CN110926850B

CN110926850B - 一种土壤信息采集平台

Info

Publication number: CN110926850B
Application number: CN201911264763.6A
Authority: CN
Inventors: 谭诗逸; 叶云翔; 张成浩; 俞晨良; 许宝玉
Original assignee: Zhejiang Academy of Agricultural Sciences
Current assignee: Zhejiang Academy of Agricultural Sciences
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2021-12-10
Anticipated expiration: 2039-12-11
Also published as: CN110926850A

Abstract

本发明公开了一种土壤信息采集平台，包括底部带有行走轮的移动平台，移动平台的顶部两侧设有相对的直线导轨滑台，两个直线导轨滑台之间设有滑移板，所述滑移板上设有土壤检测机构和土壤采样机构，土壤检测机构包括经轴承设置在滑移板上且竖直向下的花键，花键上经轴套安装有旋转盘，旋转盘上设有侵入式传感器模块；所述滑移板上设有竖直向下的第一液压缸；所述土壤采样机构包括设置滑移板上的第二液压缸，所述第二液压缸的推杆端部设有伸缩块，伸缩块的外侧套设有竖直的采样管。本发明可实现自动化土壤信息和样品采集，并能进行土壤的定深多点测量；此外还实现土壤样品的自动采集和存储。

Description

一种土壤信息采集平台

技术领域

本发明涉及土壤采集技术领域，特别涉及一种土壤信息采集平台。

背景技术

随着生活水平的日益提高，我国人民对于农产品的需求日益增长，粗放的生产模式和稀缺的资源所造成的问题日渐凸显。为了确保农业的可持续发展,节约水资源、降低化肥、农药的使用量,以减轻过度使用农药、化肥对生态环境的污染,必须加快传统粗放农业向现代精细农业的转变。在精细农业的发展道路中，农田土壤信息的获取至关重要。然而传统的土壤信息获取方式虽然能够得到直接准确的数据，但其分析过程通常需要耗费大量人工和资金成本，导致取样频次较低，无法满足精细农业对土壤信息时间和空间上高密度的数据需求。同时，该过程耗时较长，检测结果难以反映土壤的实时状态，无法为精细农业管理提供高时效性的反馈。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种土壤信息采集平台。本发明可实现自动化土壤信息和样品采集，并能进行土壤的定深多点测量；此外还实现土壤样品的自动采集和存储。

本发明的技术方案：一种土壤信息采集平台，包括底部带有行走轮的移动平台，移动平台的顶部两侧设有相对的直线导轨滑台，两个直线导轨滑台之间设有滑移板，所述滑移板上设有土壤检测机构和土壤采样机构，土壤检测机构包括经轴承设置在滑移板上且竖直向下的花键，花键上经轴套安装有旋转盘，旋转盘上设有侵入式传感器模块；所述滑移板上设有竖直向下的第一液压缸，所述花键在位于轴套的顶部套设有与轴套转动连接的旋转筒，旋转筒的外侧设有与第一液压缸的推杆端部固定连接的连接杆；所述滑移板上设有与花键传动连接的驱动机构；所述土壤采样机构包括设置滑移板上的第二液压缸，所述第二液压缸的推杆端部设有伸缩块，伸缩块的外侧套设有竖直的采样管，所述移动平台尾部设有带式输送器，带式输送器上放置有多个直线排列的样品容器，所述移动平台在位于带式输送器上方设有与采样管配合的且与直线导轨滑台平行的支撑架。

上述的土壤信息采集平台中，所述移动平台的底部与直线导轨滑台平行的长导轨，长导轨上滑动设有支撑滑块，支撑滑块经轴承与花键的端部连接；所述支撑滑块的底部经固定架固定有近红外光谱采集模块。

前述的土壤信息采集平台中，所述移动平台的底部前端设有开沟机构，开沟机构包括设置在移动平台底部的犁刀固定架，犁刀固定架上铰接有连杆，连杆上设有犁刀；所述移动平台的底部设有短导轨，所述连杆上铰接有调节杆，调节杆的端部设有与短导轨相配合的滑槽，且调节杆上设有与短导轨相抵触的定位螺栓。

前述的土壤信息采集平台中，所述侵入式传感器模块包括PH传感器模块、水分传感器模块和EC传感器模块。

前述的土壤信息采集平台中，驱动机构包括设置在滑移板上的主动齿轮，所述花键的轴端部设有与主动齿轮啮合的从动齿轮，所述滑移板上设有与主动齿轮传动连接的伺服电机。

前述的土壤信息采集平台中，所述伸缩块包括第二液压缸的推杆端部的中心块，中心块内设有由正向螺杆和反向螺杆组成的驱动螺杆，所述正向螺杆和反向螺杆设有均设有卡块，所述采样管的顶端侧壁上设有与卡块配合的卡口，所述中心块上设有与驱动螺杆平行的限位杆，所述卡块上设有供限位杆穿过的限位孔，所述驱动螺杆上设有从动锥齿轮，所述中心块上设有与从动锥齿轮啮合的主动锥齿轮，所述中心块的背侧设有驱动电机，所述驱动电机的输出轴与主动锥齿轮连接。

前述的土壤信息采集平台中，所述采样管的前端为锥形结构。

前述的土壤信息采集平台中，所述支撑架设有与采样管配合的V型槽。

前述的土壤信息采集平台中，所述滑移板的底部设有采样管导向架，采样管导向架上设有供采样管穿过的导向通孔。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明首先通过直线导轨滑台实现滑移台的前后直线运动，进而对土壤检测机构和土壤采样机构的位置调整，来对土壤测量点的位置进行定位。通过第一液压缸的推动旋转盘沿着花键向下移动，从而实现侵入式传感器模块的上下直线运动，而便于侵入式传感器模块插入到土壤中，来对土壤进行测量。另外可通过驱动旋转盘作旋转运动，在每个测试点完成一次测量后，旋转盘转动一定角度并再次进行测量，重复多次，有效地提高了测试数据的精确性。另外可通过直线导轨滑台实现土壤采样机构的前后直线运动，以保证采样点与插入式测量点为同一测试位置，第二液压缸推杆上设有伸缩块，并置于采样管上端内部，伸缩块伸展时，可将第二液压缸与采样管连为一体，土壤采样时，第二液压缸中的推杆下顶，即采样管下移，插入到土壤测试点内，进行土壤采样，完成采样后，采样管通过直线导轨滑台运动至样品容器上方，并置于支撑架上，则伸缩块收缩，使得伸缩块与采样管可实现相对运动，第二液压缸下顶，利用伸缩块将土壤样品推至样品容器中，卸土后，采样车尾部的带式运输器，将空样品容器移至采样管所在直线上，等待下一步卸土，而所采集的土壤样品通过实验室现有技术进行分析，以填补侵入式传感器未能获取的土壤性状，以及对侵入式传感器测试结果的校正。

2、本发明中移动平台的底部与直线导轨滑台平行的长导轨，长导轨上滑动设有支撑滑块，支撑滑块经轴承与花键的端部连接；所述支撑滑块的底部经固定架固定有近红外光谱采集模块，使得近红外光谱采集模块与土壤检测机构能够同步运动，能够对同一测量点进行测量。

3、本发明中移动平台的底部前端设有开沟机构，开沟机构包括设置在移动平台底部的犁刀固定架，犁刀固定架上铰接有连杆，连杆上设有犁刀；所述移动平台的底部设有短导轨，所述连杆上铰接有调节杆，调节杆的端部设有与短导轨相配合的滑槽，且调节杆上设有与短导轨相抵触的定位螺栓，利用开沟机构对土壤进行开沟，而便于将土壤表面的异物清除掉，方便后续的土壤测量以及采样工作；此外可对通过调节连杆来对犁刀的工作角度进行调节，便于开出不同深度的沟壑。

4、本发明所述伸缩块包括第二液压缸的推杆端部的中心块，中心块内设有由正向螺杆和反向螺杆组成的驱动螺杆，所述正向螺杆和反向螺杆设有均设有卡块，所述采样管的顶端侧壁上设有与卡块配合的卡口，所述中心块上设有与驱动螺杆平行的限位杆，所述卡块上设有供限位杆穿过的限位孔，所述驱动螺杆上设有从动锥齿轮，所述中心块上设有与从动锥齿轮啮合的主动锥齿轮，所述中心块的背侧设有驱动电机，所述驱动电机的输出轴与主动锥齿轮连接，通过驱动电机带动驱动螺杆转动，实现对正向螺杆和反向螺杆的转动，使得卡块可沿着正向螺杆或反向螺杆移动，实现伸缩，而便于伸缩块与采样管之间的定位和分离。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是移动平台的内部结构示意图；

图3是土壤检测机构的结构示意图；

图4是土壤采样机构的结构示意图；

图5是开沟机构的结构示意图；

图6是伸缩块的结构示意图。

1、移动平台；2、行走轮；3、直线导轨滑台；4、滑移板；5、土壤检测机构；6、土壤采样机构；7、花键；8、轴套；9、旋转盘；10、侵入式传感器模块；11、第一液压缸；12、旋转筒；13、连接杆；14、第二液压缸；15、伸缩块；16、采样管；17、带式输送器；18、样品容器；19、支撑架；20、长导轨；21、支撑滑块；22、固定架；23、近红外光谱采集模块；24、犁刀固定架；25、连杆；26、犁刀；27、短导轨；28、调节杆；29、主动齿轮；30、从动齿轮；31、伺服电机；32、中心块；33.正向螺杆；34、反向螺杆；35、卡块；36、卡口；37、限位杆；38、限位孔；39、从动锥齿轮；40、主动锥齿轮；41、采样管导向架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例：一种土壤信息采集平台，如图1-6所示，包括底部带有行走轮2的移动平台1，移动平台1的顶部两侧设有相对的直线导轨滑台3，两个直线导轨滑台3之间设有滑移板4，所述滑移板4上设有土壤检测机构5和土壤采样机构6，土壤检测机构5包括经轴承设置在滑移板4上且竖直向下的花键7，花键7上经轴套8安装有旋转盘9，旋转盘9上设有侵入式传感器模块10；所述滑移板4上设有竖直向下的第一液压缸11，所述花键7在位于轴套8的顶部套设有与轴套8转动连接的旋转筒12，旋转筒12的外侧设有与第一液压缸11的推杆端部固定连接的连接杆13；所述滑移板4上设有与花键7传动连接的驱动机构；所述土壤采样机构6包括设置滑移板4上的第二液压缸14，所述第二液压缸14的推杆端部设有伸缩块15，伸缩块15的外侧套设有竖直的采样管16，所述移动平台1尾部设有带式输送器17，带式输送器17上放置有多个直线排列的样品容器18，所述移动平台1在位于带式输送器17上方设有与采样管16配合的且与直线导轨滑台3平行的支撑架19。本发明首先通过直线导轨滑台3实现滑移台的前后直线运动，进而对土壤检测机构5和土壤采样机构6的位置调整，来对土壤测量点的位置进行定位。通过第一液压缸11的推动旋转盘9沿着花键7向下移动，从而实现侵入式传感器模块10的上下直线运动，而便于侵入式传感器模块10插入到土壤中，来对土壤进行测量。另外可通过驱动旋转盘9作旋转运动，在每个测试点完成一次测量后，旋转盘9转动一定角度并再次进行测量，重复多次，有效地提高了测试数据的精确性。另外可通过直线导轨滑台3实现土壤采样机构6的前后直线运动，以保证采样点与插入式测量点为同一测试位置，第二液压缸14推杆上设有伸缩块15，并置于采样管16上端内部，伸缩块15伸展时，可将第二液压缸14与采样管16连为一体，土壤采样时，第二液压缸14中的推杆下顶，即采样管16下移，插入到土壤测试点内，进行土壤采样，完成采样后，采样管16通过直线导轨滑台3运动至样品容器18上方，并置于支撑架19上，则伸缩块15收缩，使得伸缩块15与采样管16可实现相对运动，第二液压缸14下顶，利用伸缩块15将土壤样品推至样品容器18中，卸土后，采样车尾部的带式运输器，将空样品容器18移至采样管16所在直线上，等待下一步卸土，而所采集的土壤样品通过实验室现有技术进行分析，以填补侵入式传感器未能获取的土壤性状，以及对侵入式传感器测试结果的校正。

如图2所示，所述移动平台1的底部与直线导轨滑台3平行的长导轨20，长导轨20上滑动设有支撑滑块21，支撑滑块21经轴承与花键7的端部连接；所述支撑滑块21的底部经固定架22固定有近红外光谱采集模块23，使得近红外光谱采集模块23与土壤检测机构5能够同步运动，能够对同一测量点进行测量。

如图5所示，所述移动平台1的底部前端设有开沟机构，开沟机构包括设置在移动平台1底部的犁刀固定架24，犁刀固定架24上铰接有连杆25，连杆25上设有犁刀26；所述移动平台1的底部设有短导轨27，所述连杆25上铰接有调节杆28，调节杆28的端部设有与短导轨27相配合的滑槽，且调节杆28上设有与短导轨27相抵触的定位螺栓，利用开沟机构对土壤进行开沟，而便于将土壤表面的异物清除掉，方便后续的土壤测量以及采样工作；此外可对通过调节连杆25来对犁刀26的工作角度进行调节，便于开出不同深度的沟壑。

所述侵入式传感器模块10包括PH传感器模块、水分传感器模块和EC传感器模块。

所述驱动机构包括设置在滑移板4上的主动齿轮29，所述花键7的轴端部设有与主动齿轮29啮合的从动齿轮30，所述滑移板4上设有与主动齿轮29传动连接的伺服电机31。

如图6所示，所述伸缩块15包括第二液压缸14的推杆端部的中心块32，中心块32内设有由正向螺杆33和反向螺杆34组成的驱动螺杆，所述正向螺杆33和反向螺杆34设有均设有卡块35，所述采样管16的顶端侧壁上设有与卡块35配合的卡口36，所述中心块32上设有与驱动螺杆平行的限位杆37，所述卡块35上设有供限位杆37穿过的限位孔38，所述驱动螺杆上设有从动锥齿轮39，所述中心块32上设有与从动锥齿轮39啮合的主动锥齿轮40，所述中心块32的背侧设有驱动电机，所述驱动电机的输出轴与主动锥齿轮40连接，通过驱动电机带动驱动螺杆转动，实现对正向螺杆和反向螺杆的转动，使得卡块可沿着正向螺杆或反向螺杆移动，实现伸缩，而便于伸缩块15与采样管16之间的定位和分离。

所述采样管16的前端为锥形结构，便于进行卸土。

所述支撑架19设有与采样管16配合的V型槽，来对采样管16进行定位。

所述滑移板4的底部设有采样管导向架41，采样管导向架41上设有供采样管16穿过的导向通孔，起到了导向的作用，使得采样管16沿着采样管导向架41作竖直直线运动。

本发明首先通过直线导轨滑台3实现滑移台的前后直线运动，进而对土壤检测机构5和土壤采样机构6的位置调整，来对土壤测量点的位置进行定位。通过第一液压缸11的推动旋转盘9沿着花键7向下移动，从而实现侵入式传感器模块10的上下直线运动，而便于侵入式传感器模块10插入到土壤中，来对土壤进行测量。另外可通过驱动旋转盘9作旋转运动，在每个测试点完成一次测量后，旋转盘9转动一定角度并再次进行测量，重复多次，有效地提高了测试数据的精确性。另外可通过直线导轨滑台3实现土壤采样机构6的前后直线运动，以保证采样点与插入式测量点为同一测试位置，第二液压缸14推杆上设有伸缩块15，并置于采样管16上端内部，伸缩块15伸展时，可将第二液压缸14与采样管16连为一体，土壤采样时，第二液压缸14中的推杆下顶，即采样管16下移，插入到土壤测试点内，进行土壤采样，完成采样后，采样管16通过直线导轨滑台3运动至样品容器18上方，并置于支撑架19上，则伸缩块15收缩，使得伸缩块15与采样管16可实现相对运动，第二液压缸14下顶，利用伸缩块15将土壤样品推至样品容器18中，卸土后，采样车尾部的带式运输器，将空样品容器18移至采样管16所在直线上，等待下一步卸土，而所采集的土壤样品通过实验室现有技术进行分析，以填补侵入式传感器未能获取的土壤性状，以及对侵入式传感器测试结果的校正。

Claims

1.一种土壤信息采集平台，其特征在于：包括底部带有行走轮（2）的移动平台（1），移动平台（1）的顶部两侧设有相对的直线导轨滑台（3），两个直线导轨滑台（3）之间设有滑移板（4），所述滑移板（4）上设有土壤检测机构（5）和土壤采样机构（6），土壤检测机构（5）包括经轴承设置在滑移板（4）上且竖直向下的花键（7），花键（7）上经轴套（8）安装有旋转盘（9），旋转盘（9）上设有侵入式传感器模块（10）；所述滑移板（4）上设有竖直向下的第一液压缸（11），所述花键（7）在位于轴套（8）的顶部套设有与轴套（8）转动连接的旋转筒（12），旋转筒（12）的外侧设有与第一液压缸（11）的推杆端部固定连接的连接杆（13）；所述滑移板（4）上设有与花键（7）传动连接的驱动机构；所述土壤采样机构（6）包括设置于滑移板（4）上的第二液压缸（14），所述第二液压缸（14）的推杆端部设有伸缩块（15），伸缩块（15）的外侧套设有竖直的采样管（16），所述移动平台（1）尾部设有带式输送器（17），带式输送器（17）上放置有多个直线排列的样品容器（18），所述移动平台（1）在位于带式输送器（17）上方设有与采样管（16）配合的且与直线导轨滑台（3）平行的支撑架（19）；

所述移动平台（1）的底部设有与直线导轨滑台（3）平行的长导轨（20），长导轨（20）上滑动设有支撑滑块（21），支撑滑块（21）经轴承与花键（7）的端部连接；所述支撑滑块（21）的底部经固定架（22）固定有近红外光谱采集模块（23）；

所述伸缩块（15）包括第二液压缸（14）的推杆端部的中心块（32），中心块（32）内设有由正向螺杆（33）和反向螺杆（34）组成的驱动螺杆，所述正向螺杆（33）和反向螺杆（34）均设有卡块（35），所述采样管（16）的顶端侧壁上设有与卡块（35）配合的卡口（36），所述中心块（32）上设有与驱动螺杆平行的限位杆（37），所述卡块（35）上设有供限位杆（37）穿过的限位孔（38），所述驱动螺杆上设有从动锥齿轮（39），所述中心块（32）上设有与从动锥齿轮（39）啮合的主动锥齿轮（40），所述中心块（32）的背侧设有驱动电机，所述驱动电机的输出轴与主动锥齿轮（40）连接。

2.根据权利要求1所述的土壤信息采集平台，其特征在于：所述移动平台（1）的底部前端设有开沟机构，开沟机构包括设置在移动平台（1）底部的犁刀固定架（24），犁刀固定架（24）上铰接有连杆（25），连杆（25）上设有犁刀（26）；所述移动平台（1）的底部设有短导轨（27），所述连杆（25）上铰接有调节杆（28），调节杆（28）的端部设有与短导轨（27）相配合的滑槽，且调节杆（28）上设有与短导轨（27）相抵触的定位螺栓。

3.根据权利要求1所述的土壤信息采集平台，其特征在于：所述侵入式传感器模块（10）包括PH传感器模块、水分传感器模块和EC传感器模块。

4.根据权利要求1所述的土壤信息采集平台，其特征在于：所述驱动机构包括设置在滑移板（4）上的主动齿轮（29），所述花键（7）的轴端部设有与主动齿轮（29）啮合的从动齿轮（30），所述滑移板（4）上设有与主动齿轮（29）传动连接的伺服电机（31）。

5.根据权利要求1所述的土壤信息采集平台，其特征在于：所述采样管（16）的前端为锥形结构。

6.根据权利要求5所述的土壤信息采集平台，其特征在于：所述支撑架（19）设有与采样管（16）配合的V型槽。

7.根据权利要求1所述的土壤信息采集平台，其特征在于：所述滑移板（4）的底部设有采样管导向架（41），采样管导向架（41）上设有供采样管（16）穿过的导向通孔。