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制造方法及图纸

本发明专利技术提供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，通过在机架上方安装“十”字交叉的水平直线滑台模组和垂直直线滑台模组，吸盘固定安装与垂直直线滑台模组的滑块上，位移传感器测量吸盘的垂直位移；在种盘底面安装多个称重传感器，测量种盘不同区域的种群厚度；采用理论分析和试验相结合，建立种盘能够有效吸附籽粒的吸种位置控制模型，并将其输入控制器中。吸种过程中，控制器将实时采集的振动种盘内种群厚度的变化特征和排种器的结构、工作参数进行信息融合，依据吸种位置控制策略输出直线滑台模组的驱动电机控制信号，使得吸盘的吸种位置能够随振动种盘内种群厚度和分布状态的变化进行自适应调整，从而提高排种器吸种性能。

Adaptive control device and method for suction suction position of air suction seed metering device

The invention provides an air suction metering device suction disc position of the adaptive control device and method, through horizontal slide module installation \ten\ cross above the machine frame and vertical slide block module, sucker fixed and vertical slide module on vertical displacement displacement sensor to measure the sucker; installation a weighing sensor in a disc bottom, measuring plate in different regions of the population thickness; the theoretical analysis and experimental combination, establish a disc effectively absorbing grain suction position control model, and the input control device. During the suction process, the controller will change characteristics of vibration for disc thickness real-time acquisition of the population and the metering device structure and working parameters based on information fusion, the suction motor control signal output module position control strategy of linear slide, the suction suction position can be changed with a vibration disc thickness and the distribution of population the adaptive adjustment, so as to improve the seeding suction performance.

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术属于精密育秧播种
，具体涉及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。
技术介绍
育苗移栽是我国主要的水稻种植方式，排种器则是实现机械化育苗播种的核心部件。气吸式盘式排种器主要由吸盘和振动种盘组成，它的作业效率高、伤种率低、每盘的播种量易于控制，是水稻毯状育秧播种的理想装置。通过给种盘施加小幅高频激振，种群在种盘内呈现离散状态，以减小摩擦阻力，是提高吸种精度的重要技术手段。排种器吸种过程中，合理控制负压吸盘与振动种盘在垂直方向的相对距离即吸盘的吸种位置是保证吸种率的重要因素。相对距离过大，种群不能有效进入吸种气流场中，漏吸率增加；相对距离过小则会造成重吸率增加，即一个吸孔吸附多个籽粒，此外，振动种盘内的种群还会与吸盘面板发生急剧碰撞，造成籽粒损伤和吸孔堵塞。理想的吸种位置不仅取决于排种器的结构和工作参数，如吸孔直径、负压差、振动频率、振幅等，还受到振动种盘内种群的厚度和分布状态的影响。随着吸种－播种作业的进行，种盘内种群的数量连续减少，作业一段时间后，需要往种盘内添加种子，种群的数量又迅速增加，因此，种盘内的种群数量一直处于动态变化过程。给种盘施加激振虽然有利于减小摩擦阻力，但这也会增加种群的流动性，易于造成种群在种盘内分布的不均匀，某些区域种群厚度较大，某些区域种群厚度较小。目前的排种器普遍采用接近开关对吸盘的吸种位置进行定位，吸种位置固定，很难解决上述问题，连续吸种性能不稳定。因此，设计一种能够根据振动种盘内种群厚度和分布状态的变化，自适应控制吸盘的吸种位置的装置和方法，以提高播种精度，有着重要的理论研究意义和实用价值，目前未见有公开研究报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述问题提供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，通过设计一种可以实现水平和垂直方向移动的吸盘运动机构，并用位移传感器对吸盘的垂直位移进行测量，采用称重传感器实时测量振动种盘不同区域的种群厚度，控制器采集吸盘垂直位移、种群厚度和排种器的结构、工作参数，然后根据建立的能够有效吸附籽粒的吸种位置控制模型，输出吸盘运动机构的控制信号，驱动吸盘运动到种盘上方适当位置进行吸种作业，从而提高排种器吸种性能。本专利技术的技术方案是：一种气吸式排种器吸盘吸种位置的自适应控制装置，包括机架、限位开关、水平直线滑台模组、垂直直线滑台模组、位移传感器、直角支架、吸盘罩、吸盘面板、种盘、称重传感器、调节板、偏心曲柄滑块机构、直线滑台模组、监测板、信号处理器和控制器；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的上部，限位开关安装在水平直线滑台模组上；所述直角支架的垂直端面固定安装在垂直直线滑台模组上，直角支架的水平端面与吸盘罩的上端面固定连接，所述气管通过法兰盘固定安装在吸盘罩中心位置的通孔中；所述吸盘面板通过螺栓固定连接于吸盘罩的下端面；所述位移传感器的底座固定安装于垂直直线滑台模组上，位移传感器的测量杆固定连接于直角支架的水平端面，测量杆可以随直角支架作同步直线运动；所述种盘位于吸盘面板的下方，所述调节板位于种盘的下方；所述偏心曲柄滑块机构的一端穿过调节板与种盘下方的中心位置连接，另一端固定在机架的底座；所述种盘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的轴线方向作往复振动；所述调节板的四端分别通过球头关节轴承固定支撑于四组直线滑台模组的滑块上，四组直线滑台模组分别固定安装在机架的上，并联控制四组直线滑台模组，可以改变调节板的法向角，调节种盘的振动方向；所述种盘的底板上加工四个均匀列阵布置的监测窗口，四个称重传感器的安装端分别固定连接于种盘的底板下方，四个称重传感器的检测端分别安装监测板，监测板安装于监测窗口中心；四个称重传感器分别与信号处理器的一端连接，信号处理器的另一端与控制器连接，重传感器的信号通过信号处理器传送到控制器，位移传感器、限位开关、电机驱动器一和电机驱动器二分别与控制器连接电连接，电机驱动器一的另一端与水平直线滑台模组的电机连接，电机驱动器二与垂直直线滑台模组的电机连接。上述方案中，所述水平直线滑台模组包括步进电机一、滑台底座一、丝杠一和滑块一；所述滑台底座一固定安装在机架的上方，并使滑台底座一的中心线保持水平方向，步进电机一的输出轴通过联轴器连接丝杠一，丝杠一穿过滑块一的内螺纹，丝杠一和滑块一形成螺纹传动机构，滑块一在步进电机一的驱动下沿滑台底座一的中心线作水平直线运动。上述方案中，所述垂直直线滑台模组包括步进电机二、滑台底座二、丝杠二和滑块二；所述滑台底座二固定安装在滑块一的外端面上，并使滑台底座二的中心线保持垂直方向，步进电机二的输出轴通过联轴器链接丝杠二，丝杠二穿过滑块二的内螺纹，丝杠二和滑块二形成螺纹传动机构，滑块二在步进电机二的驱动下沿滑台底座二的中心线作垂直直线运动。上述方案中，所述偏心曲柄滑块机构包括驱动轴、导向轴套、电机、偏心盘和连杆；所述驱动轴的一端固定安装在所述种盘下方的中心位置，另一端穿过导向轴套与连杆的上端通过鱼眼轴承连接，电机固定安装于机架的底座，电机的输出轴上安装偏心盘，偏心盘与连杆的下端通过轴承连接；所述导向轴套固定安装于调节板中心位置，导向轴套的轴线与调节板平面垂直。上述方案中，所述吸盘面板和吸盘罩的下端面之间加装密封垫。上述方案中，所述监测板安装于种盘底板上加工的监测窗口中心，相互间隙小于0.5mm。上述方案中，所述控制器以PLC或单片机为核心；所述控制器内部建立吸盘面板的吸种位置控制模型，根据设定的吸孔直径d、种盘振动中心坐标z0、种盘振动频率f、振幅A和气管负压差Δp，控制器通过多通道A/D采集信号处理器输出的模拟信号，确定吸盘面板的吸种位置，并通过与位移传感器测量得到的吸盘面板的垂直位移进行比较，输出的控制信号通过电机驱动器二驱动步进电机二运动，直至吸盘面板移动到指定的吸种位置进行吸种作业。一种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，包括以下步骤：S1、所述控制器输出信号给步进电机控制器一，电机控制器一驱动步进电机一转动，通过滑块一带动吸盘部件向限位开关方向平移，直至限位开关有输出信号，此时吸盘面板位于种盘的正上方；S2、通过气管施加负压，由吸盘罩和吸盘面板构成的吸盘内腔会形成负压场，空气通过吸盘面板上的吸孔吸入，从而在吸盘面板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驱动种盘沿着调节板的法向作往复振动，种盘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上，对应的四个称重传感器会监测到冲击力，四个称重传感器的输出信号传送给信号处理器，经过信号处理器后得到四个监测板各自区域内的种群厚度，并转换为模拟信号h1、h2、h3、h4输出到控制器中；S4、所述控制器内部建立吸盘面板吸种位置的控制模型；S5、所述控制器通过多通道A/D采集信号处理器输出的模拟信号h1、h2、h3、h4，根据排种器结构和作业参数，控制器输入吸孔直径d、种盘振动中心坐标z0、种盘振动频率f、振幅A和气管负压差Δp，控制器根据建立的吸盘面板吸种位置的控制模型，确定吸盘面板的吸种位置，并通过与位移传感器测量得到的吸盘面板的垂直位移本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。...

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵湛，田春杰，黄贺东，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32