CN111955069A - 一种仿形株间除草机构、除草装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种仿形株间除草机构、除草装置及方法，包括能够转动的转盘，转盘设有多个除草组件，除草组件包括外壳，外壳连接有升降机构，升降机构与连杆的顶端连接，连杆的底端转动连接有弹齿，弹齿设有第一触碰块，外壳设有第二触碰块，弹齿升降时，能够在第一触碰块和第二触碰块的触碰作用下摆动，所述外壳还安装有摄像头，本发明的除草机构能够有效避免对幼苗的损伤。

Description

一种仿形株间除草机构、除草装置及方法

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，具体涉及一种仿形株间除草机构、除草装置及方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

利用弹齿末端在土壤表层滑动除草是机械除草的一种方式，发明人发现，传统的弹齿式机械除草是在土表形成具有固定参数的余摆线轨迹，无法智能识别种苗而避开，该现象导致的伤苗率高居不下；并且传统弹齿末端是在一个固定平面上旋转除草，而实际上农田并不是平地，农田的地形是由苗垄的形状和分布构成，固定平面式的除草不能随垄台高度的变化而变化，因此在苗垄上会导致弹齿端部入土过深，对土层扰动过大，并且经过深层扰动后的土壤紧实度受到严重影响，不利于植物根系与土壤进行物质与能量的交换，甚至会导致垄台上的幼苗无法存活。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种仿形株间除草机构，除草时能够有效避开种苗，避免了对种苗上损伤。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明的实施例提供了一种仿形株间除草机构，包括能够转动的转盘，转盘设有多个除草组件，除草组件包括外壳，外壳连接有升降机构，升降机构与连杆的顶端连接，连杆的底端转动连接有弹齿，弹齿设有第一触碰块，外壳设有第二触碰块，弹齿升降时，能够在第一触碰块和第二触碰块的触碰作用下摆动，所述外壳还安装有摄像头。

结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述连杆与弹齿之间设有弹性件，所述弹性件用于对连杆和弹齿进行复位，使得弹齿和连杆保持同轴竖向设置。

结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述转盘上方设有能够做与转盘等速反向转动的圆柱凸轮，所述圆柱凸轮外周面设有与苗垄形状相匹配的凹槽，除草组件的外壳设有随动机构，所述随动机构端部嵌入所述凹槽中，圆柱凸轮能够与转盘做等速反向转动，使得外壳能够在凹槽的作用下沿设置在转盘上的导杆做升降运动。

结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述圆柱凸轮穿过有固定设置的主轴，主轴底端穿过转盘并设有限位机构，限位机构对转盘进行支撑，圆柱凸轮底端通过第一传动机构与转盘连接，圆柱凸轮及转盘能够通过第一传动机构做反向等速转动。

结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述第一传动机构包括与圆柱凸轮固定连接的第一锥齿轮及与转盘固定连接的第三锥齿轮，第一锥齿轮及第三锥齿轮均与第二锥齿轮相啮合，第二锥齿轮固定在主轴且与主轴垂直的连接轴转动连接，第一锥齿轮和第三锥齿轮规格相同。

结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述圆柱凸轮顶端通过第二传动机构与转动驱动件连接，转动驱动件能够通过第二传动机构带动主轴转动。

结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述升降机构包括固定在外壳的升降驱动件，所述升降驱动件与升降齿轮连接，升降齿轮与升降齿条相啮合，升降齿条与外壳滑动连接，升降齿条底端与连杆固定连接。

结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述第一触碰块及第二触碰块用于触碰的端面为圆弧面。

第二方面，本发明的实施例提供了一种除草装置，包括行走机构，所述行走机构安装有所述的仿形株间除草机构。

第三方面，本发明的实施例提供了一种除草装置的工作方法：行走机构带动除草机构运动，转盘转动，弹齿末端沿余摆线轨迹运动，进行除草，当摄像件采集到幼苗图像时，升降机构带动连杆上升，同时弹齿上升，在第一触碰块和第二触碰块的作用下，弹齿绕连杆底端转动，避开幼苗。

本发明的有益效果：

1.本发明的除草机构，具有摄像头、升降机构、连杆、第一触碰块和第二触碰块，弹齿与连杆转动连接，摄像头能够采集幼苗的图像，进而升降机构能够通过连杆带动弹齿上升，弹齿上升的同时能够利用第一触碰块和第二触碰块绕连杆底端摆动，避开幼苗，从而避免了对幼苗的损伤，降低了伤苗率。

2.本发明的除草机构，具有圆柱凸轮、随动机构及设置在圆柱凸轮表面的凹槽，能够使得转盘和圆柱凸轮相对转动过程中，除草组件的外壳带动弹齿做升降运动，使得弹齿能够随垄台高度的变化而变化，避免了传统的弹齿时除草机弹齿高度无法变化造成的入土过深，对土层扰动过大的缺陷。

3.本发明的除草机构，具有第一传动机构，使得圆柱凸轮和转盘能够做等速反向运动，使得弹齿的运动满足了在除草过程中圆盘转一周在田垄上经历来回两次苗垄的情况，避免了在圆柱凸轮上设置两个与苗垄曲线相匹配的凹槽造成的圆柱凸轮直径过大、体积重量增加，导致弹齿离转盘中心距离过大，与垄宽度不符的缺陷。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例1整体结构轴测示意图一；

图2为本发明实施例1整体结构轴测示意图二；

图3为本发明实施例1整体结构主视图；

图4为本发明实施例1升降机构结构示意图；

图5为本发明实施例1连杆、弹齿及弹性件装配示意图；

其中，1.转盘，1-1.缺口，2.平板，3.弧形板，4.顶板，5.底板，5-1.开槽，6.升降电机，7.电机座，8.升降齿轮，9.升降齿条，10.齿条滑轨，11.连杆，12.销钉联轴器，13.第一触碰块，14.第二触碰块，15.双头扭簧，16.三通，17.限位螺栓，18.摄像头盒，19.主轴，20.固定板，21.推力轴承，22.开槽螺母，23.开口销，24.圆柱凸轮，24-1.凹槽，25.随动杆，26.随动轮，27.导杆，28.直线轴承，29.第一锥齿轮，30.第二锥齿轮，31.第三锥齿轮，32.转动电机，33.第一齿轮，34.联轴器，35.连接螺栓，36.第二齿轮。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，现有的弹齿式除草机容易对幼苗造成损伤，且弹齿不能随垄台高度变化而调整其高度，针对上述问题，本申请提出了一种仿形株间除草机构。

本申请的一种典型实施方式实施例1中，如图1-图5所示，一种仿形株间除草机构，包括转盘1，所述转盘上设置有多组除草组件，本实施例中，所述转盘上设置三组除草组件，三组除草组件沿转盘所在圆周均匀分布，三组除草组件的结构完全相同，所述转盘能够转动，进而带动除草组件转动，进行除草。

所述除草组件包括外壳，所述外壳包括平板2及弧形板3，平板及弧形板上下两端利用顶板4和底板5进行密封，平板、弧形板、顶板及底板形成封闭的空间。

所述外壳内部固定安装有升降机构，所述升降机构包括升降驱动件，所述升降驱动件采用升降电机6，升降电机通过电机座7固定在平板上，所述升降电机的输出轴与升降齿轮8连接，能够带动升降齿轮的转动，所述升降齿轮与升降齿条9相啮合，所述升降齿条竖向设置，与平板通过齿条滑轨10滑动连接，齿条滑轨固定在平板上，所述升降齿条的底端螺纹连接有连杆11，所述连杆竖向设置，连杆的顶端与升降齿条的底端螺纹连接，连杆的底端通过销钉联轴器12与弹齿13的顶端转动连接，所述销钉联轴器包括第一联轴器部和第二联轴器部，第一联轴器部和第二联轴器部通过销钉转动连接，第一联轴器部与连杆连接，第二联轴器部与弹齿连接。

所述弹齿通过底板开设的开槽5-1及转盘开设的缺口1-1伸出至转盘下方，槽及缺口的大小使得弹齿具有绕连杆底端摆动的空间。

所述弹齿的顶端固定有第一触碰块13，所述平板上设置有第二触碰块14，第一触碰块位于第二触碰块下方，所述第一触碰块和第二触碰块的结构相同，均包括固定部及半圆柱结构的触碰部，第一触碰块和第二触碰块用于触碰的触碰部的端面为圆弧面，连杆带动弹齿上升时，第一触碰块和第二触碰块通过弧形面发生触碰，在第一触碰块和第二触碰块的作用下，弹齿能够绕连杆底端摆动。

所述弹齿与连杆之间还设有弹性件，所述弹性件用于对弹齿进行复位，使得弹齿保持与连杆同轴的竖直设置状态。

所述弹性件采用双头扭簧15，所述弹齿及连杆上均套接固定有三通16，双头扭簧的两端分别与弹齿及连杆上套接的三通的中间管部分连接，所述三通的中间管上固定有限位螺栓17，防止双头扭簧从三通上脱离。

当连杆带动弹齿上升，第一触碰块和第二触碰块能够通过弧形面发生触碰，带动弹齿摆动，当连杆带动弹齿下降，第一触碰块和第二触碰块错开时，在双头扭簧的作用下，弹齿复位，保持与连杆同轴状态，可以进行除草工作。

所述底板上还安装有摄像头盒18，所述摄像头盒上安装有摄像头，底板上开设有摄像口，摄像头能够通过摄像口和转盘上的缺口拍摄幼苗的图像。摄像头与控制系统连接，能够将采集的图像传输给控制系统，控制系统与升降电机连接，能够控制升降电机的工作。

本实施例中，通过升降机构的设置，能够带动弹齿进行上升和一定角度的摆动，从而避开幼苗，避免了除草过程中对幼苗的损伤，摄像头能够采集幼苗的图像，并传输给控制系统，当控制系统接收到幼苗的图像时，能够控制升降电机工作，进而使得弹齿上升和摆动，避开幼苗，极大的降低了伤苗率。

本实施例中，控制系统需要预先对幼苗和杂草的大量图片数据进行训练，直至任意角度拍到的幼苗均能够被智能识别，当发现弹齿末端的运动轨迹与幼苗位置重合时，则向升降电机发送指令，进行工作。

所述转盘的中心位置穿过有与转盘同轴设置的主轴19，所述主轴的顶端与L型的固定板20固定连接，所述主轴的底端穿过转盘并设置有限位机构，所述限位机构包括套在主轴上的推力轴承21，所述推力轴承下方设有开槽螺母22，所述开槽螺母与主轴螺纹连接，并对推力轴承和转盘进行支撑，主轴中穿过有开口销23，开口销用于防止开槽螺母的松动，通过开槽螺母，对转盘及转盘上安装的除草组件等元件进行支撑，防止转盘从主轴上脱离。

转盘的上方设有圆柱凸轮24，圆柱凸轮与转盘同轴设置，主轴穿过所述圆柱凸轮，本实施例中，所述圆柱凸轮底端通过第一传动机构与转盘连接，所述圆柱凸轮能够做与转盘等速的反向转动，本实施例中所述的等速是指角速度大小相等。

所述圆柱凸轮上设置有凹槽24-1，所述凹槽与苗垄的形状相匹配，凹槽的轨迹线为苗垄曲线，所述平板的外侧面设有随动机构，所述随动机构包括随动杆25，所述随动杆一端与平板外侧面固定连接，另一端设有随动轮26，所述随动轮嵌入所述凹槽中，所述外壳的顶板和底板还穿过有两个导杆27，所述导杆的底端与转盘固定连接，外壳的顶板和底板上设置有直线轴承28，外壳通过直线轴承与导杆滑动连接，导杆设置在缺口的两侧，当圆柱凸轮和转盘进行相对转动时，在凹槽和随动机构的作用下，外壳会沿导杆做升降运动，进而使得除草组件随苗垄做升降运动，避免了传统弹齿式除草机的弹齿在固定平面内转动，无法随苗垄垄台高度变化，导致弹齿端部入土过深，对土层扰动过大，使得土壤紧实度受到影响，不利于植物根系与土壤进行物质与能力交换，甚至导致幼苗无法存活的缺陷。

除草组件绕圆柱凸轮转动一周，回到原位，会在圆柱凸轮上经历一个苗垄曲线，实际上除草组件转360°除草过程中会在田垄上来回经历共两次苗垄曲线，因此本申请通过设置第一传动机构，使得圆柱凸轮和转盘能够做等速的反向转动。

所述第一传动机构包括第一锥齿轮29、第二锥齿轮30及第三锥齿轮31，所述第一锥齿轮通过螺钉与圆柱凸轮的底端同轴固定连接，第三锥齿轮通过螺钉与转盘同轴固定连接，第二锥齿轮设置在第一锥齿轮和第三锥齿轮之间，并与第一锥齿轮和第三锥齿轮相啮合，所述第二锥齿轮通过轴承与连接轴转动连接，所述连接轴的轴线与主轴轴线垂直且连接轴与主轴固定连接，第一锥齿轮与第三锥齿轮规格相同，圆柱凸轮带动第一锥齿轮转动，能够通过第二锥齿轮带动第三锥齿轮做等速的反向转动，进而带动转盘做等速的反向转动。

所述圆柱凸轮顶端通过第二传动机构与转动驱动件连接，本实施例中，所述转动驱动件采用转动电机32，所述转动电机的电机壳固定在固定板上，所述转动电机的输出轴与第二传动机构连接，所述第二传动机构包括第一齿轮33，所述第一齿轮固定在齿轮轴上，所述齿轮轴通过联轴器34与转动电机的输出轴连接，所述第一齿轮与第二齿轮36相啮合，所述第二齿轮通过轴承转动连接在主轴上，所述第二齿轮通过连接螺栓35与圆柱凸轮的顶端固定连接，转动电机工作，能够通过第一齿轮和第二齿轮带动圆柱凸轮转动，在第一锥齿轮、第二锥齿轮和第三锥齿轮的作用下，转盘做与圆柱凸轮等速的反向转动，实现了除草组件转动360°过程中能够经历两次苗垄。

采用此种设置方式，与设置两条与苗垄曲线相匹配的凹槽相比，避免了圆柱凸轮直径过大，体积和重量增加，且弹齿离中心的距离过大，和垄宽长度不符的缺陷。

实施例2：

本实施例公开了一种除草装置，包括行走机构，所述行走机构通过固定板安装有实施例1所述的仿形株间除草机构，所述行走机构采用现有的行走机构即可，例如拖拉机等，其具体结构在此不进行详细叙述。

实施例3：

本实施例公开了一种除草装置的工作方法：行走机构带动仿形株间除草机构运动，转动电机工作，通过第二传动机构带动圆柱凸轮转动，圆柱凸轮通过第一传动机构带动转盘转动，转盘带动除草组件的弹齿绕转盘的轴线运动，同时行走机构带动弹齿运动，弹齿的末端运动轨迹为余摆线，能够进行除草工作，当摄像头采集到幼苗图像时，传输给控制系统，控制系统分析幼苗位置是否与余摆线轨迹重合，当幼苗位置与余摆线轨迹重合时，控制系统控制升降电机工作，升降齿轮带动升降齿条上升，第一触碰块和第二触碰块发生触碰，弹齿上升的同时绕连杆底端摆动，避开幼苗，避开幼苗后，升降电机带动升降齿条下降，第一触碰块和第二触碰块复位，在双头扭簧的作用下，弹齿复位，保持竖直状态，再次进行除草工作。

行走机构行进过程中，在圆柱凸轮的凹槽及随动机构的作用下，除草组件能够沿转盘上的导杆做升降运动，从而随着垄形做升降运动，避免了传统的弹齿时除草机弹齿高度无法变化造成的入土过深，对土层扰动过大的缺陷。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种仿形株间除草机构，其特征在于，包括能够转动的转盘，转盘设有多个除草组件，除草组件包括外壳，外壳连接有升降机构，升降机构与连杆的顶端连接，连杆的底端转动连接有弹齿，弹齿设有第一触碰块，外壳设有第二触碰块，弹齿升降时，能够在第一触碰块和第二触碰块的触碰作用下摆动，所述外壳还安装有摄像头。

2.如权利要求1所述的一种仿形株间除草机构，其特征在于，所述连杆与弹齿之间设有弹性件，所述弹性件用于对连杆和弹齿进行复位，使得弹齿和连杆保持同轴竖向设置。

3.如权利要求1所述的一种仿形株间除草机构，其特征在于，所述转盘上方设有能够做与转盘等速反向转动的圆柱凸轮，所述圆柱凸轮外周面设有与苗垄形状相匹配的凹槽，除草组件的外壳设有随动机构，所述随动机构端部嵌入所述凹槽中，圆柱凸轮能够与转盘做等速反向转动，使得外壳能够在凹槽的作用下沿设置在转盘的导杆做升降运动。

4.如权利要求3所述的一种仿形株间除草机构，其特征在于，所述圆柱凸轮穿过有固定设置的主轴，主轴底端穿过转盘并设有限位机构，限位机构对转盘进行支撑，圆柱凸轮底端通过第一传动机构与转盘连接，圆柱凸轮及转盘能够通过第一传动机构做反向等速转动。

5.如权利要求4所述的一种仿形株间除草机构，其特征在于，所述第一传动机构包括与圆柱凸轮固定连接的第一锥齿轮及与转盘固定连接的第三锥齿轮，第一锥齿轮及第三锥齿轮均与第二锥齿轮相啮合，第二锥齿轮固定在主轴且与主轴垂直的连接轴转动连接，第一锥齿轮和第三锥齿轮规格相同。

6.如权利要求4所述的一种仿形株间除草机构，其特征在于，所述圆柱凸轮顶端通过第二传动机构与转动驱动件连接，转动驱动件能够通过第二传动机构带动圆柱凸轮转动。

7.如权利要求1所述的一种仿形株间除草机构，其特征在于，所述升降机构包括固定在外壳的升降驱动件，所述升降驱动件与升降齿轮连接，升降齿轮与升降齿条相啮合，升降齿条与外壳滑动连接，升降齿条底端与连杆固定连接。

8.如权利要求1所述的一种仿形株间除草机构，其特征在于，所述第一触碰块及第二触碰块用于触碰的端面为圆弧面。

9.一种除草装置，包括行走机构，所述行走机构安装有权利要求1-8任一项所述的仿形株间除草机构。

10.一种权利要求9所述的除草装置的工作方法，其特征在于，行走机构带动除草机构运动，转盘转动，弹齿末端沿余摆线轨迹运动，进行除草，当摄像件采集到幼苗图像时，升降机构带动连杆上升，同时弹齿上升，在第一触碰块和第二触碰块的作用下，弹齿绕连杆底端转动，避开幼苗。

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