CN108496483A - 一种类球形小粒径种子作物的近地面航空精确播种装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种类球形小粒径种子作物的近地面航空精确播种装置，包括飞行器、排种装置、投种导种装置和控制器，排种装置、投种导种装置和控制器均设置在飞行器上，排种装置包括中央集排式排种器或多个并排设置的单体式排种器，采用单体式排种器时，每个单体式排种器或中央集排式排种器的各排种口均可独立启停，投种导种装置包括多个投种导种管，每个投种导种管的入口端均与一个单体式排种器的投种口或中央集排器的一个排种口相连。控制器用于控制投种导种装置的状态以及排种装置在作业过程的启停、转动速度大小及加速度大小。本发明可根据飞行器位置及速度信息控制排种系统精确播种，尤其适用于需要达到某种图案造型效果的创意景观农作物的播种。

Description

一种类球形小粒径种子作物的近地面航空精确播种装置

技术领域

本发明属于农林机械技术领域，涉及一种类球形小粒径种子作物的近地面航空精确播种装置。

背景技术

近年来，我国创意景观农业有了很大的进步。出于旅游景点开发和广告宣传的需求，人们希望农田里的作物不仅能够丰产增收，而且在其生长期能够呈现出某种字画景观造型视觉效果，达到营造环境、广泛宣传的目的。由于图案边界有着严格的精度要求，现阶段地面机器很难完成任务，人们只能利用纯人工方式进行造型设计和施工。这种方式耗时费力且出错率高，因此有针对性的研究开发相应的机械化景观造型技术具有重要意义。高精度自主飞行作业的农用无人飞行器，具有飞行平稳、速度快且可调、通过性高等特点，针对油菜等类球形小粒径种子作物，开发搭载于此类飞行器的近地面航空精确播种技术及装备，用于景观农业的机械化创意造型具有很好的发展前景。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题是提供一种类球形小粒径种子作物的近地面航空精确播种装置，本发明适用于类球形小粒径种子作物的高效精确播种，尤其适用于需要达到某种图案造型效果的创意景观农作物的播种。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种类球形小粒径种子作物的近地面航空精确播种装置，包括飞行器、排种装置、投种导种装置和控制器，所述排种装置、投种导种装置和控制器均设置在飞行器上，所述排种装置包括中央集排式排种器或多个并排设置的单体式排种器，采用单体式排种器时，每个单体式排种器均可独立启停，采用中央集排式排种器时，中央集排式排种器的各排种口均可独立启停，所述投种导种装置包括多个投种导种管，每个投种导种管的入口端均与一个单体式排种器的投种口或中央集排式排种器的一个排种口相连，相邻投种导种管的出口端的间距相同，而且所述投种导种装置相对于飞行器可折叠，控制器用于根据飞行器的实时位置、速度及加速度信息，控制投种导种装置的展开或折叠以及每个单体式排种器或中央集排式排种器的各排种口在作业过程的启停、转动速度大小及加速度大小。

进一步的，所述排种装置为多个并排设置的螺旋槽轮式排种器，所述螺旋槽轮式排种器包括进种管、排种器壳、螺旋槽轮和投种漏斗，所述进种管上端连接种箱的出种口，所述进种管下端设置在排种器壳内的螺旋槽轮上方，所述进种管用于将种子输送到排种器壳内的充种区；所述螺旋槽轮设置在排种器壳内且可绕中心轴转动，所述螺旋槽轮的圆柱面上开有均匀间隔且相互平行设置的多条矩形截面轮槽，所述矩形截面轮槽相对于螺旋槽轮左右圆形侧面倾斜设置，所述螺旋槽轮用于通过矩形截面轮槽将种子从排种器壳的充种区输送到投种口，所述排种器壳下方设置有投种口，投种口通过投种漏斗连接投种导种管。

进一步的，所述排种器壳上设置有用于夹持进种管的夹持装置，所述进种管下端距离螺旋槽轮的高度可调。

进一步的，任意两条相邻矩形截面轮槽中的在上矩形截面轮槽的最低点的位置低于在下矩形截面轮槽的最高点位置，所述投种口的长度小于螺旋槽轮的轴长且二者的差值为d，在上矩形截面轮槽的最低点所在母线和在下矩形截面轮槽的交点与较近一侧的螺旋槽轮圆形侧面的距离等于d。

进一步的，所述排种器壳上还设置有放种口，所述放种口上设置有用于打开或关闭放种口的滑动挡板。

进一步的，多个投种导种管均固定在连接杆上，连接杆和飞行器上支架之间设置有舵机，所述舵机用于通过带动连接杆绕支架转动，调节投种导种管与飞行器之间的角度，使投种导种装置展开或折叠。

进一步的，所述投种导种管下方设置有导向管，播种装置进行播种时所述导向管与地面垂直。

进一步的，多个投种导种管均固定在连接杆上，连接杆通过推杆装置与飞行器连接，所述推杆装置用于通过带动连接杆绕支架转动，调节投种导种管与飞行器之间的角度，使投种导种装置展开或折叠。

进一步的，所述排种装置的入口与种箱相连，所述种箱用于盛放种子和将种子输送到排种装置，所述种箱下方设置有多个出种口，每个出种口上均设置有滑动挡板，所述滑动挡板用于打开或关闭出种口，所述出种口用于将种子输送到投种导种管，所述种箱侧面还设置有放种口，所述放种口上设置有用于打开或关闭放种口的滑动挡板。

本发明的有益效果为：1、本发明为搭载飞行器的近地面航空精确播种装置，平稳度好，效率高。2、本发明采用螺旋槽轮式排种器，可以高效快速排种，矩形截面轮槽可以保证排种均匀性，独特投种口和矩形截面轮槽位置的设计可以确保轮槽充种率没达到100％时候，也可以实现排种连续性。3、各个螺旋槽轮式排种器独立启停，可根据各种景观农业的图案要求，进行路径规划，计算飞行路径，再按需控制每个螺旋槽轮式排种器在飞行路径中各个位置的启停、转动速度及加速度，实现精确播种。4、可折叠式的投种导种装置，在不干扰飞行器起降功能的前提下，有效地消除了飞行器旋翼气流对投种后处于下落过程中种子的干扰作用，提高了种子落点的精确性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为螺旋槽轮式排种器的爆炸示意图；

图3为螺旋槽轮式排种器的侧面示意图(隐藏排种器侧盖)；

图4为螺旋槽轮正面图；

图5为螺旋槽轮圆柱面展开图；

图6为图5的局部放大图；

图7为种箱的的立体结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、飞行器；2、种箱；3、螺旋槽轮式排种器；4、投种导种管；5、连接杆；6、舵机；21、出种口；22、滑动挡板；31、进种管；32、排种器壳；33、螺旋槽轮；34、投种漏斗；35、矩形截面轮槽；36、投种口；101、轮槽一；102、轮槽二；103、轮槽三；104、轮槽四；105、轮槽五；106、轮槽六；107、轮槽七；108、轮槽八；109、底边；110、辅助线；111、顶边；A、充种区；B、护种区；C、投种区；D、回种区；E、上侧边；F、下侧边

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种类球形小粒径种子作物的近地面航空精确播种装置，包括飞行器1、排种装置、投种导种装置和控制器，所述排种装置、投种导种装置和控制器均设置在飞行器1上，所述排种装置包括中央集排式排种器或多个并排设置的单体式排种器，采用单体式排种器时，每个单体式排种器均可独立启停，采用中央集排式排种器时，中央集排式排种器的各排种口均可独立启停，所述投种导种装置包括多个投种导种管4，每个投种导种管4的入口端均与一个单体式排种器的投种口36或中央集排式排种器的一个排种口相连，相邻投种导种管4的出口端的间距相同，而且所述投种导种装置相对于飞行器1可折叠，控制器用于根据飞行器的实时位置、姿态、速度及加速度信息，控制投种导种装置的展开或折叠以及每个单体式排种器或中央集排式排种器的各排种口在作业过程的启停、转动速度大小及加速度大小。

如图2和图3所示，本实施例中，所述排种装置采用多个并排设置的单体式排种器，且单体式排种器采用螺旋槽轮式排种器3，所述螺旋槽轮式排种器3包括进种管31、排种器壳32、螺旋槽轮33和投种漏斗34，所述进种管31上端连接种箱2的出种口21，所述进种管31下端设置在排种器壳32内的螺旋槽轮33上方，所述进种管31用于将种子输送到排种器壳32内的充种区；所述螺旋槽轮33设置在排种器壳32内且可绕中心轴转动，所述螺旋槽轮33的圆柱面上开有均匀间隔且平行设置的多条矩形截面轮槽35，所述矩形截面轮槽35相对于螺旋槽轮33左右圆形侧面倾斜设置，所述螺旋槽轮33用于通过矩形截面轮槽35将种子从排种器壳的充种区输送到投种口36，所述排种器壳32下方设置有投种口36，投种口36通过投种漏斗34连接投种导种管4。

所述排种器壳32上设置有用于夹持进种管31的夹持装置，所述进种管31下端距离螺旋槽轮33的高度可调。通过调节进种管31下端距离螺旋槽轮33的高度可调节螺旋槽轮式排种器的充种量。

任意两条相邻矩形截面轮槽35中的在上矩形截面轮槽35的最低点的位置低于在下矩形截面轮槽35的最高点位置，所述投种口36的长度小于螺旋槽轮33的轴长且二者的差值为d，在上矩形截面轮槽35的最低点所在母线和在下矩形截面轮槽35的交点与较近一侧的螺旋槽轮33圆形侧面的距离等于d。

如图4所示，d1为在上矩形截面轮槽35的最低点所在母线与在下矩形截面轮槽35的最高点的轴向距离，d2为投种口与螺旋槽轮轴长之间的差值，d1＝d2＝d；

如图5和图6所示，本实施例中螺旋槽轮直径为67mm，宽度为32mm，轮槽数为8，螺距为240mm，螺旋槽轮转动从而将种子从充种区经护种区运至投种区，螺旋槽轮的排种机理是每条轮槽里面种子依次排出，当槽轮线接触投种口的一边，轮槽的种子就会顺着此边依次排出，直至轮槽和投种口交叉点到达投种口此边的另一端端点，然后下一条槽轮接触此边处的种子就会下落，所以螺旋槽轮可以保证排种连续性。每条轮槽上面装有25粒种子，如果投种口的长度与螺旋槽轮轴长一样长，则槽轮转至投种区，每条轮槽里面的种子均会落下。但实际情况下，轮槽在充种区由于运动或者挤压等等状况下充种率会很难保证100％，所以本实施例中设计投种口的长度小于槽轮，从而保证每次投种不会把槽轮的种子完全排完，随着螺旋槽轮继续旋转，轮槽三和投种区右端长边的接触点会慢慢往下移，即种子会按顺序排出，如果充种率到达100％，如轮槽三种子全部充满轮槽，所以当槽轮往左旋转时候，轮槽四中种子1-18会依次从投种区落下，直至种子18落下，轮槽四与投种区右端长边的下端点重合，再转动的时候轮槽三上的7个种子S会穿过投种区，直至再次进入充种区。在轮槽三中的存储种子穿过充种区时候，轮槽四接触充种区右端长边上端排出轮槽四中的种子1，而后继续转动，槽轮四的种子从1-18依次排出。储存种子S是为了轮槽种子充种率没达到100％的补充，如轮槽五，其上充种只有种子1-14，即充种率为84％，当轮槽五(充种率没达到100％)随槽轮转动时候，轮槽中有空隙，所以轮槽在充种区、充种区和护种区交线(即顶线)处和护种区三个位置，种子发布情况不一样，因为在实际立体状态下，在充种区时轮槽E端的种子位置比F端的种子低，所以重力会使此区域的种子往F端堆积，如轮槽七所示；但一旦过了顶线，即进入护种区，其E端的种子的位置比F端的种子低，所以种子又会往E端堆积，如轮槽五所示；而穿过顶线是一个临界状态，种子一旦过线就会往E端处堆积，没有过线的则会往F端堆积，如轮槽六所示。轮槽五由于充种率只有84％，即轮槽内含有充种区重新充入的14个种子和原来存储的7个种子，随着槽轮的转动，轮槽五的种子依次排出，但由于每次可以排出18粒种子，所以轮槽五的种子从1-14依次排出，而后靠近E端的种子S依次排出4个，剩下3的种子S又会经过投种区、在从回种区、进入充种区，由此可见即使轮槽充种率没有达到100％，本发明的独特设计也可以保证排种连续性，防止漏播。

所述排种器壳上还设置有放种口，所述放种口上设置有用于打开或关闭放种口的滑动挡板。放种口用于方便在播种结束后将螺旋槽轮式排种器内的种子倒出。

作为一种实施方案，多个投种导种管4均固定在连接杆5上，连接杆5和飞行器1上支架之间设置有舵机6，所述舵机6用于通过带动连接杆5绕支架转动，调节投种导种管4与飞行器1之间的角度，使投种导种装置展开或折叠。

所述投种导种管4下方设置有导向管，播种装置进行播种时所述导向管4与地面垂直，可以确保种子掉落位置的准确性。

作为另一种实施方案，多个投种导种管4均固定在连接杆5上，连接杆5通过推杆装置与飞行器1连接，所述推杆装置用于通过带动连接杆5绕支架转动，调节投种导种管4与飞行器1之间的角度，使投种导种装置展开或折叠。

如图7所示，所述排种装置的入口与种箱2相连，所述种箱2用于盛放种子和将种子输送到排种装置，所述种箱2下方设置有多个出种口21，每个出种口21上均设置有滑动挡板22，所述滑动挡板22用于打开或关闭出种口21，所述出种口21用于将种子输送到投种导种管4。

实际使用时，可根据需要播种的区域大小和飞行器的机器性能、现场条件等因素确定排种器的数量。本实施例中，螺旋槽轮式排种器的数量为6个，且每两个相邻螺旋槽轮式排种器为一组，每组螺旋槽轮式排种器由同一个驱动装置驱动，且驱动装置和螺旋槽轮式排种器之间设置有离合器，因此可实现每个螺旋槽轮式排种器的独立启停。

使用时，首先利用路径规划软件进行路径规划，计算飞行路径和路径中各个位置对应的排种器控制指令，将飞行路径数据输入到飞行器自带的飞行控制器，将路径中各个位置对应的排种器控制指令数据输入排种控制器，再根据飞行路径确定螺旋槽轮式排种器的充种量，根据充种量调节进种管下端的高度。

然后飞行器启动，飞行控制器按照预先计算得到的飞行路径信息控制飞行器飞行，起飞后排种控制器根据飞行控制器实时反馈的飞行器的位置、速度及加速度信息，判断飞行器到达合适位置后控制投种导种装置由初始折叠状态改变为打开状态，并启动排种器进行播种，种子由种箱的出种口经由进种管进入各个螺旋槽轮式排种器内，螺旋槽轮式排种器将种子由投种漏斗经由投种导种管撒向地面，播种过程中，排种控制器始终根据飞行控制器实时反馈的飞行器的位置、速度及加速度信息，按照预先计算得到的控制指令控制每个螺旋槽轮式排种器在作业过程的启停、转动速度大小及加速度大小。

本发明由可自主精准飞行的电动多旋翼飞行器、排种系统及控制器组成。具体工作由路径规划软件进行路径规划出飞行路径及控制指令，由排种控制器根据飞行器位置及速度信息控制排种系统精确播种，适用于类球形小粒径种子作物的高效精确播种，尤其是需要达到某种图案造型效果的创意景观农作物的播种。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种类球形小粒径种子作物的近地面航空精确播种装置，其特征在于，包括飞行器(1)、排种装置、投种导种装置和控制器，所述排种装置、投种导种装置和控制器均设置在飞行器(1)上，所述排种装置包括中央集排式排种器或多个并排设置的单体式排种器，采用单体式排种器时，每个单体式排种器均可独立启停，采用中央集排式排种器时，中央集排式排种器的各排种口均可独立启停，所述投种导种装置包括多个投种导种管(4)，每个投种导种管(4)的入口端均与一个单体式排种器的投种口(36)或中央集排式排种器的一个排种口相连，相邻投种导种管(4)的出口端的间距相同，而且所述投种导种装置相对于飞行器(1)可折叠，控制器用于根据飞行器的实时位置、速度及加速度信息，控制投种导种装置的展开或折叠以及每个单体式排种器或中央集排式排种器的各排种口在作业过程的启停、转动速度大小及加速度大小。

2.根据权利要求1所述的类球形小粒径种子作物的近地面航空精确播种装置，其特征在于，所述排种装置为多个并排设置的螺旋槽轮式排种器(3)，所述螺旋槽轮式排种器(3)包括进种管(31)、排种器壳(32)、螺旋槽轮(33)和投种漏斗(34)，所述进种管(31)上端连接种箱(2)的出种口(21)，所述进种管(31)下端设置在排种器壳(32)内的螺旋槽轮(33)上方，所述进种管(31)用于将种子输送到排种器壳(32)内的充种区；所述螺旋槽轮(33)设置在排种器壳(32)内且可绕中心轴转动，所述螺旋槽轮(33)的圆柱面上开有均匀间隔且相互平行设置的多条矩形截面轮槽(35)，所述矩形截面轮槽(35)相对于螺旋槽轮(33)左右圆形侧面倾斜设置，所述螺旋槽轮(33)用于通过矩形截面轮槽(35)将种子从排种器壳的充种区输送到投种口(36)，所述排种器壳(32)下方设置有投种口(36)，投种口(36)通过投种漏斗(34)连接投种导种管(4)。

3.根据权利要求2所述的类球形小粒径种子作物的近地面航空精确播种装置，其特征在于，所述排种器壳(32)上设置有用于夹持进种管(31)的夹持装置，所述进种管(31)下端距离螺旋槽轮(33)的高度可调。

4.根据权利要求2所述的类球形小粒径种子作物的近地面航空精确播种装置，其特征在于，任意两条相邻矩形截面轮槽(35)中的在上矩形截面轮槽(35)的最低点的位置低于在下矩形截面轮槽(35)的最高点位置，所述投种口(36)的长度小于螺旋槽轮(33)的轴长且二者的差值为d，在上矩形截面轮槽(35)的最低点所在母线和在下矩形截面轮槽(35)的交点与较近一侧的螺旋槽轮(33)圆形侧面的距离等于d。

5.根据权利要求2所述的类球形小粒径种子作物的近地面航空精确播种装置，其特征在于，所述排种器壳(32)上还设置有放种口，所述放种口上设置有用于打开或关闭放种口的滑动挡板。

6.根据权利要求2所述的类球形小粒径种子作物的近地面航空精确播种装置，其特征在于，所述投种导种管(4)下方设置有导向管，在播种装置进行播种时所述导向管(4)与地面垂直。

7.根据权利要求1所述的类球形小粒径种子作物的近地面航空精确播种装置，其特征在于，多个投种导种管(4)均固定在连接杆(5)上，连接杆(5)和飞行器(1)上支架之间设置有舵机(6)，所述舵机(6)用于通过带动连接杆(5)绕支架转动调节投种导种管(4)与飞行器(1)之间的角度，使投种导种装置展开或折叠。

8.根据权利要求1所述的类球形小粒径种子作物的近地面航空精确播种装置，其特征在于，多个投种导种管(4)均固定在连接杆(5)上，连接杆(5)通过推杆装置与飞行器(1)连接，所述推杆装置用于通过带动连接杆(5)绕支架转动调节投种导种管(4)与飞行器(1)之间的角度，使投种导种装置展开或折叠。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的类球形小粒径种子作物的近地面航空精确播种装置，其特征在于，所述排种装置的入口与种箱(2)相连，所述种箱(2)用于盛放种子和将种子输送到排种装置，种箱(2)下方设置有多个出种口(21)，每个出种口(21)上均设置有滑动挡板(22)，所述滑动挡板(22)用于打开或关闭出种口(21)，所述出种口(21)用于将种子输送到投种导种管(4)。