基于自走式双行水田除草机的跨越式换行装置及

本发明属于农业机械领域，具体涉及一种基于自走式双行水田除草机的跨越式换行装置及换行方法。背景技术：1、水稻是我国主要的粮食作物之一，提升水稻产量对促进农村经济发展、保障国家粮食安全具有重要意义。稻田杂草对水稻的生长具有抑制作用，增加病虫害的发生几率，是影响水稻产量和品质的主要原因。由于田间预留行车空间较小、水稻秧苗插秧密集，水田除草机械转弯半径较大，导致在地头换行转向过程中除草机械易碾压水稻秧苗，造成秧苗损伤。2、传统的水田除草机在田埂附近的转向与换行时需通过人力来完成，难以实现自动转向换行。少部分的水田除草机具有转向与换行功能，但仍然存在转弯半径大、伤苗率高的问题。目前有一种基于自走式双行水田除草机的自动转向机构（专利号zl202210586646.7）提出了“除草机提升-转向90°-除草机下降”的转向方式与转向机构，减小了转弯半径；另有一种水田管理机（专利号zl201210573955.7），田块作业时可通过电动推杆和传动腿的脱档结构或轮换向结构实现蟹行和原地转向功能，但以上机具在转向换行过程中仍需与地面持续接触，即仍会出现机具与秧苗接触碾压秧苗的情况从而导致秧苗损伤。技术实现思路1、针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于自走式双行水田除草机的跨越式换行装置及换行方法；通过“除草机提升-平移跨越换行-转向180°-除草机下降”的跨越式换行方式，使除草机越过水稻秧苗上方实现转向与换行，避免除草机与水稻秧苗的接触损伤；换行过程中支撑机构与除草机共同支撑整机，避免对水田地面施加压力过大造成整机下陷。2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：3、一种基于自走式双行水田除草机的跨越式换行装置，可安装于自走式双行水田除草机7平台进行田间作业，其特征在于，包括支撑机构1、横向移动机构2、主动升降机构3、转向机构4、复位机构5与电控模块6；4、所述支撑机构1包括支撑框架1-1、伸缩支撑腿1-2与辅助移动机构1-3；所述伸缩支撑腿1-2共有四组，分别安装于支撑框架1-1四角；5、所述辅助移动机构1-3包括上辅助导轨1-3-1、下辅助导轨1-3-2、辅助滑块1-3-3与安装固定箱1-3-4；所述辅助滑块1-3-3与上辅助导轨1-3-1、下辅助导轨1-3-2配合安装，上辅助导轨1-3-1穿过安装固定箱1-3-4且两端固接于支撑框架1-1内侧，下辅助导轨1-3-2位于安装固定箱1-3-4内部下侧；6、所述横向移动机构2与复位机构5安装于支撑框架1-1内，主动升降机构3安装于横向移动机构2下部并与安装固定箱1-3-4固接，其下方依次安装转向机构4与自走式双行水田除草机7，电控模块6安装于自走式双行水田除草机7上侧；7、所述伸缩支撑腿1-2包括伸缩电缸1-2-1、支撑腿电机1-2-2、水田支撑板1-2-3及安装于伸缩电缸1-2-1末端与水田支撑板1-2-3之间的压力传感器1-2-4；8、所述横向移动机构2包括横向移动丝杠2-1、横向移动丝杠滑台2-2与横向移动电机2-3；9、所述横向移动丝杠2-1穿过安装固定箱1-3-4且两端固接于支撑框架1-1内侧，横向移动电机2-3安装于横向移动丝杠2-1一端；所述横向移动丝杠滑台2-2与横向移动丝杠2-1配合安装，可沿横向移动丝杠2-1横向移动；10、所述横向移动丝杠滑台2-2下侧面设有插接孔2-2-1；11、所述主动升降机构3包括升降丝杠组3-1、t形连接机构3-2；所述升降丝杠组3-1共有两组，对称布置于横向移动丝杠2-1两侧，均包括升降丝杠3-1-1、升降丝杠滑台3-1-2与升降电机3-1-3；所述升降丝杠3-1-1与安装固定箱1-3-4固接；所述t形连接机构3-2与两侧升降丝杠滑台3-1-2固接，其上端设有插接块3-2-1，可随t形连接机构3-2的上升插入插接孔2-2-1内；12、所述转向机构4包括转向电机4-1、连接板4-2；所述转向电机4-1固接于t形连接机构3-2下端，连接板4-2与转向电机4-1动力输出轴及自走式双行水田除草机7连接；13、所述复位机构5包括复位齿条5-1、复位电机5-2、复位齿轮5-3；所述复位齿条5-1穿过安装固定箱1-3-4且两端固接于支撑框架1-1内侧，复位电机5-2与安装固定箱1-3-4固接，其动力输出轴安装的复位齿轮5-3与复位齿条5-1啮合；14、所述电控模块6安装于自走式双行水田除草机7上端，包括控制模组6-1、视觉感知模组6-2、电机状态模组6-3、电源6-4。15、t形连接机构3-2随升降丝杠组3-1的最大提升距离h2的范围为170~200mm，大于除草期水稻秧苗株高h1；16、所述t形连接机构3-2提升至最高位置时，插接块3-2-1插入插接孔2-2-1，使t形连接机构3-2能随丝杠滑台2-2水平移动；同时，与t形连接机构3-2固接的升降丝杠组3-1、与升降丝杠组3-1固接的安装固定箱1-3-4、与安装固定箱1-3-4固接的复位电机5-2、复位齿轮5-3同步水平移动。17、所述复位齿轮5-3为半齿轮结构，其一半为轮齿面，一半为光滑面。18、所述左右两侧水田支撑板1-2-3的水平距离x2为水稻秧苗行距x1的5~5.5倍。19、所述辅助滑块1-3-3为对称结构，分别与上辅助导轨1-3-1、下辅助导轨1-3-2配合安装；安装固定箱1-3-4移动时，带动辅助滑块1-3-3沿上辅助导轨1-3-1移动，支撑框架1-1复位时，上辅助导轨1-3-1移动移动并由辅助滑块1-3-3提供支撑。20、所述压力传感器1-2-4检测水田支撑板1-2-3对伸缩电缸1-2-1施加的压力，并当压力值大于f时判断为水田支撑板1-2-3已接触水田地面。21、所述电机状态模组6-3与支撑腿电机1-2-2、横向移动电机2-3、升降电机3-1-3、转向电机4-1、复位电机5-2信号连接，获取其工作状态信息；控制模组6-1与压力传感器1-2-4、视觉感知模组6-2、电机状态模组6-3及自走式双行水田除草机7信号连接，获取其工作状态信息并发出指令；22、所述电源6-4与支撑腿电机1-2-2、压力传感器1-2-4、水平移动电机2-3、升降电机3-1-3、转向电机4-1、复位电机5-2、控制模组6-1、视觉感知模组6-2、电机状态模组6-3及自走式双行水田除草机7连接，向其提供能源及动力。23、一种基于自走式双行水田除草机的跨越式换行装置的换行方法，包括如下步骤：24、s1、水稻种植行末端检测；自走式双行水田除草机7骑跨水稻秧苗沿水稻种植行行走，此时伸缩腿电机1-2-2处于收回状态，视觉感知模组6-2获取自走式双行水田除草机7前方水稻种植行状态；视觉感知模组6-2检测到自走式双行水田除草机7行走至水稻种植行末端时，控制模组6-1接收信息并控制自走式双行水田除草机7停止前进，执行向一侧的跨越式换行操作，此时，水田支撑板1-2-3在水平方向上处于两行水稻中间位置。25、s2、跨越式换行作业；主要包括以下步骤：26、s2.1、自走式双行水田除草机7停止后，复位电机5-2驱动复位齿轮5-3转动，使复位齿条5-1沿换行操作方向直线运动；此时，与复位齿条5-1固接的支撑框架1-1、与支撑框架1-1固接的横向移动机构2在复位齿条5-1同步移动，支撑框架1-1移动距离x3与水稻秧苗行距x1相等。27、s2.2、支撑腿电机1-2-2控制四组伸缩电缸1-2-1分别伸长，在压力传感器板1-2-4均检测到大于f的压力时，伸缩电缸1-2-1停止伸长，水田支撑板1-2-3接触水田地面；此时由水田支撑板1-2-3与自走式双行水田除草机7共同支撑整机。28、s2.3、升降电机3-1-3带动升降丝杠3-1-1运动，升降丝杠滑台3-1-2带动t形连接机构3-2提升，与t形连接机构3-2固接的转向机构4、与转向机构4固接的自走式双行水田除草机7同步提升；电机状态模组6-3检测升降电机3-1-3状态以获取t形连接机构3-2提升距离；t形连接机构3-2提升最大提升距离h2的距离到达最高提升位置时，插接块3-2-1插入插接孔2-2-1，完成插接；此时由水田支撑板1-3支撑整机。29、s2.4、电机状态模组6-3检测复位电机5-2状态以获取复位齿轮5-3与复位齿条5-1啮合状态；若复位齿轮5-3齿轮面与复位齿条5-1啮合，则复位电机5-2带动复位齿轮5-3转过半圈，使复位齿轮5-3齿轮面与复位齿条5-1脱离啮合，随后进入步骤s2.5；若复位齿轮5-3齿轮面与复位齿条5-1不啮合，则直接进入步骤s2.5。30、s2.5、水平移动电机2-3启动，驱动横向移动丝杠2-1转动，横向移动丝杠滑台2-2向换行操作方向横向移动，通过插接块3-2-1、插接孔2-2-1插接后，t形连接机构3-2随横向移动丝杠滑台2-2同步横向运动，并带动自走式双行水田除草机7横向移动，在视觉感知模组6-2检测到自走式双行水田除草机7对准水稻秧苗行间后停止移动，完成换行操作；此时自走式双行水田除草机7横向移动距离x4为水稻秧苗行距x1的2~2.5倍。31、同时，与t形连接机构3-2固接的升降丝杠组3-1、与升降丝杠组3-1固接的安装固定箱1-3-4、与安装固定箱1-3-4固接的复位电机5-2、复位齿轮5-3同步水平移动；32、s2.6、转向电机4-1旋转180°，通过连接板4-2带动自走式双行水田除草机7完成转向动作。33、s2.7、升降电机3-1-3驱动升降丝杠组3-1下降，使自走式双行水田除草机7接触水田地面，同时插接块3-2-1与插接孔2-2-1分离；支撑腿电机1-2-2控制伸缩电缸1-2-1收回；此时由水田支撑板1-2-3与自走式双行水田除草机7共同支撑整机。34、s2.8、复位电机5-2驱动复位齿轮5-3转动，使复位齿条5-1沿换行操作方向直线运动；此时，与复位齿条5-1固接的支撑框架1-1、与支撑框架1-1固接的横向移动机构2在复位齿条5-1同步移动，复位齿条5移动距离x5为水稻秧苗行距x1相等。35、s3、跨越式换行作业完成，自走式双行水田除草机7骑跨水稻秧苗沿水稻种植行行走进行除草作业，循环进入s1步骤。36、本发明与现有技术相比有益效果在于。37、1.采用跨越式换行方式，使除草机越过水稻秧苗上方实现转向与换行，避免碾压水稻秧苗。自走式双行水田除草机7行走至水稻种植行末端后停止前进，伸缩支撑腿1-2伸长并与水田地面接触支撑整机；主动升降机构3将自走式双行水田除草机7提起最大提升距离h2，h2的范围为170~200mm大于除草期水稻秧苗株高h1，可避免除草机与水稻秧苗接触造成秧苗损伤；横向移动机构2带动自走式双行水田除草机7从水稻秧苗上方沿换行方向横向移动距离x4到达未除草行，x4为水稻秧苗行距x1的2~2.5倍；自走式双行水田除草机7在转向机构4带动下转过180°后，自走式双行水田除草机7下降接触地面，伸缩支撑腿1-2收回，除草机完成换行作业，继续除草作业。38、2.采用主动提升方式，减少整机对水田地面的压力，获得更大的提升高度。换行作业过程中，伸缩支撑腿1-2首先伸长，并在水田支撑板1-3接触地面后再由主动升降机构3将自走式双行水田除草机7升起的主动提升方式，相较仅通过伸长支撑机构使作业机械在支撑机构与地面的相互作用下被动提升的方式，主动提升方式更适用于土地松软的水田环境，避免整机陷入水田造成机具损坏。39、3.采用可分离插接连接与半齿轮，使除草机的换行作业与换行装置复位作业互不影响；插接块3-2-1与插接孔2-2-1插接连接后，横向移动机构2与主动升降机构3连接，并与之固接的带动主动升降机构3、转向机构4与安装固定箱1-3-4水平移动；在水平移动时复位齿轮5-3齿轮面与复位齿条5-1不啮合，复位齿条5-1及与之固接的支撑框架1-1、水平移动丝杠2-1保持静止；在复位时，插接块3-2-1与插接孔2-2-1分离，复位齿轮5-3驱动复位齿条5-1直线运动，并使与复位齿条5-1固接的部件跟随复位。40、4.四组伸缩支撑腿1-2分别工作，确保换行作业时机具平稳，防止机具倾覆；由于自走式水田除草机作业后，作业过的水田地面会出现一定的凹陷；伸缩电缸1-2-1伸长时，压力传感器1-2-4检测水田支撑板1-2-3对伸缩电缸1-2-1末端的压力，并在检测到大于f的压力时认定为水田支撑板1-2-3接触水田地面，该伸缩电缸1-2-1停止伸长，确保四组伸缩支撑腿1-2均能接触地面，防止机具倾覆。