一種雙自由度的智能打頂機的制作方法

本發明涉及農業機械設備領域，尤其涉及一種用于煙草、棉花等作物的具有雙自由度控制的智能打頂機。

背景技術：

煙草是我國重要的經濟作物，目前煙草種植在耕整、起壟施肥、移栽、打頂、采收、編煙、殘稈處理等環節已經有了相應的機械，例如在棉花和煙草打頂方面：2003年，胡斌等研制了3MD-12型棉花打頂機，采用半懸掛方式，可掛接在拖拉機的后懸架上；2009年，山東農業大學成功研制了“3DX-1”煙草打頂消毒聯合作業裝置，實現了對煙草的機械化打頂；2010年，山東農業大學又研制了“3YDX-3”煙草打頂抑芽機，對“3DX-1”煙草打頂消毒聯合作業裝置的高度仿真進行了改良；2015年，王俊等發明的一種煙草打頂機，整個機構設計采用手持操作，無需額外動力，由剪切部件、定量噴施部件、傳動部件和手柄組成等。

目前使用的煙草打頂機現普遍主要存在以下兩點問題：一是在進行打頂作業過程中，由于打頂高度固定，容易造成長得高的煙草過度切頂、長得矮的煙草打不著頂的現象；二是打頂作業時，對由于各種原因長歪的植株不能進行打頂，造成漏打的現象。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種結構簡單、操作便捷、可以自動調節的具有雙自由度的智能打頂機。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種雙自由度的智能打頂機，該智能打頂機可以根據傳感器的檢測數據自動調節自身高度和水平位置，達到有效修剪作物頂端枝葉的目的，避免過渡切頂、打不著頂或漏打的情況發生。所述打頂機主要包括控制器、底板、垂直作業機構、水平作業機構、夾持機構和打頂機構。所述控制器分別與垂直作業機構、水平作業機構和打頂機構連接，通過驅動垂直作業機構和水平作業機構來調節打頂機構的位置，使其時刻處于打頂作業的最佳位置。所述底板固定安裝，如可以安裝在農業設備或機器上，提高打頂機的機動性能。所述水平作業機構安裝在底板上，所述垂直作業機構安裝在水平作業機構上，由水平作業機構驅動垂直作業機構左右擺動。所述夾持機構安裝在垂直作業機構上，打頂機構安裝在夾持機構內，由垂直作業機構驅動打頂機構上下擺動。

具體的，所述水平作業機構用于調整打頂機構的水平位置，主要包括第一電動推桿、轉軸、帶座軸承和短軸。所述帶座軸承安裝在轉軸的兩端，轉軸通過帶座軸承固定在底板上，使轉軸只能繞其軸心徑向轉動。所述短軸固定在轉軸上，與轉軸垂直安裝，此時短軸主要用于驅動轉軸轉動，相當于轉軸的力臂。所述第一電動推桿的一端安裝在底板上，與底板通過支座的形式鉸連接(以此為活動支點)，另一端與短軸通過支座的形式鉸連接，使第一電動推桿以底板為支撐點推動短軸和轉軸轉動。所述控制器與第一電動推桿連接，驅動轉軸水平轉動。

具體的，所述垂直作業機構用于調整打頂機構的高度位置，主要包括第二電動推桿、第一支座、第二支座和連桿。所述連桿的一端通過第一支座固定在轉軸上，連桿與第一支座鉸接，連桿的另一端與夾持機構固定連接，使夾持機構繞著連桿的一端上下運動。所述第二電動推桿的一端安裝在轉軸上，與轉軸鉸接(作為支撐點)，另一端通過第二支座與連桿鉸接，以驅動連桿上下擺動。所述控制器與第二電動推桿連接，驅動夾持機構上下擺動。

具體的，所述夾持機構用于固定和安裝打頂機構，該夾持機構固定在連桿上，由至少三根方管組成，三根所述方管構成U型結構，這樣設計便于打頂機構的拆裝。所述打頂機構設置在U型結構內，與方管通過螺栓固定連接。

具體的，所述打頂機構用于給作物打頂、粉碎、消毒和回收，主要包括打頂機構本體、打頂粉碎裝置、用于刀具的消毒和割茬部位抑芽的消毒抑芽裝置、用于檢測作物頂端位置的高度檢測裝置、水平檢測裝置和導向板。所述打頂機構本體固定安裝在夾持機構內。所述打頂粉碎裝置固定安裝在打頂機構本體內。所述消毒抑芽裝置設置在打頂機構本體上，與打頂粉碎裝置連接。所述導向板安裝在打頂機構本體的前端，引導作物進入打頂粉碎裝置。所述高度檢測裝置設置在導向板上。所述水平檢測裝置固定在打頂機構本體的前端。所述控制器分別與打頂粉碎裝置、高度檢測裝置和水平檢測裝置連接，根據高度檢測裝置和水平檢測裝置的反饋數據來實時調整打頂機構的位置，并控制打頂粉碎裝置的開啟和關閉。

具體的，所述打頂粉碎裝置包括驅動電機、旋轉軸、用于粉碎枝葉的甩刀組和用于切割作物頂部枝葉的固定割刀。所述旋轉軸設置垂直在打頂機構本體內。所述甩刀組和固定割刀安裝在旋轉軸上，甩刀組位于固定割刀的上方。所述驅動電機與旋轉軸連接，控制器與驅動電機連接并驅動甩刀組和固定割刀切割進入打頂粉碎裝置的作物。

優選的，所述打頂粉碎裝在還包括阻止枝葉向外飛散的擋板，所述擋板設為曲面結構，將甩刀組和固定割刀包圍起來，當切割枝葉時，向四周飛散的枝葉被擋板擋住并掉落，經甩刀組多次切割后形成粉碎狀，最后落入回收袋中。

作為本發明的優選方案，所述甩刀組的甩刀交錯配置安裝，即每把甩刀與上層甩刀或下層甩刀在豎直方向上錯位安裝，這樣設計可以將枝葉切得更碎，獲得更好的粉碎效果。

具體的，所述消毒抑芽裝置包括自上而下依次設置的藥瓶、輸藥管、調節開關和耐磨海綿。所述輸藥管的一端與藥瓶連接，另一端與耐磨海綿連接，使藥瓶內的消毒藥水流到耐磨海綿上。所述調節開關設置在輸藥管上，用于控制輸藥管的流量和通斷狀態。所述耐磨海綿與固定割刀的刀面接觸，在旋轉時將藥水涂抹在上面，起到消毒和抑制割茬部位生長的作用。

作為本發明的優選方案，為了使作物更容易進入打頂粉碎裝置，所述導向板設為V型結構，且向外張開，導向板的數量設為兩塊，左右對稱設置，向前張開一定角度，用于引導枝葉進入打頂粉碎裝置，提高打頂效率，獲得理想的打頂效果。

作為本發明的優選方案，所述高度檢測裝置和水平檢測裝置均采用超聲波式的傳感器來檢測。其中，高度檢測裝置采用高、中、低三組超聲波傳感器，當中、低組超聲波傳感器同時檢測到信號時，打頂機構的位置才算合適；當只有高組超聲波傳感器檢測到信號時，打頂機構的位置過高；當只有低組超聲波傳感器檢測到信號時，打頂機構的位置過低。由于有些作物的頂部生長可能出現偏離(長歪了)，因此水平檢測裝置同樣采用三組(左、中、右)超聲波傳感器來檢測，當僅有中部超聲波傳感器檢測到信號時，打頂機構的位置才算合適；當只有左側傳感器檢測到信號時，表明打頂機構位置偏左；當只有右側傳感器檢測到信號時，表明打頂機構位置偏右。

作為本發明的優選方案，為了方便直觀看到超聲波傳感器檢測的信號及控制器的控制邏輯是否清楚，本發明的所述高度檢測裝置和水平檢測裝置上均設有用于確定打頂機高度是否合適的指示燈。所述指示燈安裝在打頂機構本體上，所述指示燈采用三色燈(紅、黃、藍)，當打頂機構的位置偏向一個方向時，顯示紅色并驅動第一電動推桿和第二電動推桿往另一方向運動；當偏向另一個方向時，顯示黃色并驅動第一電動推桿和第二電動推桿往相反方向運動，當位置合適時，顯示藍色。這樣有助于用于更方便直觀的看到控制器的控制情況及打頂機構是否處于合適位置。

進一步的，所述打頂機還包括用于收集打落的枝葉的回收袋和用于固定回收袋的固定鉤。所述固定鉤安裝在打頂機構本體上，數量設為至少3個，所述回收袋掛在固定鉤上，使回收袋掛在上面更牢固，不容易掉落。

進一步的，所述打頂機還包括用于提供電源的電池組，所述電池組分別與控制器、第一電動推桿、第二電動推桿和驅動電機連接，為第一電動推桿、第二電動推桿和驅動電機提供驅動電力，簡化了打頂機的結構設計，提高打頂機的移動性和便利性。

本發明的工作過程和原理是：本發明提供的打頂機主要包括控制器、垂直作業機構、水平作業機構和打頂機構，而打頂機構又包括打頂粉碎裝置、消毒抑芽裝置、高度檢測裝置、水平檢測裝置和用于引導作物進入的導向板。控制器根據高度檢測裝置和水平檢測裝置的反饋信號，對第一電動推桿和第二電動推桿進行控制，驅動打頂粉碎裝置在垂直方向上下擺動、水平方向左右擺動到合適的位置，對作物的頂部進行打頂、粉碎、消毒、抑芽和回收一體化作業，極大地提高了打頂作業的效率，縮短了工作時間，避免過渡切頂、打不著頂或漏打的情況發生。

與現有技術相比，本發明還具有以下優點：

(1)本發明所提供的智能打頂機的結構簡單、操作方便，可以固定在農業機械上，配合農業機械進行打頂、消毒、抑芽和回收作業。

(2)本發明所提供的智能打頂機以蓄電池組為動力，整體體積小、造價成本低，且移動性能提高。

(3)本發明所提供的智能打頂機在垂直方向和水平方向上均采用超聲波式的傳感器進行探測，以確定打頂機構最合適的位置，從而避免漏打或過渡切頂的現象。

(4)本發明所提供的智能打頂機通過驅動垂直作業機構和水平作業機構來控制打頂機構的具體位置，具有兩個自由度可調節，使打頂機構時刻調節至合適的位置，從而獲得理想的打頂效果。

(5)本發明所提供的智能打頂機通過將甩刀錯位安裝，可以將切頂的枝葉切得更碎，從而獲得更好的粉碎效果，提高回收袋的收集量。

附圖說明

圖1是本發明所提供的具有雙自由度的智能打頂機的立體圖。

圖2是本發明所提供的打頂粉碎裝置的結構示意圖。

圖3是本發明所提供的消毒抑芽裝置的結構示意圖。

上述附圖中的標號說明：

1-底板，21-第一電動推桿，22-轉軸，23-帶座軸承，24-短軸，31-第二電動推桿，32-第一支座，33-第二支座，34-連桿，4-夾持機構，5-打頂粉碎裝置，6-消毒抑芽裝置，7-高度檢測裝置，8-水平檢測裝置，9-導向板，10-甩刀組，11-固定割刀，12-旋轉軸，13-藥瓶，14-輸藥管，15-調節開關，16-耐磨海綿。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發明作進一步說明。

實施例1：

如圖1所示，本發明公開了一種雙自由度的智能打頂機，該智能打頂機可以根據傳感器的檢測數據自動調節自身高度和水平位置，達到有效修剪作物頂端枝葉的目的，避免過渡切頂、打不著頂或漏打的情況發生。所述打頂機主要包括控制器、底板1、垂直作業機構、水平作業機構、夾持機構4和打頂機構。所述控制器分別與垂直作業機構、水平作業機構和打頂機構連接，通過驅動垂直作業機構和水平作業機構來調節打頂機構的位置，使其時刻處于打頂作業的最佳位置。所述底板1固定安裝，如可以安裝在農業設備或機器上，提高打頂機的機動性能。所述水平作業機構安裝在底板1上，所述垂直作業機構安裝在水平作業機構上，由水平作業機構驅動垂直作業機構左右擺動。所述夾持機構4安裝在垂直作業機構上，打頂機構安裝在夾持機構4內，由垂直作業機構驅動打頂機構上下擺動。

具體的，所述水平作業機構用于調整打頂機構的水平位置，主要包括第一電動推桿21、轉軸22、帶座軸承23和短軸24。所述帶座軸承23安裝在轉軸22的兩端，轉軸22通過帶座軸承23固定在底板1上，使轉軸22只能繞其軸心徑向轉動。所述短軸24固定在轉軸22上，與轉軸22垂直安裝，此時短軸24主要用于驅動轉軸22轉動，相當于轉軸22的力臂。所述第一電動推桿21的一端安裝在底板1上，與底板1通過支座的形式鉸連接(以此為活動支點)，另一端與短軸24通過支座的形式鉸連接，使第一電動推桿21以底板1為支撐點推動短軸24和轉軸22轉動。所述控制器與第一電動推桿21連接，驅動轉軸22水平轉動。

具體的，所述垂直作業機構用于調整打頂機構的高度位置，主要包括第二電動推桿31、第一支座32、第二支座33和連桿34。所述連桿34的一端通過第一支座32固定在轉軸22上，連桿34與第一支座32鉸接，連桿34的另一端與夾持機構4固定連接，使夾持機構4繞著連桿34的一端上下運動。所述第二電動推桿31的一端安裝在轉軸22上，與轉軸22鉸接(作為支撐點)，另一端通過第二支座33與連桿34鉸接，以驅動連桿34上下擺動。所述控制器與第二電動推桿31連接，驅動夾持機構4上下擺動。

具體的，所述夾持機構4用于固定和安裝打頂機構，該夾持機構4固定在連桿34上，由至少三根方管組成，三根所述方管構成U型結構，這樣設計便于打頂機構的拆裝。所述打頂機構設置在U型結構內，與方管通過螺栓固定連接。

具體的，所述打頂機構用于給作物打頂、粉碎、消毒和回收，主要包括打頂機構本體、打頂粉碎裝置5、用于刀具的消毒和割茬部位抑芽的消毒抑芽裝置6、用于檢測作物頂端位置的高度檢測裝置7、水平檢測裝置8和導向板9。所述打頂機構本體固定安裝在夾持機構4內。所述打頂粉碎裝置5固定安裝在打頂機構本體內。所述消毒抑芽裝置6設置在打頂機構本體上，與打頂粉碎裝置5連接。所述導向板9安裝在打頂機構本體的前端，引導作物進入打頂粉碎裝置5。所述高度檢測裝置7設置在導向板9上。所述水平檢測裝置8固定在打頂機構本體的前端。所述控制器分別與打頂粉碎裝置5、高度檢測裝置7和水平檢測裝置8連接，根據高度檢測裝置7和水平檢測裝置8的反饋數據來實時調整打頂機構的位置，并控制打頂粉碎裝置5的開啟和關閉。

具體的，結合圖1和圖2所示，所述打頂粉碎裝置5包括驅動電機、旋轉軸12、用于粉碎枝葉的甩刀組10和用于切割作物頂部枝葉的固定割刀11。所述旋轉軸12設置垂直在打頂機構本體內。所述甩刀組10和固定割刀11安裝在旋轉軸12上，甩刀組10位于固定割刀11的上方。所述驅動電機與旋轉軸12連接，控制器與驅動電機連接并驅動甩刀組10和固定割刀11切割進入打頂粉碎裝置5的作物。

優選的，所述打頂粉碎裝在還包括阻止枝葉向外飛散的擋板，所述擋板設為曲面結構，將甩刀組10和固定割刀11包圍起來，當切割枝葉時，向四周飛散的枝葉被擋板擋住并掉落，經甩刀組10多次切割后形成粉碎狀，最后落入回收袋中。

具體的，結合圖1和圖3所示，所述消毒抑芽裝置6包括自上而下依次設置的藥瓶13、輸藥管14、調節開關15和耐磨海綿16。所述輸藥管14的一端與藥瓶13連接，另一端與耐磨海綿16連接，使藥瓶13內的消毒藥水流到耐磨海綿16上。所述調節開關15設置在輸藥管14上，用于控制輸藥管14的流量和通斷狀態。所述耐磨海綿16與固定割刀11的刀面接觸，在旋轉時將藥水涂抹在上面，起到消毒和抑制割茬部位生長的作用。

作為本發明的優選方案，為了使作物更容易進入打頂粉碎裝置5，所述導向板9設為V型結構，且向外張開，導向板9的數量設為兩塊，左右對稱設置，向前張開一定角度，用于引導枝葉進入打頂粉碎裝置5，提高打頂效率，獲得理想的打頂效果。

作為本發明的優選方案，所述高度檢測裝置7和水平檢測裝置8均采用超聲波式的傳感器來檢測。其中，高度檢測裝置7采用高、中、低三組超聲波傳感器，當中、低組超聲波傳感器同時檢測到信號時，打頂機構的位置才算合適；當只有高組超聲波傳感器檢測到信號時，打頂機構的位置過高；當只有低組超聲波傳感器檢測到信號時，打頂機構的位置過低。由于有些作物的頂部生長可能出現過度偏離(長歪了)，因此水平檢測裝置8同樣采用三組(左、中、右)超聲波傳感器來檢測，當僅有中部超聲波傳感器檢測到信號時，打頂機構的位置才算合適；當只有左側傳感器檢測到信號時，表明打頂機構位置偏左；當只有右側傳感器檢測到信號時，表明打頂機構位置偏右。

作為本發明的優選方案，為了方便直觀看到超聲波傳感器檢測的信號及控制器的控制邏輯是否清楚，本發明的所述高度檢測裝置7和水平檢測裝置8上均設有用于確定打頂機高度是否合適的指示燈。所述指示燈安裝在打頂機構本體上，所述指示燈采用三色燈(紅、黃、藍)，當打頂機構的位置偏向一個方向時，顯示紅色并驅動第一電動推桿21和第二電動推桿31往另一方向運動；當偏向另一個方向時，顯示黃色并驅動第一電動推桿21和第二電動推桿31往相反方向運動，當位置合適時，顯示藍色。這樣有助于用于更方便直觀的看到控制器的控制情況及打頂機構是否處于合適位置。

進一步的，所述打頂機還包括用于收集打落的枝葉的回收袋和用于固定回收袋的固定鉤。所述固定鉤安裝在打頂機構本體上，數量設為至少3個，所述回收袋掛在固定鉤上，使回收袋掛在上面更牢固，不容易掉落。

進一步的，所述打頂機還包括用于提供電源的電池組，所述電池組分別與控制器、第一電動推桿21、第二電動推桿31和驅動電機連接，為第一電動推桿21、第二電動推桿31和驅動電機提供驅動電力，簡化了打頂機的結構設計，提高打頂機的移動性和便利性。

本發明的工作過程和原理是：本發明提供的打頂機主要包括控制器、垂直作業機構、水平作業機構和打頂機構，而打頂機構又包括打頂粉碎裝置5、消毒抑芽裝置6、高度檢測裝置7、水平檢測裝置8和用于引導作物進入的導向板9。控制器根據高度檢測裝置7和水平檢測裝置8的反饋信號，對第一電動推桿21和第二電動推桿31進行控制，驅動打頂粉碎裝置5在垂直方向上下擺動、水平方向左右擺動到合適的位置，對作物的頂部進行打頂、粉碎、消毒、抑芽和回收一體化作業，極大地提高了打頂作業的效率，縮短了工作時間，避免過渡切頂、打不著頂或漏打的情況發生。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。