CN112693614A - 一种点射式排种方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种点射式排种方法，包括以下步骤：S1标定参数：标定并存储点射式排种控制参数；S2振动排队出种：通过加种口向锥筒充入种子，控制锥筒振动，种子受振动作用而流动，从出种头排出下落；S3摩擦加速：使下落的种子两侧产生与预设射出方向相同的摩擦力，从而令种子获得与摩擦力相应的加速度高速排出；S4调整方向：对高速排出的种子进行方向引导，从而使种子精准射到目标位置。所述方法可高速排出种子，降低环境风场影响，使无人机保持较高飞行高度仍能实现精准播种，同时也能避免种子在排种过程中结拱堵塞，令种子高速排队出种，提高播种效率，不仅可用于播种作业，也可用于其他颗粒物料的单粒快速出料作业。本发明还涉及一种点射式排种装置。

Description

一种点射式排种方法及装置

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，更具体地，涉及一种点射式排种方法及装置。

背景技术

机械化播种是农作物生产中实现高效作业、标准化作业的重要手段。排种装置是控制播种量及其精度的关键部件，对确保作业质量、实现精准作业至关重要。特别是在水稻种子的机械化播种作业中，由于水稻品种多，不同品种稻种的物理特性及种植农艺要求差异较大，例如杂交水稻播种的最佳精度是2-3粒/穴，因此，在播种装置的设计时，需要充分考虑装置对不同品种稻种的适应性，以满足不同品种稻种的播种需要。

目前，国内外已有的排种装置主要有外槽轮式、内槽轮式、窝眼式、磨盘式、转勺式、气力式及离心式等。现有技术的特点及其缺陷如下：

内槽轮式和外槽轮式排种装置在排种过程中，排量均有脉动现象，均匀性较差，且难以实现单粒、高速排队出种。此外，外槽轮式排种装置均匀性受机器振动的影响较大，要实现单粒、连续、排队出种比较困难。

窝眼式排种器的重要结构是型孔，不同大小的型孔适应不同粒径的种子。窝眼式排种器工作时，颗粒在窝眼轮的转动下进入型孔内，并随之排出，窝眼轮的转速和型孔尺寸是影响排种器性能的关键因素。窝眼式排种器的型孔尺寸对物料的要求较高，主要用于点播和穴播，播量调节范围小，高速播种时效果欠佳。

转勺式排种装置的工作原理与外槽轮式相似，利用舀出式原理排种。改变勺的伸出量和圆盘转速，便可改变排量，该装置的排种质量易受外部振动等干扰，均匀性不够好，要实现单粒、连续、排队出种比较困难。

离心式排种装置的主要工作部件是高速回转的锥筒或圆盘，种子等物料从进料口进入锥筒后，受离心力作用而从排种口甩出，排种量的稳定性取决于锥筒或圆盘的转速，物料落地后通常呈现为弧形条带分布，亩用量的稳定性及落种区的边界较难控制，均匀性不够好，要实现单粒、连续、排队出种比较困难。

磨盘式排种装置的主要工作部件是在物料筒内水平回转的带有磨纹的圆盘，称为磨盘。磨盘与物料筒底座之间留有间隙。磨盘回转时，在离心力及磨纹推力作用下，使种子等物料由中心向外移动，从物料筒底座上的排种口处强制排出。该装置主要用于小粒光滑的种子等物料，不同尺寸的种子需要配备不同尺寸的磨盘，增加了配件制造、选配、使用及保管的复杂性，要实现单粒、连续、排队出种比较困难，此外，种子破损率较高。

气力式排种装置利用种子箱底部的大直径排种轮将种子送入气流管道，种子在管道中被气流输送到分配器处，然后通过气流输种管进入种沟，该装置排种较均匀、伤种率较低，但结构复杂、制造精度要求高。

上述现有技术在排种过程中要实现排量控制，大多采用转动部件，转动部件控制排量主要存在以下问题：1)排种过程中难免出现脉动现象，影响出种的连续性和均匀性；2)排出的种子颗粒重叠率高，单粒排队出种效果不好；3)转动部件转速太高时，易出现无法充种的现象，因此要实现高速出种比较困难；4)种子在与转动部件接触中，易发生碾压、摩擦等相互作用，伤种率较高；5)种子在种箱或管路中易结拱堵塞而导致堵塞，装置缺乏自破拱的功能；6)装置结构复杂，出现结拱堵塞或作业完成后需要进行清理时，拆卸工作量大。

随着无人机技术的不断进步，飞行航线精准，稳定性不断提升，在农业生产中的应用越来越广泛。用无人机进行播种，与地面机械相比，通过性好，可避免陷车，且无人机播种速度快，操作简单，正逐渐被广大农民所接受，已成为一种新的播种方式。当前，无人机撒播作业的排种装置，主要可分为离心式和气力式两种。

中国专利CN106612829A公开了一种飞机播撒装置，该装置使用离心圆盘式播撒装置，单片机控制第一电机带动甩盘旋转，控制第二电机调节出料口的闸门大小。中国专利CN208863148U公开了一种飞行器搭载的撒播装置，播撒装置包括料桶、甩料机构、下料机构及控制单元，还包括振动电机，振动电机设置在料桶上。工作时，下料机构将物料从料筒内排至甩料机构，物料在离心力作用下被撒出；振动电机带动料桶侧壁振动，使物料均匀分散，不易结拱堵塞。中国专利CN110963039A公开了一种物料撒播装置、无人机及物料撒播方法，物料撒播装置包括取料器、接料器、送料器和控制器；取料器通过取料轮将物料箱内的物料取出，接料器位于取料轮下方且与送料器连通，取料腔内的物料经接料器进入送料器并由送料器撒播。在物料撒播过程中，通过控制器控制驱动件驱动取料轮以相应的转速旋转，实现无人机对物料撒播用量的控制。中国专利CN106714545B公开了一种播撒机及农用无人机，撒播机通过减速机构同时带动搅拌机构和物料播撒机构旋转，播撒机构利用离心力将物料撒向周围。

中国专利CN209834007U公开了一种撒播器、撒播装置及植保设备，其中，撒播器包括取料组件、接料组件和送料组件；取料组件将物料排至接料组件内，送料组件可产生气流，并送至物料处与之混合，利用气力将物料撒播出去。中国专利CN106416530B公开了一种农用无人机挂载的物料撒播装置，该装置物料箱下使用了一个排料轮，通过调控排料电机控制器调整排料量，并在滚轮旁加装风机，采用气力将物料排出。

上述无人机撒播作业的排种装置存在以下不足：1)种子从排种装置排出后，由于旋翼风的干扰，落种位置不可控，落种均匀性不佳；2)种子落于地表，易被鸟类、鼠类取食或雨水冲刷而造成缺苗；3)排种器易结拱堵塞；4)采用撒播的方式，落种杂乱无章，不成行不成穴，作物通风透气性差易滋生病虫害，且不便于生长期的田间管理等。

为了解决落种易受旋翼风干扰均匀性不佳、难以成行成穴的问题，中国专利CN109287211B公开了一种小麦气力加速射播装置，小麦种子经高压气流加速后射入土中，用于稻麦轮作区无秸秆覆盖情况下的小麦免耕播种作业。中国专利CN209643328U公开了一种可搭载于无人机或地面机械上且可控制落种口开合大小以及开合频率的种子直播装置，该装置利用风机对种子进行加速，以减小无人机风场影响。上述采用气力方式进行种子加速的方法，其加速能力有限，种子在下落时仍然易受风场影响，播种作业时出种口需离地面较近(通常50cm以内)才能有效果；然而，随着飞行高度的降低，无人机的操作难度及事故率急剧上升，极易出现撞地等安全事故。

中国专利CN 211123767U公开了一种精准播种无人机，通过设置播种点位，无人机悬停至该点位时通过实时调整射种角度，利用摩擦轮将种子加速射出完成播种。该装置采用摩擦轮进行种子加速，减少了旋翼风对种子下落的干扰，但该装置存在以下不足：1)作物种类多，同一作物不同品种种子的外形尺寸存在差异，同一品种的种子尺寸和形状也很难达到相同，现有技术摩擦轮的间距也不能随着种子的外形不同进行自适应的调节，从而易造成伤种或堵塞；2)通过拨种盘的方式进行分种，播种速度受限较大，并且种子不能单粒排队进入摩擦轮容易出现卡种的问题；3)作业中，需要根据俯仰角度调节电机，达到精准播种难度较大。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种点射式排种方法及装置，可自适应不同种子外形尺寸的高速排种，减少旋翼等外部风场对种子下落影响，使无人机保持较高飞行高度仍能实现成行成穴精准播种，且种子能有一定的入泥深度，同时也能避免种子在排种过程中出现结拱、卡种等堵塞，从而提高播种效率。

本发明采取的技术方案是，

一种点射式排种方法，包括以下步骤：

S1标定参数：标定并存储点射式排种控制参数；

S2振动排队出种：通过加种口向锥筒充入种子，控制锥筒振动，种子受振动作用而流动，从出种头排出下落；

S3摩擦加速：使下落的种子两侧产生与预设射出方向相同的摩擦力，从而令种子获得与摩擦力相应的加速度高速排出；

S4调整方向：对高速排出的种子进行方向引导，从而使种子精准射到目标位置。

在本技术方案中，在步骤S1中，首次作业的种子需要进行参数的标定，所述参数是保证排种装置稳定运行的条件；在步骤S2中，通过振动的方式进行排种，使种子高速地排队逐粒下落，便于摩擦轮对种子加速，若一次排出多粒种子到摩擦加速工序，种子在加速过程中容易发生卡种而造成损伤，也会损坏摩擦加速装置，影响加速效果和排出频率，从而降低作业效率；在步骤S3中，对下落到加速工序的种子两侧分别施加压力和与预设射出方向相同的速度，使在种子两侧产生与预设射出方向相同的摩擦力，从而令种子可以高速排出；在步骤S4中，种子加速后排出，在排出的初始阶段先微调种子射出的方向，除了可以对种子射出的方向进行修正，还可以避免种子在初始阶段受旋翼风等外部风场影响，从而提高种子的落种精度。

进一步地，在步骤S1中，根据准备充入种子的尺寸及流动性标定适宜的充种流量、出种头的孔径及振动激振力，形成振动排队出种和破拱振动电机的控制参数，并存储；所述振动激振力为：

F＝Ameω²

其中，F--振动激振力，N；所述控制参数为：A—外部干扰系数；m—偏心块质量，kg；e—偏心块偏心距，m；ω—振动电机转动角速度，rad/s。

所述振动激振力，大小为F，方向呈周期性变化，带动锥筒内缓存种子进行振动。

在本技术方案中，首次作业的种子需要进行参数的标定，包括：充种流量、出种头的孔径及振动激振力，其中振动激振力包括排队出种激振力和振动破拱激振力；所述出种头孔径根据种子尺寸确定，初选孔径大小为恰好有两颗种子并行排出对应的孔径值，在标定充种流量和振动激振力后，根据振动排队出种效果进行微调；在本方案中，向锥筒充入物料的流量过大会引起结拱堵塞，流量过小会降低工作效率，因此充入种子的流量存在最优区间。该区间的判定方法为：在锥筒无振动作用下，物料可以顺利通过锥筒时的最大流量为该区间的最小值；在锥筒施加振动作用下，物料可以顺利通过锥筒时的最大流量为该区间的最大值，优选区间中间值作为充种流量；所述振动激振力通过电机转速调节，判定振动排队出种激振力适宜的标准为：在该出种振动激振力作用下，锥筒出口处持续存在一定量缓存种子，且种子受振动作用和出种头限制可逐粒排出。所述种子缓存量形成的原因为：锥筒底部为小径，种子进入到锥筒后，在振动和几何尺寸作用下在锥筒底部的出口处附近聚集形成缓存区，缓存区内的种子在振动作用和出种头尺寸限定下实现逐粒排出；所述破拱振动激振力的标定方法为：在该振动激振力作用下，可将锥筒内结拱堵塞的种子疏通。

再进一步地，步骤S2中包括以下步骤，

S21按照步骤S1确定的振动电机的控制参数产生振动激振力控制所述锥筒振动，实现高速排队出种，所述的振动激振力为：1个以上振动电机所产生振动激振力的组合；

S22检测结拱堵塞情况，以检测锥筒内种子是否结拱堵塞，出现结拱堵塞按S23处理，结拱堵塞判定标准为：规定时间内未检测到出种脉冲，判定为结拱堵塞；未出现结拱堵塞，重复S21、S22；

S23振动破拱：结拱堵塞检测显示结拱堵塞时，停止充种，按照步骤S1确定的破拱振动电机的控制参数启动破拱振动电机；检测结拱堵塞情况，结拱堵塞未清除，继续按S23处理；检测结拱堵塞已清除，关闭破拱振动电机，重复S21、S22。

在本技术方案中，按S1标定的参数运行，进行振动排队出种作业，且所述振动排队出种步骤具有检测结拱堵塞和破拱功能。工作时，持续进行结拱堵塞检测，当检测到发生结拱堵塞后停止充种，启动振动破拱程序，当检测到结拱堵塞种子被清除后，恢复充种继续振动排队出种作业；所述振动激振力包含振动排队出种激振力和振动破拱激振力，每种激振力可由至少一个振动源提供。振动排队出种时，种子经过结拱堵塞检测装置会产生脉冲信号，通过检测一定时间内是否有脉冲信号即可判定锥筒内种子是否结拱堵塞。

再进一步地，所述步骤S3具体为：

S3摩擦加速：下落种子经过两个位置相对运行方向相反的摩擦轮之间的缝隙，缝隙的尺寸根据种子的尺寸自适应调整，摩擦轮与下落种子两侧挤压，并通过摩擦轮的摩擦转动，使种子两侧与摩擦轮之间产生与预设射出方向相同的摩擦力，从而令种子获得与摩擦力方向相同的加速度高速排出。

在本技术方案中，通过两个位置相对运行方向相反的摩擦轮向下落种子提供压力和与预设射出方向相同的速度，因种子两侧与摩擦轮表面存在摩擦，从而产生与预设射出方向相同的摩擦力，种子即可获得加速，从而高速排出。

本发明还提供了一种可应用于上述点射式排种方法的点射式排种装置，包括：

安装板；

摩擦轮加速装置，设于所述安装板下部，用于对种子进行加速；

振动排队出种装置，设于所述安装板上部，其下方开口与所述摩擦轮加速装置上方开口位置相对，用于逐粒向所述摩擦轮加速装置提供单粒种子；以及

导向管，设于所述安装板下部，其与所述摩擦轮加速装置下方开口位置相对，用于引导加速种子精准射到目标位置。

在本技术方案中，所述的点射式排种装置利用振动实现种子均匀地逐粒排种，排出的种子获得一定动能并掉落到所述摩擦轮加速装置，其利用摩擦轮的高速旋转对种子进行加速，并且能够对不同尺寸和形状的种子加速，通过所述摩擦轮加速装置的种子获得一定大小的速度排出，进入所述导向管内运行一段距离后射出，该装置实现了模块化安装，结构简单，使得日常操作和维护清理更加方便，运行功率更小，还可实现高速播种，能应用于大田作业，保证其实时性和高效性。

进一步地，所述摩擦轮加速装置包括：

加速管，设于所述安装板上，所述加速管左右两侧设有通孔；

摩擦轮，安装于所述加速管两侧，且所述摩擦轮至少一部分嵌入到所述通孔中，使所述摩擦轮在所述加速管内转动；

驱动机构，其动力输出端与所述摩擦轮连接，用于驱动所述摩擦轮转动；以及

自适应调节组件，设于所述安装板上，用于自适应调节两侧摩擦轮之间的间距；

导槽，设于所述安装板上，形状为弧形，用来限制所述自适应调节组件的转动角度，同时限制所述摩擦轮的轴向窜动。

在本技术方案中，利用摩擦轮对丸粒化种子进行加速，并且利用自适应调节组件对不同尺寸的种子自动调节摩擦轮的间距大小，当物体从加速管上管口进入时，加速管左右两侧的摩擦轮对种子进行高速摩擦加速，根据被加速种子的大小，自适应调节组件相对于安装板进行转动对摩擦轮间距进行自适应调节，从而实现了对尺寸在一定范围内变化的丸粒化种子进行加速，保证不会因摩擦轮间距过大或过小而影响对种子的加速效果，且能有效避免种子的破损和摩擦轮的磨损，从而提高播种效率和播种精度，导槽具有限定自适应调节组件位置的作用，保证工作的稳定性，摩擦轮表面采用橡胶等弹性材料，可增加摩擦力，且可以避免挤压过度使种子破损。

再进一步地，所述自适应调节组件包括：

弹性部件；以及

第一调节架与第二调节架，分别设于所述加速管两侧的所述安装板上，二者相对所述加速管对称布置，呈互为镜像结构；所述第一调节架和第二调节架一端设有铰接孔，另一端设有卡扣和滑块；

所述第一调节架和第二调节架一端通过所述铰接孔与安装板铰接，另一端通过所述弹性部件与所述卡扣连接，且所述滑块与安装板的导槽配合；

所述驱动机构包括第一电机和第二电机，所述第一电机和所述第二电机分别与所述第一调节架和第二调节架连接，且所述第一电机和所述第二电机的转动方向相反，摩擦轮分别设于所述第一电机和所述第二电机的外转子上，且所述摩擦轮与所述第一电机和所述第二电机无相对滑动。

现有技术的摩擦轮在工作过程中的间隙是固定不可调节的，所以摩擦轮加速装置只能发射尺寸固定的球类物体，但是对于包衣后的种子而言，很难做到每一个种子都包成尺寸、形状相同的，因此固定的间隙会对种子造成损伤和加剧摩擦轮的磨损，所以在本技术方案中，利用自适应调节组件中的弹性部件和第一调节架和第二调节架，当加速过程中摩擦轮因尺寸不同的种子受到不同的挤压力时，摩擦轮带动与之连接的驱动机构和第一调节架和第二调节架绕安装板的铰接轴转动，从而拉动弹性部件伸缩，达到自适应调节摩擦轮间距的效果，滑块与导槽的配合限制摩擦轮之间的间隙，使摩擦轮间隙小于种子直径，可使摩擦轮对种子施加压力，从而保证种子进入缝隙后有足够的摩擦力，既能有效避免因种子过大而出现伤种和磨损，又能保证加速效果。

再进一步地，所述加速管上部为方形管，所述加速管下部为圆形管，且所述加速管上部左右两侧设有所述通孔；所述加速管上部的方形管转为下部圆形管的相接处为平滑过渡，采用方形与圆形内切的形式平滑处理，所述加速管上部方形管前后两内壁各设有两个扇形凹面，所述凹面与摩擦轮间隙配合，可防止种子或其他杂质进入摩擦轮与加速管内壁的缝隙。

在本技术方案中，加速管分为上下两个部分，加速管上部为方形管，下部为圆形管，加速管左右两侧设有摩擦轮可嵌入的通孔，摩擦轮恰好嵌入到通孔内的扇形凹面内，构成加速种子所需空间，且防止种子或其他杂质进入摩擦轮两端面与加速管内壁的缝隙；加速管和安装板之间的安装方式为可拆卸安装，加速管可根据待加速物体的尺寸大小进行更换，待加速种子从加速管上部的方形管口进入，经加速管上部的通孔处摩擦轮进行加速后从加速管下部的圆形管口射出。

进一步地，所述振动排队出种装置包括：

锥筒，用于向所述摩擦轮加速装置提供种子；

出种头，安装于所述锥筒底部；

开口朝上的加种口，下部与所述锥筒连接；

振动电机组，固定于所述锥筒的外壁上，为所述锥筒提供振动力，用于排队出种和振动破拱；

固定座，设于所述锥筒与所述加种口的连接处，两端固定于所述安装板上，用于固定所述锥筒；以及

隔振部件，设于所述固定座内，用于缓冲所述锥筒振动对机体的振动。

在本技术方案中，加种口使充种更加便捷，通过加种口充入的种子在锥筒内容置，振动电机组按照种子尺寸及流动性确定所需的振动激振力，激振力大小通过改变电机转速控制。而且由于振动排队出种装置在运行时需要不断振动，为了避免振动排队出种装置在工作过程中的振动影响其他零部件，设置了隔振部件以弱化振动对其余装置及总机体的影响，固定座用于紧固隔振部件，加强固定效果。

再进一步地，所述锥筒顶部为大口径，底部为小口径，内壁为光滑的螺旋纹，用于引导种子沿螺旋纹向出种头运动；

所述出种头可拆卸地安装于所述锥筒底部，其方式可为扣接或旋拧，可根据种子尺寸快速更换，出种头的口径与S1中标定的出种头孔径一致；

所述出种头下部设有结拱堵塞检测系统，种子通过结拱堵塞检测系统中心区域时产生出种脉冲，用于检测种子排队出种情况；

所述振动电机组包括一个以上振动电机，按功能设为排队出种振动电机组和破拱振动电机组。

在本技术方案中，锥筒的顶部截面面积更大，使种子可自由通过并落入其中，降低种子充入难度，方便操作，底部截面面积更小，使所述锥筒呈倒锥形筒，内壁设有光滑螺旋纹，当向所述锥筒施加振动时，可使充入锥筒内的种子沿螺旋纹向出种头运动并形成缓存区，该区域内的种子经振动作用排出，可实现单粒高速出种；出种头为可拆卸的，可根据种子的形状和尺寸选用不同的排种头，配件小巧，简化操作，降低了配件制造和保管的成本，根据标定的出种头参数选配合适的出种头；结拱堵塞检测系统设于出种头下部，加速管上端，可为对射式红外传感器或其他能检测到种子落下的传感器；所述振动电机组分为排队出种振动电机组和破拱振动电机组，每种电机组至少包含一个振动电机。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明提供的方法采用振动排队出种，可较好地解决传统轮式转动部件出种存在的脉动、高速充种难及伤种问题，可高速排队出种，提高播种效率，保证作业的实时性和高效性，并提高出种的连续性和均匀性。

(2)本发明提供的方法采用间距自适应调节的摩擦轮加速装置对种子进行加速，加速后的种子，受旋翼风场等外界风力影响小，落点可控，且无人机保持较高飞行高度仍能实现精准播种，成行成穴性好，提高了播种的质量，作物通风透气性好，进而减少病虫害滋生；同时，可使种子入泥一定深度，避免种子落于地表而被鸟类、鼠类取食或雨水冲刷而造成缺苗。

(3)农业生产中，作物种类繁多，同一作物不同品种种子的外形尺寸存在差异，同一品种的种子尺寸和形状也很难达到相同，本发明提供的点射式排种装置采用自适应调节组件，当种子尺寸大于加速管两侧摩擦轮间隙时，种子在加速过程中将摩擦轮间隙撑大，加速射出后，在弹性部件作用下摩擦轮间隙恢复原状，从而达到自适应调节摩擦轮间距的效果，可较好地解决因种子尺寸不一而造成卡种堵塞、种子损伤和摩擦轮易磨损的问题，提高播种效率和播种的精确度。

(4)本发明提供的点射式排种装置包含结拱堵塞检测系统和破拱振动电机组，使该装置具备结拱堵塞监测和自破拱功能，可较好地解决种子在种箱或管路中结拱堵塞问题。

(5)本发明提供的方法步骤简单，结构模块化，拆卸及维护工作量小，不仅可用于播种作业，也可用于肥料、除草颗粒剂、杀螺颗粒剂、杀虫颗粒剂等其他颗粒物料的单粒快速出料作业。

附图说明

图1为本发明一种点射式排种装置的结构示意图。

图2为本发明一种点射式排种装置的安装板及加速管结构示意图。

图3为本发明一种点射式排种装置的部分剖割示意图。

图4为本发明一种点射式排种装置的调节架示意图。

图5为本发明一种点射式排种装置的振动排队出种装置结构示意图。

图6为本发明一种点射式排种装置摩擦轮和驱动机构连接结构示意图。

图7为本发明一种点射式排种装置的锥筒内壁螺旋纹示意图。

图8为本发明一种点射式排种方法的流程示意图。

附图中标记为：安装板100；铰接轴110；导槽120；振动排队出种装置200；锥筒210；加种口211；隔振部件安装槽212；振动电机安装孔213；出种头214；振动电机220；固定座230；隔振部件240；结拱堵塞检测系统250；摩擦轮加速装置300；摩擦轮310；弹性部件320；加速管330；通孔331；第一调节架340；第二调节架350；铰接孔341；驱动机构安装座342；卡扣343；滑块344；第一电机351；第二电机352；导向管400。

具体实施方式

本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

本实施例中的一种点射式排种方法，如图8所示，包括以下步骤：

S1标定参数：标定并存储点射式排种控制参数；

S2振动排队出种：通过加种口向锥筒充入种子，控制锥筒振动，种子受振动作用而流动，从出种头排出下落；

S3摩擦加速：使下落的种子两侧产生与预设射出方向相同的摩擦力，从而令种子获得与摩擦力相应的加速度高速排出；

S4调整方向：对高速排出的种子进行方向引导，从而使种子精准射到目标位置。

在步骤S1中，根据准备充入种子的尺寸及流动性标定适宜的充种流量、出种头的孔径及振动激振力，形成振动排队出种和破拱振动电机的控制参数，并存储；所述振动激振力为：

F＝Ameω²

其中，F--振动激振力，N；所述控制参数为：A—外部干扰系数；m—偏心块质量，kg；e—偏心块偏心距，m；ω—振动电机转动角速度，rad/s。

所述振动激振力，大小为F，方向呈周期性变化，带动锥筒内缓存种子进行振动。

在本实施例中所述参数的标定具体方法为：

所述出种头孔径根据种子尺寸确定，初选孔径大小为恰好有两颗种子能并行排出时对应的孔径值，在标定充种流量和振动激振力后，根据振动排队出种效果进行微调；在本方案中，向锥筒充入种子的流量过大会引起结拱堵塞，流量过小会降低工作效率，因此充入种子的流量存在最优区间。该区间的判定方法为：在锥筒无振动作用下，种子可以顺利通过锥筒时的最大流量为该区间的最小值；在锥筒施加振动作用下，种子可以顺利通过锥筒时的最大流量为该区间的最大值，优选区间中间值作为充种流量；所述振动激振力通过电机转速调节，判定振动排队出种激振力适宜的标准为：在该出种振动激振力作用下，锥筒出口处持续存在一定量缓存种子，且种子受振动作用和出种头限制可逐粒排出。所述种子缓存量形成的原因为：锥筒底部为小径，种子进入到锥筒后，在振动和几何尺寸作用下在锥筒底部的出口处附近聚集形成缓存区，缓存区内的种子在振动作用和出种头尺寸限定下实现逐粒排出；所述破拱振动激振力的标定方法为：在该振动激振力作用下，可将锥筒内结拱堵塞的种子疏通。

所述步骤S2具体为：

S21按照步骤S1确定的振动电机的控制参数控制所述锥筒振动，实现高速排队出种；

S22检测结拱堵塞情况，出现结拱堵塞按S23处理；未出现结拱堵塞，重复S21、S22；

S23振动破拱：结拱堵塞检测显示结拱堵塞时，停止充种，按照步骤S1确定的破拱振动电机的控制参数启动破拱振动电机；检测结拱堵塞情况，结拱堵塞未清除，继续按S23处理；检测结拱堵塞已清除，关闭破拱振动电机，重复S21、S22。

所述的振动激振力，为1个以上振动电机所产生振动激振力的组合；所述结拱堵塞检测用于检测锥筒内种子是否结拱堵塞，结拱堵塞判定标准为：规定时间内未检测到出种脉冲，判定为结拱堵塞。

所述步骤S3具体为：下落种子经过两个位置相对运行方向相反的摩擦轮之间的缝隙，缝隙的尺寸根据种子的尺寸自适应调整，摩擦轮与下落种子两侧挤压，并通过摩擦轮的摩擦转动，使种子两侧与摩擦轮之间产生与预设射出方向相同的摩擦力，从而令种子获得与摩擦力方向相同的加速度高速排出。

在本实施例中，所述摩擦轮之间的缝隙小于种子的直径，且加速过程中摩擦轮间隙大小根据被加速种子大小自适应调节。通过两个位置相对运行方向相反的摩擦轮向下落种子提供压力和与预设射出方向相同的速度，因种子两侧与摩擦轮表面存在摩擦，从而产生与预设射出方向相同的摩擦力，种子即可获得加速，从而高速排出。射种速度大小通过所述摩擦轮的转速进行调节，所述摩擦轮的较优线速度区间为14～18m/s。

本实施例的方法可高速排出种子，加速后的种子，受旋翼风场等外界风力影响小，落点可控，且无人机保持较高飞行高度仍能实现精准播种，成行成穴性好，提高了播种的质量，作物通风透气性好，进而减少病虫害滋生；同时，可使种子入泥一定深度，避免种子落于地表而被鸟类、鼠类取食或雨水冲刷而造成缺苗；摩擦轮的间隙可以根据种子大小及形状自动调节，可较好地解决因种子尺寸不一而造成卡种堵塞、种子损伤和摩擦轮易磨损的问题，提高播种效率和播种精度。

如图1和图2所示，本实施例中还包括一种点射式排种装置，适用于本实施例中所述点射式排种方法，其包括安装板100、摩擦轮加速装置300、振动排队出种装置200以及导向管400。

所述摩擦轮加速装置300设于所述安装板100下部，用于对种子进行加速，其包括：摩擦轮310、加速管330、驱动机构以及自适应调节组件。所述加速管330设于所述安装板100上，其左右两侧设有通孔331，如图所示，加速管330上部为方形管，截面和管口为方形，其安装在所述安装板100的中轴线位置处，且上部左右两侧面设有摩擦轮310可嵌入的通孔331，所述加速管330下部为圆形管，截面和管口为圆形。待加速种子在加速管330中经历的过程是：从加速管330上部的方形管口进入，经加速管330上部的通孔331处摩擦轮310加速后从加速管330下部的圆形管口射出，并且根据待加速种子的尺寸大小可适应性更换加速管330，使得加速管330管口适配待加速种子，优化种子的射出效果；

如图所示，在本实施例中摩擦轮310数量为两个，为环状结构，安装于所述加速管330两侧，且所述摩擦轮310至少一部分嵌入到所述通孔331中，使所述摩擦轮310在所述加速管330内转动，所述摩擦轮310表面柔软有弹性，可采用橡胶等材料制成，能够提供较大的摩擦力和保护待加速物体不受损伤，摩擦轮310对物体的加速过程是：待加速物体进入加速管330后经加速管330左右两侧通孔331处高速旋转的摩擦轮310摩擦获得初速度后从加速管330下方管口射出；

结合图3、图6所示，所述驱动机构包括第一电机351和第二电机352，其转动方向相反，摩擦轮310套设在第一电机351和第二电机352的外转子上，工作过程中摩擦轮310与第一电机351和第二电机352无相对滑动，其动力输出端与所述摩擦轮310连接，用于驱动所述摩擦轮310转动，所述第一电机351和第二电机352通过螺栓分别固定安装在加速管330两侧的第一调节架340和第二调节架350上，驱动机构驱动摩擦轮310转动的过程是：摩擦轮310通过螺栓固定于第一电机351和第二电机352的外转子上，且摩擦轮310与第一电机351、摩擦轮310与第二电机352间无相对滑动的趋势，当第一电机351和第二电机352驱动时，加速管330左右两侧的摩擦轮310的转动方向相反，对种子进行摩擦加速。

如图2、3、4所示，本实施例的自适应调节组件包括第一调节架340和第二调节架350，二者相对与所述加速管对称布置，呈互为镜像结构，分别安装在所述加速管330左右两侧的所述安装板100上，用于调节两侧摩擦轮310之间的间距，第一调节架340和第二调节架350均包括一体成型的铰接孔341、驱动机构安装座342、设于所述调节架两侧的卡扣343和滑块344，调节架中心处设有安装第一电机351或第二电机352的驱动机构安装座342，驱动机构安装座342的周围设有与第一电机351和第二电机352匹配的安装孔，第一调节架340通过铰接孔341铰接在所述安装板100上，所述第一调节架340的卡扣343通过所述弹性部件320与所述第二调节架350的卡扣连接；所述第一调节架340的滑块344安装在所述安装板100的导槽120上；所述第二调节架350与第一调节架340安装方式相同。

弹性部件320具体为拉簧，拉簧两端分别连接加速管330两侧的第一调节架340和第二调节架350，两侧调节架受到拉簧的弹力大小相等方向相反。

自适应调节组件的工作过程为：待加速种子从加速管330进入，在两摩擦轮310之间被摩擦挤压，两摩擦轮310受到待加速种子的相对挤压力后，带动第一调节架340和第二调节350架绕铰接轴转动，从而带动拉簧进行伸缩，达到自适应调节摩擦轮310之间间距的作用。

所述导向管400设于所述安装板100下部，所述导向管400可为内壁光滑中空直管，其上方开口与所述摩擦轮加速装置300下方开口位置相对，可与所述加速管330可拆卸对接，或通过螺栓与加速管330下方出口固连，用于对被加速种子的运动方向进行引导。

如图1、3、5所示，所述振动排队出种装置200设于所述安装板100上部，其下方开口与所述摩擦轮加速装置300上方开口位置相对，与所述加速管330之间留有缝隙，用于逐次向所述摩擦轮加速装置300提供单粒种子，其包括：锥筒210、开口朝上的加种口211、隔振部件安装槽212、振动电机安装孔213、出种头214、振动电机组220、固定座230、隔振部件240和结拱堵塞检测系统250。

结合图7所示，所述锥筒210为倒锥形筒，其顶部截面面积大于其底部截面面积，其用于向所述摩擦轮加速装置300提供种子，所述锥筒210内壁为光滑的螺旋纹，使种子在所述锥筒210内可沿螺旋纹向出种头214运动，所述出种头214可拆卸地安装于所述锥筒210底部，在锥筒210上方设置开口朝上的加种口211，通过锥筒210侧腰处设置的两个振动电机安装孔213将所述振动电机组220固定于所述锥筒210的外壁上，所述振动电机组220包括排队出种振动电机和破拱振动电机，分别完成振动排队出种和振动破拱功能；所述隔振部件240固定在所述隔振部件安装槽212内，固定座230与隔振部件240配合将锥筒固定在所述安装板100上，缓冲所述锥筒210振动对机体的影响。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种点射式排种方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1标定参数：标定并存储点射式排种控制参数；

S2振动排队出种：通过加种口向锥筒充入种子，控制锥筒振动，种子受振动作用而流动，从出种头排出下落；

S3摩擦加速：使下落的种子两侧产生与预设射出方向相同的摩擦力，从而令种子获得与摩擦力相应的加速度高速排出；

S4调整方向：对高速排出的种子进行方向引导，从而使种子精准射到目标位置。

2.根据权利要求1所述的一种点射式排种方法，其特征在于，在步骤S1中，根据准备充入种子的尺寸及流动性标定适宜的充种流量、出种头的孔径及振动激振力，形成振动排队出种和破拱振动电机的控制参数，并存储；所述振动激振力为：

F＝Ameω²

其中，F--振动激振力，N；所述控制参数为：A—外部干扰系数；m—偏心块质量，kg；e—偏心块偏心距，m；ω—振动电机转动角速度，rad/s。

所述振动激振力，大小为F，方向呈周期性变化，带动锥筒内缓存种子进行振动。

3.根据权利要求1所述的一种点射式排种方法，其特征在于，步骤S2中包括以下步骤，

S21按照步骤S1确定的振动电机的控制参数产生振动激振力控制所述锥筒振动，实现高速排队出种，所述的振动激振力为：1个以上振动电机所产生振动激振力的组合；

S22检测结拱堵塞情况，以检测锥筒内种子是否结拱堵塞，出现结拱堵塞按S23处理，结拱堵塞判定标准为：规定时间内未检测到出种脉冲，判定为结拱堵塞；未出现结拱堵塞，重复S21、S22；

S23振动破拱：结拱堵塞检测显示结拱堵塞时，停止充种，按照步骤S1确定的破拱振动电机的控制参数启动破拱振动电机；检测结拱堵塞情况，结拱堵塞未清除，继续按S23处理；检测结拱堵塞已清除，关闭破拱振动电机，重复S21、S22。

4.根据权利要求1所述的一种点射式排种方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：

S3摩擦加速：下落种子经过两个位置相对运行方向相反的摩擦轮之间的缝隙，缝隙的尺寸根据种子的尺寸自适应调整，摩擦轮与下落种子两侧挤压，并通过摩擦轮的摩擦转动，使种子两侧与摩擦轮之间产生与预设射出方向相同的摩擦力，从而令种子获得与摩擦力方向相同的加速度高速排出。

5.一种适用于权利要求1至4任一项所述一种点射式排种方法的点射式排种装置，其特征在于，包括：

安装板；

摩擦轮加速装置，设于所述安装板下部，用于对种子进行加速；

振动排队出种装置，设于所述安装板上部，其下方出种头与所述摩擦轮加速装置上方开口位置相对，用于逐粒向所述摩擦轮加速装置提供单粒种子；以及

导向管，设于所述安装板下部，其与所述摩擦轮加速装置下方开口位置相对，用于引导加速种子精准射到目标位置。

6.根据权利要求5所述的一种点射式排种装置，其特征在于，

所述摩擦轮加速装置包括：

加速管，设于所述安装板上，所述加速管左右两侧设有通孔；

摩擦轮，安装于所述加速管两侧，且所述摩擦轮至少一部分嵌入到所述通孔中，使所述摩擦轮在所述加速管内转动；

驱动机构，其动力输出端与所述摩擦轮连接，用于驱动所述摩擦轮转动；

自适应调节组件，设于所述安装板上，用于自适应调节两侧摩擦轮之间的间距；以及

导槽，设于所述安装板上，形状为弧形，用来限制所述自适应调节组件的转动角度，同时限制所述摩擦轮的轴向窜动。

7.根据权利要求6所述的一种点射式排种装置，其特征在于，

所述自适应调节组件包括：

弹性部件；以及

第一调节架与第二调节架，分别设于所述加速管两侧的所述安装板上，二者相对于所述加速管对称布置；所述第一调节架和第二调节架一端设有铰接孔，另一端设有卡扣和滑块；

所述第一调节架和第二调节架一端通过所述铰接孔与安装板铰接，另一端通过所述弹性部件与所述卡扣连接，且所述滑块与安装板的导槽配合；

所述驱动机构包括第一电机和第二电机，所述第一电机和所述第二电机分别与所述第一调节架和第二调节架连接，所述第一电机和所述第二电机的转动方向相反，摩擦轮分别设于所述第一电机和所述第二电机的外转子上，且所述摩擦轮与所述第一电机和所述第二电机无相对滑动。

8.根据权利要求6所述的一种点射式排种装置，其特征在于，所述加速管上部为方形管，所述加速管下部为圆形管，且所述加速管上部左右两侧设有所述通孔；所述加速管上部的方形管与下部的圆形管的相接处为平滑过渡，所述加速管上部方形管前后两内壁各设有两个扇形凹面，所述凹面与摩擦轮间隙配合。

9.根据权利要求5所述的一种点射式排种装置，其特征在于，

所述振动排队出种装置包括：

锥筒，用于向所述摩擦轮加速装置提供单粒种子；

出种头，安装于所述锥筒底部；

开口朝上的加种口，下部与所述锥筒连接；

振动电机组，固定于所述锥筒的外壁上，为所述锥筒提供激振力，用于排队出种和振动破拱；

固定座，设于所述锥筒与所述加种口的连接处，两端固定于所述安装板上，用于固定所述锥筒；以及

隔振部件，设于所述固定座内，用于缓冲所述锥筒对机体的振动。

10.根据权利要求9所述的一种点射式排种装置，其特征在于，

所述锥筒顶部为大口径，底部为小口径，内壁为光滑的螺旋纹，用于引导种子沿螺旋纹向出种头运动；

所述出种头可拆卸地扣接在锥筒底部，出种头的口径与S1中标定的出种头孔径一致；

所述出种头下部设有结拱堵塞检测系统，种子通过结拱堵塞检测系统中心区域时产生出种脉冲，用于检测种子排队出种情况；

所述振动电机组包括一个以上振动电机，按功能设为排队出种振动电机组和破拱振动电机组。

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