CN112806187A - 一种智能化立体式植物集约化生产装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能化立体式植物集约化生产装置，由主、副多个种植架组成。主种植架包括安装在固定架上的种植托、托移动系统、托升降系和统监测计量控制系统。种植托多层立体式分布于升降架。控制器自动调控关联的控制电机和水肥药液输送控制阀，驱动移托杆、移托链杆移动和升降架升降，使种植托轮换到顶层，托中植物随之获得阳光，自动开关控制阀完成水肥药液喷施。副种植架通过架间联接获得来自主种植架的动力和调控。本装置采用离地、多层式种植，不用补光，使用动力小耗能低，运行智能化和操作便利。用于矮小植物与种苗的集约化生产，也适于在不依赖土壤、防范土传病害、土地有限、岛屿和山地及盐碱沙漠石漠化土地贫瘠区域等特殊生境使用。

Description

一种智能化立体式植物集约化生产装置

技术领域

本发明涉及设施农业植物生产技术领域的生产设备，具体是一种智能化立体式植物集约化生产装置。

背景技术

传统的植物生产需要土地和阳光，采用平面模式进行，这种方式的土地和光能利用率不高。间套种类栽培技术的发明，利用了植物生育期、需光性等生育特性，其土地和太阳光能的利用率都得到有效显著的提高。立体式生产技术的发明，土地利用率进一步提高，缓解了植物生产规模不断扩大带来的耕地资源制约问题。结合立体式生产技术的设施农业植物生产技术与装备的创制，推动了植物生产的集约化、规模化和工厂化发展。但是，现有技术存在的不足有：一是采用补充人工光源解决立体式层架结构存在的植物光照不足和不一致问题，存在耗能和人工光源下植物生长受影响；二是，采用固定的立体式生产层架，存在高层的作业不便、劳动效率低，且存在安全风险；三是，自动化和智能化作业水平不足，影响生产管理效率。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种提供一种智能化立体式植物集约化生产装置：具备仅利用自然阳光就能满足作物生长的低能耗特性，不存在高层作业困难和安全风险，能提高人工作业的便利性和劳动效率，有较好的自动化和智能化运作性能，能集约化工厂式生产。

本智能化立体式植物集约化生产装置由一个主种植架和至少一个副种植架组成。主种植架由固定架(1)、种植托(2)、托升降系统、托移动系统、监测计量控制系统组成。

固定架(1)用于安装与支撑托升降系统、托移动系统和监测计量控制系统的组件，是由四条竖向立杆(1.1)、四条长横杆(1.2)和一组角铁状短横杆及两条底部短横杆(1.4)牢固连接构成的长立方形架体。两条顶部短横杆(1.3.1)的朝上面各设置有一个升降传动轴轴承座(1.10)、两个牵引索筒座(1.11)、两个牵引索孔和四个升降架管套杆安装孔。上层短横杆(1.3.2)、中间层短横杆(1.3.3)和下层短横杆(1.3.4)上各有四个缺口(1.8)短横杆面导轨(1.7)，两条底层短横杆(1.3.4)的中部内侧下方各按有一块移托链轮安装板(1.17)，两条底部短横杆各有四个升降架管套杆安装孔。八条升降架管套杆(1.5)各自的中部跨过缺口(1.8)，两端穿过安装孔并用套杆螺母(1.6)旋紧形成与顶部短横杆(1.3.1)和底部短横杆(1.4)间的牢固连接。立杆1(1.1.1)和立杆3(1.1.3)各自与上层短横杆(1.3.2)和中间层短横杆(1.3.3)连接处上方的内侧相向面分别安装有托复位器(1.9)、各自与下层短横杆(1.3.4)连接处下方的同一朝向外侧面分别有移托轮链控制电机安装板(1.15)和轮链传动轴轴承座(1.16)，立杆2(1.1.2)和立杆4(1.1.4)各自与长横杆4(1.2.4)连接处的同一朝向外侧面分别有移托杆控制电机安装板(1.12)和移托杆传动轴轴承座(1.14)。长横杆2外侧面有两个移托转动杆轴承座(1.13)、内测面中部有传感器安装杆(1.18)。

种植托(2)是供承载种植植物的扁长立方形托，托短边板(2.4)下方的托底板两端各装有两个导轨式托轮(2.1)，两托长边板外侧上方中部有托间隔条(2.2)、下方开有泄水孔(2.3)，各种植托在架内按两纵列、多层、列间高低错位的立体式放置。

托升降系统(3)的功能是使种植托升降轮换到顶层位置，其由两个长管型升降架和两个短管型升降架(3.1)、架牵引索(3.2)、升降控制电机(3.3)、升降传动轴(3.4)和种植架间升降传动轴联接套管(3.5)组成。每个升降架由两条架管、一块架管联接板(3.14)和管螺母(3.1.5)组成。每条架管上有供承载种植托的托板(3.1.3)、上端管口外壁螺纹和位于螺纹下方的限位条(3.1.7)，托板(3.1.3)上表面呈弧形下凹且有托板导轨(3.1.6)，有上托板(3.3.1.1)、中间托板(3.1.3.2)和下托板(3.1.3.3)三类。架管联接板(3.1.4)两端各有一个套管孔(3.1.4.1)、朝上面中部有套索环(3.1.4.2)。两条同长度架管的上端分别穿过同一架管联接板的两套管孔(3.1.4.1)后，用管螺母(3.1.5)旋紧连成一个升降架，有用两长架管(3.1.1)的长管型和用两短架管(3.1.2)的短管型两类升降架。升降架的架管套于升降架管套杆(1.5)上形成升降架与固定架的升降滑动式连接。架牵引索(3.2)的一端连接一个长管型升降架的套索环(3.1.4.2)，另一端顺序穿过顶部短横杆一侧的牵引索孔和跨过牵引索滚筒座(1.11)、缠绕升降传动轴(3.4)、跨越另一侧的牵引索滚筒座(1.11)和穿过牵引索孔，连接一个短管型升降架的套索环(3.1.4.2)形成一个升降架组，每个固定架两端各有一个升降架组。升降传动轴(3.4)安装于升降传动轴轴承座(1.10)形成与固定架(1)的连接，其一端与安装在升降传动轴轴承座(1.10)外侧的升降控制电机(3.3)连接，另一端连接架间升降传动轴联接套管(3.5)。

托移动系统(4)的功能是使种植托水平移动，其由移托杆组件和移托轮链组件两部分组成。移托杆组件包括两条移托转动杆(4.1)及与其连为一体的移托长杆(4.2)和移托短杆(4.3)、移托杆控制电机(4.4)、移托杆传动轴(4.5)、换向伞形齿轮总成(4.6)、架间移托杆传动轴联接套管(4.7)和托复位器(1.9)，其中，每条移托转动杆的一端装于移托转动杆轴承座(1.13)形成与固定架的连接，另一端套入与固定架连接的换向伞形齿轮总成(4.6)上的一个总成套管口(4.6.1)后在总成插销孔(4.6.2))插入插销形成连接。移托杆传动轴(4.5)有两段，其中一段的一端套入一个总成套管口(4.6.1)，另一端装入移托杆传动轴轴承座并在端部连接架间移托杆传动轴联接套管(4.7)，另一段的两端分别与一个总成套管口(4.6.1))和安装在移托杆控制电机固定板(1.12)的移托杆控制电机(4.4)连接。移托轮链组件包括移托轮链控制电机(4.8)、轮链传动轴(4.9)、传动轴链轮(4.10)、移托链轮(4.11)、移托链(4.12)、移托链杆(4.13)和架间轮链传动轴联接套管(4.14)，其中，轮链传动轴(4.9)一端与安装在移托轮链控制电机安装板(1.15)上的移托轮链控制电机(4.8)连接，另一端装入轮链传动轴轴承座(1.16)形成与固定架(1)间的连接并在端部连接架间轮链传动轴联接套管(4.14)。移托链(4.12)套在传动轴链轮(4.10)和装于移托链轮安装板(1.17)上的移托链轮(4.11)上形成链轮间的转动连接，移托链(4.12)上方安有与短管型升降架上最下层的种植托一侧长边板外侧形成接触式连接供用于推压种植托平移的移托链杆(4.13)。

监测计量控制系统(5)的功能是监测、计量种植架顶层的照光量和植物生长状况，并调控种植托的移动升降轮换和水肥药液的输入喷施，其由控制器(5.1)、光照传感器(5.2)、水肥药液输入接口(5.3)、控制阀(5.4)、输送管(5.5)、喷头(5.6)和植物监测传感器(5.7)组成，其中，控制器(5.1)安装于立杆2(1.1.2)的固定架窄端方向的外侧面中部，光照传感器(5.2)安装于长横杆2(1.2.2)的上表面，植物监测传感器(5.7)安装于传感器安装杆(1.18)端部下方，输送管(5.5)沿立杆3(1.1.3)的种植架窄端方向的外侧面和长横杆1(1.2.1)的上表面安装，输送管上安装有控制阀(5.4)，并在其近地端设有水肥药液输入接口(5.3)和位于长横杆1(1.2.1)上表面的管段上设分支管，分支管上安装有喷头(5.6)。控制器与光照传感器、植物监测传感器间分别有信号传输导线联接，控制器与水肥药液输送控制阀、升降控制电机、移托杆控制电机、移托轮链控制电机间分别有电线联接。

副种植架除了不配置控制电机、光照传感器和植物监测传感器和控制箱外，其组件结构与主种植架相同，副种植架通过三根联接杆分别套入架间升降传动轴联接套管(3.5)、移托杆传动轴联接套管(4.7)和移托链轮传动轴联接套管(4.14)形成种植架间连接并从主种植架获得所需的动力和和调控。

附图说明

图1是本发明实施例的固定架结构说明图；

图2是本发明实施例的正视说明图

图3是图2的右侧视说明图；

图4是图2的左侧视说明图；

图5是图2的俯视说明图

图6是本发明实施例的升降架说明图

图7是本发明实施例的移托转动杆说明图

图8是本发明实施例的种植托结构说明图

图中：

1、固定架；1.1、竖向立杆；1.1.1、立杆1；1.1.2、立杆2；1.1.3、立杆3；1.1.4立杆4；1.2、长横杆；1.2.1、长横杆1；1.2.2、长横杆2；1.2.3、长横杆3；1.2.4、长横杆4；1.3、角钢状短横杆；1.3.1、顶部短横杆；1.3.2、上层短横杆；1.3.3、中间层短横杆；1.3.4、下层短横杆；1.4、底部短横杆；1.5、升降架管套杆；1.6、套杆螺母；1.7、短横杆面导轨；1.8、缺口；1.9、托复位器；1.9.1、定位杆；1.9.2、托复位器弹簧；1.10、升降传动轴轴承座；1.11、牵引索滚筒座；1.12移托杆控制电机安装板；1.13、移托转动杆轴承座；1.14、移托杆传动轴轴承；1.15、移托轮链控制电机安装板；1.16、轮链传动轴轴承座；1.17、移托链轮安装板；1.18、传感器安装杆；2、种植托；2.1、托轮；2.2、托间隔条；2.3、泄水孔；2.4、托短边板；2.5、托长边板；2.6、托底板；3、托升降系统；3.1、升降架；3.1.1、长架管；3.1.2、短架管；3.1.3、托板；3.1.3.1、上托板；3.1.3.2、中间托板；3.1.3.3、下托板；3.1.4、架管联接板；3.1.4.1、套管孔；3.1.4.2、套索环；3.1.5、管螺母；3.1.6、托板导轨；3.1.7、限位条；3.2、架牵引索；3.3升降控制电机；3.4、升降传动轴；3.5架间升降传动轴联接套管1；4、托移动系统；4.1、移托转动杆；4.2、移托长杆；4.3、移托短杆；4.4、移托杆控制电机；4.5、移托杆传动轴；4.6、换向伞形齿轮总成；4.6.1、总成套管口；4.6.2、总成插销孔；4.6.3、伞形齿轮；4.7、架间移托杆传动轴联接套管；4.8、移托轮链控制电机；4.9、轮链传动轴；4.10、传动轴链轮；4.11、移托链轮；4.12、移托链；4.13、移托链杆；4.14、架间轮链传动轴联接套管；5、监测计量控制系统；5.1、控制器；5.2、光照传感器；5.3、水肥药液输入接口；5.4、控制阀；5.5、输送管；5.6、喷头；5.7、植物监测传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施作进一步的说明。下面的实施例所述装置为升降架上有四层托板的装置。

装托与播种植物

首先，将种植托(2)放置于两升降架组的同型升降架的同层位托板(3.1.3)上，使托轮(2.1)卡于托板导轨(3.1.6)上。同型升降架的四层托板上放置三个种植托，即长管型升降架组的下托板(3.1.3.3)和短管型种植架组的上托板(3.1.3.1)上不放置种植托，使种植托在架内升降架上呈两纵列、多层、列间高低错位立体式分布。

然后，将生产的植物播种于培养杯板后放进种植托，或在种植托里放入种植基质后在其中播种。播种时，升降和移动升降架，使需播种的种植托移动降到最低层位置，完成播种的移动升离到其它层位，直至完成全部种植托的播种。进入下一步的种植管理。

种植托移动升降与水肥药液施用

在植物种植期间，根据其生育特性和生长周期及对植物生长和光照的实时监测情况，通过控制器调控种植托的移动升降和水肥药液的输入喷施：

种植管理启始，打开控制器，手动挡运行使短管型升降架处于相对的低层位，长管型升降架处于相对的高层位。在控制器编制运行控制程序，并起始自动运行：

当设定的照光时间到达时，控制器(5.1)运行以下调控程序：

A.启动移托杆控制电机(4.4)顺时针转动，带动依次连接的移托杆传动轴(4.5)、换向伞形齿轮总成(4.6)和移托转动杆(4.1)转动，移托长杆(4.2)和移托短杆(4.3)反时针转动90度，推动长管型升降架上的三个种植托和短管型升降架上的上层、中层种植托沿托轮导轨(1.7)移靠托复位器(1.9)，各种植托的托轮离开各自所在托板(3.1.3)进入相应层的短横杆面导轨(1.7)上，并把相应的种植托复位器(1.9)的定位杆(1.9.1)压进而使托复位器弹簧(1.9.2)由伸展状态转成压缩状态，关停移托杆控制电机(4.4)；

B.启动移托轮链控制电机(4.8)顺时针转动，带动依次连接的轮链传动轴(4.9)、传动轴链轮(4.10)、移托链(4.12)转动，移托链杆(4.13)推动位于短管型升降架下托板(3.1.3.3)上的种植托离开所在托板(3.1.3.3)进入短横杆面导轨(1.7)，关停移托轮链控制电机(4.8)。

C.启动升降控制电机(3.3)顺时针转动，上升短管型升降架和下降长管型升降架，至短管型升降架上各层托板相对处于高位而长管型升降架上的各层托板处于相对的低位，且各托板上表面于相应的短向角铁状短横杆的上表面处于同一平面，关闭升降控制电机(3.3)；

D.启动移托杆控制电机(4.4)反时针转动，带动移托杆传动轴(4.5)、换向伞形齿轮总成(4.6)和移托转动杆(4.1)转动，使移托长杆(4.2)和移托短杆(4.3)回复原位，去压的托复位器定位杆(1.9.1)在托复位器弹簧(1.9.2)作用下把相应种植托推离短横杆面导轨而回复移进相应升降架的托板导轨(3.16)上，托复位器弹簧(1.9.2)由压缩状态转为伸展状态，关停移托杆控制电机(4.4)；

E.启动移托轮链控制电机(4.8)顺时针转动，带动移托链轮传动轴(4.9)、传动轴链轮(4.10)、移托链(4.12)转动，移托链杆(4.13)运转，移托链杆(4.13)推动位于底层短横杆(1.3.4)的种植托离开所在短横杆面导轨(1.7)，移入长管型升降架的下托板(3.1.3.3)上，移托轮链控制电机(4.8)由顺时针转动变为反时针转动，至移托链杆退至原位时，关停移托轮链控制电机(4.8)。

F.启动升降控制电机(3.3)反时针转动，下降短管型升降架和上升长管型升降架，至短管型升降架上各层托板相对处于低位而长管型升降架上的各层托板处于相对高位，且各托板上表面于相应的短向角铁状短横杆的上表面处于同一平面，关闭升降控制电机(3.3)。

控制器完成一轮上述A-F程序的运行是，种植托完成一次移位和高低换位。通过循环执行上述A-F程序，可使各种植托按程序设定的时间间隔依序轮换移动上升到顶部，托中植物获得轮换光照。

控制器(5.1)接收光照传感器(5.2)的监测的照光量和植物生长监测传感器监测的植物生长状况所(5.7)反馈的信号，进行校正运算并自动调节种植托上升和停留顶层时长，调控控制阀(5.4))进行水肥药液的喷淋促控植物生长，使各种植托上的植物获得适宜的照光量和同步的生育进度及有效的病虫害防治。

植物收获

植物生长达到收获标准时，将准备收获植物所在的种植托下降至底层位置而实施收获。

由上述可见，本发明与现有技术相比，其关键创新之处在于降低能耗、提高作业便利性和高劳动效率、生产管理应用智能化和集约程度高。具体体现：一是，不需人工光源和巧妙利用重力平衡升降种植托，需动力小耗能低，具有突出的节能性。二是。挖掘利用了满足植物正常生长的需光特性和水肥需要性，采用轮流照光并配以智能化的光照和植物生长的实时监测、水肥药液输入调控与定点高效喷施，植物的需光性和生长的均匀性好，水肥药液的施用效果好效率高；三是，离地、立体多层放置的种植托采用移动升降式和数字化化调控运转，人工作业仅在地面的低层就可完成，作业便利性和劳动效率高，生产管理应用的智能化度高；四是，采用主、副种植架多家联动，集约化生产度高，可实现工厂化生产。

本装置采用离地、多层式种植，不用补光，使用动力小耗能低，运行智能化和操作便利。用于矮小植物与种苗的集约化生产，也适于在不依赖土壤、防范土传病害、土地有限、岛屿和山地及盐碱沙漠石漠化土地贫瘠区域等特殊生境使用。

需要述明的是：上述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的发明构思和范围的限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，任何对本发明做出的同等替换和等效变换形成的技术方案，均应纳入本发明要求的保护范围。本发明要求保护的技术内容，已全部记载在权利要求书中。

Claims (3)

1.一种智能化立体式植物集约化生产装置，包括一个主种植架和至少一个副种植架，其特征在于：主种植架由安置在固定架(1)上的种植托(2)、托升降系统(3)、托移动系统(4)和监测计量控制系统(5)构成；种植托为由托底板、托短边板和托长边板构成的扁长方体，托短边板下方的托底板两端各装有两个导轨式托轮(2.1)；托升降系统由升降架(3.1)、架牵引索(3.2)、升降传动轴(3.4)及分别连接在传动轴两端的升降控制电机(3.3)和架间升降传动轴联接套管(3.5)组成；托移动系统由移托杆组件和移托轮链组件两部分组成，移托杆组件包括托复位器(1.9)、两条各连接有移托长杆(4.2)和移托短杆(4.3)的移托转动杆(4.1)、两个换向伞形齿轮总成(4.6)、移托杆传动轴(4.5)及分别连接在传动轴两端的移托杆控制电机(4.4)和架间移托杆传动轴联接套管(4.7)，移托轮链组件包括移托轮链控制电机(4.8)、轮链传动轴(4.9)、传动轴链轮(4.10)、移托链轮(4.11)、移托链(4.12)、移托链杆(4.13)和架间轮链传动轴联接套管(4.14)；监测计量控制系统由控制器、光照传感器、植物监测传感器、水肥药液输入接口(5.3)、控制阀(5.4)、输送管(5.5)、喷头(5.6)构成；种植托的托轮搁于升降架的托板导轨(3.1.6)和固定架的短横杆面导轨(1.8)上，形成与升降架及固定架之间的承载升降滚动平移式连接，移托长杆、移托短杆、移托链杆和托复位器定位杆与种植托一侧的托长边板外侧的连接均为接触推压式连接；副种植架的组件结构与主种植架相同，但没有控制电机、光照传感器、植物监测传感器和控制器，种植架间通过三根联接杆分别与联接架间升降传动轴联接套管(3.5)、移托杆传动轴联接套管(4.7)和移托链轮传动轴联接套管(4.14)形成种植架间的两两连接；控制器与光照传感器、植物监测传感器间分别有信号传输导线联接，控制器与水肥药液输送控制阀、升降控制电机、移托杆控制电机、移托轮链控制电机间分别有电线联接。

2.根据权利要求1所述的一种智能化立体式植物集约化生产装置，其特征在于：所述升降架有两条架管，由两管的上端分别套入中部上表面有套索环的架管联接板两端的套管孔并用架管螺母拧紧构成，升降架有两种：使用两条长管架的长管型和使用两条短管架的短管型；每个升降架的两架管套于固定架上的两条升降架管套杆形成与固定架间的上下滑移升降式连接，一个长管型和一个短管型升降架构成一个升降架组，两升降架由中部与升降传动轴缠绕联接的架牵引索的两端连接套索环而形成此升彼降式连接，每个种植架的两端各有一个升降架组且两升降架组的同型升降架位于种植架的同一侧。

3.根据权利要求1所述的一种智能化立体式植物集约化生产装置，其特征在于：所述的种植托与升降架的连接为：每个种植托两端的托轮分别置于两升降架组中同型升降架的同层托板的托板导轨上，短管型升降架的上托板(3.1.3.1)和长管型升降架的下托板(3.1.3.3)上不放置种植托，各种植托在两升降架组上按两纵列、多层、列间高低错位的立体方式放置。

Images