一种气吸式排种器吸盘吸种位置的自适应控制装置和方法与流程

文档序号:12459889阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种气吸式排种器吸盘吸种位置的自适应控制装置,其特征在于,包括机架(1)、限位开关(3)、水平直线滑台模组、垂直直线滑台模组、位移传感器(7)、直角支架(12)、吸盘罩(15)、吸盘面板(16)、种盘(17)、称重传感器(18)、调节板(19)、偏心曲柄滑块机构、直线滑台模组(26)、监测板(27)、信号处理器(28)和控制器(29);

所述水平直线滑台模组和垂直直线滑台模组呈十字交叉的固定安装在机架(1)的上部,限位开关(3)安装在水平直线滑台模组上;所述直角支架(12)的垂直端面固定安装在垂直直线滑台模组上,直角支架(12)的水平端面与吸盘罩(15)的上端面固定连接,所述气管(13)通过法兰盘(14)固定安装在吸盘罩(15)中心位置的通孔中;

所述吸盘面板(16)通过螺栓固定连接于吸盘罩(15)的下端面;所述位移传感器(7)的底座固定安装于垂直直线滑台模组上,位移传感器(7)的测量杆固定连接于直角支架(12)的水平端面,测量杆可以随直角支架(12)作同步直线运动;所述种盘(17)位于吸盘面板(16)的下方,所述调节板(19)位于种盘(17)的下方;

所述偏心曲柄滑块机构的一端穿过调节板(19)与种盘(17)下方的中心位置连接,另一端固定在机架(1)的底座;所述种盘(17)在偏心曲柄滑块机构驱动下,沿着偏心曲柄滑块机构的导向轴套(22)的轴线方向作往复振动;所述调节板(19)的四端分别通过球头关节轴承(20)固定支撑于四组直线滑台模组(26)的滑块上,四组直线滑台模组(26)分别固定安装在机架(1)的上,并联控制四组直线滑台模组(26),可以改变调节板(19)的法向角,调节种盘(17)的振动方向;

所述种盘(17)的底板上加工四个均匀列阵布置的监测窗口,四个称重传感器(18)的安装端分别固定连接于种盘(17)的底板下方,四个称重传感器(18)的检测端分别安装监测板(27),监测板(27)安装于监测窗口中心;

四个称重传感器(18)分别与信号处理器(28)的一端连接,信号处理器(28)的另一端与控制器(29)连接,重传感器(18)的信号通过信号处理器(28)传送到控制器(29),位移传感器(7)、限位开关(3)、电机驱动器一(30)和电机驱动器二(31)分别与控制器(29)连接电连接,电机驱动器一(30)的另一端与水平直线滑台模组的电机连接,电机驱动器二(31)与垂直直线滑台模组的电机连接。

2.根据权利要求1所述的气吸式排种器吸盘吸种位置的自适应控制装置,其特征在于,所述水平直线滑台模组包括步进电机一(2)、滑台底座一(4)、丝杠一(5)和滑块一(6);

所述滑台底座一(4)固定安装在机架(1)的上方,并使滑台底座一(4)的中心线保持水平方向,步进电机一(2)的输出轴通过联轴器连接丝杠一(5),丝杠一(5)穿过滑块一(6)的内螺纹,丝杠一(5)和滑块一(6)形成螺纹传动机构,滑块一(6)在步进电机一(2)的驱动下沿滑台底座一(4)的中心线作水平直线运动。

3.根据权利要求1所述的气吸式排种器吸盘吸种位置的自适应控制装置,其特征在于,所述垂直直线滑台模组包括步进电机二(8)、滑台底座二(9)、丝杠二(10)和滑块二(11);

所述滑台底座二(9)固定安装在滑块一(6)的外端面上,并使滑台底座二(9)的中心线保持垂直方向,步进电机二(8)的输出轴通过联轴器链接丝杠二(10),丝杠二(10)穿过滑块二(11)的内螺纹,丝杠二(10)和滑块二(11)形成螺纹传动机构,滑块二(11)在步进电机二(8)的驱动下沿滑台底座二(9)的中心线作垂直直线运动。

4.根据权利要求1所述的气吸式排种器吸盘吸种位置的自适应控制装置,其特征在于,所述偏心曲柄滑块机构包括驱动轴(21)、导向轴套(22)、电机(23)、偏心盘(24)和连杆(25);

所述驱动轴(21)的一端固定安装在所述种盘(17)下方的中心位置,另一端穿过导向轴套(22)与连杆(25)的上端通过鱼眼轴承连接,电机(23)固定安装于机架(1)的底座,电机(23)的输出轴上安装偏心盘(24),偏心盘(24)与连杆(25)的下端通过轴承连接;所述导向轴套(22)固定安装于调节板(19)中心位置,导向轴套(22)的轴线与调节板(19)平面垂直。

5.根据权利要求1所述的气吸式排种器吸盘吸种位置的自适应控制装置,其特征在于,所述吸盘面板(16)和吸盘罩(15)的下端面之间加装密封垫。

6.根据权利要求1所述的气吸式排种器吸盘吸种位置的自适应控制装置,其特征在于,所述监测板(27)安装于种盘(17)底板上加工的监测窗口中心,相互间隙小于0.5mm。

7.根据权利要求1所述的气吸式排种器吸盘吸种位置的自适应控制装置,其特征在于,所述控制器(29)以PLC或单片机为核心;

所述控制器(29)内部建立吸盘面板(16)的吸种位置控制模型,根据设定的吸孔直径d、种盘(17)振动中心坐标z0、种盘(17)振动频率f、振幅A和气管(13)负压差Δp,控制器(29)通过多通道A/D采集信号处理器(28)输出的模拟信号,确定吸盘面板(16)的吸种位置,并通过与位移传感器(7)测量得到的吸盘面板(16)的垂直位移进行比较,输出的控制信号通过电机驱动器二(31)驱动步进电机二(8)运动,直至吸盘面板(16)移动到指定的吸种位置进行吸种作业。

8.一种利用权利要求1所述的气吸式排种器吸盘吸种位置的自适应控制装置的方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1、所述控制器(29)输出信号给步进电机控制器一(31),电机控制器一(31)驱动步进电机一(2)转动,通过滑块一(6)带动吸盘部件向限位开关(3)方向平移,直至限位开关(3)有输出信号,此时吸盘面板(16)位于种盘(17)的正上方;

S2、通过气管(13)施加负压,由吸盘罩(15)和吸盘面板(16)构成的吸盘内腔会形成负压场,空气通过吸盘面板(16)上的吸孔吸入,从而在吸盘面板(16)上的吸孔外侧建立负压气流场,用于吸种;

S3、所述偏心曲柄滑块机构的电机(23)驱动种盘(17)沿着调节板(19)的法向作往复振动,种盘(17)内的种群在振动作用下产生向上的抛掷运动而相互离散,种群冲击到四个监测板(27)上,对应的四个称重传感器(18)会监测到冲击力,四个称重传感器(18)的输出信号传送给信号处理器(28),经过信号处理器(28)后得到四个监测板(27)各自区域内的种群厚度,并转换为模拟信号h1、h2、h3、h4输出到控制器(29)中;

S4、所述控制器(29)内部建立吸盘面板(16)吸种位置的控制模型;

S5、所述控制器(29)通过多通道A/D采集信号处理器(28)输出的模拟信号h1、h2、h3、h4,根据排种器结构和作业参数,控制器(29)输入吸孔直径d、种盘振动中心坐标z0、种盘(17)振动频率f、振幅A和气管(13)负压差Δp,控制器(29)根据建立的吸盘面板(16)吸种位置的控制模型,确定吸盘面板(16)的吸种位置,并通过与位移传感器(7)测量得到的吸盘面板(16)的垂直位移进行比较,输出的控制信号通过电机驱动器二(31)驱动步进电机二(8)运动,直至吸盘面板(16)移动到指定的吸种位置进行吸种作业;

S6、随着吸种-播种作业的持续进行,种盘(17)内种群的数量连续减少,测量获得的种群厚度模拟信号h1、h2、h3、h4总体呈现逐步减小趋势,吸盘面板(16)的吸种位置也会随之相应地逐渐降低;

S7、所述控制器(29)对获取的h1、h2、h3、h4信号进行求和Σhi计算,当Σhi小于设定阈值时,控制器(29)发出添种提示信息;

S8、经过一段时间的吸种-播种作业,往种盘(17)内添加种子后,种群的数量迅速增加,测量获得的种群厚度模拟信号h1、h2、h3、h4总体呈现迅速增大趋势,吸盘面板(16)的吸种位置也会随之相应地升高。

9.根据权利要求8所述的利用所述的气吸式排种器吸盘吸种位置的自适应控制装置的方法,其特征在于,所述步骤S3中种盘(17)中心位置的垂直坐标z可以用方程z=z0+Asin(2πft)表示,其中振动频率f由电机(23)的转速决定,振幅A由偏心盘(24)的偏心距决定,振动中心坐标z0由排种器结构决定。

10.根据权利要求8所述的利用所述的气吸式排种器吸盘吸种位置的自适应控制装置的方法,其特征在于,所述步骤S4中控制器(29)内部建立吸盘面板(16)吸种位置的控制模型具体为:

采用气固耦合计算和台架试验相结合的方法,以吸盘面板(16)上每个吸孔吸附1-2粒种子为目标,获取吸孔直径d=1.5~2.5mm、种盘(17)振动频率f=10~12Hz、振幅A=3~5mm、气管(13)负压差Δp=3~10kPa、种盘(17)内种群的厚度10~30mm范围内,吸盘面板(16)与种盘(17)在垂直方向的相对距离、即吸种位置,分析种盘(17)内种群的厚度变化对吸盘面板(16)吸种位置的影响,分析种盘(17)内不同区域种群厚度的差异性对吸盘面板(16)吸种位置的影响,制定吸盘面板(16)吸种位置调整策略,建立吸种作业时吸盘面板(16)吸种位置的控制模型。

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