移大小超过设定数值，控制器控制转向机构转动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明通过对行机构的设置，可有效根据角位移传感器的测量，来获取偏差角度，从而通过控制器调整移动机架，从而带动棉花打顶机构的角度回正，有效提高了打顶机械的作业效率。

2)本发明通过测距传感器的设置，可有效调整对行机构的高度，从而实现棉花打顶机构与地面距离的调整，保证摆杆与棉花底端接触的等高性，保证棉花打顶机构操作的准确性，提高精度。

3)本发明通过整体机构的设置，可以根据棉花种植模式调节柔性摆杆间的距离；同时，该装置可以安装在现有各种形式的打顶机械上面，实现作业过程的自动对行，提高检测与打顶作业质量。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明一种棉花打顶联合作业机示意图；

图2是本发明一种棉花打顶联合作业机的俯视图；

图3是本发明自动对行机构的示意图；

图4是本发明移动机架的示意图；

图5是本发明一种棉花打顶联合作业机的控制方法流程图。

其中：1、对行机构，2、棉花打顶机构，3、护板，4、移动机架，5、控制器，6、触摸屏，7、驾驶室，8、变量喷药机构，9、第二电动推杆，10、速度编码器；101、对行横梁，102、移动卡板，103、外套管，104、电机固定板，105、电机，106、联轴器，107、丝杠，108、固定梁，109、固定卡板，110、内套管，111、对行竖梁，112、柔性摆杆，113、角位移传感器，114、传感器固定板，115、激光传感器，116、距离传感器固定板；401、机架横梁，402、机架竖梁，403、下部连接方管，404、导轨，405、滑块，406、推杆固定板，407、第一电动推杆，408、焊合架横梁，409、销轴，410、焊合架竖梁。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了棉花打顶自动对行装置。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1和图2所示，棉花打顶自动对行装置，包括棉花打顶机构；移动机架，一侧能与棉花打顶机构连接，另一侧通过固定架与作业机械连接，且固定架与移动机架4支架设置推动部件；对行机构1，与移动机架4连接，且对行机构1设有角位移传感器；角位移传感器113与控制器连接，控制器5与推动部件连接，角位移传感器113检测移动机架角度偏移信号并传送至控制器，控制器5控制推动部件动作，实现移动机架的回位。对行机构1设有升降部件，升降部件通过固定梁与所述的移动机架连接，距离传感器为激光传感器115，通过距离传感器测量对行机构底端与田间的距离，保证棉花打顶机构始终处于设定范围的高度，保证打顶准确。

通过自动对行装置的设置，当设有棉花打定机构的移动机架发生偏差时，控制器及时检测，然后调整推动部件做出调整，自动操作，提高工作效率。

为了对两侧的棉花同时进行打顶，移动机架4设有两处棉花打顶机构2，所述的对行机构设于两处棉花打顶机构2之间，角度位移传感器113设有两处，分别检测两侧的偏差，可根据二者测量的平均值，控制器做出相应的判断。

如图3所示，升降部件为包括丝杠的电动丝杠机构，丝杠107设于外套筒103内，外套筒103与电机连接，且外套筒与103所述的固定梁108连接，外套筒103顶部设置门型的电机固定板104以固定电机105，具体通过螺栓连接，电机固定板104的开口朝向水平方向，电机通过连轴器106与丝杠107连接，固定梁108端部设置固定卡板109，固定卡板109与移动机架4卡合，且固定卡板109设置螺栓以紧固固定卡板与移动机架4；

丝杠107活动套设内套筒110，与焊合在内套筒上面的丝母配合，内套筒110与所述的对行机构1连接，外套筒103相对于内套筒110可滑动设置，电机105带动丝杠107转动，丝杠107旋转，内套筒110上下移动，从而带动对行机构1上下移动，从而调整棉花打顶机构的高度。

对行机构1包括对行横梁101，对行横梁101与内套筒110焊接连接，对行横梁101与对行竖梁111连接，对行竖梁111底端设置所述的角位移传感器113；对行竖梁111相对于对行横梁可滑动设置，并可锁紧设置，对行竖梁111顶部设置移动卡板102，移动卡板102为框形，对行横梁101穿过移动卡板102设置，对行横梁101开有槽型通孔，移动卡板102设置螺栓以通过螺栓螺母紧固移动卡板102与对行横梁101。

对行竖梁111底端焊合传感器固定板114，所述的角位移传感器113安装于传感器固定板114，且柔性摆杆112与角位移传感器113连接；柔性摆杆112设于所述对行竖梁111的内侧，柔性摆杆112与角位移传感器113连接，柔性摆杆摆动带动角位移传感器产生位移信号，柔性摆杆为橡胶材料制成，两柔性摆杆之间的水平距离可横跨一行棉花。对行横梁101对称设有两根所述的对行竖梁111，相应角位移传感器、测距传感器同样都有两个。

对行机构1的底端设有距离传感器，距离传感器与所述的控制器连接，距离传感器通过距离传感器固定板116设于对行竖梁底端，具体设于传感器固定板114的一侧。

如图4所示，移动机架包括框架，框架通过机架横梁401、机架竖梁402、下部连接方管403三者相互焊合，组成矩形框结构，机架横梁和机架竖梁在同一水平面；框架的两侧各设置两根导轨404，固定架侧部设有与导轨配合的滑块405，所述推动部件一端通过推杆固定板406与所述固定架连接，另一端与所述框架中部连接，推动部件为第一电动推杆407，固定架通过固定架横梁408和固定架竖梁410拼装成矩形，且固定架与作业机械可焊接连接。

棉花打定机构2固定于移动机架4的下侧，且移动机架框架设有护板3，用于保护棉花打顶机构。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种棉花打顶联合作业机，包括：所述的棉花打顶自动对行装置；所述的作业机械，控制器5设于作业机械底盘，控制器5为plc可编程控制器，或者其他中央处理器，控制器设置触摸屏6，触摸屏设于驾驶室7内，完成人机交互；另外，作业机械底盘表面设置变量喷药机构8(实现变量喷药)，该机构设于驾驶室后方，完成变量喷药作业。

作业机械包括转向机构，转向机构与所述的控制器连接；转向机构为设于作业机械转向轮与车架之间的直线推动部件，直线推动部件为第二电动推杆，另外，作业机械的行走轮设有与控制器连接的速度编码器，用于整机前进速度检测，根据反馈的速度，实时调整打顶响应时间及喷药量控制，实现整机速度匹配。

此外，本发明还公开了一种棉花打顶联合作业机的控制方法，具体步骤如下：

角位移传感器检测角度偏移信号，并将信号传送至控制器；

控制器判断角度的偏移大小，若角度偏移小于设定数值，控制器控制推动部件推动移动机架动作，从而调整打顶机构的偏移角度；

若控制器判断角度的偏移大小超过设定数值，控制器控制转向机构转动。

作业过程及原理：

作业前，将作业机械电源通过电缆连接到控制器及两个电动推杆；打开触摸屏，系统初始化后，根据需要设定好初始参数；作业过程中，对行机构以一垄双行的(机采棉)棉花为基准行，作业对行标准的情况下，柔性摆杆不会触碰棉花秸秆，此时不会有信号反馈到控制器，控制器及执行部件不动作；当作业过程中作业机械发生偏转时，柔性摆杆触碰到棉花秸秆，摆杆带动角位移传感器触发信号，信号反馈到控制器，控制器判断行走系统的偏离方向，首先调节第一电动推杆。

移动机架进行自动调节偏移距离，如果偏移距离超过15cm，第二电动推杆开始动作，推动转向轮开始转向，根据前面两柔性摆杆实时反馈到控制的信号，调整转向轮，当前面无信号反馈后推杆推动转向轮回正。整个作业过程中，为保证对行的准确性，保证柔性摆杆的与棉花秸秆接触位置的等高性，通过激光传感器实时检测对行装置距离地面的高度，通过步进电机的正反转带动对行装置，实现对地面起伏高度实时仿形。

本发明作业机械，通过与自动对行机构的设置，实现作业过程中自动对行，棉花打顶精度及喷药效果，提高作业效率及质量，具有结构简单、制作成本低、智能化高等优点。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。