CN100356828C - 控制扇型豆类植株朝向的种带及设备和播种方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提供一种结构合理、自动化程度高、成本低廉，能够改善种植密度、提高光能利用效益，增加植株同杂草竞争力，减少对除草剂的依赖性，实现增产、增收和保持生态环境的控制扇型豆类植株朝向的种带，在带状载体上设置一列椭圆状的凹槽，所述每个凹槽底部设置有通孔，所述每个椭圆状凹槽的长轴方向一致，所述一列凹槽的两侧分别设置有齿孔；所述椭圆状凹槽略小于所要包装的扇型豆类植株种子的大小；所述每颗种子紧密地镶嵌在所述椭圆状凹槽中，所述豆类种子的种脐朝上。本发明中还提供了加工上述种带的加工设备，及上述种带播种方法。

Description

控制扇型豆类植株朝向的种带及设备和播种方法

技术领域

本发明涉及一种豆类农作物种子播种方法。

背景技术

同其它农作物一样，豆类农作物在生长发育进程中的生物学特性主要由其遗传特性和其生态因子所决定，尤其是此类扇型植株的豆类农作物品种。目前，在播种时，其种子在土壤中的几何位置没受到控制或采用常规的种植及田间管理方法，扇型植株的朝向在360℃地平面周角范围内是随机的。虽然其单株生物学产量是较高的，但因种植最佳密度无法实现，群体生物学和经济学产量对种植者没有吸引力，难于推广使用。因此，急需研发一种自动化系统控制扇型豆类农作物植株朝向的种子播种方法及设备

发明内容

本发明的目的是填补现有技术的空白，提供一种结构合理、自动化程度高、成本低廉的控制扇型豆类植株朝向的种带及该种带的加工设备，同时，还提供了应用该种带的播种方法及实现该播种方法的播种设备。

为了解决上述技术问题，本发明控制扇型豆类植株朝向的种带予以实施的技术方案是，在带状载体上设置一列椭圆状的凹槽，所述每个凹槽底部设置有通孔，所述每个椭圆状凹槽的长轴方向一致，所述一列凹槽的两侧分别设置有齿孔；所述椭圆状凹槽略小于所要包装的扇型豆类植株种子的大小；所述每颗种子紧密地镶嵌在所述椭圆状凹槽中，所述豆类种子的种脐朝上。

在上述控制扇型豆类植株朝向的种带中，所述椭圆状凹槽的四周设置有压痕；所述带状载体的上表面设置有与载体方向一致的凹槽，所述凹槽在带状载体方向上是贯通的；所述带状载体为可降解的柔质材料，所述柔质材料在温度小于或等于10℃，湿度小于或等于50％的土壤环境条件下降解。

本发明控制扇型豆类植株朝向的种带的加工设备予以实现的技术方案是，设置有螺旋通道的料斗出口与种子输送装置连接，所述种子输送装置的下端设置有带状载体运行轨道，所述带状载体运行轨道的一端设置有步进控制模块，其另一端依次设置有用来按压种子的柔性压辊和带状载体的卷绕机构，所述种子输送装置与带状载体运行轨道之间设置有种脐位置监测模块；所述种子输送装置由依次连接的双辊震动轨道和输送滑梯构成，所述输送滑梯表面为凹面结构；所述种子种脐位置监测模块由摄像头、机械手和种子推进机构构成；所述步进控制模块与所述种脐位置监测模块分别与计算机控制系统相连接。

上述控制扇型豆类植株朝向的种带的加工设备中，所述双辊震动轨道的两个圆辊之间的距离与种子短轴的关系是：1＝d(1-Δ)，式中1为两个圆辊之间的距离，d为种子短轴的长度，Δ的取值范围为5％～10％；所述种子推进机构采用弹性软刷结构；所述输送滑梯上面设置有档板，所述档板采用透明或半透明材质制作；所述柔性压辊和载体的卷绕机构之间设置有种子种脐位置检测模块；所述步进控制模块由齿轮和信号处理模块构成，所述齿轮与带状载体上的齿孔啮合。

本发明应用控制扇型豆类植株朝向的种带的播种方法，包括以下步骤：提供种子种脐朝上、种脐方向与种带方向一致、并带有齿孔的种带；根据所述种子种脐方向与扇型植株的扇向平面之间的夹角关系，令种带与地垄方向一致；种带上的每颗种子到达播种位置后，从种带上截取带有该颗种子的5～10×3～4cm的裁片；种带牵引齿轮将裁片牵到喂种齿轮和播种齿轮转接口处，通过喂种齿轮截压口将裁片转给播种齿轮接播口后再经播种齿轮接播口将裁片播到土壤中；重复该步骤，直至完成播种。

上述播种方法中，所述种子种脐方向与扇型植株的扇向平面之间的夹角关系为：当把种子种脐方向播成与垄向一致时，扇型植株的扇向与垄向垂直或成顺时针86°～95°角；当把种子种脐方向播成与垄向成顺时针45°时，扇型植株的扇向与垄向成顺时针134°～140°角；当把种子种脐方向播成与垄向成顺时针90°时，扇型植株的扇向与垄向成顺时针180°～186°角；当把种种子种脐方向播成与垄向成顺时针135°时，扇型植株的扇向与垄向成顺时针220°～226°角。

本发明实施上述控制扇型豆类植株朝向的种带播种方法的播种设备，包括支架上的喂种齿轮、播种齿轮和种带牵引齿轮；所述播种齿轮同时带动喂种齿轮和种带牵引齿轮；所述播种齿轮与喂种齿轮的传动比为1∶2，所述播种齿轮与种带牵引齿轮的传动比为1∶2；所述播种齿轮包括带齿的外壳、腔体、轮轴、位于腔体内并与支撑轴固定连接的凸轮机构，所述凸轮机构连接两套活动杆，所述活动杆穿过腔体中的定位块，其轴线与外壳上的径向孔对齐；所述活动杆与凸轮接触端设置有平板，所述活动杆上套有弹簧；所述腔体敞开端设置有盖板；所述外壳表面设置有一圈凹槽；所述喂种齿轮和播种齿轮结构相同；所述种带牵引齿轮在轴向上设置两层齿面，第一层齿面与播种齿轮啮合，第二层齿面与种带啮合；上述播种齿轮、喂种齿轮和种带牵引齿轮与各自的轮轴之间分别具有间隙。

上述播种设备中，所述播种齿轮旁设置有清洁装置。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

(1)本发明根据扇型豆类品种植株朝向与其种脐播种朝向成一定角度量化关系的自然现象和通过所发明的机、电、光等一体化系统调整种脐播种朝向来控制植株朝向的播种设备，从而达到改善种植密度、提高光能利用效益，增加植株同杂草竞争力，减少对除草剂的依赖性，实现增产、增收和保持生态环境的宗旨。

(2)利用本发明所提供的种带、播种方法及播种设备进行播种时，根据不同农田地垄的地理位置和土壤条件有效地控制植株的朝向，可以增加25％种植密度，因此可以改进作物叶面覆盖参数(LAI)，早封垄，增加土地遮阴度，保持土壤水份。

附图说明

图1-1是本发明控制扇型豆类植株朝向的种带结构剖视图；

图1-2是图1-1所示种带的俯视图；

图2-1是本发明控制扇型豆类植株朝向的种带加工设备的结构示意图；

图2-2是图2-1中A-A位置双辊震动轨道31的断面放大图；

图2-3是图2-1中B向所示方向载体4的俯视放大图；

图2-4是图2-3中C-C所示位置载体4的剖面放大图。

图2-5是图2-1所示种带加工设备中种子种脐位置监测模块7的工作流程图；

图3-1是本发明控制扇型豆类植株朝向的播种设备中各轮位置关系图；

图3-2是图3-1中所示播种齿轮102的端向视图；

图3-3是图3-2所示播种齿轮102的剖视图。

下面是本发明说明书附图中主要附图标记的说明：

1——种子             2——料斗                  3——子输送机构

31——双辊震动轨道    32——输送滑梯             33——档板

34、35—圆辊          4——载体                  5——载体运行轨道

6——步进控制模块     7——种子种脐位置监测模块  71——摄像头

72——机械手          73——子推进机构           8——柔性压辊

9——种子种脐位置检测模块                        10——卷绕机构

11——凹槽            12——椭圆状凹槽           13——计算机控制系统

14——通孔            15——齿孔                 101——种带牵引齿轮

102——播种齿轮       103——喂种齿轮            104——轮轴

107——外壳           108——空腔                109——凸轮

110—活动杆           111——定位块              113——平板

114——弹簧           115——端盖                116——种带

130——径向孔

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

如图1-1和图1-2所示，本发明控制扇型豆类植株朝向的种带的具体实施方案是：在带状载体4上设置一列椭圆状的凹槽12，为使种子1发芽不受影响，所述每个凹槽12底部设置有通孔14，带状载体4上的每个椭圆状凹槽12的长轴方向一致，所述的一列凹槽12的两侧分别设置有齿孔15；所述椭圆状凹槽12的大小略小于所要包装的扇型豆类植株种子的大小；所述每颗种子1紧密地镶嵌在所述椭圆状凹槽12中，且种子1的周边受力是均匀的，使带状载体4包拢、固定住每个椭圆状凹槽12中的种子1，所述豆类种子1的种脐朝上，最后，将上述包装有种子1的带状载体4绕成盘状，至此种子包装完毕。

上述本发明的种带中，所述椭圆状凹槽12的四周设置有压痕，以便于播种时截取裁片；所述带状载体4的上表面设置有与载体4方向一致的凹槽11，所述凹槽11在带状载体4方向上是贯通的。载体4选用何种材质，主要考虑的因素有：载体4的作用主要是固定和保护种子1；符合环保要求；根据种植土壤的营养成分和水分不同，可以在载体4中添加所需的营养成分。因此，所述带状载体4为可降解的柔质材料，本发明的实施例中，其带状载体4是由在土壤中可降解的纸浆膜纸板所制成的纸带，为了节约成本，所述纸带最好采用秸杆作为原料，为了保证种子1在土壤中发芽不受影响，所述纸带在温度小于或等于10℃，湿度在小于或等于50％的土壤环境条件下降解。根据土壤情况，本发明中的种带载体4也可用其他柔性材料制作，根据具体材质性质的不同，可一次性使用，也可多次反复使用，直接播种种子。

如图2-1、图2-1、图2-3和图2-4所示，本发明控制扇型豆类植株朝向的种带的加工设备，设置有螺旋通道的料斗2出口与种子输送装置3连接，所述种子输送装置3的下端设置有带状载体运行轨道5，所述带状载体运行轨道5的一端设置有步进控制模块6，其另一端依次设置有用来按压种子的柔性压辊8和带状载体4的卷绕机构10，所述种子输送装置3与带状载体运行轨道6之间设置有种脐位置监测模块7；所述种子输送装置3由依次连接的双辊震动轨道31和输送滑梯32构成，所述双辊震动轨道31中的两个圆辊34和35的圆周内侧之间的距离与种子1短轴的关系是：1＝d(1-Δ)，式中1为两个圆辊圆周内侧之间的距离，d为种子短轴的长度，Δ的取值范围为5％～10％；这样可以保证种子1在双辊震动轨道31上呈长轴与两个圆辊34和35轴线平行的位置，在与双辊震动轨道31的输出端连接的输送滑梯32，因其表面为凹面结构，其凹面形状与种子1短轴所在断面的形状一致，因此，种子1的排列方向与其在双辊震动轨道31上的位置保持一致，这样，在输送滑梯32中所排列的种子1中有50％左右的种子的种脐是朝上的。为了防止种子1脱离输送滑梯32，在输送滑梯32的上面设置有档板，为了便于观察所述档板最好采用透明或半透明朔料材质制作。

为了判断由输送滑梯下出口端排出的每颗种子1其脐种的朝向是否朝上，在输送滑梯32的下出口端设置的种子种脐位置监测模块7由摄像头71、机械手72和种子推进机构73构成，如图2-5所示，所述种子种脐监测模块7的工作流程是：首先，摄像头71摄取已输送到输送滑梯下出口端种子1，并将信号传输到与所述种脐位置监测模块7连接的计算机控制系统13，计算机控制系统13判断当前所摄取到的种子1的种脐角度是否存在偏差，及种脐是否朝上，若种脐角度合适并且朝上，则计算机控制系统13控制机械手72操纵种子推进机构73，将种子1推进到纸带上的椭圆状凹槽12中；若种脐不是朝上，或种脐角度存在有偏差，但可以进行调整，则计算机控制系统13控制机械手72调整种子1，使其种脐朝上，然后再控制机械手72操作种子推进机构73，将种子1推进到纸带上的椭圆状凹槽12中；若种脐不是朝上，而且位置偏差较大不可调整，则计算机控制系统13控制机械手72将该种子1排除。为了不损伤种子1的表面，所述种子推进机构73采用弹性软刷结构。

本发明控制扇型豆类植株朝向的种带的加工设备的工作过程是：启动设备后，设备中的各部分机构和模块同时配合工作。首先，料斗2中的种子1通过螺旋通道从料斗2的出口排出；如前面所述，由于种子输送装置3中双辊震动轨道31和输送滑梯32的结构特点，送到输送滑梯32下端出口处的种子中有50％左右种子的种脐是朝上的，再经过种子种脐位置监测模块7的监测后，最终输送滑梯出口处的种子的种脐是朝上的；与此同时，载体步进模块6控制纸带在载体运行轨道5上运行，当纸带上的椭圆状凹槽12的位置恰好与上述的输送滑梯32的出口端位置对准时，纸带停止移动，当计算机控制系统13通过机械手72操纵种子推进机构73将种子1推进纸带上的椭圆状凹槽12后，计算机控制系统13与载体步进控制模块6中的信号处理模块连接，从而控制载体步进控制模块6的齿轮通过与带状载体4上的齿孔15啮合，牵引作为载体4的纸带移动一个步长，使纸带上的后一个椭圆状凹槽12对准输送滑梯的出口端，等待下一颗种脐朝上的种子1的落入，依此类推；上述过程已将种脐朝上的种子1放进纸带的椭圆状凹槽12中，由于所述椭圆状凹槽12的大小略小于所要包装的扇型植株豆类种子1的大小，为了将种子1固定地嵌在椭圆状凹槽12中，用柔性压辊8按压种子1，利用纸的弹性，使椭圆状凹槽12包拢、固定住其中的种子；最后，卷绕机构10将带有种子1的纸带绕成盘状待用。但上述过程中，也有可能会有个别种子的种脐偏离朝上的位置，因此，所述柔性压辊8和载体4的卷绕机构10之间设置有种子种脐位置检测模块9，当嵌有种子1的椭圆状凹槽12经过所述种子种脐位置检测模块9时，种子种脐位置检测模块9判断种子的种脐的角度是否存在偏差，及是否朝上，若不满足条件，则在椭圆状凹槽12的旁边作出标记，以示区别。

本发明应用控制扇型豆类植株朝向的种带的播种方法，包括以下步骤：

首先，提供上述本发明的种带，即：种子种脐朝上、种脐方向与种带方向一致、并带有齿孔和压痕的种带；然后，根据所述种子种脐方向与扇型植株的扇向平面之间的夹角关系，令种带与地垄方向一致，所述种子种脐方向与扇型植株的扇向平面之间的夹角关系为：当把种子种脐方向播成与垄向一致时，扇型植株的扇向与垄向垂直或成顺时针86°～95°角；当把种子种脐方向播成与垄向成顺时针45°时，扇型植株的扇向与垄向成顺时针134°～140°角；当把种子种脐方向播成与垄向成顺时针90°时，扇型植株的扇向与垄向成顺时针180°～186°角；当把种种子种脐方向播成与垄向成顺时针135°时，扇型植株的扇向与垄向成顺时针220°～226°角；当种带上的每颗种子到达播种位置后，从种带上截取带有该颗种子的5～10×3～4cm的裁片。如图3-1和图3-2所示，为了便于叙述，将喂种齿轮103上活动杆110端部定义为截压口，将播种齿轮102上活动杆110端部定义为接播口。利用本发明播种设备中的种带牵引齿轮101将裁片牵引到喂种齿轮103和播种齿轮102转接口处，通过喂种齿轮103上的截压口将裁片转给播种齿轮102上的接播口，再利用所述接播口将裁片播到土壤中；重复该步骤，直至完成种带上全部种子的播种。

如图3-1、图3-2和图3-3所示，实施本发明控制扇型豆类植株朝向的种带播种方法的播种设备，包括支架上的喂种齿轮103、播种齿轮102和种带牵引齿轮101；所述播种齿轮102同时带动喂种齿轮103和种带牵引齿轮101；所述播种齿轮102与喂种齿轮103的传动比为1∶2，所述播种齿轮102与种带牵引齿轮101的传动比为1∶2；所述播种齿轮102包括带齿的外壳107、腔体108、轮轴104、位于腔体108内并与轮轴104固定连接的凸轮机构109，所述凸轮机构109连接两套活动杆110，所述活动杆110穿过腔体108中的定位块111，其轴线与外壳107上的径向孔130对齐；所述活动杆110与凸轮109接触端设置有平板113，所述活动杆110上套有弹簧114；所述腔体108敞开端设置有盖板115。所述喂种齿轮103和播种齿轮102结构相同，在此不再赘述。为了从播种齿轮102和喂种齿轮103之间穿过种带116，在播种齿轮102和喂种齿轮103的外壳107表面上设置有一圈凹槽。在喂种齿轮103和所述种带牵引齿轮101在轴向上设置有两层齿面，第一层齿面与播种齿轮102啮合，第二层齿面与种带116啮合；上述播种齿轮102、喂种齿轮103和种带牵引齿轮101与各自的轮轴之间分别具有间隙；为了达到上述本发明播种设备中三个齿轮的工作条件，每个齿轮的选用参数如下：播种齿轮102的模数＝2，齿数＝76；喂种齿轮103的模数＝2，齿数＝38；种带牵引齿轮101上第一层齿面的模数＝2，齿数＝38，第二层齿面的模数＝4，齿数＝2。

所述播种齿轮102旁可以设置有清洁装置，每当播种齿轮102带着接播口经过清洁装置时，就可以清除掉接播口上的泥土，以免影响播种的顺利进行。

利用本发明控制扇型豆类植株朝向的播种设备，实现对本发明的种带进行播种的工作过程是：由拖拉机提供牵引动力，利用开垄装置开垄沟；将本发明播种设备中的播种齿轮102的轮轴104固定在拖拉机上，将种带116从播种齿轮102与喂种齿轮103之间的凹槽中穿过，并将种带116上的齿孔套在种带牵引齿轮101的第二层齿面上的齿上。由于播种设备中播种齿轮102、喂种齿轮103和种带牵引齿轮101与各自的轮轴之间存在有间隙，而每个轮轴固定在支架上是静止的，当轮盘转动时，其轮轴是不动的，因此，当拖拉机牵引本发明的播种设备前进时，播种齿轮102借助地面的摩擦阻力在地面上作逆时针滚动，播种齿轮102在滚动的同时还带动喂种齿轮103和种带牵引齿轮101作顺时针转动，与此同时，喂种齿轮103上的截压口与播种齿轮102上的接播口，在播种齿轮102的驱动下，两口从上下两个方向同时与种带上的压痕吻合，在凸轮109和弹簧114的作用下，喂种齿轮103上的截压口将载片压入播种齿轮102的接播口中，然后，两口分别按各自所在轮的周迹方向移开，至此，完成了一颗种子的播种，以此类推，将带有种子的载片播种到土壤中。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种控制扇型豆类植株朝向的种带，其特征在于，在带状载体上设置一列椭圆状的凹槽，所述每个凹槽底部设置有通孔，所述每个椭圆状凹槽的长轴方向一致，所述一列凹槽的两侧分别设置有齿孔；所述椭圆状凹槽略小于所要包装的扇型豆类植株种子的大小；所述每颗种子紧密地镶嵌在所述椭圆状凹槽中，所述豆类种子的种脐朝上。

2.根据权利要求1所述的种带，其中，所述椭圆状凹槽的四周设置有压痕。

3.根据权利要求1所述的种带，其中，所述带状载体的上表面设置有与载体方向一致的凹槽，所述凹槽在带状载体方向上是贯通的。

4.根据权利要求1或2或3所述的种带，其中，所述带状载体为可降解的柔质材料，所述柔质材料在温度小于或等于10℃，湿度小于或等于50％的土壤环境条件下降解。

5.一种如权利要求1所述控制扇型豆类植株朝向的种带的加工设备，其特征在于，设置有螺旋通道的料斗出口与种子输送装置连接，所述种子输送装置的下端设置有带状载体运行轨道，所述带状载体运行轨道的一端设置有步进控制模块，其另一端依次设置有用来按压种子的柔性压辊和带状载体的卷绕机构，所述种子输送装置与带状载体运行轨道之间设置有种脐位置监测模块；

所述种子输送装置由依次连接的双辊震动轨道和输送滑梯构成，所述输送滑梯表面为凹面结构；

所述种子种脐位置监测模块由摄像头、机械手和种子推进机构构成；

所述步进控制模块与所述种脐位置监测模块分别与计算机控制系统相连接。

6.根据权利要求5所述种带的加工设备，其中，所述双辊震动轨道的两个圆辊之间的距离与种子短轴的关系是：l＝d(1-Δ)，式中l为两个圆辊之间的距离，d为种子短轴的长度，Δ的取值范围为5％～10％；

所述种子推进机构采用弹性软刷结构；

所述输送滑梯上面设置有档板，所述档板采用透明或半透明材质制作；所述柔性压辊和载体的卷绕机构之间设置有种子种脐位置检测模块；

所述步进控制模块由齿轮和信号处理模块构成，所述齿轮与带状载体上的齿孔啮合。

7.一种应用如权利要求1所述控制扇型豆类植株朝向的种带的播种方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供种子种脐朝上、种脐方向与种带方向一致、并带有齿孔的种带；

根据所述种子种脐方向与扇型植株的扇向平面之间的夹角关系，令种带与地垄方向一致；

种带上的每颗种子到达播种位置后，从种带上截取带有该颗种子的5～10×3～4cm的裁片；种带牵引齿轮将裁片牵到喂种齿轮和播种齿轮转接口处，通过喂种齿轮截压口将裁片转给播种齿轮接播口后再经播种齿轮接播口将裁片播到土壤中；重复该步骤，直至完成播种。

8.根据权利要求7所述的播种方法，其中，所述种子种脐方向与扇型植株的扇向平面之间的夹角关系为：当把种子种脐方向播成与垄向一致时，扇型植株的扇向平面与垄向成顺时针86°～95°角；当把种子种脐方向播成与垄向成顺时针45°时，扇型植株的扇向平面与垄向成顺时针134°～140°角；当把种子种脐方向播成与垄向成顺时针90°时，扇型植株的扇向平面与垄向成顺时针180°～186°角；当把种种子种脐方向播成与垄向成顺时针135°时，扇型植株的扇向平面与垄向成顺时针220°～226°角。

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