CN103314663B - 智能化农作物苗期行株间除草装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了智能化农作物苗期行株间除草装置，包括机架，机架下设有行走轮，机架上设有动力驱动机构、行间除草机构、株间除草机构和智能电控系统，动力驱动机构分别与行间除草机构和株间除草机构传动连接，智能电控系统与株间除草机构通过导线连接。本发明的行间除草机构和株间除草机构均结构紧凑、运动灵活、拆卸安装方便，株间除草机构利用电磁感应效应实现株间除草刀轴向的自由伸缩，使得机械结构大大简化，并结合图像传感器、测距传感器和AT89C52芯片实现株间除草的智能控制。

Description

智能化农作物苗期行株间除草装置

技术领域

本发明属于节能环保型农用机械技术领域，尤其涉及一种智能化农作物苗期行株间除草装置。

背景技术

农作物种植行内的苗间杂草由于和农作物的距离近， 直接和农作物竞争水分、养分和阳光， 严重影响农作物的生长。目前，农作物播种后和收割前农田的除草方法主要是靠人工除草或化学药剂除草，人工除草劳动强度大、耗时费力、作业效率低；化学药剂虽然控制草害效果好，而化学药剂除草往往因为化学除草剂的残留毒性给作物和土壤中，带来诸如生物灭绝、杂草群落变迁、杂草抗药性增强且抗药谱扩大、环境污染及农药残留等问题。

为了克服化学除草所带来的危害和摆脱除草繁重体力劳动，更好地生产绿色食品，近年来，机械除草方式开始受到越来越多的重视。而市场上出售的大部分机械除草机，都是针对广阔场地除草使用的，如草坪、林场、牧场等，而且现有的除草装置其底部靠近地面，只能在没有长有农作物的行间行走， 进而通过行走时底部的除草机构对行间的杂草进行刨除或拔除，因此只能除去行间的杂草而无法清除行内苗间的杂草。另外还有旋耕机带有除草功能，在下种前进行预除草，主要用松土铲进行浅松，除草仅是其辅助功能，作业效果不太理想。因此，亟需对现有机械式（物理式）除草装置进行改进。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种在农作物播种后和收割前对农田的行间和株间同时进行的智能精确的物理除草的智能化农作物苗期行株间除草装置。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：智能化农作物苗期行株间除草装置，包括机架，机架下设有行走轮，机架上设有动力驱动机构、行间除草机构、株间除草机构和智能电控系统，动力驱动机构分别与行间除草机构和株间除草机构传动连接，智能电控系统与株间除草机构通过导线连接。

所述行间除草机构包括水平转动设在机架上的第一主轴，第一主轴中部设有第一皮带轮，第一主轴两端分别对称设有一个行间刀架，行间刀架上通过行间螺栓可拆卸连接有行间除草刀，行间除草刀均匀并错落设在行间刀架上。

所述株间除草机构包括水平转动设在机架上并与第一主轴平行设置的第二主轴，第二主轴上中部设有第二皮带轮，第二主轴两端分别对称设有一个株间刀架，株间刀架上通过株间螺栓可拆卸连接有株间除草刀，株间除草刀均匀并错落设在株间刀架上。

所述每个株间刀架包括穿套在第二主轴上的套筒，套筒内设有圆筒形的绝缘壳以及填充在绝缘壳和第二主轴圆周表面之间的磁粉，绝缘壳外布置有励磁线圈，套筒内端和外端分别设有挡板和端盖，挡板上设有与励磁线圈连接的电刷以及与第二主轴平行的铁芯，铁芯外缠绕有电磁线圈，电磁线圈和电刷分别与智能电控系统连接；两个株间刀架上的电磁线圈的缠绕方向相反。

所述动力驱动机构包括设在行间除草机构和株间除草机构之间的内燃机，内燃机传动连接有减速机，减速机的动力输出端通过第一皮带与第二皮带轮传动连接，第二皮带轮通过第二皮带与第一皮带轮传动连接。

所述智能电控系统包括AT89C52控制芯片以及为AT89C52控制芯片、励磁线圈和电磁线圈供电的UPS电源、CCD图像传感器和测距传感器，AT89C52控制芯片通过数据线分别与CCD图像传感器和测距传感器连接。

所述行间除草刀和株间除草刀均为L形状，行间除草刀和株间除草刀均沿L形状的边缘设有切割刃。

采用上述技术方案，动力驱动机构采用内燃机（汽油机或柴油机）提供动力，通过皮带传动实现行间除草机构和株间除草机构的同时高效运转；行间刀架和株间刀架采用左右对称结构分别装套在第一主轴和第二主轴上，行间除草刀和株间除草刀均采用均匀交叉错落的布置方式，并且可以自由的拆卸，以达到完整的除草效果。在农田中行进的动力采用手推的方式实现。

株间除草机构的除草动作采用电磁铁的原理，相吸或相斥达到结合或分离目的，即采用电磁线圈实现株间除草刀的沿第二主轴的轴向伸出和缩回，采用励磁线圈和磁粉实现株间刀架与第二主轴的结合和分离，而这些过程通过智能电控控制系统进行控制，通过设置在车架合适位置上的CCD图像传感器和测距传感器输入给AT89C52控制芯片的信号，AT89C52控制芯片控制电磁线圈和励磁线圈通断电，实现株间除草刀的智能伸缩达到对农作物株间的除草作业。

本发明的行间除草机构和株间除草机构均结构紧凑、运动灵活、拆卸安装方便，株间除草机构利用电磁感应效应实现株间除草刀轴向的自由伸缩，使得机械结构大大简化，并结合图像传感器、测距传感器和AT89C52芯片实现株间除草的智能控制。

本发明属于节能环保实用的农用机械，它可成为农作物播种后和收割前物理除草装置的主流，具有强大的生命力和广泛的应用前景，能实现高效节能的行间除草和株间除草的同时进行，实现智能精确除草。本发明实现了农作物播种后和收割前农田的机械除草，克服了化学除草对环境的污染，并且该装置结构紧凑、安装方便、操作简单、实用性强，易于推广。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中株间除草机构的结构示意图；

图3是本发明中智能电控控制系统的控制原理图。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本发明的智能化农作物苗期行株间除草装置，包括机架1，机架1下前后设有的四个行走轮2，机架1上设有动力驱动机构、行间除草机构、株间除草机构和智能电控系统3，动力驱动机构分别与行间除草机构和株间除草机构传动连接，智能电控系统3与株间除草机构通过导线连接。

所述行间除草机构包括水平转动设在机架1上的第一主轴4，第一主轴4中部设有第一皮带轮5，第一主轴4两端分别对称设有一个行间刀架6，行间刀架6上通过行间螺栓7可拆卸连接有行间除草刀8，行间除草刀8均匀并错落设在行间刀架6上。

所述株间除草机构包括水平转动设在机架1上并与第一主轴4平行设置的第二主轴9，第二主轴9上中部设有第二皮带轮10，第二主轴9两端分别对称设有一个株间刀架11，株间刀架11上通过株间螺栓12可拆卸连接有株间除草刀13，株间除草刀13均匀并错落设在株间刀架11上。

所述每个株间刀架11包括穿套在第二主轴9上的套筒14，套筒14内设有圆筒形的绝缘壳15以及填充在绝缘壳15和第二主轴9圆周表面之间的磁粉16，绝缘壳15外布置有励磁线圈17，套筒14内端和外端分别设有挡板18和端盖19，挡板18上设有与励磁线圈17连接的电刷20以及与第二主轴9平行的铁芯21，铁芯21外缠绕有电磁线圈22，电磁线圈22和电刷20分别与智能电控系统3连接；两个株间刀架11上的电磁线圈22的缠绕方向相反。

所述动力驱动机构包括设在行间除草机构和株间除草机构之间的内燃机23，内燃机23传动连接有减速机24，减速机24的动力输出端通过第一皮带25与第二皮带轮10传动连接，第二皮带轮10通过第二皮带26与第一皮带轮5传动连接。

所述智能电控系统3包括AT89C52控制芯片以及为AT89C52控制芯片、电磁线圈22和励磁线圈17供电的UPS电源、CCD图像传感器和测距传感器，AT89C52控制芯片通过数据线分别与CCD图像传感器和测距传感器连接。CCD图像传感器和测距传感器分别设在机架1的合适位置。

行间除草刀8和株间除草刀13均为L形状，行间除草刀8和株间除草刀13均沿L形状的边缘设有切割刃27。

工作时，首先给左侧株间刀架11的电磁线圈22和右侧株间刀架11上的电磁线圈22通相同方向的电流，在左侧的电磁线圈22和右侧的电磁线圈22相对感应出相同的磁极，左侧株间刀架11和右侧侧株间刀架11产生排斥力，分别推动左侧和右侧的套筒14沿第二主轴9向外伸出，当伸到所需位置（由AT89C52控制芯片控制）时，断开左侧的电磁线圈22和右侧的电磁线圈22的电流；同时给左侧的电刷20和右侧的电刷20通电，励磁线圈17通电，磁粉16在励磁线圈17的作用下形成磁粉链，吸引套筒14使得套筒14与第二主轴9结合为一体，然后开始株间除草作业。

除草作业的过程为：内燃机23带动减速机24，减速机24动力输出端通过第一皮带25带动第二皮带轮10转动，第二皮带轮10在带动第二主轴9高速旋转的同时再通过第二皮带26带动第一皮带轮5转动，第一皮带轮5带动第一主轴4高速旋转，分别设在第一主轴4上的行间刀架6和第二主轴9上株间刀架11也高速旋转，行间刀架6上的行间除草刀8和株间刀架11上株间除草刀13高速旋转将行间和株间的杂草除掉，由于行间除草刀8和株间除草刀13为L形状，这样可以将杂草的根部从土壤中旋出，从而彻底地清除杂草。

当株间除草完成后，断开左侧的电刷20和右侧的电刷20的电流，使得套筒14与第二主轴9分离；同时给左侧的电磁线圈22和右侧的电磁线圈22分别通入相反的电流，使得左侧的电磁线圈22和右侧的电磁线圈22相对侧感应出相反的磁极，两个磁极产生吸引力，从而分别牵引两侧的套筒14沿第二主轴9相对向内缩回，缩回到所需位置（由AT89C52控制芯片控制）时，断开左侧的电磁线圈22和右侧的电磁线圈22的电流，同时给左侧的电刷20和右侧的电刷20通电，励磁线圈17通电，磁粉16在励磁线圈17的作用下形成磁粉链，吸引套筒14使得套筒14与第二主轴9结合为一体，使得株间除草刀13与株第二主轴9一起旋转；这样就完成了株间除草的自动伸出和缩回的一个周期，反复执行上述步骤，实现株间自动除草的功能。

如上所述，在进行株间除草的同时，行间除草一直在进行，在一个株间除草结束后，操作者推动设在机架1上的把手（图1中未示意出来）向前行进，继续对下一个株间进行除草作业。

智能电控系统3的控制原理如图3所示，首先，AT89C52控制芯片得到CCD图像传感器的信号1，P0.0、P0.1接口得电经放大电路使继电器线圈KA1、KA2得电，继电器1、2常开触点闭合，线路1、2接通，使左侧的电磁线圈22和右侧的电磁线圈22相对侧感应出相同的磁极，两磁极相互排斥，推动两侧的株间除草刀13具分别沿第二主轴9向外伸出。

其次，当株间刀具达到延伸最远位置设定值，AT89C52控制芯片得到测距传感器的信号1，P0.1口失电，P0.3口得电经过电放大电路使继电器线圈KA2失电、KA4得电，线路2断开，线路4闭合，株间刀具停止排斥，左侧的电刷20和右侧的电刷20通电，励磁线圈17通电，磁粉16在励磁线圈17的作用下形成磁粉链，吸引套筒14使得套筒14与第二主轴9结合为一体，使得株间除草刀13与第二主轴9一起旋转，开始株间除草。

第三，除草完成后，AT89C52控制芯片得到CCD图像传感器的信号2，P0.2得电、P0.3失电经放大电路使继电器线圈KA3得电、KA4失电，继电器3常开触点闭合、继电器4常开触点断开，线路3接通、线路4断开，株间刀具脱离第二主轴9，通过左侧的电磁线圈22和右侧的电磁线圈22产生的同向磁场相互吸引。

第四，当株间刀具达到收缩最近位置设定值，AT89C52控制芯片得到测距传感器的信号2，P0.0、P0.2口失电，经过电放大电路使继电器线圈KA1、KA3失电，线路1、3断开，株间刀具停止相互吸引，达到初始最近位置，等待进行下一次株间除草。

本发明包括但不限于本实施例，以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.智能化农作物苗期行株间除草装置，其特征在于：包括机架，机架下设有行走轮，机架上设有动力驱动机构、行间除草机构、株间除草机构和智能电控系统，动力驱动机构分别与行间除草机构和株间除草机构传动连接，智能电控系统与株间除草机构通过导线连接；

所述行间除草机构包括水平转动设在机架上的第一主轴，第一主轴中部设有第一皮带轮，第一主轴两端分别对称设有一个行间刀架，行间刀架上通过行间螺栓可拆卸连接有行间除草刀，行间除草刀均匀并错落设在行间刀架上；

所述株间除草机构包括水平转动设在机架上并与第一主轴平行设置的第二主轴，第二主轴上中部设有第二皮带轮，第二主轴两端分别对称设有一个株间刀架，株间刀架上通过株间螺栓可拆卸连接有株间除草刀，株间除草刀均匀并错落设在株间刀架上；

所述每个株间刀架包括穿套在第二主轴上的套筒，套筒内设有圆筒形的绝缘壳以及填充在绝缘壳和第二主轴圆周表面之间的磁粉，绝缘壳外布置有励磁线圈，套筒内端和外端分别设有挡板和端盖，挡板上设有与励磁线圈连接的电刷以及与第二主轴平行的铁芯，铁芯外缠绕有电磁线圈，电磁线圈和电刷分别与智能电控系统连接；两个株间刀架上的电磁线圈的缠绕方向相反。

2.根据权利要求1所述的智能化农作物苗期行株间除草装置，其特征在于：所述动力驱动机构包括设在行间除草机构和株间除草机构之间的内燃机，内燃机传动连接有减速机，减速机的动力输出端通过第一皮带与第二皮带轮传动连接，第二皮带轮通过第二皮带与第一皮带轮传动连接。

3.根据权利要求1或2所述的智能化农作物苗期行株间除草装置，其特征在于：所述智能电控系统包括AT89C52控制芯片以及为AT89C52控制芯片、励磁线圈和电磁线圈供电的UPS电源、CCD图像传感器和测距传感器，AT89C52控制芯片通过数据线分别与CCD图像传感器和测距传感器连接。

4.根据权利要求3所述的智能化农作物苗期行株间除草装置，其特征在于：所述行间除草刀和株间除草刀均为L形状，行间除草刀和株间除草刀均沿L形状的边缘设有切割刃。