CN107667630B - 一种气力式超高速精密排种器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气力式超高速精密排种器，仿生水蛭吸盘通过铰接传动机构固定在吸种孔内；仿人体指纹结构固定在仿生水蛭吸盘结构内表面；排种盘轴与排种器盖活动连接；排种管固接于排种器盖一侧,且位于排种盘的吸种孔正下方；柔性挤压轮与排种器盖活动连接；排种盘轴齿轮与排种盘轴固接，柔性挤压轮轴齿轮与柔性挤压轮轴固接且与排种盘轴齿轮相啮合；通风管一端与壳体固接,另一端与密闭风箱固接；吸种孔位于密闭风箱的一侧置有橡胶挡风板。本发明以水蛭吸盘和人体指纹结构为仿生原型，设计出仿生水蛭吸盘和仿人体指结构，提高了种子吸取效率、增强了种子夹持稳定性和种子个体差异的适应性，种子受力小不易伤种，降低高速精密排种机构漏播率。

Description

一种气力式超高速精密排种器

技术领域

本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种气力式超高速精密排种器。

背景技术

气力式高速精密排种器的核心机构是种子吸拾机构，其在取种阶段通过气流吸力吸取种子，之后在运种阶段依靠吸力和摩擦力对种子进行夹持运移。在复杂田间环境作业时，由于气压波动和振动加剧对高速精播作业质量产生的影响，吸拾机构易产生如下问题：①吸力下降致使取种阶段发生漏充现象；②吸力下降和振动加剧，致使运种阶段发生掉种现象；③作物种子多具有很大的个体差异性，致使吸拾机构夹持效果不佳，加大了振动对夹持效果的影响。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明通过对水蛭吸盘遇到不同结构形态吸附物时的运动方式、形态变化和人体指纹结构夹持物体时稳定夹持的机理研究，提供一种气力式超高速精密排种器，以实现提高种子吸取效率、增强种子夹持稳定性和种子个体差异适应性的目的。

本发明的目的是通过以下方案实现的，结合附图：

一种气力式超高速精密排种器，其特征在于，包括排种器盖1、排种盘轴2、排种管15、吸种孔9、仿生水蛭吸盘17、排种盘13、铰接传动机构16、仿人体指纹结构23、柔性挤压轮8、柔性挤压轮轴7、柔性挤压轮轴齿轮5、排种盘轴齿轮4、橡胶挡风板14、密闭风箱10、通风管12和壳体11；

排种盘13通过排种盘轴2与排种器盖1轴承连接，排种盘13上均布设置有多个吸种孔9，每个吸种孔9内分别通过铰接传动机构16安装有仿生水蛭吸盘17，仿人体指纹结构23设置在仿生水蛭吸盘17结构内表面；排种管15固接于排种器盖1一侧,且对准吸种孔9正下方；柔性挤压轮8通过柔性挤压轮轴7与排种器盖1轴承连接；排种盘轴齿轮4安装在排种盘轴2上，柔性挤压轮轴齿轮5安装柔性挤压轮轴7上，且柔性挤压轮轴齿轮5与排种盘轴齿轮4相啮合；通风管12一端与壳体11固接,另一端与密闭风箱10固接；吸种孔9朝向密闭风箱10的一侧设置有橡胶挡风板14。

进一步地，所述仿生水蛭吸盘17采用姿态可调节式的水蛭吸盘的结构形态，以硅橡胶材料通过3D打印技术和纳米压印技术制备。

进一步地，每个所述吸种孔9内安装有12组铰接传动机构16，用于安装所述仿生水蛭吸盘17，12组铰接传动机构16以吸种孔9中心轴线呈90°对称排列，每侧各3组，铰接传动机构16可根据扭矩传感器调节仿生水蛭吸盘对种子的加持力。

进一步地，所述铰接传动机构16包括铰接臂a18、铰接臂b21、扭矩传感器22、拉力弹簧20和限位杆19；铰接臂a18、铰接臂b21相互铰接，且铰接臂a18、铰接臂b21外端分别与吸种孔9内壁和仿生水蛭吸盘17固连；扭矩传感器22安装于铰接臂a18和铰接臂b21的铰接位置；限位杆19实心轴一侧铰接臂b21顶端固连，空心轴一侧与铰接臂a18底端固连；拉力弹簧20套装于限位杆19且两端分别与铰接臂b21顶端、铰接臂a18底端固连。

进一步地，所述柔性挤压轮8的轮廓曲线以蜗牛壳为仿生原型，其轮廓曲线方程为：

(x²+y²)³＝27.5(x²+y²)+2.5(x²-y²) (0≤x≤25)

柔性挤压轮8采用柔性橡胶材料。

进一步地，所述仿人体指纹结构23以人体指纹非对称椭圆螺旋线结构为仿生原型，所取材料为硅橡胶材料，并通过3D打印技术和纳米压印技术制备。仿人体指纹结构23与仿生水蛭吸盘17内表面固连。

本发明以水蛭吸盘和人体指纹结构为仿生原型，设计出仿生水蛭吸盘和仿人体指结构，提高了种子吸取效率、增强了种子夹持稳定性和种子个体差异的适应性，种子受力小不易伤种，降低高速精密排种机构漏播率。

附图说明

图1是气力式超高速精密排种器结构示意图

图2是吸种孔内部结构示意图

图3是铰接传动机构示意图

图4是柔性挤压轮结构正视图

图5是气力式超高速精密排种器左视图

图6是仿人体指纹结构示意图

图中:1.排种器盖；2.排种盘轴；3.排种盘轴承；4.排种盘轴齿轮；5.柔性挤压轮轴齿轮；6.柔性挤压轮轴承；7.柔性挤压轮轴；8.柔性挤压轮；9.吸种孔；10.密闭风箱；11.壳体；12.通风管；13.排种盘；14.橡胶挡风板；15.排种管；16.铰接传动机构；17.仿生水蛭吸盘；18.铰接臂a；19.限位杆；20.拉力弹簧；21.铰接臂b；22.扭矩传感器；23.仿人体指纹结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明技术方案作详细的描述：

如图1至图6所示，一种气力式超高速精密排种器，由排种器盖1、排种盘轴2、排种盘轴承3、排种管15、吸种孔9、仿生水蛭吸盘17、排种盘13、铰接传动机构16、扭矩传感器19、仿人体指纹结构23、柔性挤压轮8、柔性挤压轮轴7、柔性挤压轮轴齿轮5、排种盘轴齿轮4、柔性挤压轮轴承6、橡胶挡风板14、密闭风箱10、通风管12、和壳体11组成。排种盘13上均布设置多个吸种孔9，仿生水蛭吸盘17通过铰接传动机构16固定在吸种孔9内；仿人体指纹结构23固定在仿生水蛭吸盘17结构内表面。排种盘轴2经排种盘轴承3与排种器盖1活动连接，排种盘轴2与排种盘13中心固接。排种管15固接于排种器盖1一侧,且对准排种盘13的吸种孔9正下方。柔性挤压轮8经柔性挤压轮轴承22与排种器盖1活动连接。排种盘轴齿轮4与排种盘轴2固接，柔性挤压轮轴齿轮5与柔性挤压轮轴6固接且与排种盘轴齿轮4相啮合。通风管12一端与壳体11固接,另一端与密闭风箱10固接。吸种孔9朝向密闭风箱10的一侧置有橡胶挡风板14,橡胶挡风板14与密闭风箱10侧壁固接。

如图1、图4和图6所示，密闭风箱10内的风机使排种盘13左、右两侧之间产生负压,种子在气流吸力的作用下被吸往吸种孔9处。排种盘轴齿轮4随排种盘轴2做顺时针转动，因柔性挤压轮轴齿轮5与排种盘轴齿轮4啮合，故柔性挤压轮8随柔性挤压轮轴7做逆时针转动。柔性挤压轮8转动时会对充种区种子产生持续扰动和刮擦，迫使种子填充于吸种孔9，可加快吸种孔9吸种效率，同时减小吸种孔9吸取多粒种子的机率。种子在安装于吸种孔9内仿生水蛭吸盘17的夹持下运送至排种管15处,排种管15正上方的橡胶挡风板14将吸种孔9堵住,使种子不再受到风机所产生的气流吸力作用,掉落入排种管15完成播种作业。

如图2、图3所示，排种盘13上每个吸种孔9内安装有一个仿生水蛭吸盘17。仿生水蛭吸盘17采用水蛭吸盘的结构形态，以硅橡胶材料通过3D打印技术和纳米压印技术制备。如图6所示，仿人体指纹结构23以人体指纹非对称椭圆螺旋线结构为仿生原型，采用硅橡胶材料通过3D打印技术和纳米压印技术制备。仿人体指纹结构23紧贴于仿生水蛭吸盘17内表面，可在夹持种子时增加各方向上的摩擦力，提高对种子的夹持力和稳定性。

仿生水蛭吸盘17采用姿态可调节式的水蛭吸盘结构形态，可根据吸附物不同的结构形态进行高效仿形，保证吸盘持续保持产生最大吸力的结构形态，增强种子吸附和夹持的稳定性，同时对个体差异较大的种子具有良好的适应性，采用硅橡胶材料通过3D打印技术和纳米压印技术制备。每个吸种孔9内安装有12组铰接传动机构16，以吸种孔9中心轴线呈90°对称排列，每侧各3组，可根据扭矩传感器调节仿生水蛭吸盘对种子的加持力。铰接传动机构16由铰接臂a18、铰接臂b21、扭矩传感器22、拉力弹簧20和限位杆19组成，可进行一定程度的往复伸缩运动。铰接臂b21相互铰接，且铰接臂a18、铰接臂b21外端分别与吸种孔9内壁和仿生水蛭吸盘17固连。限位杆19实心轴一侧与铰接臂b21顶端固连，空心轴一侧与铰接臂a18底端固连；拉力弹簧20套装于限位杆19且两端分别与铰接臂b21顶端、铰接臂a18底端固连。扭矩传感器22则安装于两条铰接臂的铰接位置，可监测铰接位置处的扭矩。

种子在风机所产生的气流吸力作用下会紧压于仿生水蛭吸盘17表面，在此压力作用下仿生水蛭吸盘17发生变形，同时带动12组铰接传动机构16运动。铰接传动机构16经过持续的运动调整，气流吸力、种子自身的重力以及仿生水蛭吸盘17施加给种子的反作用力达到静态平衡，种子得以稳定夹持于仿生水蛭吸盘17而不掉落。在此过程中，吸附有多粒种子的仿生水蛭吸盘17在12组多级铰接仿生传动机14不断的运动调整下难以维持平衡状态，最终多余的种子脱离仿生水蛭吸盘17，保证每个仿生水蛭吸盘17仅吸附一粒种子。处于受力平衡状态的种子在仿生水蛭吸盘17的夹持以及排种盘的运转下运送至排种管处。

如图4所示，柔性挤压轮8的轮廓曲线以蜗牛壳为仿生原型，材料采用柔性橡胶材料，在排种器充种区转动时，在不损伤种子的同时可有效减小运转阻力。其轮廓曲线方程为：

(x²+y²)³＝27.5(x²+y²)+2.5(x²-y²) (0≤x≤25)

Claims (1)

1.一种气力式超高速精密排种器，其特征在于，包括排种器盖(1)、排种盘轴(2)、排种管(15)、吸种孔(9)、仿生水蛭吸盘(17)、排种盘(13)、铰接传动机构(16)、仿人体指纹结构(23)、柔性挤压轮(8)、柔性挤压轮轴(7)、柔性挤压轮轴齿轮(5)、排种盘轴齿轮(4)、橡胶挡风板(14)、密闭风箱(12)、通风管(12)和壳体(11)；

排种盘(13)通过排种盘轴(2)与排种器盖(1)轴承连接，排种盘(13)上均布设置有多个吸种孔(9)，每个吸种孔(9)内分别通过铰接传动机构(16)安装有仿生水蛭吸盘(17)，仿人体指纹结构(23)设置在仿生水蛭吸盘(17)结构内表面；排种管(15)固接于排种器盖(1)一侧,且对准吸种孔(9)正下方；柔性挤压轮(8)通过柔性挤压轮轴(7)与排种器盖(1)轴承连接；排种盘轴齿轮(4)安装在排种盘轴(2)上，柔性挤压轮轴齿轮(5)安装柔性挤压轮轴(7)上，且柔性挤压轮轴齿轮(5)与排种盘轴齿轮(4)相啮合；通风管(12)一端与壳体(11)固接,另一端与密闭风箱(12)固接；吸种孔(9)朝向密闭风箱(12)的一侧设置有橡胶挡风板(14)；

所述仿生水蛭吸盘(17)采用姿态可调节式的水蛭吸盘的结构形态，以硅橡胶材料通过3D打印技术和纳米压印技术制备；

每个所述吸种孔(9)内安装有12组铰接传动机构(16)，用于安装所述仿生水蛭吸盘(17)，12组铰接传动机构(16)以吸种孔(9)中心轴线呈90°对称排列，每侧各3组，铰接传动机构(16)可根据扭矩传感器调节仿生水蛭吸盘对种子的夹持力；

所述铰接传动机构(16)包括铰接臂a(18)、铰接臂b(21)、扭矩传感器(22)、拉力弹簧(20)和限位杆(19)；铰接臂a(18)、铰接臂b(21)相互铰接，且铰接臂a(18)、铰接臂b(21)外端分别与吸种孔(9)内壁和仿生水蛭吸盘(17)固连；扭矩传感器(22)安装于铰接臂a(18)和铰接臂b(21)的铰接位置；限位杆(19)实心轴一侧与铰接臂b(18)顶端固连，空心轴一侧与铰接臂a(18)底端固连；拉力弹簧(20)套装于限位杆(19)且两端分别与铰接臂b(21)顶端、铰接臂a(18)底端固连；

所述柔性挤压轮(8)的轮廓曲线以蜗牛壳为仿生原型，其轮廓曲线方程为：

(x²+y²)³＝27.5(x²+y²)+2.5(x²-y²) (0≤x≤25)

柔性挤压轮(8)采用柔性橡胶材料；

所述仿人体指纹结构(23)以人体指纹非对称椭圆螺旋线结构为仿生原型，所取材料为硅橡胶材料，并通过3D打印技术和纳米压印技术制备。