一种绿叶菜整株连续收获智能控制试验装置及试验方法

摘要

本发明涉及一种绿叶菜整株连续收获智能控制试验装置，包括输送装置、根土铲切装置、植株夹持装置、升降装置、智能控制检测模块和种植箱。所述的输送装置用于以不同速度输送栽培绿叶菜的种植箱；所述的根土铲切装置用于铲切或松动种植箱中绿叶菜的根系；所述的植株夹持装置用于夹持根切后的绿叶菜并拔取整株绿叶菜；所述的升降装置用于调整根土铲切装置的铲切入土角度和植株夹持装置的夹持角度；所述的智能控制检测模块用于控制各个部件的工作参数并监测不同工况下各个收获环节的工作参数。本发明可调整各个工作部件，实现对铲切、拔取和根切过程的多重组合的测试，能更准确的获得机械采收低损伤的影响因素。

说明书

技术领域

本发明属于农业机械领域，涉及一种绿叶菜整株连续收获智能试验装置及试验方法，尤其是对绿叶菜收获状态参数监测。

技术背景

绿叶蔬菜茎叶鲜嫩，含水率高(>90％)，极易破损，损伤后容易导致褐变、黄化、脱帮和腐烂等现象。绿叶菜整株机械化收获中，容易产生的机械损伤，特别是对喂入量、叶菜特性参数变化等引起的作业参数控制不当，将导致叶菜出现以塑性或脆性破坏形式为主的现时损伤和以粘弹性变形为主的延迟损伤。因此，设计合理的采收机构和作业部件外，研究绿叶菜收获机械的智能控制水平，是解决机械损伤问题的关键。

现有农机样机的检测试验都是在田间进行的，其工作量大，耗费大量人力物力，且其试验周期较长，受季节的影响比较大，给生产和科研带来极大的不便。随着农业装备的迅速发展，绿叶菜收获机的收获性能及自动化程度己成为现代农业装备的重要衡量指标。为了提高绿叶菜整株收获机的智能化和信息化，发明一种绿叶菜整株连续收获试验装置及性能测试试验方法具有非常重要的实际意义。

发明内容

针对绿叶菜整株连续收获机械存在容易产生机械损伤、缺乏对绿叶菜采收过程的监控等问题，本发明提供了一种绿叶菜整株连续收获智能控制试验装置及试验方法，在不同工况下对收获状况进行监测，实现绿叶菜有序收获的智能化、信息化。

本发明采用如下技术方案：

一种绿叶菜整株连续收获智能控制试验装置，包括输送装置、根土铲切装置、植株夹持装置、升降装置、智能控制检测模块和种植箱。所述的输送装置用于以不同速度输送栽培绿叶菜的种植箱；所述的根土铲切装置用于铲切或松动种植箱中绿叶菜的根系；所述的植株夹持装置用于夹持根切后的绿叶菜并拔取整株绿叶菜；所述的升降装置用于调整根土铲切装置的铲切入土角度和植株夹持装置的夹持角度；所述的智能控制检测模块用于控制各个部件的工作参数并监测不同工况下各个收获环节的工作参数。

所述的输送装置的包括传送带、输送电机、主动辊、从动辊、托辊和固定架；所述的主动辊、托辊和从动辊安装在固定架上；所述的输送电机提供动力，主动辊带动传送带运转；输送装置位于植株夹持装置下方，输送装置运送的种植箱以一定速度经过植株夹持装置。

所述的植株夹持装置包括支架和夹持总成。所述植株夹持装置的支架与固定在输送装置固定架上的立杆铰连接；所述的夹持总成为左右对称结构，其中右夹持结构包括浮动导辊、张紧导辊、主动导辊、导辊固定板、柔性带、浮动板、浮动铰支座、浮动扭簧、驱动齿轮、菱形轴承座和驱动电机；所述的柔性带分别由浮动导辊、张紧导辊、主动导辊进行张紧；所述的浮动导辊固定在浮动板上，所述的浮动板和浮动扭簧通过销轴安装在浮动铰支座内上，浮动扭簧的扭臂钩挂在浮动板上并使浮动板扭转一定的角度，所述浮动导辊安装在植株夹持装置喂入口，夹持总成左右两侧的浮动导辊受浮动扭簧作用可对植株进行浮动夹持；所述的浮动铰支座固定在导辊固定板上，所述的导辊固定板通过螺栓固定在连接架上；所述的连接架外侧设有左右方向的滑槽，外侧的导辊固定板安装在连接架的滑槽里，可调整夹持结构之间的间距，所述的连接架固定在机架上；所述的驱动电机安装电机固定板上，驱动电机轴连接驱动齿轮，所述的主动辊轴穿过菱形轴承座与驱动齿轮连接；所述的植株夹持装置由驱动电机输出动力，夹持总成的两柔性带同步反向运转，喂入口浮动辊浮动张紧，对植株进行夹持拔取。植株夹持装置可更换表面结构不同的柔性带，可改变采收的夹持力。

所述的根土铲切装置包括根切铲、支撑弹簧、固定支架；所述的根切铲安装在固定支架上，所述固定支架长度方向设有槽孔，可以上下调整离地高度，所述的支撑弹簧固定在根切铲与固定支架之间，支撑和根切铲铲切，所述的固定支架安装在植株夹持装置的支架的上，机架连接处设有槽孔，固定支架通过螺栓安装在槽孔上，根切铲可以左右移动；所述根土铲切装置安装在植株夹持装置的下方。

所述的升降装置包括丝杠和铰支座。所述的丝杠是由丝杠调节帽和两个相反螺纹的丝杠螺栓组成；所述的丝杠调节帽两侧设有一段相反内螺纹，与两侧丝杠螺栓配合，所述的丝杠螺栓末端与铰支座铰连接；所述的铰支座分别固定在植株夹持装置的支架和输送装置的固定架上；转动丝杠调节螺帽，两端丝杠螺栓同时伸缩，完成植株夹持装置升降，使植株夹持装置与水平地面的角度变化。

所述的智能控制检测模块包括微处理器单元、信息采集单元和电机控制单元；所述的微处理器单元与信息采集单元和电机控制单元相连；所述的电机控制单元连接驱动电机和输送电机，负责控制驱动电机和输送电机的速度，调整种植箱运送速度和柔性带运转速度，保证植株夹持装置的水平分速度与输送装置的速度相同；所述的信息采集单元负责采集各个传感器的信息，与夹持压力传感器、铲切压力传感器、倾角传感器连接。所述的夹持压力传感器安装在植株夹持装置喂入口处浮动导辊的一侧，用于检测植株夹持装置的应变力；所述的铲切压力传感器安装在根土铲切装置的支撑弹簧的后面上，用于检测不同工况所受土壤的阻力；所述的倾角传感器安装在导辊固定板上，用于检测导向辊固定架的倾斜角度，从而得出驱动电机的水平分速度。

一种绿叶菜整株连续收获智能控制试验装置试验方法，如下步骤：

(1)准备：更换试验所需的柔性带，准备足够量的处于收获期的绿叶菜种植箱，并统计实验种植箱中的绿叶菜株数，调整好植株夹持装置的柔性带间距，调整好根切铲与浮动导辊的水平和垂直距离；

(2)启动：通过智能控制检测模块的倾角传感器采集到的倾斜角度，智能控制检测模块设定输送装置和植株夹持装置柔性带的速度，使植株夹持装置的水平分速度与输送装置速度相同，启动传感器开始监测；

(3)数据采集：绿叶菜种植箱以预先设定的速度运送到根土铲切装置，根土铲切装置进行入土铲切，随即植株夹持装置夹持拔取绿叶菜，铲切压力传感器采集根切铲所受的土壤阻力，夹持压力传感采集绿叶菜所受的应变力，智能控制检测模块收集并存储下来；

(4)检验结果：采收完成后，统计种植箱中未能采收的株数，同时将收获的绿叶菜，统计现时损伤和延时损伤的情况，计算漏采率和机械损伤率，记录结果。

(5)采用均匀试验设计方案，调整采收的结构参数(如夹持面积、夹持位置、剪切角度等)和工作参数(如夹持力、铲切入土深度、运输速度等)，获得损伤特性(如损伤形式、损伤程度)记录在试验数据库中。结合试验数据，修正最佳采收参数。

与现有技术相比，本发明有以下优点：

1、本设计可调整各个工作部件，实现对铲切、拔取和根切过程的多重组合的测试。

2、对不同工况下完成检测，有利于绿叶菜有序收获机械采收模式与性能测试数据采集系统的开发。

3、本设计可完成多对正交试验，能更准确的获得机械采收低损伤的影响因素。

附图说明

图1是一种绿叶菜整株连续收获智能控制试验装置的结构示意图；

图2是一种绿叶菜整株连续收获智能控制试验装置的正视图；

图3是一种绿叶菜整株连续收获智能控制试验装置的左视图；

图4是一种绿叶菜整株连续收获智能控制试验装置的俯视图；

图5是植株夹持装置的结构图；

图6是智能控制检测模块的原理图；

图中：1、传送带2、固定架3、扶禾器4、连接架槽孔5、导辊固定板6、滑道7、立杆8、柔性带9、托辊10、连接架11、铰支座12、驱动电机13、立杆铰支座14、丝杠调节帽15、丝杠螺栓16、根切铲17、主动导辊18、驱动齿轮19、菱形轴承座20、浮动导辊21、浮动铰支座22、浮动扭簧23、张紧螺栓24、张紧导辊25、螺栓固定板26、浮动板

具体实施方式

下面结合附图对本发明专利进行进一步描述。如图1所示，所述的输送装置的包括传送带(1)、输送电机、主动辊、托辊(9)从动辊和固定架(2)；所述的主动辊和从动辊安装在固定架(2)上；所述的输送电机提供动力，主动辊带动传送带(1)运转；输送装置位于植株夹持装置下方，输送装置运送的种植箱以一定速度经过植株夹持装置。

如图1、2、3、4、5所示，所述的植株夹持装置包括支架和夹持总成。所述植株夹持装置的支架与固定在输送装置固定架上的立杆(7)铰连接；所述的夹持总成为左右对称结构，其中右夹持结构包括浮动导辊(20)、张紧导辊(24)、主动导辊(17)、导辊固定板(5)、柔性带(8)、浮动板(26)、浮动铰支座(21)、浮动扭簧(22)、驱动齿轮(15)、菱形轴承座(19)和驱动电机(12)；所述的柔性带(8)分别由浮动导辊(20)、张紧导辊(24)、主动导辊(17)进行张紧；所述的浮动导辊(20)固定在浮动板(26)上，所述的浮动板(26)和浮动扭簧(22)通过销轴安装在浮动铰支座(21)内上，浮动扭簧(22)的扭臂钩挂在浮动板(26)上并使浮动板(26)扭转一定的角度；所述浮动导辊安装在植株夹持装置喂入口，夹持总成左右两侧的浮动导辊受浮动扭簧作用可对植株进行浮动夹持；所述的浮动铰支座(21)固定在导辊固定板上，所述的导辊固定板(5)通过螺栓固定在连接架上；所述的连接架(10)外侧设有左右方向的滑槽(4)，外侧的导辊固定板(5)安装在连接架的滑槽(4)里，可调整夹持结构之间的间距，所述的连接架固定在支架上；所述的驱动电机(12)安装电机固定板上，驱动电机轴连接驱动齿轮(15)，所述的主动辊轴穿过菱形轴承座(19)与驱动齿轮连接；所述的植株夹持装置由驱动电机输出动力，夹持总成的两柔性带同步反向运转，浮动辊浮动张紧，对植株进行夹持拔取。植株夹持装置可更换表面结构不同的柔性带，可改变采收的夹持力。

如图3所示，所述的根土铲切装置包括根切铲(16)、支撑弹簧、固定支架；所述的根切铲(16)安装在固定支架上，所述固定支架长度方向设有槽孔，可以上下调整离地高度，所述的支撑弹簧固定在根切铲与固定支架之间，支撑和根切铲铲切，所述的固定支架安装在植株夹持装置的支架的上，机架连接处设有槽孔，固定支架通过螺栓安装在槽孔上，根切铲可以左右移动；所述根土铲切装置安装在植株夹持装置的下方。

如图2所示，所述的升降装置包括丝杠和铰支座(11)。所述的丝杠是由丝杠调节帽(14)和两个相反螺纹的丝杠螺栓(15)组成；所述的丝杠调节帽两侧设有一段相反内螺纹，与两侧丝杠螺栓配合，所述的丝杠螺栓末端与铰支座铰连接；所述的铰支座分别固定在植株夹持装置的支架和输送装置的固定架上；转动丝杠调节螺帽(14)，两端丝杠螺栓同时伸缩，完成植株夹持装置升降，使植株夹持装置与水平地面的角度变化。

如图6所示，所述的智能控制检测模块包括微处理器单元、信息采集单元和电机控制单元；所述的微处理器单元与信息采集单元和电机控制单元相连；所述的电机控制单元连接驱动电机和输送电机，负责控制驱动电机和输送电机的速度，调整种植箱运送速度和柔性带运转速度，保证植株夹持装置的水平分速度与输送装置的速度相同；所述的信息采集单元负责采集各个传感器的信息，与夹持压力传感器、铲切压力传感器、倾角传感器连接。所述的夹持压力传感器安装在植株夹持装置喂入口处浮动导辊的一侧，用于检测植株夹持装置的应变力；所述的铲切压力传感器安装在根土铲切装置的支撑弹簧的后面上，用于检测不同工况所受土壤的阻力；所述的倾角传感器安装在导辊固定板上，用于检测导向辊固定架的倾斜角度，从而得出驱动电机的水平分速度。

微处理单元还与状态显示单元连接，控制指示灯指示系统运作状态，系统运作正常，指示灯为绿色，如果运作不正常，指示灯为红色。

一种绿叶菜整株连续收获智能控制试验装置试验方法，如下步骤：

(1)准备：更换试验所需的柔性带(8)，准备足够量的处于收获期的绿叶菜种植箱，并统计实验种植箱中的绿叶菜株数，调整好植株夹持装置的柔性带间距，调整好根切铲(16)与浮动导辊(20)的水平和垂直距离；

(2)启动：通过智能控制检测模块的倾角传感器采集到的倾斜角度，智能控制检测模块设定种植箱运送装置和植株夹持装置柔性带的速度，使植株夹持装置的水平分速度与输送装置速度相同，启动传感器开始监测；

(3)数据采集：绿叶菜种植箱以预先设定的速度运送到根土铲切装置，根土铲切装置进行入土铲切，随即植株夹持装置夹持拔取绿叶菜，此时铲切压力传感器采集根切铲所受的土壤阻力，夹持压力传感采集绿叶菜所受的应变力，智能控制检测模块收集并存储下来；

(4)检验结果：采收完成后，统计种植箱中未能采收的株数，同时将收获的绿叶菜，统计现时损伤和延时损伤的情况，计算漏采率和机械损伤率，记录结果。

(5)采用均匀试验设计方案，调整叶菜采收的结构参数(如夹持面积、夹持位置、剪切角度等)和工作参数(如夹持力、铲切入土深度、运输速度等)，获得损伤特性(如损伤形式、损伤程度)记录在试验数据库中。结合试验数据，修正最佳采收参数。