基于慧鱼搭载的小型精密播种机.pdf

197自动化与控制基于慧鱼搭载的小型精密播种机吴庆达 潘雪荧 王 柱（聊城大学东昌学院，聊城 252000）摘 要：基于慧鱼技术设计了一种新型的小型精密播种机，利用慧鱼组件完成机械结构的设计和实物模型的制作，利用 ROBO PRO 软件编写精密播种的控制程序。小型精密播种机具有开沟深度任意调节、定距播种、定量排种和覆土掩埋的功能，同时在结构上进行改进设计，可进行间作播种。关键词：播种机；实物模型；控制程序Based on the Small Precision Seeder Carried by FischerWU Qingda,PAN Xueying,WANG Zhu(Liaocheng University Dongchang College,Liaocheng 252000)Abstract:Based on Hui Yu technology,a new type of small precision seeder is designed.The mechanical structure is designed and the model is made by Hui Yu component.The control program of precision seeding is written by ROBO PRO software.The small precision seeder has the functions of arbitrary adjustment of trench depth,fixed distance seeding,quantitative seeding and soil covering and burying.At the same time,the structure of the improved design can be interplanting seeding.The experiment proves that the small seeder has broad application prospect.Keywords:Precision;planter model;control program20 世纪 90 年代以来，我国逐步推广精密播种机。精密播种机根据作物种类，分为玉米及大豆精密播种机、谷物（小麦）精密播种机等；根据配套动力，分为小型、中型和大型精密播种机；根据排种器形式，分为机械式和气力式两大类精密播种机，其中机械式又可分为锥盘式、纹盘式、水平圆盘式和带夹式等1。随着现代高标准农田的建设和发展，加上我国地形多样、耕地种植分散、单个农户种植规模较小的特点，我国对小型播种机的需求量越来越大2。农作物播种作为农业生产中重要的一环，具有稳产保供、降本增效、节约资源、减少损耗等功能，因此利用播种机科学种植意义重大。精密播种可以保证种子在田间合理分布，播种量精确，株距均匀，播种深度一致，为种子的生长发育创造最佳条件，既节省了种子，又保证了作物稳产高产。因此，现代农业对小型精密播种机的需求越来越迫切3-4。慧鱼创意组合模型涉及机械、电子、控制、气动、汽车技术、能源技术和机器人技术等领域，利用工业标准的基本构件，如机械元件、电气元件和气动元件，辅以传感器、控制器、执行器和软件设计机械结构5。文章基于慧鱼组件设计播种机的机械结构，编写了播种机的运行控制程序，并通过慧鱼组件搭建的播种机实物模型，展示了相应的功能，实现了开沟深度任意调节、定距播种、定量排种、覆土掩埋的功能，同时在结构上进行改进设计，实现了间作播种。1 机械系统设计方案根据国内外播种机的发展趋势，以通用性、适应性和结构简单、操作灵活为原则，设计了一款能同时完成播种施肥工作的小型精密播种机。精密播种机实物模型，如图 1 所示。该机结构简单，能满足客户对小面积土地作业的操作灵活性需求。设计双沟道排种，可随意搭载合适的排种器，实现农作物的间作种植6。播种机在整体设计上采用分模块设计，各模块相连形成一个完整的系统。它主要包括开沟模块、种子下播模块、排肥模块和覆土模块。图 1 精密播种机实物模型1.1 开沟模块小型精密播种机设计了双开沟结构（见图 2），可同时进行双排开沟作业。开沟器的设计理念为旋转刨坑式，开沟器深度的调整依托螺旋传动机构，即螺现 代 制 造 技 术 与 装 备1982023 年第 9 期总第 322 期母固定在机架上，螺杆做直线运动，从而实现开沟器的上下移动，达到控制调节播种深度的效果。图 2 开沟模块1.2 种子下播模块基于慧鱼组件搭建了排种器，如图 3 所示。排种器与种箱相连，通过种子自身重力实现种子从种箱向排种器的自动下落。根据结构设计，排种器每次能够容纳 3 粒种子。排种器下端直接与漏斗连接，通过导轨将种子输送到播种漏斗。每通过相同的时间间隔，控制器控制编码电机转过固定的角度，从而带动排种器转动固定角度，有效定量定距进行播种，是精密播种的重要一环。图 3 种子下播模块1.3 排肥模块种肥箱一分为二，后面为肥箱，前面为种箱，如图 4 所示。排肥器设计为气压撵推式，选用慧鱼中的自复位弹簧气缸、气阀、气泵组件搭建小型气动系统。当排种器工作时，气阀关闭，气缸在自复位弹簧的作用下收起，实现肥料的下放。该模块不仅可以松散化肥料防止粘黏，还能有效控制肥料与种子之间的间距，起到保护种子的作用。1.4 覆土模块覆土模块如图 5 所示。它在机体后方用双边齿条与覆土板连接，通过双边齿条的上下移动控制覆土量及覆土厚度，为作物生长提供合适的环境。图 4 种肥箱图 5 覆土模块2 控制程序设计2.1 执行部件配置精密播种机播种作业由各个机构协同运作完成，各机构执行部件配置如表 1 所示。表 1 执行部件配置表标号名称标号名称M1播种机后轮电动机I1开沟器升降上限位M2播种机转向电动机I2开沟器升降下限位M3开沟器升降左电机I3覆土板升降下限位M4开沟器升降右电机I4覆土板升降上限位EM1 M1开沟器旋转左电机I5光敏传感器EM1 M2开沟器旋转右电机EM2 M2 左阀门电磁阀EM1 M3排种器运作电机EM2 M3 右阀门电磁阀EM1 M4 左覆土板升降电机P1左气泵EM2 M1右覆土板升降电机P2右气泵2.2 控制程序设计设计的小型精密播种机选用慧鱼 TXT 控制器，利用 ROBO PRO 软件编写精密播种的控制程序，如图 6 所示。上电初始化完成后，播种开始，M1、M2电机开始运作，推动整机前进。M3、M4电机正传，带动螺旋传动机构运动使开沟器下放，当碰到底部限位开关时停止下放。在下降过程中，M5、M6电机同时启动，开沟器正向旋转进行开沟。播种机前进，在前进过程中M8、M9电机启动，带动覆土板在双边齿条上向下运动，到达指定高度后停止下放。前进一段199自动化与控制距离后，M7电机动作，带动排种器按照设定速度旋转开始排种。光敏传感器检测到排种一次后，电磁阀门动作一次，使得气压阀门间接动作定量排肥一次。到达耕地尽头时，M3、M4反转，开沟器提升，M5、M6停止运作。当最后一次排肥结束后，整机停止运作进入初始化状态，待机等待下一行的播种。2.3 各部分机构控制程序初始化检测控制。启动后，M3、M4 电机反转，使开沟器上升，其余电机为停止状态，检测 I1 数字量是否为 1，是则检测 I4，否则 M3、M4 电机继续反转，直至开沟器升至上限位。然后检测 I4 数字量是否为 1，是则电机停止，否则EM1 M4、EM2 M1电机继续反转，直至覆土板升至上限位。使 EM2 M2、EM2 M3 电磁阀处于工作状态，肥箱气压阀门为常闭状态。初始化程序，如图 7 所示。前进动力系统。M1正转，播种机前进；M1反转，播种机倒退。M2正转，左向转弯；M2反转，右向转弯。也可将自动控制模式电路切换至蓝牙控制器，利用慧鱼组件自带一体蓝牙控制装置，控制机身前进、后退及转向。开沟机构动作。在播种机接收到播种信号后，M3、M4动作，使开沟器下降，在SQ2数字量为1时停止。同时，M5、M6动作，进行开沟掘土。图 6 播种机播种运行程序覆土板机构。当播种机前进到达设定时间后，M8、M9下降动作，在SQ3输入数字量为 1 时停止下降。图 7 初始化程序现 代 制 造 技 术 与 装 备2002023 年第 9 期总第 322 期排肥排种机构。在播种机前进一定距离后，光敏传感器 I5 接收到种子下播信号，EM1 M3 动作，进行播种。旋转同时，EM2 M2、EM2 M3 电磁阀关闭，气压阀门打开，实现施肥，施肥固定时间，气压阀门关闭。排种器每间隔固定的时间进行旋转，实现种子的精准定距播种，依次循环。排肥排种机构。在播种机前进一定距离后，M7动作，排种器每间隔固定的时间进行旋转，实现种子的精准定距播种。旋转同时光敏传感器接收到信号，YV1、YV2电磁阀关闭，气压阀门打开，实现施肥。随后，气压阀门关闭，依次循环。当播种到耕地尽头时，M3、M4反向动作，使开沟器上升，同时M5、M6停止动作使开沟器停止旋转。当SQ1为 1 时，M3、M4停止动作。当排肥器排完最后一株肥料时，排种器驱动电机M7停止工作，M8、M9反向动作。当触碰到行程开关SQ4时，M8、M9停止动作。程序回到初始化，准备下一行播种或结束播种。播种机整体运行程序，如图 8 所示。图 8 播种机整体运行程序3 结语基于慧鱼技术设计的小型精密播种机，实现了开沟深度任意调节、定距播种、定量排种、覆土掩埋的功能，并设计了双排开沟器，实现了播种机的间作播种。参考文献1 彭斌，魏敏.小型多功能精密播种机的设计 J.科技信息，2012（33）：168-169.2 郭颖，刘沛.一种 PLC 联合控制小型播种机设计与应用研究 J.农机化研究，2021（2）：107-109.3 贾洪雷，姜鑫铭，郭明卓，等.2BH-3 型玉米行间播种机设计与试验 J.农业机械学报，2015（3）：83-89.4 徐洪伟.大豆精量播种机的优化设计 J.农机使用与维修，2023（5）：26-28.5 俞传阳，陈雪辉，景甜甜，等.基于“慧鱼”和开源硬件的机械类课程设计教学改革研究 J.大众科技，2019（11）：98-100.6 黄瑞，王鹏，张敬修，等.双作物种料间作农业播种机机械结构设计 J.山东农业工程学院学报，2022（12）：37-43.