适用于温室蔬菜播种机的激光走直系统研究

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适用于温室蔬菜播种机的激光走直系统研究

0 引言

目前,我国已经成为温室蔬菜种植大国, 温室蔬菜种植面积已占到全世界种植面积的 80% 以上,主

要分布在山东、河北、北京、东北三省等地.2012 年"中央一号"文件与全国农业机械化发展第

十二个五年规划强调,实现精准农业,加快发展现代设施农业,提高设施农业装备智能化、自动化

水平[1].蔬菜准直播种技术具有节省种子、减少间苗用工量、出苗齐整、群体结构合理、成熟

期一致等特点,便于一次收获,并能提高蔬菜产量和质量,可避免由于人工操作播种机播种不精直

给机械化收割带来弊端.目前,种植主要是通过人工画线和起垄的方式来保证播种精直,生产效率

低,劳动强度大.

因此,研究开发一种适用于温室蔬菜播种机的激光走直系统,可实现播种过程自动走直,减少人工

劳动量,同时可以大幅度降低农业生产成本,提高设施农业土地利用率,在我国设施农业中具有广

阔的市场前景.

1 主体结构及激光走直原理

1. 1 主体结构

温室蔬菜播种机激光走直系统主要由激光发射装置、激光接收器、转向执行机构和电子控制部

分组成, 如图 1 所示.

1. 2 激光走直原理

在大棚中安置激光发射器,工作时输出激光垂直面,为蔬菜播种机提供导向信号,蔬菜播种机上的

两个直流电推杆协同工作.播种机前端的激光接收器为蔬菜播种机提供直线行走、左转、右转输

入信号.

当激光导引信号照射在接收器正中时,左右两电推杆不运动,蔬菜播种机沿激光导引信号直行; 当

信号照射在接收器左侧时,说明小车偏右,控制器同时控制右电推杆伸长和左电推杆收缩,小车左

转,直到导引信号回到正中; 当导引信号照射在接收器右侧,说明小车偏左,控制器同时控制右电

推杆收缩和左电推杆伸长,小车右转,直到激光信号回到接收器中间位置,实现蔬菜播种机沿激光

导向信号直线行走.

2 关键部件的设计

2. 1 转向执行机构

前轮转向执行机构如图 2 所示.整个转向执行机构由前转向轮转轴、前转向轮、转向轮支架和左

右电推杆组成,电推杆与转向轮支架和电推杆支架通过铰链链接.转向时,左右电推杆协同工作:

当向右转时,左电推杆伸长,右电推杆收缩,实现右转; 当向左转时,左电推杆收缩,右电推杆伸长,实

现左转.

2. 2 激光发射器

激光发射器是一种由干电池供电的激光束发生装置,由半导体激光器、光学准直压缩系统、旋转

平台和水平校正系统组成.半导体激光器经过激励产生可视、低功率的激光束.常见的激光发射

器产生的激光束是波长在 630 ~680nm 范围内的红光.由于激光束发散角较大,采用了光学准直压

缩系统,进行激光束准直和发散角压缩.经过准直压缩后,激光束垂直入射旋转平台上的五棱镜,五

棱镜使激光束转向 90°后出射,旋转平台通过由水平校正系统控制的电机拖动可以实现旋转.水平

校正系统利用重锤原理判断激光发射器的水平状态: 当激光发射器水平状态符合工作要求时,水

平校正系统发出信号使电机和激光器工作,实现激光束扫射.

经过对比国内外多种激光发射器的主要性能指标、价格等因素, 选择了国产福田激光水平仪EK-

155AP( 如图 3 所示) 作为激光控制系统的激光信号源.此激光信号发射器能够发射水平激光线和

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适用于温室蔬菜播种机的激光走直系统研究0引言目前,我国已经成为温室蔬菜种植大国,温室蔬菜种植面积已占到全世界种植面积的80%以上,主要分布在山东、河北、北京、东北三省等地.2012年"中央一号"文件与全国农业机械化发展第十二个五年规划强调,实现精准农业,加快发展现代设施农业,提高设施农业装备智能化、自动化水平[1].蔬菜准直播种技术具有省种子、减少间苗用工量、出苗齐整、群体结构合理、成熟期一致等特点,便于一次收获,并能提高蔬菜产量和质量,可避免由于人工操作播种机播种不精直给机械化收割带来弊端.目前,种植主要是通过人工画线和起垄的方式来保证播种精直,生产效率低,劳动强度大.因此,研究开发一种适用...

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