CN109662006A - 一种小型生态植苗机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型生态植苗机，包括了送苗模块、挖坑模块、栽苗模块、行走模块、压土模块和控制模块等六个模块。工作时造林作业者通过操作机器上的把手和控制面板，使机器在行走模块的配合下完成挖坑、送苗、栽苗、压土等一体化动作，实现半自动化操作下的较高效率苗木栽植。本机器由设置在其上方的蓄电池供能，所有运动均由电机驱动实现，摆脱现有大多数植树机采用拖拉机牵引的工作方式，工作方式独立；机器整体体积较小，可以实现转向和直线行驶，操作灵活，对地形和工作区域的适应性强。

Description

一种小型生态植苗机

技术领域

本发明属于农业生产机械领域，具体涉及一种由电力驱动、体积较小的小型生态植苗机。

背景技术

现如今生态环境在不断的恶化，水土大量流失。为了改善生态环境，我国林业发展已进入由木材生产为主向以生态建设为主转变的新阶段。我国现阶段的治沙造林任务艰巨，在沙漠和沙地处植苗改造的任务较重。

植树机是机械化植树造林的主要设备，多与拖拉机配套使用。按坑形分，植树机分为连续开沟式、间断开沟式和选择挖坑式三种。连续开沟式和间断开沟式植树机在工作时，开沟器切开、破碎和推移土壤，形成连续(或间断)的栽植沟。苗木按规定的栽植深度和株距被栽入沟内，覆土压实轮随即推拥苗木周围的土壤并压实。这两种机械只适用于平原地区，而且其破坏地表原有植被很严重，不适用于本来地表植被很少的荒漠化地区。而挖坑式植树机械，用钻头代替开沟器进行做坑，可以定点植树，对生态破坏小，可应用于山地和丘陵地带。

对于上述提到的这些植树机械。缺点是机器太过庞大，部分地块无法进入，作业方式都为直线作业，操作不灵活导致对地形的要求性较高。作业者不倾向于采购这类设备。

发明内容

本发明针对现有技术中的问题，提供一种小型生态植苗机，其作业方式灵活，结构简单，对地形的自适应程度高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种小型生态植苗机，其整机包括送苗模块、挖坑模块、栽苗模块、压土模块、行走模块和控制模块，送苗模块位于机器上部，挖坑模块位于机器前部，栽苗模块位于机器中部，压土模块既可位于机器中部，也可位于机器后部，行走模块位于机器下部，整机通过机械结构的联系和控制模块的单片机控制下形成一个整体，作业者控制下实现在机器行走模块定位辅助下的挖坑、送苗、栽苗、压土等一体化操作，在沙地山地完成一些苗木的栽植工作。

上述的一种小型生态植苗机，送苗模块包括储苗箱、齿条、传送轨道和传动电机，储苗箱分割为若干个隔室以储存树苗，储苗箱下方与齿条相固定，通过传送轨道侧面的直流传动电机驱动齿轮，齿轮与齿条相互啮合进行传动，可以实现储苗箱在传送轨道上的横移运动。该齿轮齿条的传动方式传动速度较快，承受载荷较大，传动较为稳定。

上述的一种小型生态植苗机，挖坑模块包括转动机构和起升平台，转动机构由固定在平台上的直流旋转电机驱动，前端连接松土钻。起升平台由固定在机器底板对角上的两个直流电机驱动，这两个直流电机对称放置，可保证动力较为平均作用在平台上。且平台上下运动时具有运动限位点，实现挖坑深度的调节。

上述的一种小型生态植苗机，栽苗模块包括大推杆电机、栽苗筒和小推杆电机。固定在机器栽苗筒外部车架上的推杆电机驱动，可带动树苗和栽苗筒整体进行下放运动进入前一环节打好的树坑中，栽苗筒进入树坑中一定深度后，小推杆电机控制下方挡板的开启实现树苗的入坑栽植，大推杆电机伸回控制栽苗筒上行完成整个栽苗筒返回。

上述的一种小型生态植苗机，机器的行走模块采用特殊的五轮机构，车体后部设置两驱动轮，由直流驱动电机提供机器直线运动的动力；中部设置两转向轮，由舵机提供机器转向的动力；而前部为万向轮，进行随动运动，整个机器运动灵活，可适应形状复杂的作业区域，在机器五轮行走机构上的车轮上设置有凹凸不平的花纹，花纹能增大对地面的摩擦力，提高机器的运动稳定性和对地形的适应性。

上述的一种小型生态植苗机，栽苗模块中的栽苗筒内壁为非光滑的结构，垫有海绵、泡沫、橡胶垫等，可对掉落至其中的树苗起缓冲作用，减少对树苗下落时的损伤。

上述的一种小型生态植苗机，在本机器后部一定高度处设置有电源模块，上方加控制部件进行保护。

上述的一种小型生态植苗机，传送轨道底部靠近机器头部的部分连接有挡板、靠近机器尾部的部分没有挡板，当储苗箱运动至无挡板处，树苗从小隔室里掉落，掉入至后续的栽苗模块中，完成整个送苗操作。

上述的一种小型生态植苗机，直流电机通过联轴器与滚珠丝杠相连，滚珠丝杠穿过起升平台，并使用法兰盘与平台相固定，实现平台的起升动作。在底板的另一组对角线上，设置两根光轴，并通过直线轴承与平台相连，保证平台的升降动作较为稳定。

优选地，按上述的技术方案，压土模块由对称放置的两个带有半圆形凹槽的压土板组成，且压土模块位于栽苗筒两侧，树苗随栽苗筒32一起下放至离土坑较低距离时，栽苗筒32下方挡板打开且开合角度较小，可尽量使树苗保持竖直落下。栽苗筒将树苗放下后，并不立刻撤回，而是先起扶直树苗的作用，待压土板压实后，再放开树苗撤回。压土模块检测到树苗时，推杆电机通过多次的伸长下压动作实现培土操作。

按上述的技术方案，小型生态植苗机无浇水装置，浇水作业由作业者手动完成或作业者后续使用浇水设备完成。

上述的一种小型生态植苗机，还包括补充树苗存放箱，所述补充树苗存放箱固定连接在栽苗筒侧面，底部封口，顶部敞口，侧面为弧形，且侧面通过插销与植苗机可开合连接，由作业者向送苗模块中手动补充树苗。

上述的一种小型生态植苗机，控制模块使用Arduino开发板实现总的控制。使用Arduino Mega 2560作为微控制器，通过Arduino上的USB能够与PC端相连，可进行数据文件的传输以及对主板的固件升级等工作。将直流电机，舵机，推杆电机等接入Arduino。利用Arduino Mega 2560对整机进行控制。特别的，在本植苗机的控制模块设计中，有多处需要电机进行同步运动，因此，本控制模块需要进行同步算法PID的设计。

按上述的技术方案，该机器适用范围为小区域内地形起伏变化较小的山地和丘陵地，也适用于沙地，并主要针对沙生裸子植物产生的幼苗进行种植，一般取一年生、两年生、三年生的小苗进行植树作业，例如：樟子松、雪松、油松、冷杉、云杉、侧柏、沙地柏、银杏等松科植物的小苗，以及梭梭、沙棘等高度较小植物幼苗的种植作业。这些小苗具有生长速度快、生命力强的特点，种植时取小苗的长度为35cm～45cm，而树坑深度一般取为20cm～30cm，以保证根部达到一定的养分获取深度也不至于深度过大导致小苗死亡，对于梭梭、沙棘、沙枣等植物的种植，挖坑深度适当提高。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明做进一步说明，附图中：

图1是本发明小型生态植苗机的整体结构示意图；

图2是本发明小型生态植苗机的送苗模块示意图；

图3是本发明小型生态植苗机的挖坑模块示意图；

图4是本发明小型生态植苗机的栽苗模块示意图；

图5是本发明小型生态植苗机的行走及压土模块示意图；

图6是本发明小型生态植苗机的部分模块细节示意图。

图中，1-送苗模块，2-挖坑模块，3-栽苗模块，4-行走及压土模块，5-补充树苗存放箱，6-电源模块，11-储苗箱，12-传送轨道，13-齿条，14-传动电机，141-齿轮，21-旋转电机，22-丝杠，23-联轴器，24-起升电机，25-松土钻，26-光轴，261-直线轴承，27-起升平台，31-缓冲材料，32-栽苗筒，33-小推杆电机，34-大推杆电机，41-舵机，42-压土板，43-驱动轮，44-驱动电机，45-转向轮，46-万向从动轮。

示意图5中，为便于显示和理解，压土模块只保留了一侧部分。

具体实施方案

为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种小型生态植苗机，整机包括送苗模块1、挖坑模块2、栽苗模块3、压土模块4、行走模块4和控制模块，送苗模块1位于机器上部，挖坑模块2位于机器前部，栽苗模块3位于机器中部，压土模块4位于机器后部，行走模块4位于机器下部。整机通过机械结构的联系和控制模块的单片机控制下形成一个整体，作业者控制下实现在机器行走模块定位辅助下的挖坑、送苗、栽苗、压土等一体化操作，在沙地山地完成一些沙生苗木的栽植工作。

实施例2

为了优化技术方案，基于实施例1，实施例2列出了多个进一步的技术特征，实施例1可择一或择多与其自由组合，从而形成不同的新的技术方案。

进一步地，上述的一种小型生态植苗机，送苗模块1包括储苗箱11、齿条13、传送轨道12和传动电机14，储苗箱11分割为若干个隔室以储存树苗，以保证每个坑只有一棵树苗落下，储苗箱11下方与齿条13相固定，通过轨道侧面的直流传动电机14驱动齿轮141，齿轮141与齿条13相互啮合进行传动，可以实现储苗箱11在传送轨道12上的横移运动。该齿轮齿条的传动方式传动速度较快，承受载荷较大，传动较为稳定。

进一步地，上述的一种小型生态植苗机，挖坑模块2包括转动机构和起升平台27。转动机构由固定在平台上的直流旋转电机21驱动，直流旋转电机21的输出轴通过联轴器23与松土钻25相连，将转动效果传动至松土钻25前端，实现旋转。起升平台27由固定在机器底板对角上的两个直流起升电机24驱动，这两个直流起升电机24对称放置，可保证动力较为平均作用在平台27上。且平台上下运动时具有运动限位点，实现挖坑深度的调节。

进一步地，上述的一种小型生态植苗机，栽苗模块3包括大推杆电机34、栽苗筒32和小推杆电机33。栽苗筒32内壁为非光滑的结构，设置有海绵、橡胶垫、泡沫等缓冲材料31，其可对掉落至其中的树苗起缓冲作用，减少对树苗下落时的损伤。固定在机器栽苗筒外部车架上的大推杆电机34驱动栽苗筒32运动，可带动树苗和栽苗筒32整体进行下放运动进入前一环节打好的树坑中，栽苗筒32进入树坑中一定深度后，小推杆电机33控制下方挡板的开启实现树苗的入坑栽植。

进一步地，上述的一种小型生态植苗机，行走模块4采用特殊的五轮机构，车体后部设置两驱动轮43，由直流电机44提供机器直线运动的动力；中部设置两转向轮45，由舵机41提供机器转向的动力；而前部为万向从动轮46，进行随动运动，整个机器运动灵活，可适应形状复杂的作业区域，在机器五轮行走机构上的车轮上设置有凹凸不平的花纹，花纹能增大对地面的摩擦力，提高机器的运动稳定性和对地形的适应性。压土模块4由对称放置的两个压土板组成，在完成栽苗动作且已由行走模块定位至树苗附近时，推杆电机通过多次的伸长下压动作实现培土操作。

进一步地，上述的一种小型生态植苗机，按上述的技术方案，还包括电源模块6。

进一步地，上述的一种小型生态植苗机，传送轨道12底部靠近机器头部的部分连接有挡板、靠近机器尾部的部分没有挡板，当储苗箱运动至无挡板处，树苗从小隔室里掉落，掉入至后续的栽苗模块中，完成整个送苗操作。

进一步地，上述的一种小型生态植苗机，直流起升电机24通过联轴器23与滚珠丝杠22相连，滚珠丝杠22穿过起升平台27，并使用法兰盘与平台相固定，实现平台的升降动作。在底板的另一组对角线上，设置两根光轴26，并通过直线轴承261与平台27相连，保证平台27的起升动作较为稳定。

优选地，按上述的技术方案，压土模块由对称放置的两个带有半圆形凹槽的压土板42组成，且压土模块位于栽苗筒两侧，树苗随栽苗筒32一起下放至离土坑较低距离时，栽苗筒32下方挡板打开且开合角度较小，可尽量使树苗保持竖直落下。栽苗筒将树苗放下后，并不立刻撤回，而是先起扶直树苗的作用，待压土板42压实后，再放开树苗撤回。压土模块检测到树苗时，推杆电机通过多次的伸长下压动作实现培土操作。

进一步地，上述的一种小型生态植苗机，还包括补充树苗存放箱5，所述补充树苗存放箱5固定连接在栽苗筒侧面，底部封口，顶部敞口，侧面为弧形，且侧面通过插销与植苗机可开合连接，由作业者向送苗模块中手动补充树苗。

进一步地，上述的一种小型生态植苗机，控制模块使用Arduino开发板实现总的控制。使用Arduino Mega 2560作为微控制器，通过Arduino上的USB能够与PC端相连，可进行数据文件的传输以及对主板的固件升级等工作。将直流电机，舵机，推杆电机等接入Arduino。利用Arduino Mega 2560对整机进行控制。特别的，在本植苗机的控制模块设计中，有多处需要电机进行同步运动，同步算法PID的设计在本设计中较多地使用到。

本发明小型生态植苗机，有完整的工作流程：

1)需要进行植树作业时，启动机器；

2)挖坑模块2工作，前端松土钻25实现松土挖坑操作；

3)向送苗模块1中添加树苗，送苗模块1工作将树苗送入栽苗筒32中；

4)行走模块4行走定位，使栽苗模块3位于树坑上方，工作放出树苗置入树坑中；

5)行走模块4定位，使压土模块4位于树苗周围，实现培土操作。

在一整套工作流程内，作业者可根据送苗模块1中的树苗量从补充树苗存放箱5取树苗向隔室中进行添加补充，实现持续工作。

本发明小型生态植苗机与传统的开沟式植树机相比，主要区别为：1、用钻头代替开沟器进行做坑，可以定点植树，对生态破坏小，可应用于山地和丘陵地带；2、整个机器体积小，由设置在其上方的蓄电池供能，所有运动均由电机驱动实现，摆脱现有大多数植树机采用拖拉机牵引的工作方式，工作独立灵活。本发明操作简单，作业灵活多变，作业效率高的植树机能够很好地提高造林作业效率和减轻造林作业强度。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或更换，而所有的这些改进和变化都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种小型生态植苗机，其特征在于，整机包括送苗模块、挖坑模块、栽苗模块、压土模块、行走模块和控制模块，送苗模块位于机器上部，挖坑模块位于机器前部，栽苗模块位于机器中部，压土模块位于机器中部或后部，行走模块位于机器下部，整机通过机械结构的联系和控制模块的单片机控制下形成一个整体，作业者控制下实现在机器行走模块定位辅助下的挖坑、送苗、栽苗、压土等一体化操作，完成一些苗木的栽植工作。

2.根据权利要求1所述的一种小型生态植苗机，其特征在于，送苗模块包括储苗箱、齿条、传送轨道和传动电机，储苗箱分割为若干个隔室以储存树苗，储苗箱下方与齿条相固定，通过轨道侧面的直流传动电机驱动齿轮，齿轮与齿条相互啮合进行传动，可以实现储苗箱在传送轨道上的横移运动。

3.根据权利要求1所述的一种小型生态植苗机，其特征在于，挖坑模块包括转动机构和起升平台，转动机构由固定在平台上的直流旋转电机驱动，前端连接松土钻，起升平台由对角放置的直流起升电机同步转动控制，以保证平台起升的同步稳定性，从而实现松土钻挖坑时的平稳和坑型的良好性，平台上下运动时具有运动限位点，实现挖坑深度的调节。

4.根据权利要求1所述的一种小型生态植苗机，其特征在于，栽苗模块包括大推杆电机、栽苗筒和小推杆电机，固定在机器栽苗筒外部车架上的推杆电机驱动，可带动树苗和栽苗筒整体进行下放运动进入树坑中，栽苗筒进入树坑中一定深度后，小推杆电机控制下方挡板的开启实现树苗的入坑栽植。

5.根据权利要求1所述的一种小型生态植苗机，其特征在于，机器的行走模块采用特殊的五轮机构，车体后部设置两驱动轮，由直流驱动电机提供机器直线运动的动力；中部设置两转向轮，由舵机提供机器转向的动力；而前部为万向轮，进行随动运动，整个机器运动灵活，可适应形状复杂的作业区域，在机器五轮行走机构上的车轮上设置有凹凸不平的花纹，花纹能增大对地面的摩擦力，提高机器的运动稳定性和对地形的适应性。

6.根据权利要求1所述的一种小型生态植苗机，其特征在于，植苗机的适用范围为山地和沙地，并主要针对沙生裸子植物产生的幼苗进行种植。

7.根据权利要求1所述的一种小型生态植苗机，其特征在于，还包括补充树苗存放箱。

8.根据权利要求1所述的一种小型生态植苗机，其特征在于，还包括电源模块。

9.根据权利要求4所述的一种小型生态植苗机，其特征在于，所述栽苗筒内壁为非光滑结构，设置有缓冲材料。