一种电驱动株间避障除草机

本技术属于农业机械，具体设计一种电驱动株间避障除草机。

背景技术：

1、在果树生长过程中，杂草是不可避免的伴生植物，杂草会极大地影响果树植株的生长及产量，所以果园的杂草管理是保证果树高产高质的关键。目前果园除草管理中，常用的方式是人工除草、化学除草和机械除草。随着产业的大规模发展和劳动力成本的上升，使用人工方式去除株间杂草的方式无法满足目前大规模农作物种植现状。化学除草主要指使用除草剂进行杂草防除的方式，除草剂大量使用会对生态环境造成破坏，且同一种除草剂的长期使用还会使杂草产生“抗药性”。随着果树栽培模式的逐渐统一以及环保要求，机械除草在田间管理中应用广泛，具有效率高、环保、经济效益好等优点。传统的果园除草机械主要解决行间除草问题，由于株间为非连续区域，相比于果园行间机械除草，株间机械除草更加困难，需要在短距离除草的同时进行避开作物，作业时容易误伤植株，株间除草研究进展相对缓慢。因此，根据果树和障碍物的位置信息，在不损伤果树的前提下，高效可靠地实现株间避障除草作业是发展株间除草的关键。现有的果园株间除草设备大都运用液压系统提供动力，结构复杂，重量大，且维护成本高。为了降低果农劳动强度，提高果园除草效率，设计一款果园电动株间除草设备具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种能够高效除草，保护果树不受伤害的电驱动的株间避障除草机。

2、本实用新型提供如下技术方案：一种电驱动株间避障除草机，属于农业机械技术领域。其包括机架单元、整机起降单元、除草单元、自动避障单元。

3、在上述方案的基础上，所述机架单元包括：主机架、竖机架、横机架，所述主机架搭载在拖拉机前配重架上，所述竖机架与主机架通过螺栓连接，所述横机架通过整机起降单元与竖机架连接；

4、在上述方案的基础上，所述整机起降单元包括：竖机架、电动推杆、起降连杆、横机架、电动推杆安装座，所述电动推杆与2个电动推杆安装座销连接，2个电动推杆安装座分别与竖机架和横机架螺栓连接，所述起降连杆一共有4根，两端均装有轴承，分别与竖机架和横机的轴安装定位，通过电动推杆的伸长与收缩，可实现横机架的下降与上升；

5、在上述方案的基础上，所述除草单元包括：直流电机模块、除草刀盘机构、大链轮、小链轮、传动链、长臂，所述长臂一端通过孔轴的间隙配合与横机架连接，另外一端通过轴与轴承的安装定位与除草刀盘机构连接，所述直流电机模块通过螺栓连接固定在横机架上，所述小链轮水平安置于直流电机模块正下方，且通过键连接方式传递直流电机模块所提供的动力，所述大链轮通过键连接与除草刀盘机构连接，两个链轮通过传动链传递动力；

6、在上述方案的基础上，所述自动避障单元包括：信号采集装置、伺服电机模块、短臂、长臂、销、摆臂连杆、横机架、短转轴、短轴支座，所述信号采集装置通过螺栓连接的方式固定在长臂上，所述伺服电机模块通过螺栓连接固定在横机架上，所述短臂一端通过键连接的方式与伺服电机模块输出端相连，伺服电机模块产生的角度与角速度变化带动短臂实现摆动，所述摆臂连杆的一端与短臂连接，另一端与长臂连接，连接方式均为销连接，所述短转轴通过孔轴间隙配合与长臂一端连接，所述短轴支座通过螺栓连接固定在横机架上，短轴支座安装有止推轴承与圆柱滚子轴承，使短轴竖直固定在短轴支座上，横机架、短臂、摆臂连杆、长臂构成四连杆机构，短臂绕伺服电机模块端摆动实现四连杆机构整体的摆动。

7、在上述方案的基础上，所述除草刀盘机构包括：长转轴、法兰轴承座、刀盘、除草刀，所述法兰轴承座通过螺栓连接固定在长臂末端，其内含圆柱滚子轴承与止推轴承，所述长转轴与法兰轴承座进行轴与轴承的安装定位，长转轴上端与大链轮通过销连接，下端通过销连接刀盘进行径向定位，通过焊接辅助螺栓连接进行轴向定位，所述除草刀与刀盘通过螺栓连接。

8、在上述方案的基础上，所述直流电机模块包括：直流电机、直流电机减速器、直流电机减速器支座、小链轮，所述直流电机模块通过链传动为除草刀盘机构提供动力，所述直流电机在竖直方向上与直流电机减速器通过螺栓连接，其输出端方向竖直向下，所述直流电机减速器支座通过螺栓连接固定在横机架上，直流电机减速器通过螺栓连接固定在直流电机减速器支座上，所述小链轮通过键连接与紧定螺钉固定在直流电机减速器输出端。

9、在上述方案的基础上，所述信号采集装置包括：as5600磁编码器、复位弹、橡胶缓冲垫、触杆转轴、磁铁支座、磁编码器支座、触杆、触杆限位杆、弹簧安装杆，所述触杆与触杆转轴焊接固定，保证触杆的弧形部分水平安置，触杆转轴通过与2个圆柱滚子轴承的配合竖直固定在长臂上，触杆与触杆转轴可绕触杆转轴轴心旋转，所述触杆限位杆焊接在长臂上，橡胶缓冲垫安装在触杆限位杆上，所述弹簧安装杆焊接在长臂上，复位弹簧一端套在弹簧安装杆上，另一端套在触杆的凹槽处，并带有一定预紧力，所述磁铁支座与触杆转轴通过螺纹连接，其轴线与触杆转轴轴线重合，所述磁编码器支座通过螺栓连接固定在长臂上，as5600磁编码器通过螺栓连接固定在磁编码器支座上，as5600磁编码器与磁铁支座上平面的距离为1mm。

10、在上述方案的基础上，所述伺服电机模块包括：伺服电机、伺服电机减速器、伺服电机减速器支座、法兰连接盘、主动短臂，所述伺服电机在竖直方向上与伺服电机减速器通过螺栓连接，其输出端方向竖直向下，所述伺服电机减速器支座通过螺栓连接固定在横机架上，伺服电机减速器通过螺栓连接固定在伺服电机减速器支座上，所述法兰连接盘通过键连接与紧定螺钉固定在伺服电机减速器输出端，所述主动短臂通过螺栓连接安装在法兰连接盘上。

11、本实用新型具有以下优点：

12、（1）本实用新型采用电驱动作业方式，通过改造拖拉机的电路，加装24v直流发电机、调节器与蓄电池组作为电源，为整机提供动力。起降作业、避障作业与除草作业都通过电机执行，结构简单，减轻了整机重量，控制更加精确，并且大大降低了成本；

13、（2）本实用新型采用的自动避障作业方式，当除草机触杆接触到果树时，触杆绕触杆转轴中心开始转动，带动磁铁与as5600磁编码器发生相对角度变化，通过传感器的数值的变化，得到除草刀盘与树根的相对位置，进行数据分析后上位机给出避障指令，伺服电机模块工作使除草单元自动避开作物，实现自动避障除草，提高了除草作业的智能化；

14、本实用新型设计的起降机构可以实时实现整机结构的起降，通过电动推杆的伸长和收缩调节除草刀的入土深度，使除草刀可以有效破坏杂草根部，达到更好的除草效果。

技术特征：

1.一种电驱动株间避障除草机，其特征在于，包括机架单元、整机起降单元、除草单元、自动避障单元；

2.如权利要求1所述的一种电驱动株间避障除草机，其特征在于，所述除草刀盘机构（10）包括：长转轴（31）、法兰轴承座（32）、刀盘（11）、除草刀（35），所述法兰轴承座（32）通过螺栓连接固定在长臂（25）末端，其内含圆柱滚子轴承与止推轴承，所述长转轴（31）与法兰轴承座（32）进行轴与轴承的安装定位，长转轴（31）上端与大链轮（12）通过销连接，下端通过销连接刀盘（11）进行径向定位，通过焊接辅助螺栓连接进行轴向定位，所述除草刀（35）与刀盘（11）通过螺栓连接。

3.如权利要求2所述的一种电驱动株间避障除草机，其特征在于，所述直流电机模块（7）包括：直流电机（33）、直流电机减速器（22）、直流电机减速器支座（23）、小链轮，所述直流电机模块（7）通过链传动为除草刀盘机构（10）提供动力，所述直流电机（33）在竖直方向上与直流电机减速器（22）通过螺栓连接，其输出端方向竖直向下，所述直流电机减速器支座（23）通过螺栓连接固定在横机架（6）上，直流电机减速器（22）通过螺栓连接固定在直流电机减速器支座（23）上，所述小链轮通过键连接与紧定螺钉固定在直流电机减速器（22）输出端。

4.如权利要求3所述的一种电驱动株间避障除草机，其特征在于，所述信号采集装置（9）包括：磁编码器（16）、复位弹簧（17）、橡胶缓冲垫（18）、触杆转轴（19）、磁铁支座（20）、磁编码器支座（21）、触杆（36）、触杆限位杆（37）、弹簧安装杆（38），所述触杆（36）与触杆转轴（19）焊接固定，保证触杆（36）的弧形部分水平安置，触杆转轴（19）通过与2个圆柱滚子轴承的配合竖直固定在长臂（25）上，触杆（36）与触杆转轴（19）可绕触杆转轴（19）轴心旋转，所述触杆限位杆（37）焊接在长臂（25）上，橡胶缓冲垫（18）安装在触杆限位杆（37）上，所述弹簧安装杆（38）焊接在长臂（25）上，复位弹簧（17）一端套在弹簧安装杆（38）上，另一端套在触杆（36）的凹槽处，并带有一定预紧力，所述磁铁支座（20）与触杆转轴（19）通过螺纹连接，其轴线与触杆转轴（19）轴线重合，所述磁编码器支座（21）通过螺栓连接固定在长臂（25）上，磁编码器（16）通过螺栓连接固定在磁编码器支座（21）上，磁编码器（16）与磁铁支座（20）上平面的距离为1mm。

5.如权利要求4所述的一种电驱动株间避障除草机，其特征在于，所述伺服电机模块（5）包括：伺服电机（34）、伺服电机减速器（27）、伺服电机减速器支座（28）、法兰连接盘（29），所述伺服电机（34）在竖直方向上与伺服电机减速器（27）通过螺栓连接，其输出端方向竖直向下，所述伺服电机减速器支座（28）通过螺栓连接固定在横机架（6）上，伺服电机减速器（27）通过螺栓连接固定在伺服电机减速器支座（28）上，所述法兰连接盘（29）通过键连接与紧定螺钉固定在伺服电机减速器（27）输出端。

技术总结
一种电驱动株间避障除草机，属于农业机械技术领域。其包括机架单元、整机起降单元、除草单元、自动避障单元。机架单元是避障除草机的整机安装载体，固定安装在拖拉机前配重架上；整机起降机构通过电动推杆实现整个机构的起降；除草单元用于作物株间杂草的浅耕除草，由直流电机通过链传动为除草刀盘旋转提供动力；自动避障单元由信号采集装置和四连杆摆臂机构两部分组成，信号采集装置可以检测得到避障信息，四连杆摆臂机构采用四连杆机构实现摆臂避障功能；通过改造拖拉机的电路，加装24v直流发电机、调节器与蓄电池组作为电源，为整机提供动力。本技术能够通过电驱动实现自动避障，清除株间杂草，提高除草效果。

技术研发人员：刘星星,田文斌,车金宁,杨潇
受保护的技术使用者：中国农业大学
技术研发日：20240321
技术公布日：2024/12/5