一种用于农业种植的开沟设备的制作方法

本发明涉及农业种植领域，具体涉及一种用于农业种植的开沟设备。

背景技术：

1、农业种植中的开沟设备是重要的机械设备，该设备在准备种植床、灌溉系统、排水系统和其他农业用途中均有使用。例如cn117322182a公开了一种方便种植魔芋设备，用于播种和施肥；cn103477757b公开了一种芦笋地开沟犁用于高效的开沟或者播种。

2、但是现有的开沟设备虽然可以一定程度的适用于不同的土地类型或者调整开沟深度与宽度，但是过于依赖人工，例如需要人为借助农机牵拉开沟设备，或者人工的根据具体土地类型和土质条件设定开沟设备的参数（例如开沟犁的高度），无法自动化的以及高效的根据具体土质条件完成整个开沟过程。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种用于农业种植的开沟设备。

2、本发明一个实施例提供了一种用于农业种植的开沟设备，该设备包括：车体、车轮、驱动车轮的驱动电机、前置犁柱、后置犁柱、前置犁片、后置犁片，前置犁柱和后置犁柱分别安装在前置升降架和后置升降架上，前置升降架和后置升降架上分别与固定在车体上的前置液压杆、后置液压杆连接；自动控制柜中的处理器用于控制前置液压杆、后置液压杆以及驱动电机；

3、所述开沟设备的工作原理是：处理器使用pid算法控制驱动电机，使车体以设定的速度匀速运动；

4、在匀速运动过程中，处理器通过控制前置液压杆和后置液压杆多次改变前置犁片和后置犁片的高度；在每次改变前置犁片和后置犁片的高度的过程中，驱动电机的输出功率序列记为控制功率序列；前置犁片和后置犁片的高度在每次改变之后和改变之前驱动电机的输出功率记为目标功率和初始功率；获取目标功率与初始功率的差异，根据控制功率序列与所述差异的差异获得控制损耗功率；多次改变前置犁片和后置犁片的高度的过程中，当目标功率和控制损耗功率分别达到最小时，前置犁片或后置犁片的高度记为目标高度和控制损耗高度；当匀速运动过程中且前置犁片和后置犁片的高度没有发生改变时，根据驱动电机的输出功率序列的变化程度，以及目标高度和控制损耗高度获得前置犁片和后置犁片的最终高度；然后处理器控制前置液压杆和后置液压杆，使前置犁片和后置犁片处于最终高度下进行匀速运动。

5、优选的，对于前置升降架和后置升降架中的任意一个升降架，所述升降架包含螺纹丝杆、丝杆电机、套筒、轴承；其中丝杆电机控制套筒在螺纹丝杆上左右移动，前置犁柱、后置犁柱中的任意一个犁柱固定在套筒上。

6、优选的，处理器通过控制前置液压杆和后置液压杆多次改变前置犁片和后置犁片的高度；在每次改变前置犁片和后置犁片的高度的过程中，驱动电机的输出功率序列记为控制功率序列，包括的具体步骤如下：

7、在匀速运动过程中，处理器通过控制后置液压杆使得后置犁片始终保持在预设高度，前置犁片每次随机的增加或减少预设百分比的高度；

8、每次高度改变之前的前置犁片的高度记为a，高度改变之后的前置犁片的高度记为b；

9、后置犁片保持高度不变且前置犁片的高度由a变化到b的过程，记为每次改变前置犁片和后置犁片的高度的过程。

10、优选的，所述获取目标功率与初始功率的差异，根据控制功率序列与所述差异的差异获得控制损耗功率，包括的具体步骤如下：

11、控制功率序列包含每个时刻的功率值，以时刻为横轴、以功率为纵轴的坐标系中，控制功率序列构成一条功率变化曲线，功率变化曲线与横轴围成的面积记为高度改变时的做功量，所述高度改变时的做功量与控制功率序列长度的比值记为p1，目标功率与初始功率的差异记为p2，p1与p2的差值记为控制损耗功率。

12、优选的，所述当匀速运动过程中且前置犁片和后置犁片的高度没有发生改变时，根据驱动电机的输出功率序列的变化程度，以及目标高度和控制损耗高度获得前置犁片和后置犁片的最终高度，包括的具体步骤如下：

13、匀速运动过程中驱动电机的输出功率序列中包括前置犁片和后置犁片高度不发生改变时的功率序列，记为l2；将l2的变化程度记为w；最终高度h0=（1-w）×h1+w×h2；其中h1表示目标高度，h2表示控制损耗高度。

14、优选的，所述前置犁片和后置犁片处于最终高度下进行匀速运动，之后包括的具体步骤如下：

15、当匀速运动过程中驱动电机的输出大于历史运动过程中的平均输出功率时，处理器再次通过控制前置液压杆和后置液压杆多次改变前置犁片和后置犁片的高度，并再次获得前置犁片和后置犁片的最终高度，然后处理器控制前置液压杆和后置液压杆，使前置犁片和后置犁片处于再次获得的最终高度下进行匀速运动。

16、优选的，所述在匀速运动过程中，处理器通过控制前置液压杆和后置液压杆多次改变前置犁片和后置犁片的高度时，后置犁片的高度大于前置犁片的高度。

17、优选的，所述l2的变化程度的具体获取步骤如下：

18、将l2中功率值进行线性归一化，将归一化后的功率值聚类为若干个类别，获取功率值均值最小的类别与功率值均值最大的类别，功率值均值最大的类别的平均功率值与功率值均值最小的类别的平均功率值的差值记为变化程度。

19、优选的，所述聚类为k-means聚类。

20、优选的，所前置犁片和后置犁片的高度等于前置液压杆和后置液压杆伸展的长度。

21、本发明的技术方案的有益效果是：

22、本发明中前置犁片和后置犁片分别在目标高度下进行匀速运动时，可以保证驱动电机具有较小的功率输出；当前置犁片和后置犁片分别在控制损耗高度下进行匀速运动时，可以保证高度的改变过程不会浪费驱动电机太多的功率。

23、本发明根据开沟过程中土质条件对车体的运行情况的影响（由输出功率序列的变化程度所描述），将目标高度和控制损耗高度融合，一方面使得改变后的前置犁片或后置犁片的高度能够令驱动电机以相对较小的功率进行开沟，另一方面避免后续再次改变前置犁片或后置犁片的高度时，因高度变化导致运动状态发生改变，进而恢复运动状态所消耗的功率过大的情况。总结来说，本发明基于土质的具体分布情况，自动化的控制开沟设备进行开沟，节省功率消耗，提高开沟设备的续航能力，提高了开沟效率。

1.一种用于农业种植的开沟设备，该设备包括：车体（1）、车轮（10）、驱动车轮（10）的驱动电机（13）、前置犁柱（4）、后置犁柱（5）、前置犁片（8）、后置犁片（9），其特征在于，前置犁柱（4）和后置犁柱（5）分别安装在前置升降架（6）和后置升降架（7）上，前置升降架（6）和后置升降架（7）上分别与固定在车体（1）上的前置液压杆（2）、后置液压杆（3）连接；自动控制柜（11）中的处理器（12）用于控制前置液压杆（2）、后置液压杆（3）以及驱动电机（13）；

2.根据权利要求1所述一种用于农业种植的开沟设备，其特征在于，对于前置升降架（6）和后置升降架（7）中的任意一个升降架，所述升降架包含螺纹丝杆（14）、丝杆电机（16）、套筒（15）、轴承（17）；其中丝杆电机（16）控制套筒（15）在螺纹丝杆（14）上左右移动，前置犁柱（4）、后置犁柱（5）中的任意一个犁柱固定在套筒（15）上。

3.根据权利要求1所述一种用于农业种植的开沟设备，其特征在于，处理器（12）通过控制前置液压杆（2）和后置液压杆（3）多次改变前置犁片（8）和后置犁片（9）的高度；在每次改变前置犁片（8）和后置犁片（9）的高度的过程中，驱动电机（13）的输出功率序列记为控制功率序列，包括的具体步骤如下：

4.根据权利要求1所述一种用于农业种植的开沟设备，其特征在于，所述获取目标功率与初始功率的差异，根据控制功率序列与所述差异的差异获得控制损耗功率，包括的具体步骤如下：

5.根据权利要求1所述一种用于农业种植的开沟设备，其特征在于，所述当匀速运动过程中且前置犁片（8）和后置犁片（9）的高度没有发生改变时，根据驱动电机（13）的输出功率序列的变化程度，以及目标高度和控制损耗高度获得前置犁片（8）和后置犁片（9）的最终高度，包括的具体步骤如下：

6.根据权利要求1所述一种用于农业种植的开沟设备，其特征在于，所述前置犁片（8）和后置犁片（9）处于最终高度下进行匀速运动，之后包括的具体步骤如下：

7.根据权利要求5所述一种用于农业种植的开沟设备，其特征在于，所述l2的变化程度的具体获取步骤如下：

8.根据权利要求7所述一种用于农业种植的开沟设备，其特征在于，所述聚类为k-means聚类。

9.根据权利要求1所述一种用于农业种植的开沟设备，其特征在于，所前置犁片（8）和后置犁片（9）的高度等于前置液压杆（2）和后置液压杆（3）伸展的长度。