一种伺服电机驱动齿条左右横向往复移动秧箱的机构的制作方法

1.本实用新型涉及农业机械技术领域，特别涉及一种伺服电机驱动齿条左右横向往复移动秧箱的机构。


背景技术：

2.插植秧爪从秧箱下部的取样口取下一小块秧苗，钳夹住插入泥土，再推出秧苗，然后返回原始位置开始下一次取秧动作。秧箱是通过档位设定的速度左右横向往返移动，给秧爪提供秧苗。秧箱左右横向移动，一般是通过驱动双向螺纹轴旋转，强迫跨骑在螺纹槽内滑动的凸轮(以下简称：凸轮)带动其限位壳体沿双向螺纹轴进行横向移动，限位壳体与秧箱联接，秧箱被带动进行横向移动；当凸轮移动至双向螺纹轴的左右端点位置时，螺纹的双向性会强制凸轮沿双向螺纹向反方向滑动，限位壳体与秧箱也同步向反方向移动。
3.双向螺纹轴及凸轮的结构复杂，加工精度高，尤其是双向螺纹轴，需要专用加工设备进行加工，由于结构特征在热处理中易发生变形，良品率低。
4.且由于凸轮需要在双向螺纹槽内滑动工作特性，所以对润滑要求非常苛刻，而润滑不足极易磨损，因此在双向螺纹轴的两端都采用可伸缩的波纹橡胶套管进行保护，橡胶套管内部填充大量润滑脂，保持润滑且不受外部污染，橡胶套管的一端被固定在横向位置不变的轴端，另一端被固定在横向位置不断左右移动的限位壳体上，工作时橡胶套管被反复挤压收缩和拉伸延展，弹性劣化快，且套管的中部位置缺乏支撑，受重力影响下垂触碰旋转工作的双向螺纹轴，剪切力导致快速破损，破损又导致内部黄油泄漏对双向螺纹轴润滑不足，导致磨损，功能失效。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种伺服电机驱动齿条左右横向往复移动秧箱的机构，具有结构简单，齿条润滑要求低，可靠性高的效果。
6.本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
7.一种伺服电机驱动齿条左右横向往复移动秧箱的机构，包括与控制器连接的伺服电机，所述伺服电机固定在主机架上，所述伺服电机的输出端安装有驱动齿轮，所述驱动齿轮与齿条啮合，所述齿条与秧箱固定连接。
8.通过采用上述技术方案，通过控制器预先设定伺服电机正反转的速度及旋转角度，从而控制齿条移动速度及停止和反向移动的位置点，伺服电机正转或反转时驱动齿条向左或向右移动，即可带动秧箱左右横向移动，结构简单，齿条润滑要求低，可靠性高。
9.本实用新型的进一步设置为：所述齿条的一侧设置多个用于位置识别的通透孔，所述通透孔随齿条往复移动的路径与反射式光电传感器的接收器相对，所述反射式光电传感器与控制器连接。
10.通过采用上述技术方案，在齿条一侧加工通透孔来用于位置识别，反射式光电传感器的发射器发出一束光线直射到齿条的一侧，齿条将光线反射至反射式光电传感器的接
收器，当齿条移动至光线照射到通透孔的位置时，光线直接穿过通透孔，因此反射式光电传感器的接收器无法接收到反射的光信息，此时与反射式光电传感器连接的控制器得到了通透孔的位置和速度信息，从而实现通过齿条上的通透孔配合反射式光电传感器来收集齿条移动的速度及位置信号，反射式光电传感器通过将被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号，整个过程无须机械性地接触，不会对机械结构造成磨损损伤，设备使用寿命长，可靠性好，且结构简单、测量精度高。
11.本实用新型的进一步设置为：所述控制器分别与伺服电机、伺服电机启停调节部、齿条移动速度调节部和插植驱动转速输入部连接。
12.通过采用上述技术方案，伺服电机启停调节部用于调节秧机在不同的工作模式下伺服电机的启停，齿条移动速度速度调节部用于通过调节伺服电机的转速来调节齿条横移的速度，插植驱动转速输入部的转动速度信号可以用于判断齿条移动速度，保证插植驱动输入轴与秧箱同步加速，同步减速。
13.本实用新型的进一步设置为：所述伺服电机启停调节部包括主变速手柄和副变速手柄，所述主变速手柄通过档位传感器一与控制器连接，所述副变速手柄通过档位传感器二与控制器连接，所述档位传感器一包括前进、空挡、后退三个档位，所述档位传感器二包括插秧、空挡和行走三个档位或者插秧、空挡、行走和超低速四个档位。
14.通过采用上述技术方案，主变速手柄和副变速手柄通过不同档位的切换，来实现秧机不同工作模式的切换，同时，根据不同档位的信息来实现伺服电机的启停控制，从而有效的将秧箱的工作模式与秧机的工作模式融合在一起，利用档位传感器一和档位传感器二分别将主变速手柄和副变速手柄与控制器连接起来，从而将主变速手柄和副变速手柄的档位信息转化为伺服电机的启停信息，实现了秧箱的运动状态与秧机的工作模式的有机结合，无需复杂的机械结构就能实现同步控制。
15.本实用新型的进一步设置为：所述齿条移动速度调节部包括横向移动次数调节手柄，所述横向移动次数调节手柄通过档位传感器三与控制器连接，所述档位传感器三包括多个档位，各档位分别对应不用的速度，所述档位传感器三与控制器连接。
16.通过采用上述技术方案，档位传感器三的多个档位对应不用的速度信息，横向移动次数调节手柄位于不同的档位时，档位传感器三将该档位信息传递给控制器，控制器通该档位信息转化为伺服电机的转速信息后传递给伺服电机，从而实现伺服电机不同转速的控制，伺服电机的转速对应齿条不同的移动速度，因此实现了通过横向移动次数调节手柄控制齿条移动速度的功能。
17.本实用新型的进一步设置为：所述插植驱动转速输入部包括插植驱动输入轴和转速传感器，所述插植驱动输入轴通过转速传感器与控制器连接。
18.通过采用上述技术方案，插植驱动输入轴的转动速度与发动机相匹配，插植驱动输入轴速度信号通过转速传感器传递给控制器，控制器根据插植驱动输入轴速度信号配合反射式光电传感器的信号来分析修正伺服电机的运行速度及正反转切换点的旋转角度，实现闭环控制，控制稳定性好、精度高，控制效果好。
19.本实用新型的进一步设置为：所述驱动齿轮的外部设有齿轮保护罩，所述齿条的下方设有用于保持齿条左右横向往复移动的支撑滚轮，所述支撑滚轮通过滚轮轴固定在齿轮保护罩的下方。
20.通过采用上述技术方案，齿轮保护罩可以对驱动齿轮进行保护，一方面防止因泥土杂质粘附在驱动齿轮上，而造成驱动齿轮磨损，另一方面具有安全防护的作用，防止人或者物触碰到旋转的驱动齿轮上而造成安全事故，支撑滚轮用于对齿条进行支撑，使得齿条能够始终稳定的与驱动齿轮啮合，同时，齿条在驱动齿轮的驱动下能够沿着支撑滚轮作用横向往复移动，设备可靠性更好。
21.本实用新型的有益效果是：
22.1.本实用新型通过控制器预先设定伺服电机正反转的速度及旋转角度，从而控制齿条移动速度及停止和反向移动的位置点，伺服电机正转或反转时驱动齿条向左或向右移动，即可带动秧箱左右横向移动，结构简单，齿条润滑要求低，可靠性高。
23.2.本实用新型主变速手柄和副变速手柄通过不同档位的切换，来实现秧机不同工作模式的切换，同时，根据不同档位的信息来实现伺服电机的启停控制，从而有效的将秧箱的工作模式与秧机的工作模式融合在一起，利用档位传感器一和档位传感器二分别将主变速手柄和副变速手柄与控制器连接起来，从而将主变速手柄和副变速手柄的档位信息转化为伺服电机的启停信息，实现了秧箱的运动状态与秧机的工作模式的有机结合，无需复杂的机械结构就能实现同步控制。
24.3.本实用新型通过齿条一侧设置的通透孔配合反射式光电传感器来收集齿条移动的速度及位置信号，反射式光电传感器通过将被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号，整个过程无须机械性地接触，不会对机械结构造成磨损损伤，设备使用寿命长，可靠性好，且结构简单、测量精度高。
25.4.本实用新型中插植驱动输入轴的转动速度与发动机相匹配，插植驱动输入轴速度信号通过转速传感器传递给控制器，控制器根据插植驱动输入轴速度信号配合反射式光电传感器的信号来分析修正伺服电机的运行速度及正反转切换点的旋转角度，实现闭环控制，控制稳定性好、精度高，控制效果好。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是本实用新型一种伺服电机驱动齿条左右横向往复移动秧箱的机构的驱动结构示意图。
28.图2是本实用新型一种伺服电机驱动齿条左右横向往复移动秧箱的机构的控制结构框图。
29.图3是本实用新型一种伺服电机驱动齿条左右横向往复移动秧箱的机构中控制器的控制原理图。
30.图中，1、伺服电机；2、驱动齿轮；3、齿条；4、通透孔；5、齿轮保护罩；6、支撑滚轮；7、滚轮轴；8、伺服电机启停调节部；9、齿条移动速度调节部；10、插植驱动转速输入部。
具体实施方式
31.下面将结合具体实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
32.参照图1～图3，一种伺服电机驱动齿条左右横向往复移动秧箱的机构，包括与控制器连接的伺服电机1，所述伺服电机1固定在主机架上，所述伺服电机1的输出端安装有驱动齿轮2，所述驱动齿轮2与齿条3啮合，所述齿条3与秧箱固定连接，所述控制器为单片机控制器，通过控制器预先设定伺服电机1正反转的速度及旋转角度，从而控制齿条3移动速度及停止和反向移动的位置点，伺服电机1正转或反转时驱动齿条3向左或向右移动，即可带动秧箱左右横向移动，结构简单，齿条3润滑要求低，可靠性高。
33.进一步的，如图1所示，所述齿条3的一侧设置多个用于位置识别的通透孔4，所述通透孔4随齿条3往复移动的路径与反射式光电传感器的接收器相对，所述反射式光电传感器与控制器连接，在齿条3一侧加工通透孔4来用于位置识别，反射式光电传感器的发射器发出一束光线直射到齿条3的一侧，齿条3将光线反射至反射式光电传感器的接收器，当齿条3移动至光线照射到通透孔4的位置时，光线直接穿过通透孔4，因此反射式光电传感器的接收器无法接收到反射的光信息，此时与反射式光电传感器连接的控制器得到了通透孔4的位置和速度信息，从而实现通过齿条3上的通透孔4配合反射式光电传感器来收集齿条3移动的速度及位置信号，反射式光电传感器通过将被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号，整个过程无须机械性地接触，不会对机械结构造成磨损损伤，设备使用寿命长，可靠性好，且结构简单、测量精度高。
34.进一步的，所述控制器分别与伺服电机1、伺服电机启停调节部8、齿条移动速度调节部9和插植驱动转速输入部10连接，伺服电机启停调节部8用于调节秧机在不同的工作模式下伺服电机1的启停，齿条移动速度速度调节部用于通过调节伺服电机1的转速来调节齿条3横移的速度，插植驱动转速输入部10的转动速度信号可以用于判断齿条3移动速度，保证插植驱动输入轴与秧箱同步加速，同步减速。
35.进一步的，所述伺服电机启停调节部8包括主变速手柄和副变速手柄，所述主变速手柄通过档位传感器一与控制器连接，所述副变速手柄通过档位传感器二与控制器连接，所述档位传感器一包括前进、空挡、后退三个档位，所述档位传感器二包括插秧、空挡和行走三个档位或者插秧、空挡、行走和超低速四个档位，主变速手柄和副变速手柄通过不同档位的切换，来实现秧机不同工作模式的切换，同时，根据不同档位的信息来实现伺服电机1的启停控制，从而有效的将秧箱的工作模式与秧机的工作模式融合在一起，利用档位传感器一和档位传感器二分别将主变速手柄和副变速手柄与控制器连接起来，从而将主变速手柄和副变速手柄的档位信息转化为伺服电机1的启停信息，实现了秧箱的运动状态与秧机的工作模式的有机结合，无需复杂的机械结构就能实现同步控制，即：当主变速手柄为前进档，副变速手柄为插秧或空挡时，伺服电机1均只能是运行状态；当主变速手柄为前进档，副变速手柄为行走或超低速时，伺服电机1均可以是运行状态，也可以是停止状态；当主变速手柄为空挡或后退档时，副变速手柄无论是哪个档，电机均是停止状态。
36.进一步的，所述齿条移动速度调节部9包括横向移动次数调节手柄，所述横向移动
次数调节手柄通过档位传感器三与控制器连接，所述档位传感器三包括多个档位，各档位分别对应不用的速度，所述档位传感器三与控制器连接，档位传感器三的多个档位对应不用的速度信息，横向移动次数调节手柄位于不同的档位时，档位传感器三将该档位信息传递给控制器，控制器通该档位信息转化为伺服电机1的转速信息后传递给伺服电机1，从而实现伺服电机1不同转速的控制，伺服电机1的转速对应齿条3不同的移动速度，因此实现了通过横向移动次数调节手柄控制齿条3移动速度的功能。
37.进一步的，所述插植驱动转速输入部10包括插植驱动输入轴和转速传感器，所述插植驱动输入轴通过转速传感器与控制器连接，插植驱动输入轴的转动速度与发动机相匹配，插植驱动输入轴速度信号通过转速传感器传递给控制器，控制器根据插植驱动输入轴速度信号配合反射式光电传感器的信号来分析修正伺服电机1的运行速度及正反转切换点的旋转角度，实现闭环控制，控制稳定性好、精度高，控制效果好。
38.进一步的，如图1所示，所述驱动齿轮2的外部设有齿轮保护罩5，所述齿条3的下方设有用于保持齿条3左右横向往复移动的支撑滚轮6，所述支撑滚轮6通过滚轮轴7固定在齿轮保护罩5的下方，齿轮保护罩5可以对驱动齿轮2进行保护，一方面防止因泥土杂质粘附在驱动齿轮2上，而造成驱动齿轮2磨损，另一方面具有安全防护的作用，防止人或者物触碰到旋转的驱动齿轮2上而造成安全事故，支撑滚轮6用于对齿条3进行支撑，使得齿条3能够始终稳定的与驱动齿轮2啮合，同时，齿条3在驱动齿轮2的驱动下能够沿着支撑滚轮6作用横向往复移动，设备可靠性更好。
39.具体工作过程：将主变速手柄和副变速手柄切换至相应的档位上，与主变速手柄和副变速手柄连接的档位传感器一和档位传感器二将主变速手柄和副变速手柄的档位信息传递给控制器，控制器将接收到的档位的信息转换为伺服电机1的启停控制信息后发送给伺服电机1，伺服电机1根据接收到的启停控制信息启动或停止，当伺服电机1启动时，伺服电机1通过驱动齿轮2驱动齿条3向左或向右移动，从而带动秧箱左右横向移动，然后，将横向移动次数调节手柄切换至合适的档位，与将横向移动次数调节手柄连接的档位传感器三将横向移动次数调节手柄的档位信息传递给控制器，控制器将该档位信息转化为伺服电机1的转速控制信息后传递给伺服电机1，使伺服电机1调整至相应的转速，从而将齿条3的移动速度调整至相应的值，在此过程中，转速传感器不断插植驱动输入轴的转动速度传递给控制器，控制器根据插植驱动输入轴速度信号配合反射式光电传感器的信号来分析修正伺服电机1的运行速度及正反转切换点的旋转角度，从而实现闭环控制。