甘蔗收获机的自动仿形随动系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种用于甘蔗收获机的自动仿形随动系统。此外，本发明涉及一种带有这种自动仿形随动系统的甘蔗收获机，以及用于甘蔗收获机的自动仿形随动系统的控制方法。

背景技术：

现有甘蔗收获机的仿形系统通常采用地形勘探轮的方式工作，即利用地形勘探轮行走于蔗行的沟底来测量和估算切根装置的作业高度。例如，公告号为cn201621247569.9的中国实用新型专利，公开了“甘蔗收割机砍切装置的仿地形系统”，其通过探测轮实时根据地形高低，带动仿地形摆臂上升和下降，仿地形摆臂利用销轴和斜槽的配合，带动砍切装置与仿地形摆臂一起同步升降，从而实现砍切过程的仿地形工作。此种通过地形勘探轮直接带动砍切装置升降的方式存在着缺陷，由于地形勘探轮是在甘蔗垄下行进，砍切装置是在甘蔗垄上作业的，垄上与垄下的高度差是频繁变动的，所以该系统并不能保证甘蔗根砍切后的高度都是标准的；另外，现有甘蔗收获机切根装置与扶蔗机构等均为一体化结构，几百公斤的重量仅靠仿地形摆臂固定和地形勘探轮承托显然是不合理的。

又例如，公告号为cn201610938273.x的“一种仿地形切段式甘蔗收割机”专利，通过在甘蔗收获机的切根刀盘底部设置了半圆形（半球形）装置和双支臂的悬架结构，可以让刀盘在高速旋转下紧贴着高低不平的地面做精确的自动仿地形收割工作。公告号为cn201610940140.6的“一种仿地形甘蔗收割机”专利，通过在甘蔗收获机的割台刀盘底部设置半球形底座，可在刀盘高速旋转过程中底座紧贴地面，支撑起整个割台总成做仿地形收割。上述2种方式同样存在缺陷，假如半球形底座设置为高于切根后的宿根之上，仿地形紧贴地面做精确的收割工作就不成立了，无法实现割台总成随地面变化而变化；假如半球形底座设置为落在切根后的宿根之上，整个割台总成的重量会通过半球形底座对甘蔗宿根和甘蔗垄造成破坏，另外，割台总成中的切刀位于半球形底座上方，收获机行进时，切割后的甘蔗根会逐渐加高，造成浪费。

技术实现要素：

为了克服现有技术中甘蔗收获机械在切根过程中，切割刀过低容易导致宿根破头率高、第二年宿根发芽减少或不能发芽，或切割时留的宿根过高造成浪费等缺陷，本发明提供一种甘蔗收获机的自动仿形随动系统及其控制方法，能够使甘蔗收获机的扶蔗机构和根部切割装置随蔗田高度变化自动进行仿形，能大幅降低甘蔗的宿根破头率或留根过高造成的浪费。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于甘蔗收获机的自动仿形随动系统，包括位移传感器装置，位移传感器装置为密封结构，安装在扶蔗机构正后方，其内设置有半导体角度传感器、扭转弹簧、定位螺栓和转轴，转轴固定有连接杆，连接杆另一端安装有高度检测轮，高度检测轮可随甘蔗渠的高度变化进行升降，并由扭转弹簧产生的扭力将其贴合地面，扶蔗机构固定在扶蔗机构升降装置前端，扶蔗机构升降装置安装在车体前端并连接扶蔗液压控制装置，车体前下方居中安装有根部切割装置，根部切割装置连接根切液压控制装置，车体中间底部安装有垄渠高度检测装置，用于实时检测根部切割装置底部的切割刀与甘蔗垄之间的高度变化、甘蔗渠和车轮碾压后的高度变化以及甘蔗切割后宿根高度的变化数值，垄渠高度检测装置设置有三维激光雷达传感器、风扇和直流照明灯，车体还安装有控制系统和车轮。

上述的自动仿形随动系统，所述位移传感器装置的中心设置有转轴，转轴一端固定在连接杆上，另一端安装有扭转弹簧，扭转弹簧的扭力方向为顺时针，用于将连接杆压紧至定位螺栓处，所述连接杆与转轴垂直度之间的角度大于10°，其偏离转轴垂直度的方向与甘蔗收获机行进方向相反，所述半导体角度传感器固定在位移传感器装置内测，当所述高度检测轮随甘蔗渠地面变化进行升降时，带动连接杆围绕转轴转动，所述半导体角度传感器检测其角度变化值并将信号传输给控制系统。

上述的自动仿形随动系统，所述垄渠高度检测装置安装在甘蔗收获机底盘内居中且位于根部切割装置后方，所述垄渠高度检测装置内部安装有风扇，风扇出口向下，用来防止灰尘进入并将底部杂叶吹开，垄渠高度检测装置左右两侧安装有直流照明灯、其中间位置安装有三维激光雷达传感器，三维激光雷达传感器为固态激光雷达，发射和接收探头朝向下方进行高度检测并形成三维图像，能够实时检测甘蔗垄高度、切割后的宿根高度、车轮碾压后的甘蔗渠高度变化，并将信息传输给控制系统。

上述的自动仿形随动系统，所述控制系统连接位移传感器装置、垄渠高度检测装置、根切液压控制装置和扶蔗液压控制装置，形成闭环控制系统，可以自动仿形进行甘蔗收割作业。

上述的自动仿形随动系统，所述位移传感器装置和所述垄渠高度检测装置将检测的甘蔗垄渠变化信号传输给控制系统，控制系统根据设定的条件和程序进行运算后，分别给扶蔗液压控制装置和根切液压控制装置发出指令，扶蔗液压控制装置和根切液压控制装置根据接收到的指令，分别控制扶蔗机构和根部切割装置上升或下降。

上述的自动仿形随动系统，所述控制系统的控制程序设定中，为了剔除小石块、硬土块或甘蔗茎秆对高度检测轮造成的误判断，对接收到的位移传感器装置传输的信号进行甄别设定，高度检测轮在0.5秒或小于1秒内完成的一升一降或一降一升动作，控制系统不对扶蔗液压控制装置和根切液压控制装置发出升降指令。

上述的自动仿形随动系统，所述位移传感器装置为左右2个，其安装的高度检测轮宽度与甘蔗收获机轮距宽度一致，主要检测甘蔗渠的高度变化，所述垄渠高度检测装置主要检测的甘蔗垄高度变化及车辙高度变化，所述控制系统根据数据变化情况，控制扶蔗机构的底部锥形扶蔗件和根部切割装置的切割刀自动仿地形作业。

上述的自动仿形随动系统，所述位移传感器装置中设置的半导体角度传感器通过检测角度及位置来完成高精度的位置控制，用来检测位移传感器装置中转轴的旋转角度，半导体角度传感器还可以更换为可变电位器、差动变压器、光电式角度传感器。

一种甘蔗收获机，包括车体和控制系统，所述甘蔗收获机具有根据前述权利要求中任一项所述的自动仿形随动系统。

一种操作用于甘蔗收获机的自动仿形随动系统的方法，包括以下步骤：

步骤一：设定高度检测轮底部与车轮底部在同一水平线上时半导体角度传感器所对应的角度及绝对位置，同时设定作业时扶蔗机构底部锥形扶蔗件与高度检测轮之间需要保持的的高度差；

步骤二：设定根部切割装置的切割刀在切割甘蔗根时需要保留的宿根高度，即切割刀与甘蔗垄之间的距离；

步骤三：控制系统根据高度检测轮高度变化及对应的位移传感器装置传输的高度变化数据，控制扶蔗液压控制装置、扶蔗机构及底部锥形扶蔗件自动仿地形作业；

步骤四：控制系统根据垄渠高度检测装置检测的甘蔗垄高度，并结合甘蔗垄高度变化和高度检测轮检测的甘蔗渠高度变化，实时控制根部切割装置自动进行仿形作业。

本发明的有益效果是，本发明采用位移传感器装置和垄渠高度检测装置对蔗田的甘蔗垄渠高度及其变化进行实时检测，并将检测的信息传输给控制系统，控制系统控制扶蔗机构和根部切割装置跟随甘蔗垄渠高度变化自动进行仿地形作业，有效的解决了现有甘蔗收获机存在的宿根破头率高影响甘蔗生长或宿根过高造成浪费等问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明示意图；

图2为位移传感器装置结构示意图；

图3为垄渠高度检测装置示意图；

图4为沿图1中a-a线的剖视图。

图中1.车体，2.控制系统，3.根切液压控制装置，4.扶蔗液压控制装置，5.扶蔗机构，6.甘蔗垄，7.甘蔗渠，8.锥形扶蔗件，9.位移传感器装置，10.定位螺栓，11.半导体角度传感器，12.扭转弹簧，13.连接杆，14.高度检测轮，15.扶蔗机构升降装置，16.根部切割装置，17.根切升降机构，18.垄渠高度检测装置，19.三维激光雷达传感器，20.风扇，21.直流照明灯，22.车轮，23.转轴。

具体实施方式

【实施例1】

一种用于甘蔗收获机的自动仿形随动系统包括位移传感器装置9，位移传感器装置9为密封结构，安装在扶蔗机构5正后方，其内设置有半导体角度传感器11、扭转弹簧12、定位螺栓10和转轴23，转轴23固定有连接杆13，连接杆13另一端安装有高度检测轮14，高度检测轮14可随甘蔗渠7的高度变化进行升降，并由扭转弹簧12产生的扭力将其贴合地面，扶蔗机构5固定在扶蔗机构升降装置15前端，扶蔗机构升降装置15安装在车体1前端并连接扶蔗液压控制装置4，车体1前下方居中安装有根部切割装置16，根部切割装置16连接根切液压控制装置3，车体1中间底部安装有垄渠高度检测装置18，用于实时检测根部切割装置16底部的切割刀与甘蔗垄6之间的高度变化、甘蔗渠7和车轮22碾压后的高度变化以及甘蔗切割后宿根高度的变化数值，垄渠高度检测装置18设置有三维激光雷达传感器19、风扇20和直流照明灯21，车体1还安装有控制系统2和车轮22。位移传感器装置9的中心设置有转轴23，转轴一端固定在连接杆13上，另一端安装有扭转弹簧12，扭转弹簧12的扭力方向为顺时针，用于将连接杆13压紧至定位螺栓10处，连接杆13与转轴垂直度之间的角度大于10°，其偏离转轴垂直度的方向与甘蔗收获机行进方向相反，半导体角度传感器11固定在位移传感器装置9内测，当高度检测轮14随甘蔗渠7地面变化进行升降时，带动连接杆13围绕转轴转动，半导体角度传感器11检测其角度变化值并将信号传输给控制系统2。垄渠高度检测装置18安装在甘蔗收获机底盘内居中且位于根部切割装置16后方，垄渠高度检测装置18内部安装有风扇20，风扇20出口向下，用来防止灰尘进入并将底部杂叶吹开，垄渠高度检测装置18左右两侧安装有直流照明灯21、其中间位置安装有三维激光雷达传感器19，三维激光雷达传感器19为固态激光雷达，发射和接收探头朝向下方进行高度检测并形成三维图像，能够实时检测甘蔗垄7高度、切割后的宿根高度、车轮22碾压后的甘蔗渠7高度变化，并将信息传输给控制系统2。控制系统2连接位移传感器装置9、垄渠高度检测装置18、根切液压控制装置3和扶蔗液压控制装置4，形成闭环控制系统，可以自动仿形进行甘蔗收割作业。位移传感器装置9和垄渠高度检测装置18将检测的甘蔗垄渠变化信号传输给控制系统2，控制系统2根据设定的条件和程序进行运算后，分别给扶蔗液压控制装置4和根切液压控制装置3发出指令，扶蔗液压控制装置4和根切液压控制装置3根据接收到的指令，分别控制扶蔗机构5和根部切割装置16上升或下降。控制系统2的控制程序设定中，为了剔除小石块、硬土块或甘蔗茎秆对高度检测轮14造成的误判断，对接收到的位移传感器装置9传输的信号进行甄别设定，高度检测轮14在0.5秒或小于1秒内完成的一升一降或一降一升动作，控制系统2不对扶蔗液压控制装置4和根切液压控制装置3发出升降指令。位移传感器装置9为左右2个，其安装的高度检测轮14宽度与甘蔗收获机轮距宽度一致，主要检测甘蔗渠7的高度变化，垄渠高度检测装置18主要检测的甘蔗垄6高度变化及车辙高度变化，控制系统2根据数据变化情况，控制扶蔗机构5的底部锥形扶蔗件8和根部切割装置16的切割刀自动仿地形作业。位移传感器装置9中设置的半导体角度传感器11通过检测角度及位置来完成高精度的位置控制，用来检测位移传感器装置9中转轴23的旋转角度，半导体角度传感器11还可以更换为可变电位器、差动变压器、光电式角度传感器。

甘蔗收获机，包括车体1和控制系统2，甘蔗收获机具有根据前述权利要求中任一项所述的自动仿形随动系统。

操作用于甘蔗收获机的自动仿形随动系统的方法，包括以下步骤：

步骤一：设定高度检测轮14底部与车轮22底部在同一水平线上时半导体角度传感器11所对应的角度及绝对位置，同时设定作业时扶蔗机构5底部锥形扶蔗件8与高度检测轮14之间需要保持的的高度差；

步骤二：设定根部切割装置16的切割刀在切割甘蔗根时需要保留的宿根高度，即切割刀与甘蔗垄6之间的距离；

步骤三：控制系统2根据高度检测轮14高度变化及对应的位移传感器装置9传输的高度变化数据，控制扶蔗液压控制装置4、扶蔗机构5及底部锥形扶蔗件8自动仿地形作业；

步骤四：控制系统2根据垄渠高度检测装置18检测的甘蔗垄6高度，并结合甘蔗垄6高度变化和高度检测轮14检测的甘蔗渠7高度变化，实时控制根部切割装置16自动进行仿形作业。

本发明工作时，甘蔗收获机进入蔗田，其车轮22行进于甘蔗渠7前，扶蔗机构5下降，当高度检测轮14压到甘蔗渠7地面后停止，同时根部切割装置16下降，当垄渠高度检测装置18检测到根部切割装置16下降到距离甘蔗垄6高度的设定位置是停；甘蔗收获机开始机收作业后，位移传感器装置9和垄渠高度检测装置18实时检测甘蔗垄渠高度变化情况，并将其数据传输给控制系统2，控制系统2控制扶蔗机构5和根部切割装置16自动进行仿形作业。