步进升降免分禾棉花打顶机的制作方法

本发明涉及一种步进升降免分禾棉花打顶机。

背景技术：

棉花打顶是一项十分耗时耗力的田间劳动，而棉花作为新疆的主要农作物，对于全疆的经济有着至关重要的作用，为了改变传统打顶方式，新疆生产建设兵团以及各大高校，甚至外省科研院所都开始了棉花打顶机械的设计和研制。目前，棉花打顶机械已经基本实现简单自动化，然而实际田间工作效果都不理想，主要困难在于棉花的顶端图像识别和高度的升降调节，现今棉花打顶机的升降系统大多采用液压油缸伸缩实现，或者部分采用气动伸缩工具，升降效果虽然比以往有了较大改善，但是调节精度不够，而且整机需额外配置多种能源，导致升降系统的控制既复杂又困难，由于棉花的生长特性和种植模式决定了打顶作业的关键，所以设计并研制出新一代升降系统的打顶机尤为迫切。

技术实现要素：

本发明的目的是针对以上问题，提供一种新型节能减排、可控性高，自动精准升降调节且可以在双行四排棉株间免分禾实时打顶的步进升降免分禾棉花打顶机。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明其特点在于：由机架、悬挂装置、步进升降装置、行走装置、免分禾滑动打顶装置和工业相机构成；所述的悬挂装置由减震悬挂架和斜拉架构成，减震悬挂架设在机架前部，斜拉架设在减震悬挂架的后部；所述的步进升降装置由直线步进电机装置、滚子轴承、吊环、滑轮杆和滑轮构成，直线步进电机装置设在机架内侧，滚子轴承设在直线步进电机装置下部，吊环设在滚子轴承下部，滚子轴承与直线步进电机装置和吊环相连，滑轮杆与吊环接合，滑轮设在滑轮杆两端；所述的行走装置由旋转板、弹簧、地轮、行走架构成，旋转板设在机架下部，弹簧设在旋转板下部，地轮设在行走架末端，行走架设在机架下部；所述的免分禾滑动打顶装置由滚动丝杆步进电机装置和滑动轨道构成，所述的滚动丝杆步进电机装置设在机架的下部，滚动丝杆步进电机装置由两台丝杆步进电机、滚动丝杆、丝杆轴承、连轴杆、限位开关构成，两个丝杆步进电机两端套接在滑轮杆上，滚动丝杆设在丝杆步进电机轴端，丝杆轴承连接两台丝杆步进电机的滚动丝杆，连轴杆设在丝杆轴承内侧，与丝杆轴承连接，限位开关设在连轴杆顶端，滑动轨道设在丝杆步进电机装置前部，滑动轨道两端与滑轮杆相连，连轴杆顶端与滑动轨道内侧连接；所述的打顶装置由异步电机、滚动环、电机座、电机轴、电机轴承、打顶刀、定滑轮、滑轴构成，异步电机设在电机座中，滚动环设在电机座外侧前部，滚动环与滚动丝杆相连，电机轴设在电机座下部，打顶刀设在电机轴下部，打顶刀通过电机轴承与电机轴相连，滑轴设在电机座外侧后部，定滑轮与滑轴顶端套合，定滑轮与滑动轨道连接。

上述的直线步进电机上设在双行四排机架的下侧，两侧的直线步进电机由挡板固定在机架上，每台直线步进电机上设有升降导杆、滚子轴承和吊环，升降导杆设在直线步进电机轴上，滚子轴承设在升降导杆下部，吊环设在滚子轴承下部，升降导杆通过滚子轴承与吊环相连。

上述的直线步进电机通过控制器向驱动器发出脉冲来控制升降导杆的移动距离。

上述的滚动丝杆步进电机两两相对共设有四台，分别设在每行机架两侧的下部，每台滚动丝杆步进电机的电机侧与滑轮杆相连，滚动丝杆侧由丝杆轴承连接，连杆轴分别连接滑动轨道的内侧和丝杆轴承，限位开关置于连杆轴前端。

上述的限位开关处在每行机架的中部，通过检测的信号反馈给控制器。

上述的减震悬挂架上设有减震套筒装置，所述的减震套筒装置由弹簧、套筒底座、销、螺钉、弹簧柱、螺母构成，套筒底座设在机架上部，套筒底座通过销与机架相连，弹簧通过弹簧柱套合在减震套筒之间，弹簧柱顶端开有螺孔，螺孔内插有螺钉，减震套筒通过弹簧柱顶端的螺钉和螺母固定。

上述的减震悬挂架后部设有旋转环，斜拉架下端与机架相连，上端通过旋转环与减震悬挂架连接。

上述的免分禾滑动打顶装置设在每行机架的正下部，前端为滑动轨道，后端为滚动丝杆步进电机装置。

上述的工业相机设在滑动轨道的上部，通过对棉株图像的采集，将信号传输至工控机进行图像处理，最后再由控制器发送工作指令驱动各个系统。

上述的异步电机为单相交流异步电机，外部接有pwm变频调速电路。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：将直线步进电机作为升降系统的主要部分，以电动控制代替了以往的气动和液动控制方式，不但提高了升降调节的精度，而且简化了动力来源；利用滚动丝杆步进电机打动打顶装置滑动工作的工作原理，设计出两台滚动丝杆步进电机相对放置通过丝杆轴承相连的滑动打顶机构，通过限位开关的检测和单片机的控制，可以有效地实现免分禾滑动式直接打顶；增设减震套筒使得悬挂架与拖拉机之间的振动变缓，既有利于减少整机的伤害，又有利于棉株的高度仿形；并且在机架两侧安装旋转板，使之能随着地轮的前进改变方向，最大程度的削减地面不平对整机的振动；采用pwm变频调速电路模块进而对异步电机无级调速，实现转速的控制；整机基于单片机与各传感器之间的通讯连接，结合fuzzy-pid方法达到精准控制升降调节系统的目的，不仅降低了劳动强度，而且降低了作业成本，可以有效的提高棉花的打顶效率，促进棉花的丰产。

附图说明

图1为本发明实施例的结构立体示意图；

图2为本发明的俯视平面结构示意图；

图3为本发明的直线步进电机结构示意图；

图4为本发明的双向滚动丝杆步进电机结构示意图；

图5a为本发明的减震套筒的主视示意图；

图5b为本发明的减震套筒的俯视示意图；

图6为本发明的滑动异步电机装置结构示意图；

图7为本发明工作的fuzzy-pid控制系统原理图。

图示中：1为悬挂架，2为直线步进电机，3为滚子轴承，4为仿形行走地轮，5为丝杆步进电机，6为滑轮杆，7为滑动轨道，8为工业相机，9为机架，10为减震套筒，11为下悬挂架，12为减震悬挂架，13为斜拉架，14为转动环；

101为弹簧，102为套筒底座，103为销，104为螺钉，105为弹簧柱，106为螺母；

21为升降导杆；

31为吊环；

51为滚动丝杆，52为丝杆轴承，53为连轴杆，54为限位开关；

71为异步电机，72为滚动环，73为电机座，74为电机轴，75为电机轴承，76为打顶刀，77为定滑轮，78为滑轴。

具体实施方式

实施例：参照附图1～6，本发明由机架9、悬挂装置、步进升降装置、行走装置、免分禾滑动打顶装置和工业相机8构成；所述的悬挂装置由减震悬挂架12和斜拉架13构成，减震悬挂架12设在机架9前部，斜拉架13设在减震悬挂架12的后部；所述的步进升降装置由直线步进电机2、滚子轴承3、吊环31和滑轮杆6构成，直线步进电机2设在机架9内侧，滚子轴承3设在直线步进电机2下部，吊环31设在滚子轴承3下部，滚子轴承3与直线步进电机2和吊环31相连，滑轮杆6与吊环31接合；所述的行走装置由旋转板41、弹簧42、地轮4、行走架43构成，旋转板41设在机架9下部，弹簧42设在旋转板41下部，地轮4设在行走架43末端，行走架43设在机架9下部；所述的免分禾滑动打顶装置由滚动丝杆步进电机装置和滑动轨道7构成，所述的滚动丝杆步进电机装置设在机架9的下部，滚动丝杆步进电机装置由两台丝杆步进电机5、滚动丝杆51、丝杆轴承52、连轴杆53、限位开关54构成，两个丝杆步进电机5两端套接在滑轮杆6上，滚动丝杆51设在丝杆步进电机5轴端，丝杆轴承52与两台丝杆步进电机5的滚动丝杆51相连，连轴杆53设在丝杆轴承52内侧，与丝杆轴承52连接，限位开关54设在连轴杆53顶端，滑动轨道7设在丝杆步进电机装置前部，滑动轨道7两端与滑轮杆6相连，连轴杆53顶端与滑动轨道7内侧连接；所述的打顶装置由异步电机71、滚动环72、电机座73、电机轴74、电机轴承75、打顶刀76、定滑轮77、滑轴78构成，异步电机71设在电机座73中，滚动环72设在电机座73外侧前部，滚动环72与滚动丝杆51相连，电机轴74设在电机座73下部，打顶刀76设在电机轴74下部，打顶刀76通过电机轴承75与电机轴74相连，滑轴78设在电机座73外侧后部，定滑轮77与滑轴78顶端套合，定滑轮77与滑动轨道7内轨相切。

本发明的工作过程：

参照附图1～7，当工业相机检测到到棉株顶部时，将图形信号传入至上位工控机中，工控机通过棉株图形处理完成棉株顶部的识别，首先转换成数字信号传输至单片机中，单片机经放大电路或直线步进电机驱动器驱动直线步进电机的正确运转，其升降导杆带动滑轮杆上下滑动，进而实现自动升降调节；当检测过的棉株进入到机架中时，双向滚动丝杆步进电机开始旋转，打顶装置在滚动环和定滑轮的滑动作用下相对于滚动丝杆作水平往复运动，免去单行双排棉株之间的分禾从而直接打顶；根据棉株的顶端特征，由单片机控制pwm变频调速模块，然后驱动异步电机运行，实现无级调速；拖拉机拖动悬挂架时，减震套筒在不均匀的拉力的情况下发生弹性压缩和伸张，削减整机的振动；整机基于单片机的fuzzy-pid控制，通过向单片机内部编入程序，并结合限位开关以及工业相机，最终精确的达到升降调节和滑动定位功能。