一种柔性扶夹自适应根切装置及控制方法和收获机转让专利
申请号 : CN202010082685.4
文献号 : CN111226586B
文献日 : 2021-08-03
发明人 : 韩绿化 , 彭海涛 , 毛罕平 , 高峰
申请人 : 江苏大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种柔性扶夹自适应根切装置,其特征在于,包括柔性扶夹装置(1)、根切装置(2)和控制系统(3);
所述柔性扶夹装置(1)位于根切装置(2)收获方向前侧;所述柔性扶夹装置(1)为两组对称布置的扶夹装置,每个扶夹装置均包括一个平行四杆机构、驱动机构和检测机构,所述驱动机构与平行四杆机构连接,平行四杆机构与根切装置(2)通过连接件连接,驱动机构用于推动平行四杆机构和根切装置(2)同步左右移动,所述检测机构用于测量平行四杆机构的旋转偏移量;所述平行四杆机构包括浮行夹板(101)、连架杆A(103)、安装板(105)、连架杆B(113)和弹性支撑单元;所述浮行夹板(101)的一端与所述连架杆B(113)一端铰接,另一端与所述连架杆A(103)一端铰接;连架杆A(103)另一端与检测机构连接,所述检测机构安装在安装板(105)上;所述连架杆B(113)另一端与安装板(105)铰接,安装板(105)与驱动机构连接;所述弹性支撑单元的一端与连架杆B(113)连接,另一端与安装板(105)连接;所述浮行夹板(101)前端为弧状,两侧的浮行夹板(101)前端构成的空间自收获方向前端往后呈收口状;
所述控制系统(3)分别与驱动机构、检测机构和根切装置(2)连接,控制系统(3)根据检测机构测得的旋转偏移量计算得到扭力值,并计算得到左右两侧驱动机构的控制量,控制驱动机构推动平行四杆机构和根切装置(2)同步左右移动,待两侧扶夹装置的扭力值相同后,所述控制系统(3)控制根切装置(2)进行根切。
2.根据权利要求1所述的柔性扶夹自适应根切装置,其特征在于,所述根切装置(2)为两组对称布置的切割装置,每一组切割装置均包括圆盘割刀(201)、割刀驱动器(202)、伸缩杆(203)和伸缩杆架(204);所述圆盘割刀(201)与所述割刀驱动器(202)连接,所述割刀驱动器(202)与所述伸缩杆(203)的一端 连接,所述伸缩杆(203)的另一端与所述伸缩杆架(204)滑动连接。
3.根据权利要求1所述的柔性扶夹自适应根切装置,其特征在于,还包括弹性挡板(102);所述弹性挡板(102)设置在所述浮行夹板(101)上部。
4.根据权利要求1所述的柔性扶夹自适应根切装置,其特征在于,所述弹性支撑单元包括滑套(109)、滑杆(110)、张紧调节机构(111);所述滑杆(110)一端与连架杆B(113)铰接,滑杆(110)另一端与滑套(109)连接,滑套(109)与所述安装板(105)铰接,所述张紧调节机构(111)连接于所述滑杆(110)上。
5.根据权利要求4所述的柔性扶夹自适应根切装置,其特征在于,所述张紧调节机构(111)包括压簧(11101)和调节螺母(11102);所述压簧(11101)套在所述滑杆(110)上,所述调节螺母(11102)设在滑杆(110)的螺纹段上并将压簧(11101)压在滑套(109)一端。
6.根据权利要求1所述的柔性扶夹自适应根切装置,其特征在于,还包括挡块(112):所述挡块(112)设在安装板(105)上,用于限制所述连架杆B(113)的转动范围。
7.一种收获机,其特征在于,包括权利要求1‑6任意一项所述柔性扶夹自适应根切装置。
8.一种根据权利要求1‑6任意一项所述柔性扶夹自适应根切装置的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
测量两侧扶夹装置平行四杆机构的旋转偏移量,并传递到控制系统(3);
所述控制系统(3)根据旋转偏移量计算得到扭力值,并计算两侧扭力值与两侧扭力值平均数的差值e及差值变化率ec,当差值的绝对值大于或等于预设值A时,或差值变化率ec的绝对值大于或等于预设值B时,控制系统(3)计算得到左右两侧驱动机构的控制量,根据控制量控制驱动机构推动平行四杆机构和根切装置(2)同步左右移动,待两侧扶夹装置的扭力值相同后,所述控制系统(3)控制根切装置(2)进行根切。
9.根据权利要求8所述的柔性扶夹自适应根切装置的控制方法,其特征在于,所述控制量通过以下公式计算:
式中,U(x)为输出的驱动机构的控制量,x为采样时刻,T为控制系统(3)采样时间,kp为模糊控制器的比例调节系数、ki为模糊控制器的积分调节系数、kd为模糊控制器的微分调节系数。
说明书 :
一种柔性扶夹自适应根切装置及控制方法和收获机
技术领域
背景技术
业环节往往是导致蔬菜损伤与产量降低的主要环节。国内外对于蔬菜收获机的研究已初步
展开,相对于国内而言,国外的技术相对成熟,对于蔬菜收获其切割形式多为环形带刀或者
往复式割刀,此种切割形式对于根切部直径较小的蔬菜具有良好的适应性,但相对于结球
甘蓝等大茎类蔬菜其切割效果不佳。
收获的导正输送装置,通过引拔总成将甘蓝类蔬菜从地里连根拔起,导正输送总成导入扶
正拔起的甘蓝类蔬菜并夹持根部输送,该种装置工作方式为直接从地里将蔬菜拔起从而易
导致蔬菜的损伤,另外导正方式为将蔬菜硬性偏移也易造成蔬菜的损伤。中国专利CN
105409437 B公开了一种绿叶菜整株连续采收装置及采收方法,利用分禾器将收获区域的
绿叶菜进行分禾扶禾,该种分禾扶禾方式对绿叶菜有一定的聚拢作用但效果并不明显难以
满足切割作业的需求。
发明内容
板对蔬菜进一步进行茎叶聚拢,可有效避免因蔬菜松散导致切割损失等问题,为后续根切
提供适宜根切的环境。自适应根切装置可通过两侧浮行夹板因扶夹蔬菜造成两侧不同的平
行四杆机构的连架杆旋转偏移量,控制系统根据检测机构测得的旋转偏移量计算得到扭力
值,并计算得到左右两侧驱动机构的控制量,控制驱动机构推动平行四杆机构和根切装置
同步左右移动,待两侧扶夹装置的扭力值相同后,所述控制系统控制根切装置进行根切,确
保切割的准确性,提高了收获机的收获性能与质量。
构与平行四杆机构连接,平行四杆机构与根切装置通过连接件连接,驱动机构用于推动平
行四杆机构和根切装置同步左右移动,所述检测机构用于测量平行四杆机构的旋转偏移
量;
机构推动平行四杆机构和根切装置同步左右移动,待两侧扶夹装置的扭力值相同后,所述
控制系统控制根切装置进行根切。
装板铰接,安装板与驱动机构连接;所述弹性支撑单元的一端与连架杆B连接,另一端与安
装板连接;
刀驱动器与所述伸缩杆的一段连接,所述伸缩杆的另一端与所述伸缩杆架滑动连接。
所述滑杆上。
等于预设值B时,控制系统计算得到左右两侧驱动机构的控制量,根据控制量控制驱动机构
推动平行四杆机构和根切装置同步左右移动,待两侧扶夹装置的扭力值相同后,所述控制
系统控制根切装置进行根切。
系数。
避免因蔬菜松散导致切割损失等问题,为后续根切提供适宜根切的环境。自适应根切装置
可通过两侧浮行夹板因扶夹蔬菜造成两侧平行四杆机构的连架杆不同的旋转偏移量,控制
系统根据检测机构测得的旋转偏移量计算得到扭力值,并计算得到左右两侧驱动机构的控
制量,控制驱动机构推动平行四杆机构和根切装置同步左右移动,待两侧扶夹装置的扭力
值相同后,所述控制系统控制根切装置进行根切,确保切割的准确性,提高了收获机的收获
性能与质量。
附图说明
紧调节机构;11101、压簧;11102、调节螺母;112、挡块;113、连架杆B;2、根切装置;201、圆盘
割刀;202、割刀驱动器;203、伸缩杆;204、伸缩杆架;3、控制系统; 4、叶菜;5、土垄。
具体实施方式
置1 位于根切装置2收获方向前侧;所述柔性扶夹装置1为两组对称布置的扶夹装置,每个
扶夹装置均包括一个平行四杆机构、驱动机构和检测机构,所述驱动机构与平行四杆机构
连接,平行四杆机构与根切装置2通过连接件连接,驱动机构用于推动平行四杆机构和根切
装置2 同步左右移动,所述检测机构用于测量平行四杆机构的旋转偏移量;
动机构推动平行四杆机构和根切装置2同步左右移动,待两侧扶夹装置的扭力值相同后,所
述控制系统3控制根切装置2进行根切。
造成浮行夹板101位移使连架杆B113偏转引起的模拟数值,并通过模拟‑数字转换电路将模
拟量转换为数字量,根据其数值控制两组对称布置的扶夹装置中所述电动推杆A107、电动
推杆 B108进行移动以保证两侧所述扭力传感器104测得的数值相同,并进一步控制所述根
切装置 2前伸完成根切作业。
架杆B113;所述浮行夹板101的一端与所述连架杆B113一端铰接,另一端与所述连架杆
A103一端铰接;所述连架杆A103另一端与所述扭力传感器104的测力头部固定连接,所述扭
力传感器104的外壳与所述安装板105固定连接;所述连架杆B113另一端与所述安装板 105
铰接;所述电动推杆A107、电动推杆B108安装在机架106上;所述电动推杆A107、电动推杆
B108的活动杆头分别与所述安装板105平直固定连接。
夹板 101将待收蔬菜进行初步聚拢喂入且喇叭状弧度结构可避免插入待收蔬菜造成损伤,
初步聚拢喂入的蔬菜通过保持向外弹开状态的含有平行四杆机构的两组扶夹装置组合成
对行夹持待收获蔬菜茎叶的形态进行柔性扶夹,并通过连接于浮行夹板上部的弹性挡板
102对蔬菜进一步进行茎叶聚拢,浮行夹板101与弹性挡板102对待收蔬菜进行柔性夹持,可
解决硬性夹持造成蔬菜损伤的问题。
所述滑套109与所述安装板105铰接,所述张紧调节机构111连接于所述滑杆110上。
的平行四杆机构保持向外弹开状态,两组扶夹装置1组合成对行夹持待收获蔬菜4茎叶的形
态。
106上的电动推杆A107和电动推杆B108进行左右移动。
所述电动推杆A107、电动推杆B108进行调节两侧所述安装板105使两侧扭力传感器104数值
相等为后续根切工作提供正确的位置基础。所述根切装置2与所述安装板105均固定连接于
同一连接件,例如连接杆或框架,即所述根切装置2与所述安装板105可左右同步运动。
在所述滑套109一端。所述调节螺母11102可在所述滑杆110上移动以改变所述压簧11101的
压缩量进而实现所述张紧调节机构111调节张紧力的功能。优选的,还包括挡块112:所述挡
块112连接于所述安装板105,且具有限制所述连架杆B113转动范围的作用。
保持直立紧凑避免松散的菜叶遮挡需切割的部位,为切割作业提供良好的无遮挡环境。
202 连接,所述割刀驱动器202与所述伸缩杆203的一段连接,所述伸缩杆203的另一端与所
述伸缩杆架204滑动连接。所述伸缩杆203可沿所述伸缩杆架204进行伸缩进而控制所述圆
盘割刀201的伸缩位置。本发明可实现待收蔬菜良好的扶夹聚拢作用,可有效避免因蔬菜松
散导致切割损失等问题,自适应根切装置可通过两侧扭力传感器104同步自动调整圆盘割
刀201 位置,确保切割的准确性,提高了收获机的收获性能与质量。
差值变化率ec,当差值的绝对值大于或等于预设值A时,或差值变化率ec的绝对值大于或等
于预设值B时,控制系统3计算得到左右两侧驱动机构的控制量,根据控制量控制驱动机构
推动平行四杆机构和根切装置2同步左右移动,待两侧扶夹装置的扭力值相同后,所述控制
系统 3控制根切装置2进行根切。
四杆机构的旋转偏移量,并传递到控制系统3;所述控制系统3根据旋转偏移量计算得到两
侧的扭力值Tl、Tr,并计算两侧扭力值与两侧扭力值平均数的差值e和差值变化率ec,差值e
和差值变化率ec作为模糊控制器的输入变量,对应变量语言分别为E、EC,模糊控制器的输
出变量分别为KP、KI、KD;将输入语言变量E和EC对应到[‑3,3]的论域,输出语言变量KP、
KI、KD对应到[‑3,3]的论域即{‑3,‑2,‑1,‑0,1,2,3},语言变量值均定为{负大,负中,负小,
零,正小,正中,正大}7个等级即语言变量的模糊子集表示为{NB,NM,NS, ZO,PS,PM,PB},各
语言变量均采用三角隶属度函数。
做改变;
刀201 前伸的伸缩杆203作出相应调整。
进行解模糊精确化获得控制系统的输出量。
器的微分调节系数。
进而测得不同扭力值。所述控制系统3根据两侧扭力值进而控制两侧所述电动推杆A107、电
动推杆 B108进行随动调节,使得两侧扭力值相等,达到待收获蔬菜4茎叶的扶正形态,待两
侧扭力值相同后,所述控制系统3控制所述伸缩杆203将所述圆盘割刀前伸至待切根蔬菜处
进行根切,完成切割作业。
推杆使柔性扶夹装置与根切装置左右自动同步调整,在柔性扶夹装置完成对待收蔬菜柔性
夹持,且电动推杆调整好圆盘割刀左右位置相对于待根切位置后进行切割,确保切割的准
确性,提高了收获机的收获性能与质量。本柔性扶夹自适应根切装置后续可配套使用夹持
输送系统,实现蔬菜的有序收获;也可进行低损切割作业后将蔬菜放置于土垄上,再通过捡
拾的方式收集起来。满足不同收获作业模式。
性扶夹装置1中所述前端两侧带有喇叭状弧度浮行夹板101将待收甘蓝4进行初步浮动夹持
喂入,且喇叭状弧度结构可避免喂入的待收甘蓝4造成损伤,初步喂入的甘蓝4通过连接于
所述浮行夹板101上部的弹性挡板102对蔬菜4进一步进行茎叶扶起为后续根切提供无遮挡
的根切环境;待收甘蓝喂入两侧所述浮行夹板101间后,两侧的所述扭力传感器104由于两
侧所述浮行夹板101因扶夹甘蓝造成两侧平行四杆机构的连架杆不同的旋转偏移量进而测
得不同扭力值。所述控制系统3根据两侧扭力值进而控制两侧所述电动推杆A107、电动推杆
B108进行随动调节,使得两侧扭力值相等,达到待收获甘蓝4茎叶的扶正形态,所述根切装
置2与所述安装板105可左右同步运动,待两侧扭力值相同后,所述控制系统3控制所述伸缩
杆203 将所述圆盘割刀前伸至待切根蔬菜处进行根切,完成切割作业。
均应包含在本发明的保护范围之内。