CN112868434A - 智能全自动无人水漂浮托盘式固体种植基质植物工厂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能全自动无人水漂浮托盘式固体种植基质植物工厂，为全封闭式玻璃温室结构，玻璃温室内分为依次相邻的播种车间、生长车间和采装车间，采用托盘作为盛装工具种植植物，播种车间和采装车间内均设有液压推送系统，生长车间全封闭且相对净化，内设水池，水池被分隔为多条互相平行水槽，种植植物的托盘在水槽内通过液压推送系统的初始推力和水的浮力从播种车间一端向采装车间一端移动，或者反向运回。该植物工厂对建设环境没有要求，自动化程度高，植物生产效率提高，能够实现较佳的经济效益。

Description

智能全自动无人水漂浮托盘式固体种植基质植物工厂

技术领域

本发明涉及农业种植技术领域，具体涉及一种智能全自动无人水漂浮托盘式固体种植基质植物工厂。

背景技术

随着人口的不断增加以及环境的恶化，土地成为农业种植发展的其中一个限制因素，如何利用沙化土地、受工业污染土地、盐碱地等诸多不宜植物生长的土地及环境成为植物栽种的一个研究方向。

另外，传统土壤种植方式因土壤营养成分不同，种植环境开放，较为依赖化肥和农药，还存在重金属、有害细菌、虫卵等污染问题，这些因素都制约了种植产业的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种对建设环境无要求、能够批量大规模生产无污染植物、无人化程度高的智能全自动无人水漂浮托盘式固体种植基质植物工厂。

本发明技术方案详述如下：

一种智能全自动无人水漂浮托盘式固体种植基质植物工厂，为全封闭式玻璃温室结构，玻璃温室内分为依次相邻的播种车间、生长车间和采装车间，采用托盘作为盛装种植基质工具种植植物；

所述播种车间内设有依次连接的基质添加装置，基质消毒装置、播种机器人和托盘转运平台，还设有液压推送系统；播种车间外设有基质储存仓，通过输送系统与基质添加装置连接；

所述生长车间为全封闭相对净化空间，内设水池，水池被分隔为多条互相平行的用于装水承托托盘的水槽；横跨水池上方在靠近播种车间的一端和靠近采装车间的一端分别安装有重型桁架式机器手，用于将托盘从种植车间、生长车间和采装车间之间进行搬运；

所述采装车间内设依次连接的托盘转运平台、采摘平台、包装设备，还设有液压推送系统，其中，采摘平台还配套设置采摘机器人；

其中，播种车间的液压推送系统用于将托盘沿着水槽向采装车间一端推送，采装车间的液压推送系统用于将托盘沿着水槽向播种车间一端推送。

可选或优选的，上述植物工厂中，所述输送系统可采用全自动高压气动输送系统，从基质储存仓将基质输送到基质添加装置，解压后供基质添加装置使用。

可选或优选的，上述植物工厂中，所述生长车间内还包括浇水行车，所述水池上方架设有行车轨道供浇水行车移动，所述浇水行车包括行车控制系统、喷水系统和升降梯，所述喷水系统包括储水箱、激光水幕喷水设备和喷水控制系统，所述浇水行车顶部构造有平台，所述升降梯能够围绕平台移动和升降。

行车轨道可以选用角钢或其他带凸起的结构，相应的，浇水行车底部安装滚轮，滚轮外缘与行车轨道相适配，例如中间带凹槽的轮缘，能够使滚轮骑在行车轨道上，沿行车轨道前进或者后退。

可选或优选的，上述植物工厂中，所述浇水行车上还安装有土壤温湿度探测仪和影像监控系统。

可选或优选的，上述植物工厂中，所述基质添加装置包括种植基质添加设备和育苗基质添加设备，所述种植基质添加设备包括第一添料储料仓和第一添加机，育苗基质添加设备包括第二添料储料仓和第二添加机，其中，第一添加机包括自动称重添料系统和搅拌系统。

可选或优选的，上述植物工厂中，所述托盘转运平台设在正压转运仓内，正压转运仓在仓门开启时向外释放正压；在包装设备前还设置有预冷机，在包装设备后还设有打码贴标设备、纸箱外包装设备、运单喷码设备和机器人搬运装箱设备。

可选或优选的，上述植物工厂中，还包括产品追溯系统，所述产品追溯系统包括智能芯片和芯片扫描仪，其中，智能芯片安装在托盘上，每块智能芯片内负载有对应安装托盘的信息；所述芯片扫描仪安装在播种车间、生长车间和采装车间的每个工段，用于扫描记录经过该工段的托盘工作信息。

可选或优选的，上述植物工厂中，所述生长车间内还设有雾化喷淋系统，所述雾化喷淋系统包括多个喷嘴和与喷嘴连接的供给管，喷嘴均匀分布于水池上方所述供给管分别连接冷水供水管、热水供水管、臭氧水供水管和二氧化碳供气管。

对于喷嘴的安装位置，优选安装在行车轨道的下方，供给管顺着行车轨道排布。

可选或优选的，上述植物工厂中，所述生长车间外还设有水净化系统，净化后的纯净水供浇水行车及水池使用，所述生长车间内还设有空气净化系统、防水LED照明系统、超视距监控系统和感应监控器，所述超视距监控系统用于监控托盘运行和植物生长情况，所述感应监控器用于监测生长车间内温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度。

可选或优选的，上述植物工厂中，所述播种车间内设置播种总控制室，播种总控制室内安装播种监控系统和播种显示屏，所述播种监控系统连接和监控基质添加装置，基质消毒装置、播种机器人、托盘转运平台和液压推送系统工作；所述采装车间设置采装总控制室，采装总控制室内安装采装监控系统和生长显示屏，所述采装监控系统连接和监控生长车间内所安装的各种设备的工作。

可选或优选的，上述植物工厂中，所述水池在外底部设置保温结构，所述水槽内安装有带释放孔的调温管道，所述水槽在侧壁顶部加装承重板，承重板上安装有滚轮，用于承重和限制托盘运行。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、在生长车间为全封闭相对净化空间，能够防止任何病虫害侵入，采用水池装水承托托盘的方式种植植物，水池有以下功能：(1)漂浮运输每个质量达到近400公斤的托盘，水池内不需要安装任何电力、机械设备，托盘的移动仅靠安装在播种车间(及采装车间)的液压推送系统完成，托盘在水池内以无动力水漂浮的运行模式下，基本不会产生损坏，可以避免维修工作的进行，减少操作难度和维修工人进入植物生长区带来的不必要污染风险；(2)通常水池内的水温恒定保持在18℃-20℃，通过种植托盘使得托盘内的种植基质温度一直保持在植物最佳生长温度，让植物根系在最佳温度环境下最优势生长。水温是可调节的，有一些植物根部可能需要不同的温度环境，可以调节水池水温让种植基质温度改变达到最佳环境条件；(3)水池里的水还可以辅助调节种植车间的环境温度；(4)水池内安装的调温管道还可以向水中灌注高浓度臭氧水对水体进行净化消毒。

2、在生长车间横跨水池两端分别安装重型桁架式机器手，用于托盘的搬运，节省人力，减少污染。生长车间内设浇水行车，可以在生长车间两端运行方向转换区域做横向平移，从水槽上方轨道平移至下一个或者需要的水槽上方轨道。浇水行车的激光水幕喷水设备工作时会根据系统指令释放合适水量形成一面细水墙，在行车行走过程中将水非常均匀地浇灌在种植托盘里，行车的行走速度的调节也可以控制浇水量，实现自动浇水。

另外，浇水行车上还设有升降梯供维修人员使用，升降梯可以随浇水行车运行至植物生长区全区域每一个地方，当植物生长区需要维修时，维修人员从设立的消毒室(根据需求设立)消毒并穿上隔离服后进入植物生长区，搭乘浇水行车可以对植物生长全区域进行维修。

3、植物工厂设立了独立的产品追溯系统，通过给托盘编码、安装智能芯片，使托盘在每一道工段都能够被扫描仪扫描记录信息，工作信息汇总后可以统一在包装时制成信息二维码喷印在产品包装盒外供消费者查验，能够让消费者对植物的整个生产过程进行追溯。

4、由于工厂内所用到的电气设备涉及到多个领域，设备的控制系统复杂而繁多，相互之间并不是完全兼容，因此我们根据这个特点，采用了不同车间分别设置独立的总控制室和显示屏的方式，通过各自的总控制室控制电气设备进行智能化作业，工厂运行过程中不需要任何人工操作和介入，只有在出现故障、维修等特殊情况下才需要专业人员介入。整个植物工厂一个班次只需要两名技术人员监视设备运行智控监视界面，及时发现可能出现的问题并解决。整个工厂以实用为目的，智能工业化程度达到3.0-4.0，当然我们并不过度追求它的智能工业化程度，而是保证整套工厂运行顺畅为目的。

5、播种车间内，托盘内的基质分为种植基质和育苗基质，分别添加，添加后集中消毒，消毒降温后的基质再通过机器人播种机进行播种，整个过程自动化完成，播种后的托盘进入托盘转运平台，托盘转运平台设在正压仓内，当托盘转运过程进出正压仓时，正压仓开启仓门释放正压来防止外部不干净空气逆向进入污染植物生长区；另外，在采摘后的托盘运送回播种车间进入播种车间时的转运平台也设有一个正压仓(内置托盘转运平台)，在采装车间成熟后的托盘即将运送至采摘平台的托盘转运平台及临近返回水槽的一端托盘转运平台也设在正压转运仓内，用于将采摘后的托盘经正压转运仓转运至采摘平台或者进入返回水槽运送至播种车间，这里的正压转运仓同样降低了污染风险。

6、采装车间内托盘上的成熟植物采收后直接包装打码贴标，打码贴标中的信息内容可以包括公司信息，工厂信息，生产信息，产品信息以及精确可追溯信息等，有一些信息还可以被制成二维码直接喷印在包装瓶外部，以便消费者容易查验。

7、植物工厂内可以种植任何单季生长、采摘的植物，包括蔬菜、中草药、经济作物、粮食等等。工厂对建设地土壤及环境没有任何要求，可以建造在沙化土地、受工业污染土地、盐碱地、不宜植物生长的土地及环境中。植物工厂本身运行在全无污染条件下，没有任何废水、废弃排放，不会对环境造成任何污染和影响，植物工厂是在全有机生产标准下设计建造。

附图说明

图1为本发明实施例植物工厂整体外观示意图；

图2为本发明实施例植物工厂外部设备安装区示意图；

图3为本发明实施例植物工厂内部分区及各区域结构示意图；

图4为液压推送设备推送托盘前进的结构示意图；

图5为行车轨道和转向轨道铺设排布示意图；

图6为浇水行车的整体结构示意俯视图。

附图标记：

1-种植基质添加设备，2-育苗基质添加设备，3-高温消毒设备，4-加速冷却系统，5-并联机器人播种机，6-托盘转运平台，7-重型桁架式机器手，8-水槽，9-液压推送设备，91-液压油缸，92-推送臂，93-液压缸墙壁固定法兰，10-采摘平台，11-塑料包装瓶原料供应仓，12-塑料包装瓶制坯机，13-塑料包装瓶吹瓶机，14-蔬菜包装前预冷机，15-全自动气调包装机，16-打码贴标系统，17-纸箱包装机，18-运单喷印机，19-托盘，20-行车轨道，21-转向轨道，22-浇水行车，221-升降梯运行轨道，222-锂电池组，223-行车控制系统，224-视频监控设备，225-储水箱，226-升降梯，227-基质温湿度测量设备，228-激光水幕喷水设备。

具体实施方式

下面结合附图和较佳的实施例对本发明的植物工厂进行清楚、完整地说明，以使本领域技术人员能够更好地理解本发明并予以实施。

请参考图1，为一种智能全自动无人水漂浮托盘式固体种植基质植物工厂的外观整体结构示意图。该植物工厂为全封闭式玻璃温室结构，整体生产环境采用钢结构净化空间智能温控玻璃温室结构，顶部建造全覆盖太阳能电站，发电供工厂自用，工厂面积根据投资确定，最佳经济效益建造面积20000平方米，立柱柱距4米×4米。檐高7米，顶高8.5米。植物工厂内部分成三个车间，第一车间为添加种植材料、种植材料消毒、播种植物种子的播种车间；第二车间为供植物生长成熟的生长车间；第三车间为植物采摘、包装的采装车间。

种植植物的载体为顶面敞开的长方体托盘，尺寸可根据种植工厂结构自行设定。托盘最好由耐酸、耐碱、耐高温、耐老化的材料制作，这样使用寿命比较长。本实施例每个托盘连同基质和植物在内总重量可达400公斤。

植物工厂整体玻璃温室内部采用高浓度臭氧水消毒，因会对金属构件形成腐蚀，所以内部建造金属材料全部进行表面防腐处理，比如钢结构件进行表面喷塑作业，其他设备尽量采用防腐材料制造。

植物工厂外还连接有一个外部设备安装区，用于根据需求配套建设温控设备、消毒设备、空气净化设备、供水供电设备、供二氧化碳设备、水净化设备、备用厂房等。在本实施例中，请参考图2，植物工厂外部设备安装区配套有以下设备：

(1)一台锅炉提供热水，大小根据建造当地情况需要而定。

(2)一套制冷水机提供冷水，大小根据当地情况需要而定。

(3)一套空气源热泵和高大空间送风系统(采用防腐全环境环流风机)，用于工厂内的空气环境温度、湿度控制，可以根据植物生长进行温湿度的控制调节，普通植物生长温度一般在25℃左右。

(4)一套高压雾化喷淋系统，覆盖植物生长车间全区域，采用全不锈钢组件。该系统有四种功能：喷淋冷热水进行温度控制，喷淋臭氧水进行消毒，喷灌二氧化碳。

(5)一套高浓度臭氧水制备机提供高浓度臭氧水(电解法)。高浓度臭氧水制备设备用于连接高压雾化喷淋系统，对工厂内的空气环境进行相对净化，高浓度臭氧水定期雾化喷淋，可有效灭杀对植物有危害的病毒和细菌，做到相对菌平衡，使得病菌、病毒不会爆发让植物生病，危害到植物生长。

(6)一台备用发电机作为备用电源，可以采用柴油发电机组，发电量根据植物工厂需求确定。

(7)一台二氧化碳储气罐，为植物生长车间全区域提供二氧化碳增量灌注，储气罐储量根据植物工厂大小确定。

(8)一套屋顶太阳能电站系统作为太阳能储能设备，包括蓄电设备，大小根据植物工厂面积确定。

(9)一套膜技术净化水系统，处理后的水用于浇灌植物和补充水池里的用水。

(10)一套雨水收集净化系统，用于收集雨水，净化后供种植工厂使用，不会侵占公共用水资源。

(11)备用厂房，作为备用设备放置或者其他需要使用。

在植物工厂外靠近播种车间的一侧，还建造有基质储存仓，分为第一供料站和第二供料站，分别存放种植基质和育苗基质，种植基质和育苗基质通过高压气动输送系统输送至种植车间内的基质添加装置。

请参考图3，植物工厂内，划分为依次相邻的播种车间、生长车间和采装车间。

第一部分：播种车间

播种车间内设依次连接的基质添加装置、基质消毒装置、播种机器人和托盘转运平台，还设有液压推送系统。

其中，基质添加装置包括种植基质添加设备1和育苗基质添加设备2，所述种植基质添加设备1包括第一添料储料仓和第一添加机，第一添加机包括自动称重添料系统(百叶窗式基质添料系统)和搅拌系统。育苗基质添加设备2包括第二添料储料仓和第二添加机，第二添加机包括自动称重添料系统，可采用格栅垂落式抖动添加机。

播种车间外的第一供料站和第二供料站内存储的种植基质和育苗基质分别通过各自的高压气动输送系统输送至种植车间内的第一添料储料仓和第二添料储料仓，种植基质送入第一添料储料仓，育苗基质送入第二添料储料仓。

基质消毒装置可以选择高温消毒设备3，采用微波、中子波等加热方式，对托盘里的基质消毒。如果选用高温消毒设备3，那么消毒设备后还应当增加一套加速冷却系统4，使消毒后的基质降温。

播种机器人可以采用并联机器人播种机5进行播种。

托盘转运平台6分别设置在播种车间的头尾两端(基质装盘一端和播种结束一端)，托盘转运平台6安装在正压转运仓内，正压转运仓的出入口分别连接播种车间和生长车间。

液压推送系统包括液压推送设备9，播种车间内的液压推送设备9的数量与生长车间内水槽的数量相同，每条水槽对应一台液压推送设备9，用于将水槽里的托盘向采装车间方向推送。

请参考图4，液压推送设备9包括液压油缸91和前端的推送臂92，其中，液压油缸91部分安装在播种车间内，通过液压缸墙壁固定法兰93固定在播种车间和生长车间之间的墙壁上，而推送臂92部分伸出至生长车间对应在水槽端部，用于推送托盘。

播种车间内设置播种总控制室，播种总控制室内安装播种监控系统和播种显示屏，所述播种监控系统连接和监控基质添加装置，基质消毒装置、播种机器人、托盘转运平台和液压推送系统等相关电气设备工作。

第二部分：生长车间

生长车间主要用于供托盘内种植的植物生长，该车间为全封闭相对净化空间，防止任何病虫害的侵入，生长车间与播种车间和采装车间相连通的部分均设置正压转运仓，种植托盘从播种车间进出种植车间或者采装车间都经过设在正压转运仓内的托盘转运平台完成。

整个植物生长区域为一个深一米的水池，水池外底部进行保温处理，水池被分割成宽两米(包括隔墙)，一定长度的多个水槽8(根据种植工厂大小确定水槽数量和长度)，水槽8采用钢筋混凝土网格化结构，全部钢筋混凝土表面进行防渗漏处理。水池里的水温一直保持在18℃-20℃之间，温度的控制采用在每一个水槽底部中间沿水槽纵向铺设带有释放孔的调温管道，调温管道有三个作用：输送热水、冷水和灌注高浓度臭氧水净化消毒，防止水富营养化。水槽的钢筋混凝土隔墙顶端加装等宽、由托盘同样材料制造的承重板，承重板上每隔30cm安装一个起承重、导向、限制作用的滚轮，滚轮的承托面有一定缓冲弧度，其曲面形状和托盘两端的曲面弧度吻合，以最大限度的稳定、规范托盘的运行。

水池有三个功能：(1)漂浮运输每个质量达到近400公斤的托盘；(2)通常水池内的水温恒定保持在18℃-20℃，通过托盘传热使得托盘内的种植基质温度一直保持在植物最佳生长温度，让植物根系在最佳温度环境下最优势生长。水温是可调节的，有一些植物根部可能需要不同的温度环境，可以调节水池水温让种植基质温度改变达到最佳环境条件；(3)辅助调节种植车间的环境温度。

生长车间内水槽、水、托盘构成的水漂浮托盘系统没有安装任何电力、机械部分，托盘的移动靠安装在播种车间里的液压推送系统完成。托盘在生长车间内无动力水漂浮运行模式下，基本不会产生损毁，也就避免了维修工作的进行，减少了操作难度和维修工人进入植物生长区域带来的不必要的污染风险。

水池的各水槽8互相平行排列，绝大部分作为种植水槽，剩余的一条或者多条水槽可以同时作为返回水槽使用，在作为返回水槽时，其靠近采装车间的一端应当对应有液压推送设备9，用于推送水槽内的托盘返回至播种车间一端。

请继续参考图3，横跨水池上方在靠近播种车间的一端和靠近采装车间的一端分别安装有重型桁架式机器手7，用于将播种车间里托盘转运平台6上的托盘转移到种植水槽内，以及将种植水槽内的托盘转运至采装车间，将采装车间的托盘转运至返回水槽，将返回水槽的托盘转运至播种车间。

生长车间内在水池上方铺设有浇水行车轨道20，浇水行车能够沿着行车轨道20运行。请参考图5，行车轨道20顺着水槽内托盘运行方向延伸，相互之间平行排布，由于生长车间玻璃温室建造柱距为4米×4米，因此与行车轨道成90°角方向的长度(即相邻两条平行的行车轨道之间的距离)为3.8-4米之间，视生长车间玻璃温室的柱距确定。在行车轨道的两端，还排布一套转向轨道21，转向轨道21与水槽延伸方向以及与行车轨道方向成90度角排布。行车轨道20和转向轨道21均为中心凸出，两边向下倾斜的条状结构，例如可以使用角钢作为行车轨道和转向轨道。

请参考图6，整体上，浇水行车22是长3.8米(精确长度最后根据钢结构立柱宽度决定)，宽2米的一个不锈钢结构平台，平台最外围一圈为升降梯运行轨道221，车上分别安装储水箱225、基质温湿度测量设备227和锂电池组222，以及行车控制系统223和其他一些必要设备。激光水幕喷水设备228被安装在浇水行车运行方向的最前方底端。

浇水行车22底部安装有四个分别独立驱动的轮子(图中未示出)。行车采用无线动力，由锂电池组222供电运行，驱动力采用四个伺服电机安装在四个轮子上，四个轮子分别都是主动轮，行车可以在种植生长车间两端运行方向转换区域做横向平移，从一个四米两行的漂浮水槽上方行车轨道20平移至下一个或者需要的漂浮水槽上方行车轨道20。锂电池的充电采用全自动充电模式，或许会采用无线充电方式进行。浇水行车22最主要的设备包括喷水系统和升降梯226，以及行车控制系统223，喷水系统用于给托盘中的植物浇水，升降梯226用于维修人员使用。行车控制系统223控制浇水行车的整体运行。

浇水行车的运行和转向：浇水行车22的转向和移动至另一排行车轨道20上的动作，主要靠安装在底部的四个主动轮来完成。四个主动轮分为两套，一套主动轮含两个，固定在浇水行车底部，分别由伺服电机驱动，可以沿着行车轨道方向来回移动。第二套主动轮与第一套主动轮的行驶方向成90度角，且由一套液压升降系统操控可以上下移动。当浇水行车需要变换至另一个行车轨道时，浇水行车运行至本行车轨道20两端任意一端后，液压升降系统工作，降下第二套主动轮并超过第一套主动轮最低端，即第一套主动轮悬空，第二套主动轮降至转向轨道21上，然后第二套主动轮开始行走，将浇水行车移动至需要的行车轨道20上，第一套主动轮对准行车轨道20后，液压升降系统将第二套主动轮升起悬空，第一套主动轮落下至轨道上，然后浇水行车即可沿漂浮水槽内种植托盘运行方向来回行走。

关于浇水方面，浇水行车的喷水系统为激光水幕式喷水系统，包括储水箱225、激光水幕喷水设备228和喷水控制系统。激光水幕喷水设备228被安装在行车运行方向的最前方底端，工作时会根据喷水控制系统的指令释放合适水量形成一面细水墙，在浇水行车22行走过程中将水非常均匀地浇灌在托盘里，浇水行车的行走速度的调节也可以控制浇水量。另外，浇水行车上还可以安装移动基质温湿度测量设备227(土壤温湿度探测仪)，用于在浇水之前对托盘内的种植基质进行温、湿度测量，然后确定需水量，将需水量数据换算成激光水幕喷水量或者行车行进速度从而控制浇水量。储水箱225的水量有一个水量自动添加系统控制添加，当水面下降到一定高度，会通知浇水行车的行车控制系统223前往自动加水站加水，自动加水站排列安装在行车换轨运行的两面墙上，也就是安装在靠近转向轨道的两面墙上，实际建造过程根据需要确定安装数量，以便顺利为行车加水。喷水系统除了给植物浇水外，也可以用于浇灌液体叶面肥。

关于维修方面，在浇水行车的顶部平台周围设置升降梯运行轨道221，升降梯运行轨道221上安装升降梯，升降梯226能够围绕升降梯运行轨道221自由移动和升降，供维修人员使用。升降梯226可以随浇水行车22运行至植物生长区全区域每一个地方，当植物生长区需要维修时，维修人员从设立的消毒室消毒并穿上隔离服后进入植物生长区，搭乘浇水行车可以对植物生长全区域进行维修。

关于监控方面，浇水行车上还安装了一套360度超视距影像监控系统，参考图6的视频监控设备224，安装在升降梯运行轨道221的四个角处，可以移动监看植物生长全区域的各种情况，例如托盘运行、植物生长等。

生长车间内植物生长全区域覆盖雾化喷淋系统，可以采用高压雾化喷淋系统。所述雾化喷淋系统包括多个喷嘴和与喷嘴连接的供给管，喷嘴安装在生长车间内部全区域，水池的上方，具体的，喷嘴均匀分布在行车轨道20的下部，供给管分别连接外部设备安装区配套的冷水供水管、热水供水管、臭氧水供水管和二氧化碳供气管等。雾化喷淋系统有以下四个功能：(1)当植物生长温室内部需要骤冷时(比如炎热夏天空调系统出现故障停机维修时，需要骤冷)通过雾化喷淋系统喷淋雾化冷水，保持温室内部在温控设备停机情况下的降温补充。(2)当温室内部需要骤热时(比如寒冷冬季控调系统出现故障停机维修时，需要骤热)通过雾化喷淋系统喷淋雾化热水，保持温室内部在温控设备停机情况下升温补充。(3)使用雾化喷淋系统定期喷淋雾化高浓度臭氧水消毒。(4)通过雾化喷淋系统每天在有光照情况下进行二氧化碳灌注，一般二氧化碳浓度保持在800-1200PPM，根据不同植物不同需求设定。雾化喷淋系统的供给管安装在浇水行车轨道下面，四种功能可以随时互换。

生长车间内植物生长全区域进行防水LED灯覆盖，LED灯有两个功能，在弱光条件下补光，在全黑条件下提供全光源增加植物产量。植物工厂全光照时间根据不同植物生长需要设定为10-24小时之间任意调节，LED灯系统可以安装在浇水行车轨道下方。

另外，植物生长全区域还可以根据需求安装温度、湿度、二氧化碳浓度、光照度等感应监控器，全面、准确、第一时间获知植物生长全区域的生长环境数据，便于精准调节。

第三部分：采装车间

请参考图3，采装车间内设依次连接的托盘转运平台6(在正压转运仓内)、采摘平台10、蔬菜包装前预冷机14、全自动气调包装机15(包装设备)、打码贴标系统16(打码贴标设备)、纸箱包装机17、运单喷印机18等等。其中，采摘平台10还配套设置采摘机器人。另外，也可以现场生产塑料包装瓶，此时则还有塑料包装瓶原料供应仓11(设在采装车间外部)，以及塑料包装瓶制坯机12和塑料包装瓶吹瓶机13。

内设托盘转运平台6的两个正压转运仓分别设置在采装车间的入口端和出口端，在出口端，对应作为返回水槽的水槽端部，还设有一台液压推送设备9，用于将采摘完的托盘沿着返回水槽推回至播种车间一端。

在采装车间内，还设置采装总控制室，采装总控制室内安装采装监控系统和生长显示屏，采装车间内的所有电气设备均与采装监控系统连接，便于监控采装车间内各种设备的工作。

第四部分：产品追溯系统

该植物工厂还包括产品追溯系统，所述产品追溯系统包括智能芯片和芯片扫描仪，其中，智能芯片安装在托盘上，每块智能芯片内负载有对应安装托盘的信息；所述芯片扫描仪安装在播种车间、生长车间和采装车间的每个工段，用于扫描记录经过该工段的托盘工作信息。

植物工厂运行方式：

1、种植基质和育苗基质添加

种植基质(粗)存储在播种车间外的第一供料站，通过全自动高压气动输送系统输送到种植基质添加设备1的第一添料储料仓，解压后供第一添加机使用。托盘送入到第一添加机的添加平台后自动称重，第一添加机确定种植基质添加数量，采用百叶窗式基质添加系统将种植基质均匀加入到托盘中，再采用旋耕搅拌法将添加基质和托盘中原有基质充分搅拌均匀，并整平。

育苗基质(细)存储在播种车间外的第二供料站，通过全自动高压气动输送系统输送到育苗基质添加设备2的第二添料储料仓，植物工厂采用直播种子方式，因此在这一工序添加较细的育苗基质，育苗基质输送到第二添料储料仓解压后供第二添加机使用，采用格栅垂落式抖动添加机均匀将育苗基质覆盖在生长基质表面。

2、基质高温消毒

托盘装好种植基质和育苗基质后，送入高温消毒设备3，采用高温消毒法对种植托盘里的基质进行消毒，杀灭各种可能有的活体。高温消毒可以采用微波、中子波加热方式，采用空腔室托盘均匀移动连续加热的方式加热(或其他方式)，加热时间5分钟左右(根据种植工厂大小决定时间)，温度达到80℃-120℃，根据需要可调。加热后进入一套加速冷却系统，将种植托盘内的基质温度降低至30℃以下，降温系统还可以同时采用高压冷风降温及冷水喷淋方式降温。降温后的种植托盘送入下一个播种工序。

3、采用并联机器人播种机进行播种。

4、播种后的托盘进入托盘转运平台6，托盘转运平台6设立在一个正压转运仓内，仓门开启时释放正压，防止外部不干净空气逆向进入污染植物生长区。

5、从正压转运仓出口出来的托盘，由重型桁架式机器手搬运至水槽中。

6、水槽中托盘的移动

重型桁架式机器手将搬运至生长车间区后，依次排放在每一个种植水槽内，通过播种车间的液压推送设备9的推送臂向前推送。

托盘在水槽内非常缓慢的移动过程中，植物生长成熟，当成熟时，已经移动到了水槽靠近采装车间的一端。

此时，位于采装车间一侧的重型桁架式机器手将成熟植物的托盘搬运至采装车间入口处带有正压仓的托盘转运平台6，然后靠输送带转运至采摘平台10。

7、成熟植物采装

托盘到达采摘平台10后，使用采摘机器人采摘，根据设定每一个包装的净质量将蔬菜装入包装容器，然后打码贴标等。

以包装叶菜类有机蔬菜为例，详细阐述该工序：

叶菜类有机蔬菜采用塑料瓶装充气包装方式包装，首先是包装瓶制造，在与采摘平台10并列区域安装了一套塑料包装瓶制坯、吹瓶设备(塑料包装瓶制坯机12和塑料包装瓶吹瓶机13)，直接使用PP粒料吹瓶，从车间外的粒料料仓(塑料包装瓶原料供应仓11)供料给制坯机，制坯后供给吹瓶机吹瓶(包装瓶形状为圆柱形)，合格瓶自动送至采摘平台10。采摘平台安装了一套叶类蔬菜机器人采摘系统，完成蔬菜采摘并放入包装塑料瓶。

装上蔬菜的包装瓶进入真空预冷机(蔬菜包装前预冷机14)预冷，由于真空预冷机的预冷工作时间一次大约为20分钟，因此，已经装入蔬菜的单列包装瓶在这里可以使用机器手搬运并依次排列在一个三层托架系统中的托架中(托架大小根据蔬菜产量设定，预冷机大小也是根据蔬菜产量确定，可以有一定的操作空间)，轮流至预冷机内循环预冷。

预冷后的瓶装蔬菜通过机器手从托架中搬运排列成单排或者双排(根据气调包装机的设计需求决定)，运送至全自动气调包装机15进行包装，包装后的瓶装蔬菜进入打码贴标系统。

在打码贴标工段，使用打码贴标设备进行打码贴标。打码贴标中的信息内容包括公司信息，工厂信息，生产信息，产品信息以及精确可追溯信息，有一些信息被制成二维码直接喷印在瓶装蔬菜的包装瓶外部，以便消费者容易查验。塑料瓶打码贴标以后进入纸箱包装机17。

纸箱包装工段采用纸箱外包装设备将瓶装蔬菜自动成箱、装箱、打包，一个塑料瓶装在一个相适应大小的纸箱内。纸箱包装好后的成品单行依次进入下一个工段：运单喷码工段，在销售APP上客户的购买信息被传输至该工段的运单喷印机18(运单喷码设备)，直接将快递运单喷码在纸箱外部。喷上快递运单的成品被机器人搬运装箱设备搬运至塑料转运筐，并搬运至运输车上，装满一车直接送到快递分送中心。

8、托盘回收

采摘完成后的托盘，被运送至采装车间的出口端，通过内设托盘转运平台6的正压转运仓送出采装车间，由重型桁架式机器手搬运至水槽，再由采装车间的液压推送设备9推送至播种车间。播种车间一端的重型桁架式机器手将托盘从水槽中搬运至播种车间入口，通过内设托盘转运平台6的正压转运仓送入播种车间的种植基质添加设备处，进行下一轮循环。

在生产中，水池各个水槽中托盘是排满的，所以不管是播种好的托盘向采装车间一端推送，还是回收的托盘运回播种车间一端，都只需要在水槽端部给一个推力即可，推力会沿着相邻的托盘向前传递，当水槽中空出一个托盘的位置时，即可再放入另一个托盘。

各车间的电气设备均可以根据方便程度连接至播种总控制室或者是采装总控制室，监测和控制各车间所有设备、以及太阳能电站、雨水收集设备等的运行。

该植物工厂可以种植任何单季生长、采摘的植物，包括蔬菜、中草药、经济作物、粮食等等。

植物工厂理论上可以建造无数层，根据建造者需要确定，不过多层的建造成本及运营成本都高过单层工厂。

对于植物工厂使用的种植基质，也可以根据需求进行选择，种植基质分两大类，如果生产超有机产品，可以使用有机种植基质，如果生产普通健康标准蔬菜，则采用种植基质加营养液的方式，不过，这种生产方式的投入产出比(经济效益)会大打折扣。

该植物工厂对建设地土壤及环境没有任何要求，可以建造在沙化土地、受工业污染土地、盐碱地、不宜植物生长的土地及环境中。植物工厂本身运行在全无污染条件下，没有任何废水、废气排放，不会对环境造成任何污染和影响，植物工厂是在全有机生产标准下设计建造，非常适合当下所倡导的节能环保、绿色可持续发展农业理念。

本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.智能全自动无人水漂浮托盘式固体种植基质植物工厂，为全封闭式玻璃温室结构，其特征在于，玻璃温室内分为依次相邻的播种车间、生长车间和采装车间，采用托盘作为种植基质盛装工具种植植物；

所述播种车间内设有依次连接的基质添加装置，基质消毒装置、播种机器人和托盘转运平台，还设有液压推送系统；播种车间外设有基质储存仓，通过输送系统与基质添加装置连接；

所述生长车间为全封闭相对净化空间，内设水池，水池被分隔为多条互相平行的用于装水承托托盘的水槽；横跨水池上方在靠近播种车间的一端和靠近采装车间的一端分别安装有重型桁架式机器手，用于将托盘从种植车间、生长车间和采装车间之间进行搬运；

所述采装车间内设依次连接的托盘转运平台、采摘平台、包装设备，还设有液压推送系统，其中，采摘平台还配套设置采摘机器人；

其中，播种车间的液压推送系统用于将托盘沿着水槽向采装车间一端推送，采装车间的液压推送系统用于将托盘沿着水槽向播种车间一端推送。

2.根据权利要求1所述的植物工厂，其特征在于，所述生长车间内还包括浇水行车，所述水池上方架设有行车轨道供浇水行车移动，所述浇水行车包括行车控制系统、喷水系统和升降梯，所述喷水系统包括储水箱、激光水幕喷水设备和喷水控制系统，所述浇水行车顶部构造有平台，所述升降梯能够围绕平台移动和升降。

3.根据权利要求2所述的植物工厂，其特征在于，所述浇水行车上还安装有土壤温湿度探测仪和影像监控系统。

4.根据权利要求1所述的植物工厂，其特征在于，所述基质添加装置包括种植基质添加设备和育苗基质添加设备，所述种植基质添加设备包括第一添料储料仓和第一添加机，育苗基质添加设备包括第二添料储料仓和第二添加机，其中，第一添加机包括自动称重添料系统和搅拌系统。

5.根据权利要求1所述的植物工厂，其特征在于，所述托盘转运平台设在正压转运仓内，正压转运仓在仓门开启时向外释放正压；在包装设备前还设置有预冷机，在包装设备后还设有打码贴标设备、纸箱外包装设备、运单喷码设备和机器人搬运装箱设备。

6.根据权利要求1所述的植物工厂，其特征在于，还包括产品追溯系统，所述产品追溯系统包括智能芯片和芯片扫描仪，其中，智能芯片安装在托盘上，每块智能芯片内负载有对应安装托盘的信息；所述芯片扫描仪安装在播种车间、生长车间和采装车间的每个工段，用于扫描记录经过该工段的托盘工作信息。

7.根据权利要求1所述的植物工厂，其特征在于，所述生长车间内还设有雾化喷淋系统，所述雾化喷淋系统包括多个喷嘴和与喷嘴连接的供给管，喷嘴均匀分布于水池上方，所述供给管分别连接冷水供水管、热水供水管、臭氧水供水管和二氧化碳供气管。

8.根据权利要求1所述的植物工厂，其特征在于，所述生长车间外还设有水净化系统，所述生长车间内还设有空气净化系统、防水LED照明系统、超视距监控系统和感应监控器，所述超视距监控系统用于监控托盘运行和植物生长情况，所述感应监控器用于监测生长车间内温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度。

9.根据权利要求1所述的植物工厂，其特征在于，所述播种车间内设置播种总控制室，播种总控制室内安装播种监控系统和播种显示屏，所述播种监控系统连接和监控基质添加装置，基质消毒装置、播种机器人、托盘转运平台和液压推送系统工作；所述采装车间设置采装总控制室，采装总控制室内安装采装监控系统和生长显示屏，所述采装监控系统连接和监控生长车间内所安装的各种设备的工作。

10.根据权利要求1所述的植物工厂，其特征在于，所述水池在外底部设置保温结构，所述水槽内安装有带释放孔的调温管道，所述水槽在侧壁顶部加装承重板，承重板上安装有滚轮，用于承重和限制托盘运行。

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