CN109691268B - 一种双电机实时补种调节播种装置与方法 - Google Patents

Abstract

一种双电机实时补种调节播种装置及方法，该装置挂接在播种机上，包括机架；一次投种机构，包括第一电机、气吸式精量排种器和漏播传感器，所述漏播传感器判断所述气吸式精量排种器的排种孔位是否为单粒种子，并通过所述第一电机控制所述气吸式精量排种器的取种盘转动以确保单粒排种且不漏种；连接机构，连接一次投种机构和二次投种机构；二次投种机构，包括第二电机和排种盘，所述第二电机控制所述排种盘的线速度与所述播种机的行走速度方向相反且速度值相等，以确保落粒时零速投种；以及开沟机构；其中，所述取种盘的最大瞬时转速大于所述排种盘的瞬时转速，以保证排种准确率。本发明还公开了该装置的双电机实时补种调节播种方法。

Description

一种双电机实时补种调节播种装置与方法

技术领域

本发明涉及智能化精密播种技术，特别是一种超精密的双电机实时补种调节播种装置与方法。

背景技术

智能化精密播种是一种提高种植产量的有效方式，已成为当今播种的主要发展趋势。精密播种依据农艺要求，将种子按照合理的数量及合适的位置播入土壤，精播技术的两个关键指标即是漏播量和位置。目前，精密播种技术在漏播量及播种位置控制方面均存在瓶颈。

以玉米为例，农艺优化的播种数量是单粒播种。现有精密排种器主要为气吸式、指夹式、勺轮式等，可基本实现单粒播种，但均存在一定的漏播比例，如应用最广的气吸式精密排种器实际生产漏播率约为5％。由于种子外形变异大，通过机械或气动的方式均难以实现100％充种及零漏播。在现有商业化气吸式精密排种器的基础上，结合基于传感系统的漏播识别及双电机实时调速控制是解决该问题的方案之一。

定位播种是精密播种的重要研究方向。按照一定的行距、粒距将种子播入土壤，既节约种子成本又提高产量。随着定位及电控技术的发展，现有排种器已可实现将种子在特定的位置排出。但因种子在排种管中运动，对地速度导致投种点和落点存在平面误差。同时因投种点较入土位置有一定高度，种子受重力作用下落，触土瞬间弹跳、滚动，致使种子最终入土时间与位置无法确定。零速排种及短距离投种是该问题可能的解决方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对精密播种中存在的漏播及定位不准的问题，提供一种超精密的双电机实时补种调节播种装置与方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种双电机实时补种调节播种装置，挂接在播种机上，其中，包括：

机架；

一次投种机构，包括第一电机、气吸式精量排种器和漏播传感器，所述第一电机与所述气吸式精量排种器连接，所述漏播传感器安装在所述气吸式精量排种器上并与所述第一电机连接，所述漏播传感器判断所述气吸式精量排种器的排种孔位是否为单粒种子，并通过所述第一电机控制所述气吸式精量排种器的取种盘转动以确保单粒排种且不漏种；

连接机构，通过接种口与所述气吸式精量排种器的排种口连接，所述接种口通过支架安装在所述机架上；

二次投种机构，安装在所述机架上并与所述连接机构连接，所述二次投种机构包括第二电机和排种盘，所述第二电机控制所述排种盘的线速度与所述播种机的行走速度方向相反且速度值相等，以确保落粒时零速投种；以及

开沟机构，安装在所述机架上并对应于所述二次投种机构设置，所述开沟机构设置有防护结构以保证所述排种盘的排种口与地面保持一设定距离；

其中，所述取种盘的最大瞬时转速大于所述排种盘的瞬时转速，以保证排种准确率。

上述的双电机实时补种调节播种装置，其中，所述排种盘包括：

中心轴，与所述第二电机连接，所述第二电机通过电机座安装在所述机架上；

第一动盘，安装在所述中心轴上；

第二动盘，与所述第一动盘气密连接，所述第二动盘与所述第一动盘分别为齿轮型结构，所述第一动盘与第二动盘的轮缘上均匀设置有动盘种槽，所述第二动盘的表面设置有轮辐状气槽，每条所述气槽内设置有气孔；以及

气室，与所述第二动盘气密连接并分别与压缩空气管路和所述第二动盘的气孔连通；

其中，所述中心轴带动所述第一动盘和第二动盘相对于所述气室转动。

上述的双电机实时补种调节播种装置，其中，所述排种盘分别具有一排种位和一清槽位，所述气室相对于所述排种位和清槽位分别设置有气室气孔，所述气室气孔分别与所述排种位和清槽位与所述压缩空气管路和所述第二动盘的气孔连通，以分别实现气吹排种和气吹清槽。

上述的双电机实时补种调节播种装置，其中，所述排种盘还包括一种子护盘，与所述第一动盘和第二动盘的种槽共同形成输种空间，以使种子由所述接种口输送至所述排种盘的排种口。

上述的双电机实时补种调节播种装置，其中，所述开沟机构包括：

开沟静盘，安装在所述机架上；以及

开沟动盘，通过开沟轴安装在所述机架上并与相对于所述开沟静盘设置，所述开沟动盘随作业车速自由转动，以实现开沟并清理堵塞在排种口杂物。

上述的双电机实时补种调节播种装置，其中，所述开沟静盘为半圆形圆盘结构，位于所述第一动盘、第二动盘和所述气室的外围下方，并分别通过固定前架和固定后架安装在所述机架上。

上述的双电机实时补种调节播种装置，其中，所述防护结构为设置在所述开沟静盘下端的单向开口，所述单向开口的高度等于所述设定距离。

上述的双电机实时补种调节播种装置，其中，所述设定距离为1cm。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种双电机实时补种调节播种方法，其中，采用上述的双电机实时补种调节播种装置，包括如下步骤：

S100、气吸取种，一次投种机构的气吸式精量排种器从种箱吸种，漏播传感器判断所述气吸式精量排种器的排种孔位是否为单粒种子，若是单粒种子则通过第一电机控制所述气吸式精量排种器的取种盘转动至投种位以确保单粒排种且不漏种；

S200、单粒排种输送，所述排种孔位的单粒种子通过连接机构的接种口输送至二次投种机构的动盘种槽中；以及

S300、气吹排种，所述二次投种机构的排种盘通过气路进行气吹排种，第二电机控制所述二次投种机构的排种盘的线速度与播种机的行走速度方向相反且速度值相等，以确保落粒时零速投种，其中，所述取种盘的最大瞬时转速大于所述排种盘的瞬时转速，以保证排种准确率。

上述的双电机实时补种调节播种方法，其中，还包括：

S400、种槽清理，通过气路实现气吹清槽，在排完种子后进行气力疏通动盘种槽，保证排种通道的畅通。

本发明的技术效果在于：

本发明解决了精密播种中漏播与种子离开排种器后仍然带速运动的问题，利用双电机实时补种调节实现了无漏播及零速排种的超精密播种，通过自动识别漏种和基于第一电机实时调速的自动高速补种解决漏播的问题，基于第二电机驱动自动零速投种及低位投种的方法解决落点不准的问题。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明一实施例的播种装置结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为图1的仰视图；

图4为图1的俯视图；

图5为本发明一实施例的第二动盘结构示意图；

图6为本发明一实施例的气室示意图；

图7为本发明一实施例的播种方法原理图。

其中，附图标记

1 第二电机

2 固定前架

3 第二机架

4 第一电机

5 漏播传感器

6 气吸式精量排种器

7 接种口

8 种子护盘

9 支架

10 开沟静盘

11 第一机架

12 中心轴

13 开沟轴

14 开沟动盘

15 轴承

16 第一动盘

17 气室

18 固定后架

19 第二动盘

20 联轴器

21 电机座

22 动盘种槽

23 气槽

24 气孔

25 气室气孔

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

参见图1-图4，图1为本发明一实施例的播种装置结构示意图，图2为图1的左视图，图3为图1的仰视图，图4为图1的俯视图。本发明的双电机实时补种调节播种装置，可挂接在播种机、牵引机等农机具上，包括：机架，可设置为左右对称的第一机架11和第二机架3，第一机架11和第二机架3分别与连接机构的支架9和二次投种机构的种子护盘8连接，保持整个播种装置中核心机构的集成连接。同时预留与农机的连接口，使播种装置可以以螺栓的方式固定在农机机具上，双机架可以确保在农田强振动作业环境下整个装置的相对稳定；一次投种机构，包括第一电机4、气吸式精量排种器6和漏播传感器5，所述第一电机4与所述气吸式精量排种器6连接，所述漏播传感器5安装在所述气吸式精量排种器6上并与所述第一电机4连接，所述漏播传感器5判断所述气吸式精量排种器6的排种孔位是否为单粒种子，并通过所述第一电机4控制所述气吸式精量排种器6的取种盘转动以确保单粒排种且不漏种；连接机构，通过接种口7与所述气吸式精量排种器6的排种口连接，所述接种口7通过支架9安装在所述机架上；二次投种机构，安装在所述机架上并与所述连接机构连接，二次投种机构为整个装置的核心机构，整个二次投种机构利用机架与其他机构及农机具连接，所述二次投种机构包括第二电机1和排种盘，第二电机1通过电机座21被固定在机架上，联轴器20连接第二电机1及中心轴12，所述第二电机1控制所述排种盘的线速度与所述播种机的行走速度方向相反且速度值相等，以确保落粒时零速投种；以及开沟机构，安装在所述机架上并对应于所述二次投种机构设置，所述开沟机构设置有防护结构以保证所述排种盘的排种口与地面保持一设定距离；其中，所述取种盘的最大瞬时转速大于所述排种盘的瞬时转速，以保证排种准确率。

参见图5及图6，图5为本发明一实施例的第二动盘结构示意图，图6为本发明一实施例的气室示意图。本实施例中，所述排种盘包括：中心轴12，与所述第二电机1连接，所述第二电机1通过电机座21安装在所述机架上；第一动盘16，安装在所述中心轴12上；第二动盘19，与所述第一动盘16气密连接，所述第二动盘19与所述第一动盘16分别为齿轮型结构，所述第一动盘16与第二动盘19的轮缘上均匀设置有动盘种槽22，所述第二动盘19的表面设置有轮辐状气槽23，每条所述气槽23内设置有气孔24；以及气室17，与所述第二动盘19气密连接并分别与压缩空气管路和所述第二动盘19的气孔24连通；其中，所述中心轴12带动所述第一动盘16和第二动盘19相对于所述气室17转动。所述排种盘分别具有一接种位、一排种位和一清槽位，所述气室17相对于所述排种位和清槽位分别设置有气室气孔25，可在排种位和清槽位的径向方向，相对于第二动盘19的气孔24位置各设置一气室气孔25，所述气室气孔25分别与所述排种位和清槽位与所述压缩空气管路和所述第二动盘19的气孔24连通，以分别实现气吹排种和气吹清槽。实现输种功能的同时，在排种位，连通第二动盘19的气槽23-第二动盘19的气孔24-气室气孔25-压缩空气的气路，气吹排种；在清槽位，连通第二动盘19的气槽23-第二动盘19的气孔24-气室气孔25-压缩空气的气路，气吹清理种槽。

本实施例中，所述排种盘还可包括一种子护盘8，与所述第一动盘16和第二动盘19的动盘种槽22共同形成输种空间，以使种子由所述接种口7输送至所述排种盘的排种口。

本实施例中，所述开沟机构包括：开沟静盘10，安装在所述机架上，除具有开沟功能外，兼具保护二次投种机构内种子输送的作用；以及开沟动盘14，通过开沟轴13安装在所述机架上并与相对于所述开沟静盘10设置，通过轴承15及轴承盒组合连接支座及开沟轴13，使开沟动盘14固定在装置上的同时，可随作业车速自由转动，以实现除具有开沟功能外，还可辅助清理堵塞在排种口的杂物的功能。其中，所述开沟静盘10优选为半圆形圆盘结构，位于所述第一动盘16、第二动盘19和所述气室17的外围下方，并分别通过固定前架2和固定后架18稳定安装在所述机架上。所述防护结构可为设置在所述开沟静盘10下端的单向开口，所述单向开口的高度等于所述设定距离，所述设定距离优选为1cm，也就是离地1cm，可一定程度上减少残茬堵塞排种口。

参见图7，图7为本发明一实施例的播种方法原理图。本发明的双电机实时补种调节播种方法，采用上述的双电机实时补种调节播种装置，包括如下步骤：

步骤S100、气吸取种，一次投种机构的气吸式精量排种器6从种箱吸种，漏播传感器5判断所述气吸式精量排种器6的排种孔位是否为单粒种子，若是单粒种子则通过第一电机4控制所述气吸式精量排种器6的取种盘转动至投种位以确保单粒排种且不漏种；

步骤S200、单粒排种输送，所述排种孔位的单粒种子通过连接机构的接种口7输送至二次投种机构的动盘种槽22中；以及

步骤S300、气吹排种，所述二次投种机构的排种盘通过气路进行气吹排种，第二电机1控制所述二次投种机构的排种盘的线速度与播种机的行走速度方向相反且速度值相等，以确保落粒时零速投种，其中，所述取种盘的最大瞬时转速大于所述排种盘的瞬时转速，以保证排种准确率。

该方法还可包括：

步骤S400、种槽清理，通过气路实现气吹清槽，在排完种子后进行气力疏通动盘种槽22，保证排种通道的畅通。

本发明的双电机实时自动调速精确定位播种的方法，其工作原理为：

①通过GNSS系统(全球导航卫星系统，Global Navigation Satellite System)提供农机行走速度，设置排种盘的线速度方向与其相反，速度值相等，确保落粒时零速投种；

②设置排种盘的排种口距种床较近，种子自由落体距离短，对种床上弹跳能量小，减少种子在种床上的滚动定位误差；

③第一电机4和第二电机1均为伺服电机，均可相应变速转动，根据农机行走速度动态变化自动调节转速，确保种子按给定地理坐标着床，实现定位播种。

其中，电机调节单粒播种和降低漏种率主要包括：

①采用气吸式取种机构，用漏播传感器5判断排种盘孔位是否为单粒种子，若为多种或无种，则变速调节排种盘转动至有种且单粒种子的孔位进行排种，确保单粒排种、不漏种；

②由于取种盘的最大瞬时转速远大于排种盘接种的速度(约10:1)，有高冗余能力，确保该装置具有超高的单粒排种准确率。

另外，本发明还采用了如下防止堵塞的设置：

①由于排种盘离地间隙小，为防止土壤灰尘进入排种器，导致排种通道堵塞，利用专用气路排种后气力疏通，确保排种通道的畅通；

②开沟静盘10保证排种盘离地1cm，防止堵塞。

本发明的一次投种机构利用气吸式精量排种器6，初步获得95％以上的单种率。利用漏播传感器5检测排种孔位的种槽中是否为单粒种子，结合第一电机4瞬时调速，使播种盘在指定的时间(即二次投种机构目标接种的时间)、指定的位置(即该一次投种机构下方的一次投种口)投出单粒种子，实现零漏播。在一次投种机构中，第一电机4连接气吸式精量排种器6，主动驱动气吸式精量排种器6转动，气吸式精量排种器6上开口，安装漏播传感器5，检测排种盘中种子状态。一次投种机构下部与连接机构的接种口7连接，实现两次排种间种子的传递。

本发明的播种装置作业过程如图7所示，第一电机4为气吸取种转盘控制电机，驱动气吸式精量排种器6从种箱取种，获得约95％的单种率。借助于漏播传感器5自动探测排种盘各孔位充种情况，若为多种和无种的情况，自动调节取种盘的速度，将只有单粒种子的孔位对准接种位，确保单粒排种、不漏种。取种盘的最大瞬时转速远大于接种的速度(约10:1)，高冗余能力确保排种准确率。第二电机1为跟随播种机行走速度变化而变化的排种盘控制电机，种子由接种口7下落至两动盘外沿的动盘种槽22内；第二电机1驱动两动盘携种继续转动，当农机行进至排种位置，第二电机1驱动动盘种槽22至排种口，动盘种槽22后的气路连同，重力和气吹共同作用使种子下排；第二电机1驱动已排种的两动盘继续转动，当转至清槽位时，动盘种槽22后的气路连通，气体吹扫种槽。随着行走速度及作业速度的加快，第一电机4和第二电机1加快转速满足快速精密播种的需求。

本发明通过双电机瞬时调速方式，自动识别漏种，自动高速补种，自动零速投种，实现超精密播种，大大减少漏播。利用第二电机精准接种与投种，主动携种运动、在排种位零速播排种、在清槽位吹扫种槽，准备下轮接种，实现自动零速投种。有效解决了传统气吸式精密排种器的漏播问题及种子离开排种器后仍然带速运动的问题。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种双电机实时补种调节播种装置，挂接在播种机上，其特征在于，包括：

机架；

一次投种机构，包括第一电机、气吸式精量排种器和漏播传感器，所述第一电机与所述气吸式精量排种器连接，所述漏播传感器安装在所述气吸式精量排种器上并与所述第一电机连接，所述漏播传感器判断所述气吸式精量排种器的排种孔位是否为单粒种子，并通过所述第一电机控制所述气吸式精量排种器的取种盘转动以确保单粒排种且不漏种；

连接机构，通过接种口与所述气吸式精量排种器的排种口连接，所述接种口通过支架安装在所述机架上；

二次投种机构，安装在所述机架上并与所述连接机构连接，所述二次投种机构包括第二电机和排种盘，所述第二电机控制所述排种盘的线速度与所述播种机的行走速度方向相反且速度值相等，以确保落粒时零速投种；以及

开沟机构，安装在所述机架上并对应于所述二次投种机构设置，所述开沟机构设置有防护结构以保证所述排种盘的排种口与地面保持一设定距离；

其中，所述取种盘的最大瞬时转速大于所述排种盘的瞬时转速，以保证排种准确率；

所述排种盘包括：

中心轴，与所述第二电机连接，所述第二电机通过电机座安装在所述机架上；

第一动盘，安装在所述中心轴上；

第二动盘，与所述第一动盘气密连接，所述第二动盘与所述第一动盘分别为齿轮型结构，所述第一动盘与第二动盘的轮缘上均匀设置有动盘种槽，所述第二动盘的表面设置有轮辐状气槽，每条所述轮辐状气槽内设置有气孔；以及

气室，与所述第二动盘气密连接并分别与压缩空气管路和所述第二动盘的气孔连通；

其中，所述中心轴带动所述第一动盘和第二动盘相对于所述气室转动。

2.如权利要求1所述的双电机实时补种调节播种装置，其特征在于，所述排种盘分别具有一排种位和一清槽位，所述气室相对于所述排种位和清槽位分别设置有气室气孔，所述气室气孔分别与所述排种位和清槽位与所述压缩空气管路和所述第二动盘的气孔连通，以分别实现气吹排种和气吹清槽。

3.如权利要求1或2所述的双电机实时补种调节播种装置，其特征在于，所述排种盘还包括一种子护盘，与所述第一动盘和第二动盘的种槽共同形成输种空间，以使种子由所述接种口输送至所述排种盘的排种口。

4.如权利要求1或2所述的双电机实时补种调节播种装置，其特征在于，所述开沟机构包括：

开沟静盘，安装在所述机架上；以及

开沟动盘，通过开沟轴安装在所述机架上并与相对于所述开沟静盘设置，所述开沟动盘随作业车速自由转动，以实现开沟并清理堵塞在排种口杂物。

5.如权利要求4所述的双电机实时补种调节播种装置，其特征在于，所述开沟静盘为半圆形圆盘结构，位于所述第一动盘、第二动盘和所述气室的外围下方，并分别通过固定前架和固定后架安装在所述机架上。

6.如权利要求4所述的双电机实时补种调节播种装置，其特征在于，所述防护结构为设置在所述开沟静盘下端的单向开口，所述单向开口的高度等于所述设定距离。

7.如权利要求6所述的双电机实时补种调节播种装置，其特征在于，所述设定距离为1cm。

8.一种双电机实时补种调节播种方法，其特征在于，采用上述权利要求1-7中任意一项所述的双电机实时补种调节播种装置，包括如下步骤：

S100、气吸取种，一次投种机构的气吸式精量排种器从种箱吸种，漏播传感器判断所述气吸式精量排种器的排种孔位是否为单粒种子，若是单粒种子则通过第一电机控制所述气吸式精量排种器的取种盘转动至投种位以确保单粒排种且不漏种；

S200、单粒排种输送，所述排种孔位的单粒种子通过连接机构的接种口输送至二次投种机构的动盘种槽中；以及

S300、气吹排种，所述二次投种机构的排种盘通过气路进行气吹排种，第二电机控制所述二次投种机构的排种盘的线速度与播种机的行走速度方向相反且速度值相等，以确保落粒时零速投种，其中，所述取种盘的最大瞬时转速大于所述排种盘的瞬时转速，以保证排种准确率。

9.如权利要求8所述的双电机实时补种调节播种方法，其特征在于，还包括：

S400、种槽清理，通过气路实现气吹清槽，在排完种子后进行气力疏通动盘种槽，保证排种通道的畅通。

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