CN107645909B - 除草装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于破坏草（34）的装置，具有压力输送单元（12）、液体输出单元（14），所述压力输送单元构造用于在压力下转送液体（20），所述液体输出单元与压力输送单元（12）流体连通地连接并且此外构造用于将处于压力下的液体（20）输出到草（34），以破坏该草，其中所述液体输出单元（14）具有至少一个阀（26），所述阀具有压电执行器或电活性‑聚合物‑执行器或磁阻执行器。

Description

除草装置

背景技术

本发明涉及一种用于破坏草的装置、系统和方法。

农业中的除草是一项非常劳动密集型的任务，特别是在有机种植中，所述有机种植禁止或限制使用化学物质。

DE4039797A1公开了一种用于除草的装置，其中说明了借助火焰执行器对草进行破坏。

发明内容

本发明的主题是根据独立权利要求所述的、用于破坏草的装置、系统和方法。通过根据本发明所述的装置以及根据本发明所述的方法，从现在起能够非常迅速、精确地并且由此高效地除草。在这种情况下，所述装置的特点在于非常简单和牢固的结构。这特别是通过以下方式实现：根据本发明所述的液体输出单元具有阀，所述阀具有压电执行器或电活性-聚合物-执行器或磁阻执行器，也就说具有能快速和准确地操纵的执行器，由此能够以非常简单的方式和方法并且非常精确地控制到草的液体输出。这就是说，通过针对性地打开和关闭执行器能够准确地调节输出液体的质量流量和有效时间。优选地，有效时间或阀打开-/关闭时间在大于或等于0.1至小于或等于0.2ms的范围内。同样能够考虑的是，所述阀具有或可相应地操控能限定性调节的阀打开-/关闭时间，从而能够调节阀打开-/关闭时间。因此，例如能够实现脉冲，在进行所述脉冲时，每一“发”输出液体的量能够精确调节并且能够有效引入期望的位置，从而避免了不必要的液体消耗。因此，能够以非常低的液体量以及非常小的能量需要对草进行破坏，这有助于保护环境地除草。

由于所述液体输出单元此外与压力单元连接，液体能够脉冲形式地在较高的压力下、也就是说以较高的排出速度被输出。因此，能够机械地基于以脉冲形式输出的液体的动能（“射水切割”）或者然而能够化学地基于液体的化学特性对草进行破坏。通过该手段，在除草过程中基于对液体进行快速的脉冲形式的输出，在液体击中草时几乎不会发生土壤运动，因此显著降低了其他草出芽的可能。

通过根据本发明所述的系统，能够极其迅速并且精确地进行面覆盖的除草，其中所述系统能够人力引导或构造为自主的。由于液体的输出有针对性地并且优选以脉冲形式进行，因此能够有利地（在很大程度上）舍弃对运动的系统在行驶方向上的自身运动的补偿，由此显著降低了整个系统的复杂性或者然而提升行驶速度。

有利的是，构造压力输送单元，所述压力输送单元将液体在如此高的压力下转送到液体输出单元处，使得能够基于由液体输出单元以脉冲形式输出的液体的动能破坏所述草。在这种情况下，压力优选在大于或等于500巴的范围内、此外优选在大于或等于500巴小于或等于4000巴的范围内。液体能够在输出时优选具有大于或等于60m/s的排出速度和/或大于或等于0.03J的动能。换言之，这就是说，所述液体或例如能够构造为水射流的集束液体射流在输出时具有如此高的动能，使得在所述液体射流被输出到的草处引起相应的机械损坏效应。通过该构造方案能够非常简单并且以保护环境的方式和方法除草，其中能够完全舍弃化学物质。

此外有利的是，压力输送单元具有压力存储器，所述压力存储器构造用于容纳处于压力下的液体并且将其输出到液体输出单元。通过该手段，现在能够与液体输出的时长、脉冲频率或脉冲顺序无关地将待输出液体永久地保持在较高压力下，并且能够使其供液体输出单元使用。

此外，有利的是，压力输送单元具有泵，所述泵构造用于使待输出液体处于压力下，并且所述泵此外与压力存储器和/或液体输出单元流体连通地连接。通过所述泵，能够在压力输送单元或压力存储器中并且在相应的管路中连续地产生压力，使得待输出的液体连续地在均匀的压力下能够转送到液体输出单元，并且能够相应地输出到草。此外，该构造方案实现了较高的压力并且由此也实现了液体的、非常高的质量流量。

同样有利的是，设置腔，所述腔构造用于容纳待输出的液体并且所述腔此外与泵流体连通地连接。所述腔在这种情况下优选可替换地布置。通过该手段，提供了自给自足的装置，所述装置能够运送待输出液体并且将其置于压力下。所述腔之后能够重新被填充液体或者然而能够被重新填充的腔替换。换言之，这就是说，根据本发明所述的除草装置能够构造为一种“共轨系统”，通过所述共轨系统能够非常精确地在较高压力下输出液体，由此能够高效地并且保护环境地除草。

此外，有利的是，所述液体输出单元具有喷嘴，所述喷嘴特别地具有能改变的喷嘴开口。通过该构造方案，能够一方面产生较强集束的或集中的液体射流，所述液体射流具有较高的动能并且由此具有较高的破坏效果或较高的毁坏效应。另一方面，然而通过改变所述喷嘴开口、也就是说改变喷嘴开口的形状或通道横截面也能够实现不同的流出特性或处理面的尺寸。因此例如所述液体能够具有用于抑制生长或毁坏的药剂，使得根据喷嘴开口的构造方案能够实现，将这些药剂有针对性地微喷射到草上，直至利用这些药剂对若干草进行面状喷洒。通过该手段因此能够一方面通过输出液体的动能或者然而也能够另一方面通过所述液体的化学特性实现对草的破坏效果，所述液体例如能够构造为除草剂。

此外，有利的是，所述液体输出单元具有多个阀，所述阀具有压电执行器和/或电活性-聚合物-执行器和/或磁阻执行器。特别有利的是，能够相互独立地操控所述多个具有压电执行器和/或电活性-聚合物-执行器和/或磁阻执行器的阀。通过该手段，能够极其精确地处理非常大的面。此外，能够将多个阀并联地与仅仅一个压力存储器连接，使得能够利用非常简单的装置在所有的阀上提供或输出处于压力下的液体。

具有前面说明的、根据本发明所述的装置的系统也是有利的，所述装置此外具有探测单元以及控制单元，所述探测单元构造用于探测草，所述控制单元构造用于根据由探测单元获得的数据操控所述装置，使得在操纵所述装置时将所述液体输出到所述草，以对该草进行破坏。因此能够在这种系统中借助基于图像的控制精确地对所述装置或喷嘴进行定位，使得能够极其迅速并且精确地进行（完全）自主的除草。这除此之外通过以下方式实现：在改变已知方法的情况下，不是经济作物，而是更确切地说特定地识别并且有针对性地破坏待清除的草自身，其中所述除草装置、也就是说所述喷嘴自动地直接定位到所述草上。特别是在植物间距较小的作物（例如胡萝卜）时，通过本发明，能够在非常早的阶段在直接邻近经济作物的地方破坏或消灭不被期望的草。

附图说明

下面根据附图示例性地对本发明进行进一步说明。附图示出：

图1以示意图示出了根据本发明所述的除草装置；

图2以示意图示出了根据本发明所述的、具有多个阀的除草装置的另一构造方案；并且

图3以示意图示出了根据本发明所述的系统，所述系统具有根据图1所示的、根据本发明所述的除草装置。

在下面对本发明的优选实施例进行的说明中，对在不同图中示出的、并且作用相似的元件采用相同或相似的附图标记，其中舍弃了对元件的重复说明。

在图1中示出了根据本发明所述的、用于破坏草的装置，所述装置其总体配以附图标记10。

所述除草装置10具有压力输送单元12以及液体输出单元14。所述压力输送单元12以及所述液体输出单元14通过压力管路16相互流体连通地连接。

所述压力输送单元12具有腔18，在所述腔中布置待输出的液体20。所述液体输送单元12此外具有泵22，所述泵通过管路与所述腔18流体连通地连接。此外，所述压力输送单元12具有压力存储器24。所述压力存储器24同样通过压力管路16与所述泵22流体连通地连接。所述泵22构造用于将位于所述腔18中的液体20置于压力之下并且在压力管路16中进行提供或输出到压力存储器24。所述压力存储器24又构造用于将处于压力下的液体20永久地并且均匀地通过压力管路16转送到液体输出单元14。因此能够借助压力输送单元12将液体20置于压力下、对其进行存储并且将其提供给液体输出单元14。所述液体20在这种情况下是水，然而根据应用例如也能够是除草剂或具有除草剂。

所述液体输出单元14具有阀26。根据本发明所述，所述阀26当前具有压电执行器。替代地，所述阀26也能够具有电活性-聚合物-执行器和/或磁阻-执行器。所述液体输出单元14此外具有喷嘴28，所述喷嘴具有能改变的喷嘴开口30。因此能够通过操纵所述阀26借助压电执行器针对性地并且精确地输出一定量的处于压力下的液体20，以由此产生例如集中的或集束的液体射流32，所述液体射流具有用于破坏草34的动能（“射水切割”）。通过针对性地打开和关闭所述阀26，能够对质量流量和有效时间进行调节并且由此能够非常精确地控制液体输出。此外能够进行脉冲，由此基于针对性的、优选短时间的液体输出能够显著降低液体需求。

由于所述喷嘴28具有能改变的喷嘴开口30，也就是说喷嘴开口30可变地构造，因此能够实现不同的流出特性35以及处理平面的尺寸。如图1中的虚线所示，因此能够产生锥形的液体射流32，通过所述液体射流能够面状地对草进行喷洒。在这种情况下，破坏性的效果并非流出的液体20或液体射流32的动能，而是液体20本身的（化学）特性。因此例如能够将液体20构造为除草剂。同样在该构造方案中，较大的优势然而在于，仅仅输出限定量的液体，所述液体被引入所期待的位置或通过所期待的处理面，从而避免了不必要的液体需求。

在图2中示出了除草装置10的另一个构造方案，所述除草装置具有多个阀26。阀26中的每一个在这种情况下均具有压电执行器。所述阀26在不脱离本发明范围的情况下然而也能够具有由压电执行器、电活性-聚合物-执行器和磁阻执行器组成的组中的不同执行器。所述阀26在这种情况下通过共同的压力管路36平行地与压力输送单元12连接。同样在该构造方案中，能够考虑的是，这样调节具有能改变的喷嘴开口的喷嘴28，使得锥形的液体射流被输出，代替将液体20的动能用于破坏草34。

图3中示出了根据本发明所述的、用于破坏草34的系统，所述系统其总体配以附图标记100。

所述系统100具有根据本发明所述的除草装置10或根据图1中的前述实施方式所述的、用于破坏草34的装置10。然而能够考虑在系统100处的、根据本发明所述的除草装置10的任意其他实施方式。所述系统100构造为运动平台。对此，所述系统100具有驱动单元102，所述驱动单元具有轮104。然而能够考虑每一个对于技术人员来说已知的驱动方式，所述驱动方式能够为系统100提供运动性。

所述系统100此外具有操作机单元106，在所述操作机单元的下操作机部段108上布置有装置10。如前所述，所述装置10根据本发明所述具有液体输出单元14，所述液体输出单元具有喷嘴28。所述喷嘴28在这种情况下布置在操作机单元106和地面之间并且指向草34的方向。为了现在实现基于图像的、用于精确定位所述装置10或喷嘴28的控制，所述系统100此外具有探测单元110以及控制单元116。所述探测单元110具有分类单元112以及本地化单元114。

在这种情况下，所述分类单元112构造为摄像机单元112形式的成像系统。所述本地化单元114构造为视觉-伺服-摄像机114并且相对于操作机单元106的下操作机部段108布置在喷嘴28旁。因此，所述视觉-伺服-摄像机114“悬浮地”布置在地面上方，并且与此相应地与喷嘴28一起被运动或定位。通过该布置方案，本地化单元114或视觉-伺服-摄像机114能够在直接邻近草34的地方极其精确地探测喷嘴28对于草18的相对位置。所述本地化单元114基于分类单元114的位置数据或识别数据优选借助于（未示出的）计算机单元获取相对位置。

在不脱离本发明范围的情况下，然而完全也能够考虑的是，所述分类单元112和所述本地化单元114构造为一单元。因此，包括分类单元112以及本地化单元114的单元112,114完成了双重任务，即之前说明的分类任务（识别草34）以及获取所述喷嘴28对于草34的相对位置（视觉伺服），所述视觉伺服用于引导喷嘴28.

所述控制单元116接收探测单元110或本地化单元114获取到的数据，并且相应地操控操作机单元106以及除草装置10，使得所述喷嘴28被带入相应的位置中并且所述液体20在一定的时刻或在到达一定的位置时在期望的持续时间内被输出到草34，以破坏该草。

Claims (12)

1.用于破坏草（34）的除草装置，具有压力输送单元（12）以及液体输出单元（14），所述压力输送单元构造用于在压力下转送液体（20），所述液体输出单元与所述压力输送单元（12）流体连通地连接并且此外构造用于将处于压力下的液体（20）在高压下以脉冲形式输出到草（34），以破坏该草，其中所述液体输出单元（14）具有至少一个阀（26），所述阀具有压电执行器或电活性-聚合物-执行器或磁阻执行器，其特征在于，所述压力输送单元（12）构造用于将液体（20）在如此高的压力下转送到液体输出单元处（14），使得能够基于由所述液体输出单元（14）以脉冲形式输出的液体（20）的动能破坏所述草（34）。

2.根据权利要求1所述的除草装置（10），其特征在于，所述液体（20）在由所述液体输出单元（14）输出时具有大于或等于60m/s的排出速度和大于或等于0.03J的动能。

3.根据权利要求1所述的除草装置（10），其特征在于，所述压力输送单元（12）具有压力存储器（24），所述压力存储器构造用于容纳处于压力下的液体（20）并且将其输出到液体输出单元（14）。

4.根据权利要求3所述的除草装置（10），其特征在于，所述压力输送单元（12）具有泵（22），所述泵构造用于使待输出液体（20）处于压力下并且所述泵此外与所述压力存储器（24）和/或所述液体输出单元（14）流体连通地连接。

5.根据权利要求4所述的除草装置（10），其特征在于，设置腔（18），所述腔构造用于容纳待输出的液体（20）并且所述腔此外与所述泵（22）流体连通地连接。

6.根据权利要求1所述的除草装置（10），其特征在于，所述液体输出单元（14）具有喷嘴（28）。

7.根据权利要求6所述的除草装置（10），其特征在于，所述喷嘴具有能改变的喷嘴开口（30）。

8.根据权利要求1所述的除草装置（10），其特征在于，所述液体输出单元（14）具有多个阀（26），所述阀具有压电执行器和/或电活性-聚合物-执行器和/或磁阻执行器。

9.根据权利要求8所述的除草装置（10），其特征在于，能够相互独立地操控所述多个具有压电执行器和/或电活性-聚合物-执行器和/或磁阻执行器的阀（26）。

10.用于破坏草（34）的系统（100），具有根据前述权利要求中任一项所述的用于破坏草（34）的除草装置（10）。

11.根据权利要求10所述的系统（100），其特征在于具有探测单元（110）以及控制单元（116），所述探测单元构造用于探测所述草（34），所述控制单元构造用于根据由所述探测单元（110）获得的数据这样操控所述除草装置（10），使得在操纵所述除草装置（10）时将所述液体（20）输出到所述草（34），以对该草进行破坏。

12.用于破坏草（34）的方法，具有以下步骤：

-提供压力输送单元（12），所述压力输送单元构造用于在高压下将液体（20）转送至液体输出单元（14），使得能够基于由所述液体输出单元（14）以输出的液体（20）的动能破坏所述草（34），并且

-借助于液体输出单元（14）将处于压力下的液体（20）以脉冲形式输出到所述草（34），所述液体输出单元具有阀（26），所述阀具有压电执行器或电活性-聚合物-执行器或磁阻执行器，其中能够基于由所述液体输出单元（14）以脉冲形式输出的液体（20）的动能破坏所述草（34）。

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