CN110214637B - 一种对草坪根系外露精细化养护设备 - Google Patents

Abstract

一种对草坪根系外露精细化养护设备，包括负载车体，该负载车体上设有覆沙机构及打孔机构，所述覆沙机构包括沙箱、排沙辊、伺服控制器及伺服电机，所述沙箱设有出沙口及辊座，所述排沙辊封闭出沙口并与辊座旋转配合，该排沙辊外周面上围绕轴心等分设置有若干个凹槽，所述若干个凹槽容积一致，所述伺服电机与辊座固定连接并与排沙辊联动配合，驱动排沙辊周转，由凹槽将沙箱内的沙子排出，所述打孔机构包括机架、若干个打孔臂组、气缸控制器及若干个气缸电磁阀，在气缸驱动钻头进入土层后，取土孔套取土壤，土壤挤压排土活塞移动至连接端一侧，伺服电机周转，驱动取土孔孔口处的切割齿环切，割断老根，然后气缸提升钻头，留下孔洞。

Description

一种对草坪根系外露精细化养护设备

技术领域

本发明涉及草坪养护设备领域，具体涉及完成草坪养护工作的智能设备。

背景技术

草坪不仅满足现代化城市绿化需求，也是足球、高尔夫等运动场地刚需。草坪并非建成后就可以一劳永逸，而是需要不断的进行维护。草坪维护一般分为修剪、灌溉、覆沙、枯草层控制、打孔、交播作业、杂草病虫害防治、施肥等多项内容。

其中运动场地的草坪养护最为困难，由于运动草坪不同于绿化草坪，会遭受更加剧烈的外部冲击，草坪表面容易形成坑洼、斑秃等现象，局部土表露出，植被死亡。如果养护工作毫不区分对待，会造成草坪整体不协调，甚至对运动过程造成负面影响。

因此，在草坪使用一段时间后，如果出现频繁活动和自然逆境因素造成的根系外露、土表凹凸不平现象，为了维护草坪的正常生长和发育，就要进行覆沙作业。覆沙就是将沙子或沙肥混合物覆盖在草坪表面的一种作业，覆沙能够填补土表、维护草坪生长。特别是高尔夫球场中，对覆沙频率和要求极高，通常3-4周一次，每次覆沙厚度1.5-3毫米。

而且，为了解决草坪土壤紧实度问题，还需要进行打孔作业，打孔作业就是利用设备在土中留下孔洞，孔洞的形成使水、气、肥、农药等更容易进入根系层，根深则苗壮。打孔通气不仅可以改良土壤的物理性状，还可以切断老根，给新根生长创造空间，防止草坪老化，增强施肥效果，限制扎槽生长，调节草坪密度，提高质量。

然而现有的草坪养护设备，在进行覆沙、打孔等工作时，只能单纯完成工作，却无法对工作进行精细化控制，例如覆沙就单纯的喷砂，打孔就无差别打孔，完全忽略了草坪局部密度情况的影响。

发明内容

本发明为了解决上述技术的不足，提供了一种可以精准控制覆沙量和打孔质量的草坪养护设备。本发明的技术方案：一种对草坪根系外露精细化养护设备，包括负载车体，该负载车体上设有覆沙机构及打孔机构，所述覆沙机构包括沙箱、排沙辊、伺服控制器及伺服电机，所述沙箱设有出沙口及辊座，所述排沙辊封闭出沙口并与辊座旋转配合，该排沙辊外周面上围绕轴心等分设置有若干个凹槽，所述若干个凹槽容积一致，所述伺服电机与辊座固定连接并与排沙辊联动配合，驱动排沙辊周转，由凹槽将沙箱内的沙子排出，所述伺服控制器控制排沙辊周转圈数，所述覆沙机构通过排沙辊圈数与凹槽容积计算排沙量；

所述打孔机构包括机架、若干个打孔臂组、气缸控制器及若干个气缸电磁阀，所述打孔臂组包括同轴设置的伺服电机、气缸、钻头，及伺服控制器，所述伺服电机的输出轴设有周转托盘，所述气缸与周转托盘固定连接，所述钻头包括连接端及打孔端，所述连接端与气缸的活塞杆连接，该连接端设有排土孔，所述打孔端设有取土孔，该取土孔孔口处设有切割齿，所述取土孔内设有沿轴向滑动的排土活塞，该排土活塞朝向连接端一侧设有顶杆，所述顶杆穿过排土孔朝向气缸。

采用上述技术方案，通过负载车体的设置，方便操作人员驱动覆沙机构、打孔机构在大面积草坪上移动。设置的覆沙机构，通过设置的排沙辊将出沙口封闭后，在伺服电机不驱动排沙辊周转时，沙子不会排除。在排沙辊周转时，排沙辊的外周面，一部分处于出沙口内，部分露出在出沙口外。出沙口内的沙子进入排沙辊内的凹槽，由凹槽带出，洒在草坪上。

由于排沙辊上各凹槽均围绕轴心等分设置，且容积相同。操作人员便可以通过容积乘以圈数来计算排出的沙子体量。根据当前草坪疏密情况的不同，灵活地通过伺服控制器控制伺服电机旋转圈数，以覆盖不同厚度的沙子，精细化养护工作，且节省了沙子。

常规的草坪打孔，在打孔后会留下成排坑洞，不利于美观。本发明设置的打孔机构，在气缸驱动钻头进入土层后，取土孔套取土壤，土壤挤压排土活塞移动至连接端一侧，伺服电机周转，驱动取土孔孔口处的切割齿环切，割断老根，然后气缸提升钻头，留下孔洞。在提升过程中，钻头逐渐靠近气缸，这时气缸与排土活塞的顶杆接触，挤压顶杆，排土活塞受力向打孔端一侧移动，将取土孔内的土壤排出，在排出过程中，土壤经过切割齿拦截，被切割齿分割成细碎土粒，洒落在孔洞上方。

这样设置的打孔机构在有效完成草坪打孔工作的同时，避免了草坪留下痕迹明显的孔洞，而且被切割齿分割的细碎土粒，在自由洒落下后，间隙大，土质松软，水、气、肥、农药等能够容易进入根系层，一举两得。

本发明的进一步设置：所述负载车体上为遥控车体，包括电源模块、驱动模块及遥控模块，该遥控包括处理芯片、LORA发射器、LORA网关，所述处理芯片分别与伺服控制器、气缸控制器、驱动模块、电源模块信号、LORA发射器、LORA网关信号连接，该处理芯片通过LORA发射器、LORA网关接收远程指令。

采用上述技术方案，虽然手动控制负载车体也可以，但考虑运动草坪一般面积巨大，将负载车体设置为遥控车体，可以避免操作人员全程跟随日晒的辛苦。操作人员可以通过LORA发射器作为信号传输方案，利用手持遥控器或者笔记本作为遥控手段。

LoRa使用线性调频扩频调制技术，保持了低功耗的同时，明显增加了通信距离和网络效率，并消除了干扰，达到即使使用相同频率同时发送也不会产生相互干扰。

可遥控的驱动模块、电源模块与常规遥控车辆没有区别，不再复述。

本发明的进一步设置：所述草坪养护设备还包括云端应用服务器，所述负载车体上还包括摄像头，该摄像拍摄车体行进路径图像，通过处理芯片、LORA网关发送至云端应用服务器。

采用上述技术方案，当操作人员近距离控制时，可以通过人眼分辨草坪疏密情况，决定覆沙量、和打不打孔，打多大孔。而在远程遥控后，操作人员就需要摄像头拍摄图像以供参考。更进一步的，当遥控车体完全程序化控制时，便需要程序识别当初草坪疏密度，利用摄像拍摄图片上传至应用服务器，服务器将图像进行二值化、腐蚀等预处理，然后对提取的图像进行轮廓提取及填充，再对填充图像进行细化、去毛刺，接着将骨架图像与填充图像相结合，最后对结合后的图像根据草叶的长度和宽度比这两个特征进行识别，与预设草坪密度数值对比，选择是否启动、选择启动覆沙、打孔机构。（现有技术参见《基于图像的草坪场景分析》，浙江理工大学机械与自动控制学院，陆溪。分类号：TP391.41）

本发明的进一步设置：所述负载车体上还设有检测臂组，该检测臂组包括气缸、气缸控制器、电磁阀及土壤湿度传感器，所述气缸与土壤湿度传感器联动配合，驱动土壤湿度传感器深入土层，该土壤湿度传感器与处理芯片信号连接。

采用上述技术方案，草坪养护工作中，浇水是有标准的，每次浇水要浇足、浇透，一般水要渗透土壤15至20毫米为宜，还会根据环境因素进行调节。在负载车体上设置检测臂组，进行工程中，驱动土壤湿度传感器深入土层进行检测湿度，反馈检测信号给操作人员，方便调控浇水量。

所述负载车体上还设有检测臂组，该检测臂所述若干个打孔臂组的钻头与气缸活塞杆之间可拆卸地固定连接，各打孔臂组的钻头直径各不相同。

采用上述技术方案，在草坪疏密度不同时，打孔的深度、直径都要对应调整，设置不同的钻头规格，方便根据情况选择启动对应规格的钻头。

本发明的进一步设置：所述沙箱内设有储沙腔，该储沙腔底面呈斜坡设置，包括较高端及较低端，所述出沙口设置于较低端一侧。

采用上述技术方案，通过将储沙腔底面设置为斜坡状，让砂子自然向较低端的出沙口移动，自动落入排沙辊的凹腔。

附图说明

图1为本发明实施例的结构图；

图2为本发明实施例的爆炸图；

图3为本发明实施例的剖视图；

图4为本发明实施例的打孔机构爆炸图；

图5为本发明实施例的钻头剖视图。

具体实施方式

如图1-5所示，一种对草坪根系外露精细化养护设备，包括负载车体1，该负载车体1上设有覆沙机构2及打孔机构3，所述覆沙机构2包括沙箱21、排沙辊22、伺服控制器及伺服电机23，所述沙箱21设有出沙口211及辊座212，所述排沙辊22封闭出沙口211并与辊座212旋转配合，该排沙辊22外周面上围绕轴心等分设置有若干个凹槽221，所述若干个凹槽221容积一致，所述伺服电机23与辊座212固定连接并与排沙辊22联动配合，驱动排沙辊22周转，由凹槽221将沙箱21内的沙子排出，所述伺服控制器控制排沙辊22周转圈数，所述覆沙机构2通过排沙辊22圈数与凹槽221容积计算排沙量；

所述打孔机构3包括机架31、若干个打孔臂组32、气缸321控制器及若干个气缸321电磁阀，所述打孔臂组32包括同轴设置的伺服电机23、气缸321、钻头4，及伺服控制器，所述伺服电机23的输出轴设有周转托盘231，所述气缸321与周转托盘231固定连接，所述钻头4包括连接端41及打孔端42，所述连接端41与气缸321的活塞杆43连接，该连接端41设有排土孔411，所述打孔端42设有取土孔421，该取土孔421孔口处设有切割齿422，所述取土孔421内设有沿轴向滑动的排土活塞43，该排土活塞43朝向连接端41一侧设有顶杆431，所述顶杆431穿过排土孔411朝向气缸321。

通过负载车体1的设置，方便操作人员驱动覆沙机构2、打孔机构3在大面积草坪上移动。设置的覆沙机构2，通过设置的排沙辊22将出沙口211封闭后，在伺服电机23不驱动排沙辊22周转时，沙子不会排除。在排沙辊22周转时，排沙辊22的外周面，一部分处于出沙口211内，部分露出在出沙口211外。出沙口211内的沙子进入排沙辊22内的凹槽221，由凹槽221带出，洒在草坪上。

由于排沙辊22上各凹槽221均围绕轴心等分设置，且容积相同。操作人员便可以通过容积乘以圈数来计算排出的沙子体量。根据当前草坪疏密情况的不同，灵活地通过伺服控制器控制伺服电机23旋转圈数，以覆盖不同厚度的沙子，精细化养护工作，且节省了沙子。

常规的草坪打孔，在打孔后会留下成排坑洞，不利于美观。本发明设置的打孔机构3，在气缸321驱动钻头4进入土层后，取土孔421套取土壤，土壤挤压排土活塞43移动至连接端41一侧，伺服电机23周转，驱动取土孔421孔口处的切割齿422环切，割断老根，然后气缸321提升钻头4，留下孔洞。在提升过程中，钻头4逐渐靠近气缸321，这时气缸321与排土活塞43的顶杆431接触，挤压顶杆431，排土活塞43受力向打孔端42一侧移动，将取土孔421内的土壤排出，在排出过程中，土壤经过切割齿422拦截，被切割齿422分割成细碎土粒，洒落在孔洞上方。

这样设置的打孔机构3在有效完成草坪打孔工作的同时，避免了草坪留下痕迹明显的孔洞，而且被切割齿422分割的细碎土粒，在自由洒落下后，间隙大，土质松软，水、气、肥、农药等能够容易进入根系层，一举两得。

所述负载车体1上为遥控车体，包括电源模块、驱动模块及遥控模块，该遥控包括处理芯片、LORA发射器、LORA网关，所述处理芯片分别与伺服控制器、气缸321控制器、驱动模块、电源模块信号、LORA发射器、LORA网关信号连接，该处理芯片通过LORA发射器、LORA网关接收远程指令。

虽然手动控制负载车体1也可以，但考虑运动草坪一般面积巨大，将负载车体1设置为遥控车体，可以避免操作人员全程跟随日晒的辛苦。操作人员可以通过LORA发射器作为信号传输方案，利用手持遥控器或者笔记本作为遥控手段。

LoRa使用线性调频扩频调制技术，保持了低功耗的同时，明显增加了通信距离和网络效率，并消除了干扰，达到即使使用相同频率同时发送也不会产生相互干扰。

可遥控的驱动模块、电源模块与常规遥控车辆没有区别，不再复述。

所述草坪养护设备还包括云端应用服务器，所述负载车体1上还包括摄像头，该摄像拍摄车体行进路径图像，通过处理芯片、LORA网关发送至云端应用服务器。

当操作人员近距离控制时，可以通过人眼分辨草坪疏密情况，决定覆沙量、和打不打孔，打多大孔。而在远程遥控后，操作人员就需要摄像头拍摄图像以供参考。更进一步的，当遥控车体完全程序化控制时，便需要程序识别当初草坪疏密度，利用摄像拍摄图片上传至应用服务器，服务器将图像进行二值化、腐蚀等预处理，然后对提取的图像进行轮廓提取及填充，再对填充图像进行细化、去毛刺，接着将骨架图像与填充图像相结合，最后对结合后的图像根据草叶的长度和宽度比这两个特征进行识别，与预设草坪密度数值对比，选择是否启动、选择启动覆沙、打孔机构3。（现有技术参见《基于图像的草坪场景分析》，浙江理工大学机械与自动控制学院，陆溪。分类号：TP391.41）

所述负载车体1上还设有检测臂组，该检测臂组包括气缸321、气缸321控制器、电磁阀及土壤湿度传感器6，所述气缸321与土壤湿度传感器6联动配合，驱动土壤湿度传感器6深入土层，该土壤湿度传感器6与处理芯片信号连接。

草坪养护工作中，浇水是有标准的，每次浇水要浇足、浇透，一般水要渗透土壤15至20毫米为宜，还会根据环境因素进行调节。在负载车体1上设置检测臂组，进行工程中，驱动土壤湿度传感器6深入土层进行检测湿度，反馈检测信号给操作人员，方便调控浇水量。

所述负载车体1上还设有检测臂组，该检测臂所述若干个打孔臂组32的钻头4与气缸321活塞杆43之间可拆卸地固定连接，各打孔臂组32的钻头4直径各不相同。

在草坪疏密度不同时，打孔的深度、直径都要对应调整，设置不同的钻头4规格，方便根据情况选择启动对应规格的钻头4。

所述沙箱21内设有储沙腔，该储沙腔底面213呈斜坡设置，包括较高端及较低端214，所述出沙口211设置于较低端214一侧。

通过将储沙腔底面213设置为斜坡状，让砂子自然向较低端214的出沙口211移动，自动落入排沙辊22的凹腔。

Claims (3)

1.一种对草坪根系外露精细化养护设备，其特征在于：包括负载车体，该负载车体上设有覆沙机构及打孔机构，所述覆沙机构包括沙箱、排沙辊、伺服控制器及伺服电机，所述沙箱设有出沙口及辊座，所述排沙辊封闭出沙口并与辊座旋转配合，该排沙辊外周面上围绕轴心等分设置有若干个凹槽，所述若干个凹槽容积一致，所述伺服电机与辊座固定连接并与排沙辊联动配合，驱动排沙辊周转，由凹槽将沙箱内的沙子排出，所述伺服控制器控制排沙辊周转圈数，所述覆沙机构通过排沙辊圈数与凹槽容积计算排沙量；

所述打孔机构包括机架、若干个打孔臂组、气缸控制器及若干个气缸电磁阀，所述打孔臂组包括同轴设置的伺服电机、气缸、钻头，及伺服控制器，所述打孔臂组的伺服电机的输出轴设有周转托盘，所述气缸与周转托盘固定连接，所述钻头包括连接端及打孔端，所述连接端与气缸的活塞杆连接，该连接端设有排土孔，所述打孔端设有取土孔，该取土孔孔口处设有切割齿，所述取土孔内设有沿轴向滑动的排土活塞，该排土活塞朝向连接端一侧设有顶杆，所述顶杆穿过排土孔朝向气缸；

所述负载车体为遥控车体，包括电源模块、驱动模块及遥控模块，该遥控模块包括处理芯片、LORA发射器、LORA网关，所述处理芯片分别与覆沙机构的伺服控制器、打孔机构的伺服控制器、气缸控制器、驱动模块、电源模块、LORA发射器、LORA网关信号连接，该处理芯片通过LORA发射器、LORA网关接收远程指令；

所述草坪根系外露精细化养护设备还包括云端应用服务器，所述负载车体上还包括摄像头，该摄像头拍摄车体行进路径图像，通过处理芯片、LORA网关发送至云端应用服务器；

所述负载车体上还设有检测臂组，该检测臂组包括气缸、气缸控制器、电磁阀及土壤湿度传感器，所述检测臂组的气缸与土壤湿度传感器联动配合，驱动土壤湿度传感器深入土层，该土壤湿度传感器与处理芯片信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种对草坪根系外露精细化养护设备，其特征在于：所述若干个打孔臂组的钻头与气缸活塞杆之间可拆卸地固定连接，各打孔臂组的钻头直径各不相同。

3.根据权利要求1所述的一种对草坪根系外露精细化养护设备，其特征在于：所述沙箱内设有储沙腔，该储沙腔底面呈斜坡设置，包括较高端及较低端，所述出沙口设置于较低端一侧。

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