CN113491238A - 玉米去雄设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种去雄设备，包括底盘，该底盘具有安装到底盘的头部。头部支撑多个行单元，行单元中的每一个都具有可独立调节的竖直位置。每个行单元都可以独立地在竖直方向被调节。每个行单元都包括：拔除器或切割器；高度调节组件，用于独立调节去雄组件的竖直位置以将拔除器或切割器相对于正在被接合的种子玉米保持在预定高度处；和光学感测组件。光学感测组件包括处于第一传感器高度的第一光电传感器和处于第二传感器高度的第二光电传感器，第一传感器高度高于第二传感器高度。处理器接收并存储与去雄有关的去雄数据，所述去雄数据包括玉米高度、切割的深度、切割后的高度。该信息可以在显示器上被显示给操作者，存储在去雄机上和/或被发送到中央控制中心。

Description

玉米去雄设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于自动机械使玉米种子去雄并管理在去雄期间获得的与玉米种子和去雄操作相关的数据的系统和方法。

背景技术

玉米植株具有雄花和雌花。玉米植株最顶端的雄穗是产生花粉的雄花，而带穗丝的玉米穗是雌花。风将花粉从落在穗丝上的雄穗吹走。每束穗丝与玉米穗上的不同单个胚珠连接。花粉对发育成种子的胚珠授粉。可以理解，玉米通常在没有人为干预的情况下对其自身授粉。

然而，希望生产具有改进特性的杂交玉米。通过用一种玉米品种的花粉与另一种品种的雄穗异花授粉，可以获得具有改良特性的杂交玉米。可以理解，用一种玉米品种对另一种玉米的穗丝进行授粉的这种异花授粉产生了杂交玉米，该杂交玉米可以获得具有优异特性的杂种，如更高的产量、对干旱和/或疾病的改善的抗性、以及其他有利的特性。应该理解，玉米植株不能将这些特征传递给它们的后代，并且每一代必须是新繁殖的。

为了异花授粉不同品种，除去选择的玉米植株的雄穗以留下雌花。因此，必须使用来自不同品种的花粉来对雌性植物异花授粉。当雄穗仍在玉米植株的顶部叶中卷起时，使玉米去雄，其中将雄穗从植株中除去。传统上，这种去除选定雄穗的过程是手动进行的，并且用手拔除雄穗。在一些方法中，机械地切断植株的顶部以改善对雄穗的接近，并因此改善拔除。在切割玉米种子植株的顶部后几天，拔除雄穗。此外，将雄穗留在其他玉米植株(“雄性”植株)上，以向其中已除去雄穗的这些植株提供异花授粉。为了控制这种去雄，通常以特定的模式种植田地，以便可以跟踪去雄的植株。例如，田地可以以这样的模式种植，即，在重复模式中，一行雄性植株，然后四行雌性植株，接着是另一行雄性植株，然后四行雌性植株。然后可以收获来自异花授粉玉米的种子作为杂种种子并用于生产玉米。为了获得具有足够纯度的杂种种子，必须除去高百分比的来自“雌性”植株的雄穗。还可以理解，用于移除雄穗的时窗非常短、劳动强度非常大，因此是高成本的。

已经开发了能够从玉米种子植株中除去雄穗的机械去雄机。然而，为了保持杂交种子的纯度，必须保持高的雄穗去除百分比。可以理解，田地中的玉米植株的高度将变化。因此，保持去雄机械的适当高度是必要的，并且对获得控制机械化去雄设备所需的快速响应提出了挑战。由于田地的不同区域可能具有或多或少生长的植株，因此这种去雄设备必须能够快速改变去雄机的高度，以便去除整个雄穗。此外，可以理解，如果在切割期间移除了太多的植株，则可能会影响产量。因此，在去雄过程中除去最佳量的玉米植株顶部是关键的。在除去全部雄穗的同时使叶片损失最小化对于使作物产量最大化是关键的。已经开发了使用雷达和声纳系统的农业系统。然而，由于这种系统不能检测和测量单个玉米植株的顶部，这种雷达和声纳系统可能提供用于去雄的错误调整。

因此，可以看出，需要一种新的改进的自动机械去雄系统。这种系统应该能够在去雄设备移动通过田地时机械地从玉米植株上去除雄穗并自动地调节高度。这种系统应该基于直接感测雄穗的顶部而不是距离地面的距离。这种系统应该提供用于在设备移动通过田地时实时地获取关于种子玉米的数据，并且用于报告这种数据以管理种子玉米的设备和农业实践。此外，这种系统应该是响应性的、精确的和准确的，以优化拔除和/或切割，使得仅移除适当量的玉米植株的顶部。本发明解决了与自动玉米去雄相关的这些和其它问题。

发明内容

本发明涉及一种用于对中子玉米进行自动机械去雄的系统和方法。

一种去雄机系统包括支撑去雄头部的底盘。头部包括支撑行单元的工具杆，行单元包括拔除器或切割器。该底盘安装在支撑联动装置(supporting linkage)上，以调节支撑行单元的工具杆的高度。根据所支撑的行单元的数量和工具杆的宽度，工具杆可以具有多个部分，包括中心部分和折叠的外部部分(翼部)，以用于行进(travel)和存储。底盘通常被支撑在四个轮上，并且包括驾驶室和马达。可以理解，底盘可以被配置成用于除了去雄之外的应用，例如支撑喷雾器或其它农业器具。因此去雄头部可以与执行其它农业任务的其它类型的头部互换。可以理解，轮保持底盘高离地面，使得所述轮可以在高大的植株(例如，玉米)上行驶，并对田地造成最小的损害。

去雄头部包括工具杆支撑联动装置(toolbar support linkage)和工具杆两者。工具杆支撑联动装置用于调节整个工具杆的高度。如下文所解释的，在第一实施例中，行单元包括两个切割器，并且可被单独地调节，以便更精确和更有效地去雄。单个联动组件将工具杆安装到底盘。联动装置包括连接到底盘的框架组件。一对上连杆和下连杆枢转地安装到框架以及头部。液压缸伸出和缩回以升起和降下联动装置。横向构件提供了额外的支撑和稳定性。通过使液压缸伸出和缩回，上连杆和下连杆向上和向下枢转，且因此调节工具杆的总高度。

工具杆包括横向延伸到左侧和右侧并支撑行所述行单元的部分，其中每个行单元都支撑两个拔除器或切割器。拔除器和切割器成对地分组，使得行单元包括两个单独的拔除器或切割器。在中心行单元和外部行单元之间存在一空间以容纳雄性玉米植株，所述雄性玉米植株不被处理且雄穗仍在位。

在一个实施例中，每个行单元都包括两个切割器，且切割器中的每一个都被支撑在横向构件上。行单元的高度是可调节的，使得两个切割器一起上下移动。所述行单元构架支撑并排布液压管路、切割器托架和高度调节组件。

切割器中的每一个都包括支撑托架。支撑托架支撑液压马达，液压马达驱动旋转切割刀片。液压马达连接到液压管路中的一个。刀片在整个略向下倾斜的平面内旋转以接合玉米植株的顶部并移除最佳量，而不会对玉米植株造成进一步的损害。护罩保护马达并防止植株卡在托架上。托架形成一定程度的顶点，以将玉米秆转向到刀片路径的一侧或另一侧。后部的橡胶挡板在经过玉米植株之后提供与切割器组件的平滑脱离。各个植株通过引导装置被朝向切割器引导，所述引导装置向前延伸，并包括使植株朝向护罩和刀片的中心汇集的部分。

高度调节组件安装到构架并向前延伸。高度调节组件包括线性致动器。联动装置包括线性致动器、上连杆和下连杆。联动装置支撑传感器支撑托架，传感器支撑托架又支撑相对的光学传感器组件。

光学传感器组件包括横向相对的传感器对，以使所述传感器对在被切割器接合的两行玉米的任一例上通过。相对的传感器组件包括在每个组件上的上部传感器和下部传感器。因此，相对的光学传感器发送器/接收器对可以检测一对上部光学传感器之间的光路是否被阻挡或未被阻挡，以及相对的一对下部光学传感器之间的光路是被阻挡或未被阻挡。因此，上部光学传感器和下部光学传感器能够确定玉米植株的顶部在传感器之间的位置。可以理解，为了将玉米植株的顶部保持在上部传感器和下部传感器之间的高度处，高度调节组件被调节，以使得下部光学传感器对之间的光学路径被阻挡，但是上部光学传感器对之间的光学路径是开放的。为了保持适当的切割高度，如果下部光学传感器之间的光路未被阻挡，则行单元被降下。如果相对的上部光学传感器之间的光路被阻挡，则行单元的高度被升高。在第一情况下，上部传感器和下部传感器对两者的光束被接收。在这种状态下，行单元太高，并且将被降下直到没有接收到下部光束。在该第二种情况下，行单元处于适当的高度。在第三情况下，上部光束和下部光束都没有被接收到，这表明行单元太低，并且将被升起直到接收到上部光束。可以理解，线性致动器被伸出和缩回以移动高度调节组件。

行单元构架安装到工具杆，以用于单独调节成对的切割器组件。构架包括可伸缩地滑动的内部部分和外部部分。可以理解，本发明通过降下或升起工具杆支撑联动装置来调节工具杆的总高度。本发明提供了对行单元组件中的每一个和两个相关联的切割器或拔除器的进一步单独调节，如下所述。因此，可以理解，植株的变化可以由驾驶室中的操作者通过致动联动装置来升起或降下工具杆来大体调节，并且通过传感器组件自动地将切割器保持在适当的高度来进行更精确的控制和高度调节。

在另一实施例中，行单元包括拔除器而不是切割器。拔除器和切割器可以用快速释放机构可互换地安装和移除。只需要改变通过液压管路的液压连接。拔除器式行单元安装到工具杆上并且附接到液压管路上，并且包括以与用于拔除器的引导装置类似的方式的引导装置。还保留高度调节部件。对于拔除器，每个组件包括支撑一对反向旋转的相对轮(轮胎)的支撑托架。轮胎中的至少一个由液压马达和旋转轴驱动。稍微不同的引导装置将雄穗引导至每对相对的轮胎之间的接合点。弯曲的排放道在反向旋转的轮胎的后出口上延伸。弯曲的排放道以一角度安装，并沿着基本上平行于轮胎的旋转轴线的轴线弯曲。因此，排放道引导被移除的雄穗的部分向下和向后。在操作中，拔除器沿着玉米行前进，其中植株在引导装置之间被引导至相对的反向旋转轮胎的中心。轮胎夹住雄穗，并且被从玉米植株的剩余部分拔除。通过以与上述相同的方式操作的高度调节光学传感器和联动装置，适当的高度再次被保持。可以理解，雄穗的机械化拔除大大减少了以前手工去雄所需的劳动。此外，已经发现，去除的雄穗的百分比足够高以满足种子公司的田间交叉授粉/异花授粉(cross-pollination)的标准，从而获得具有可接受纯度的杂交种子。

可以理解，对于一些应用，执行雄穗拔除操作。可以在拔除操作之前进行切割以切割包括雄穗的玉米种子植株的顶部，从而改善拔除。切割和拔除的组合确保“雌性”植株的足够高百分比的雄穗被除去以进行异花授粉。之前的拔除操作通常是手动进行的。然而，根据本发明，可以用单个去雄系统机械地执行拔除和/或切割。

本发明还自动获取去雄操作和玉米的数据。这样的数据可以用于其它操作。通过精确和准确地知道工具杆、行单元、切割器和拔除器的各种部件的尺寸和位置，可以确定玉米和执行的操作的许多特征。通过使用GPS和其它系统，种子玉米的精确位置及其特征是已知的。底盘尺寸、工具杆支撑联动装置尺寸和角度、行单元尺寸和线性致动器的尺寸和角度是已知的和/或利用传感器确定。因此，感测玉米植株的顶部的光学传感器对和光学传感器对的相对位置用于确定玉米的高度。此外，由于光学传感器对和切割器之间的距离是已知的，所以切割后的玉米的高度也是已知的。本发明能够确定从地面到植株顶部的高度、所进行的切割的深度、切割后剩余作物的高度以及在拔除时植株的高度。这样的信息可以用于对田地进行映射，并且可以用于识别可能需要进一步后续操作的问题区域和/或部分。这种信息还提供了可以用于估计未来操作的产量和时间的数据。此外，在去雄机被许多种子玉米种植者使用并且需要覆盖多个田地的情况下，借助用于切割和拔除的狭窄窗口，所述数据可以用于设备的机队管理以改进所述设备的利用。

除了获取各种信息之外，本发明还包括驾驶室中的交互式显示屏，所述显示屏用于操作者监控去雄操作并根据需要进行调整。各种光学传感器和调节联动装置的每一个都包括位置传感器以确定各种组件的高度。本发明还可以包括无线技术，例如用于提供实时信息并下载到中央数据库的调制解调器。交互式显示屏可以提供对光学传感器的调节以确保传感器相对于拔除器或切割器处于其适当的竖直位置。该数据还提供可能需要一致地升起或降下工具杆的信息。还可以监控去雄机的各种性能参数。本发明能够校准传感器以确保仅适当量的雄穗被适当地接合以用于拔除或植株的顶部在适当的高度处被切割。屏幕可以显示所有行单元高度，并且示出每个行单元之间的比较。这种显示提供了实时的容易理解的图形，所述图形允许操作者感知相对的未切割作物高度、已切割作物高度和切割深度。可以提供与切割前后的最小和最大作物高度以及每个切割或拔除组件的切割或拔除总深度有关的信息。该信息用于在进入每个田地之前进行调节，并且还根据作物和操作条件，根据需要实时进行即时调节(fly adjustments)。

可以理解，当去雄机进入或离开田地时，本发明包括自动模式，以将拔除器或切割器带到适当的高度。此外，去雄机可以被配置成在道路上行驶。本发明还可以包括跟随行的自动转向。本发明还提供了将工具杆定位在适当高度处并向内折叠翼部的设置。

本发明的去雄操作实现了在机械切割和/或拔除时收集数据。利用导航系统，可以获悉去雄机的精确位置。此外，传感器允许在执行切割时和在进行拔除时确定植株的高度。切割后植株的高度也是已知的。该信息被存储在处理器中，并实时地发送到控制中心。该信息可以用于分析以优化去雄操作。该信息还可以用于进行其它操作，例如施肥(fertilization)、灌溉、施用杀虫剂和/或除草剂、收割和其它操作。该信息也可用于这些操作的定时以及预测作物产量。从许多去雄操作收集和分析信息提供了在广阔区域的操作的优化和对设备和其它资源的管理。

一种去雄机设备，包括：

底盘；

头部，所述头部支撑多个行单元，所述行单元中的每一个都具有可独立调节的竖直位置，所述行单元中的每一个都包括：

切割器；

高度调节组件，所述高度调节组件用于改变所述切割器的高度；

光学感测组件；所述光学感测组件包括：

位于第一传感器高度处的第一光电传感器；

位于第二传感器高度处的第二光电传感器，所述第一传感器高度在所述第二传感器高度上方；

处理器，所述处理器用于接收和存储去雄数据。

表征本发明的这些新颖性特征和各种其它优点在所附权利要求中特别指出，并形成本发明的一部分。然而，为了更好地理解本发明、本发明的优点和通过本发明的使用而获得的目的，应当参考形成本发明另一部分的附图和所附的描述性内容，其中示出和描述了本发明的优选实施例。

附图说明

现在参考附图，其中整个视图中，相同的附图标记和字母表示相应的结构：

图1是根据本发明的原理的去雄设备的前视立体图；

图2是图1所示的去雄设备的后视立体图；

图3是图1所示的去雄设备的侧视图；

图4是图1所示的去雄设备的前视图；

图5是用于图1所示的去雄设备的具有双切割器组件的行单元的立体图；

图6是图5所示的行单元的立体图，其中传感器处于升起位置；

图7是图5所示的行单元的侧视图，其中图6的被升起的传感器位置以虚线示出；

图8是图5所示的行单元的前视平面图，其中图6的被升起的传感器位置以虚线示出；

图9是图5所示的行单元的立体图，其中所述行单元在竖直缸(verticalcylinder)上被支撑在降下位置；

图10是图5所示的行单元的侧视图，其中所述行单元在竖直缸上被支撑在升起位置，并且双切割器组件被支撑在以虚线示出的竖直缸上的降低位置；

图11是用于与图1所示的去雄设备一起使用的具有双拔除组件的行单元的第二实施例的立体图；

图12是图11所示的行单元的前视平面图；

图13是图11所示的行单元的侧视图，其中以虚线示出了降下位置；

图14是用于图1所示的去雄设备的工具杆支撑联动装置的立体图；

图15是图14的工具杆支撑联动装置的侧视图，其中多个其它位置以虚线示出；

图16是用于将切割器组件安装到行单元的安装结构的详细立体图；

图17是用于图1所示的去雄机的处理器、输入和远程机队处理器(remote fleetprocessor)的示意图；

图18是远离中央机队控制器的一队去雄机的示意图；

图19是用于图1所示的去雄设备的第一信息显示的前视图；

图20是用于图1所示的去雄设备的第二信息显示的前视图；

图21是用于图1所示的去雄设备的第三信息显示的前视图；

图22是用于图1所示的去雄设备的第四信息显示的前视图；

图23是玉米植株的侧视图；以及

图24是在去除雄穗的情况下的玉米植株的侧视图。

具体实施方式

图1-4示出了一种总体由100表示的去雄系统。去雄机包括一个支撑去雄头部104的底盘102。去雄头部104包括支撑多个行单元200的工具杆106。所述工具杆106安装在支撑联动装置114上以调节支撑所述行单元200的工具杆114的高度。底盘102通常被支撑在四个轮110上，并且包括驾驶室108和马达112。可以理解，底盘102可以被配置成用在除了去雄之外的应用，例如支撑喷雾器或其它农业器具。因此去雄头部104可以与执行其它农业任务的其它类型的头互换。可以理解，轮110保持底盘102距离地面很高，使得所述底盘可以在高大的植株(例如，玉米)上行驶，并对田地造成最小的损害。

去雄头部104包括支撑联动装置114(support linkage)和工具杆106。可以理解，工具杆106可以具有折叠外部部分，所述折叠外部部分向后折叠以用于行进和存储。图14和图15中所示的工具杆支撑联动装置114提供对整个工具杆106的高度的调节，并且包括检测去雄头部104的位置的传感器。如下文所解释的，行单元200(每个包括两个切割器)或行单元300(包括两个拔除器)可单独调节以进行更精确和更有效的去雄。单个联动组件114将工具杆106安装到底盘102。联动装置114包括附接到底盘102的框架组件150。一对上连杆152和下连杆154枢转地安装到框架150以及所述头106。液压缸158伸出和缩回以升起和降下联动装置114。横向构件156提供了额外的支撑和稳定性。通过使液压缸158伸出和缩回，上连杆152和下连杆154向上和向下枢转，并且因此调节工具杆106的总高度，如图15所示。

可以理解，对于一些应用，执行机械切割和拔除操作。首先进行切割以除去玉米种子植株(seed corn plant)的顶部叶子的一部分并改善访问性以增加被成功拔除的雄穗的数量。必须小心不能除去太多的叶子，因为这会不利地影响种子的生产。在切割后的几天内，长出雄穗，并可以从植株中机械地拔除所述雄穗。拔除和切割的组合确保雌性植株的雄穗被除去足够高百分比以进行异花授粉。之前的拔除操作通常是手动进行的。然而，根据本发明，切割和拔除都可以利用去雄系统100机械地进行。通过本发明去雄系统100的控制和响应，可以获得更高百分比的去雄，从而减少或消除人工拔除操作，同时获得足够纯的杂交种子。

在所示的实施例中，工具杆106包括横向地延伸到左侧和右侧的部分，并且支撑总共六个行单元200。每个行单元200都包括两个切割器204。在图1-4所示的实施例中，有六个行单元200，但可以使用更少或更多的行单元200。所述行单元200被配置成使得每个行单元200都包括两个单独的切割器204，所述两个单独的切割器204能够切割两行玉米的顶部。在中心行单元200们和外部行单元200们之间具有一空间以容纳“雄性”玉米植株的行，所述“雄性”玉米植株的行没有被接合并且保持雄穗完整。

现在参考图5-10，更详细地示出了行单元200的第一实施例。每个行单元200安装在构架202上。每个行单元200包括两个切割器204，且每个切割器204都被支撑在横向构件244上。所述行单元200的高度是可调节的，使得两个切割器204一起上下移动。构架202支撑和排布液压管路216。构架202还支撑切割器托架212和高度调节组件220。构架202如图10所示是可伸长的(extendible)，并且可以从一个位置(例如图5-8所示的)移动到不同高度(例如图9所示的)。

每个切割器204包括支撑托架212。支撑托架212支撑液压马达208，所述液压马达208驱动旋转切割刀片206。液压马达208连接到液压管路216中的一个。刀片206旋转通过基本上水平的平面，以接合玉米植株的顶部，并去除最佳的量，而不会对玉米植株造成进一步的损害。护罩214保护马达208并防止植株卡在托架212上。托架212形成一定程度的顶点，以将玉米秆转向到刀片206的路径的一侧或另一侧。后部橡胶挡板210提供在经过玉米植株之后与切割器组件204的平滑脱离。各个植株通过引导装置218被朝向切割器204引导，并向前延伸超过构架202，并且包括使植株朝向护罩214和刀片206的中心集中的部分。

高度调节组件220安装到构架202并向前延伸。高度调节组件220包括联动装置226，所述联动装置226具有线性致动器224、上连杆228和下连杆230，这在图7和10中最清楚地示出。联动装置226支撑传感器支撑托架238，该传感器支撑托架238又支撑相对的光学传感器组件232。通过伸出或缩回线性致动器224(这使其它连杆228、230枢转)来升起或降下联动装置226。

光学传感器组件232横向相对，使得所述光学传感器组件232在被切割器204接合的两行玉米的任一例上通过。相对的传感器组件232包括在每个组件上的上部发送器/接收器传感器对236和下部发送器/接收器传感器对238。因此，相对的光学传感器组件232可以检测一对上部光学传感器236之间的光路是被阻挡或是未被阻挡，以及相对的下部光学传感器238之间的光路是被阻挡或是未被阻挡。因此，上部光学传感器236和下部光学传感器238能够确定传感器对之间的玉米植株的顶部所在的位置。可以理解，为了将玉米植株的顶部保持在上部传感器236和下部传感器238之间的高度处，高度调节组件220被调节，以使得下部光学传感器238之间的光路被阻挡，但是上部光学传感器236之间的光路是开放的。为了保持适当的切割高度，如果下部光学传感器238之间的光路未被阻挡，则行单元200被降下。如果相对的上部光学传感器236之间的光路被阻挡，则行单元200的高度被升高。可以理解，线性致动器224被伸出和缩回，以移动高度调节组件220。此外，该位置可以改变，如图5和6之间的差异所示，以及如图7、8和10中的可选位置所示。传感器和切割器之间的偏置量或传感器和拔除器之间的偏置量是不同的，行单元200、300可以被设置成对切割或拔除来说适当的偏置量，并且可以针对于由于玉米种子的不同品种而产生的差异而被设置。

为了保持适当的切割高度，如果下部光学传感器238之间的光路未被阻挡，则行单元200、300被降下。如果相对的上部光学传感器236之间的光路被阻挡，则行单元的高度被升高。在第一操作情况下，上部传感器对236和下部传感器对238两者的光束被接收。在这种情况下，行单元200或300太高，并且将被降下直到没有接收到下部光束。在第二操作情况下，光束被接收在所述上部传感器对236中，但光束没有被接收在所述下部传感器对238中。在该第二情况下，行单元200或300处于适当的高度。在第三情况下，上部光束和下部光束都没有被传感器对236、238接收，这表明行单元200或300太低并且将被升高直到光束被上部传感器236接收到。可以理解，线性致动器224被伸出和缩回以将行单元200、300移动到适当的高度。

现在参考图9，可以理解，安装到工具杆106的构架202允许行单元200的单独调节。构架包括能够可伸缩地滑动的内部部分240和外部部分242。可以理解，本发明通过降下或升起工具杆联动装置114来调节工具杆106的总高度。本发明提供了利用单独的高度调节组件220对每个行单元200和两个相关联的切割器204的进一步的单独调节。因此，可以理解，植株的变化可以由驾驶室108中的操作者通过致动联动装置来升起或降下工具杆106被大致调节，并且通过传感器组件将切割器204自动地保持在适当的高度来进行更精确的控制和高度调节。

现在参照图11-13，其示出了行单元300的第二实施例。行单元300是包括拔除器304而不是切割器204的拔除器式去雄器。切割器组件204和拔除器组件304可以可互换地安装并且从行单元横向构件244移除，就像如以下所解释的那样。通过液压管路216的快速连接/断开式液压连接仅是简单地需要被改变/更换。行单元300可拆卸地安装到构架202上，并通过快速断开装置连接到液压管路216。行单元300包括引导装置218，引导装置218在构造上与切割器式行单元200的引导装置类似。高度调节组件220也被保留。对于拔除器式行单元300，每个组件都包括支撑托架312，支撑托架312支撑一对反向旋转的相对轮，其也被称为轮胎306(tire)。轮胎中的至少一个由液压马达308和旋转轴310驱动。稍微不同的引导装置318将雄穗引导到每对相对的轮胎306之间的接合点。轮胎306之间的压力可以被调节以改变拔除侵略性。弯曲的排放道314(discharge chute)在反向旋转的轮胎306的后出口上延伸。弯曲的排放道314以一个角度安装，并沿基本上平行于轮胎306的旋转轴线的轴线弯曲。因此，排放道314将被移除的部分雄穗向下和向后引导。在操作中，行单元300沿着玉米行前进，且植株在引导装置318之间被引导到相对的反向旋转轮胎306的中心。轮胎306夹住雄穗并且从玉米植株的其余部分拔除所述雄穗。高度调节再次由高度调节组件220以与上述切割器式行单元200相同的方式操作来保持。可以理解，雄穗的机械化拔除大大减少了以前手工去雄所需的劳动。此外，已经发现，去除的雄穗的百分比足够高以满足种子公司的田间交叉授粉的标准，从而获得具有可接受纯度的杂交种子。

图16示出了用于切割器式行单元200的安装结构。用于每个行单元的两个切割器204中的每一个都具有快速拆卸式安装件。此外，拔除器304具有类似的安装元件以用于可互换地安装和从横向构件244移除。用于切割器或拔除器的与液压管路216的液压连接只需被改变/更换。横向构件244包括安装支架246(mounting cradle)，所述安装支架接收切割器或拔除器组件的水平延伸的钉248(peg)。安全销250延伸穿过两个下部接收孔口252或254中的一个。安全销250安装的位置改变了切割器204或拔除器304的角度，以将切割器204或拔除器304定位成用于使用或用于行进。可以理解，通过将钉248降下到支架246上并插入安全销250以固定切割器或拔除器组件，切割器204或拔除器304被快速且容易地安装。为了移除切割器组件204或拔除器组件304，安全销250被移除，液压管路被断开，并且切割器204或拔除器304被简单地从支架246向上提起。仅是到切割器或拔除器的马达的单个液压管路需要被连接或断开，并且管路穿过横向构件244以提供对管路的保护和到连接的容易访问。

参照图23，可以理解，在去雄之前，玉米植株以完全附着的并向上延伸的雄穗开始。然而，在切割和/或拔除后，“雌性”玉米植株没有雄穗，如图24所示。也可以理解，通过标准化的种子玉米种植实践，本发明的间距被设置成用于使雄性植株通过，使得所述雄性植株的雄穗保持完整，如图21所示，并因此能够在田间对雌性种子玉米植株进行异花授粉。

可以确定切割时玉米的高度、切割后玉米的高度、切割的深度和拔除时玉米的高度，并且数据被存储在处理器1000中、被显示在显示器172上、或被发送到控制中心1020。由导航系统1006提供精确的位置信息。

现在参照图19-22，本发明还在去雄操作期间实时自动获取关于玉米的数据。这种信息可以用于其它操作，并且包括诸如玉米高度的数据。通过在去雄机100上使用GPS或其它导航系统1006，玉米的精确位置被精确定位，并且其特性被测量以提供绘图。除了获取各种信息之外，本发明还包括控制系统，该控制系统具有处理器1000，该处理器在驾驶室中具有交互式显示器172，以便操作者监控去雄操作并根据需要进行调整。各种光学传感器232、在调节联动装置上的位置传感器1002、1004、悬挂高度传感器1008(suspension heightsensors)提供位置信息以确定各种组件的高度。本发明还可以包括无线技术，并且处理器1000可以包括发送器/接收器，所述发送器/接收器用于提供实时信息并下载到远程位置处的控制中心1020处的中央数据库。驾驶室中的显示屏172还提供操作者界面，使得操作者可以提供输入1010以根据需要进行调整。图19中的显示屏172提供了偏置量174的交互式调整，并因此提供了光学传感器232的相对位置的交互式调整，以确保光学传感器相对于拔除器或切割器处于其适当的竖直位置。所获取的数据也可能需要一致地升起或降下工具杆。去雄机100的各种性能参数也被监控，并且可以被调整和优化。如图21所示，未切割植株的高度、切割后植株的高度和切割的深度可以被确定和显示，并且可以针对行单元中的每一个被作为图表进行比较。图22示出了每个行单元的最小、最大和平均作物高度和切割深度的概括数据。

如图17所示，本发明能够对传感器进行校准，以确保相对于开始和结束高度信息，植株顶部的适当量被切割。它也可以被显示以示出行单元200或300中的每一个之间的比较。这种显示器172提供了实时的容易理解的图形，其允许操作者观察包括行进距离(这允许计算植株的数量)、相对未切割作物高度、已切割作物高度、切割深度、平均值、范围的数据以及其它相关数据。图20还提供了与六个切割行单元200或拔除行单元300中的每一个的切割之前和之后的最小和最大农作物高度以及切割或拔除的总深度有关的信息。该信息使得能够在进入每个田地之前进行调节，并且还根据作物和操作条件在必要时进行实时即时调节(fly adjustments)。

可以理解，当去雄机100前进时，在切割器204或拔除器304接合玉米植株之前，光学传感器组件232感测玉米植株。可以理解，向上和向下移动的行进时间需要短的延迟。行单元垂直行进的灵敏度改变上下移动所需的时间，并且延迟也被改变以维持精确的定位。因此，去雄机可以包括被编程的延迟。切割器202或拔除器304可以另外处于植株稍微在所述切割器202或拔除器304位置之前的高度处。还可以理解，当去雄机100进入或离开田地时，自动模式用于将切割器204或拔除器304设置到适当的初始高度，然后进行快速调节。

去雄机100可以感测田地、各个植株和所执行的操作的多个方面。现在参考图17，处理器1000从多个传感器、输入设备和监控器收集数据和信息。处理器控制去雄机100，并将信息实时存储、分析、显示和/或发送到控制中心1020。处理器控制去雄机100的许多基本功能170。处理器包括自动模式或手动操作。处理器提供用于进入田地和在行的末尾处的工具杆的自动定位。去雄机100包括允许自动转向以跟随田地中的行的照相机1012。处理器和控制器1000还提供对去雄机100的配置以便在道路上行驶。关于各个方面的数据被实时收集，并且可以由操作者用来进行调整和校正以便改进性能。此外，数据还被发送到远程位置处的控制中心1020以用于进一步分析和反馈。去雄机100的位置也是已知的，并允许精确的映射。去雄机100在切割时感测玉米的顶部。底盘的高度是已知的，并且通过来自传感器1002的输入计算支撑工具杆的联动装置的位置以及通过来自传感器1004的输入计算行单元相对于底盘的高度，玉米植株的高度被确定。此外，由于光学传感器和刀片之间的偏置，每个切割器的高度是已知的，因此可以确定切割之后的植株的高度。此外，当拔除发生时，也可以确定玉米植株的高度。该信息被存储在去雄机100上的处理器1000中，并且还被发送到一个或多个远程位置1020。田间管理者和种子公司可以利用该信息来预测产量、计划收获的最佳日期、对其它去雄和即将到来的操作进行调整，并确定是否需要跟踪。数据可揭示可能需要解决的模式和/或问题。由于信息是实时收集的，因此也可以在去雄操作期间实时提供反馈以对去雄机100进行调整，从而优化其余操作。

可以确定切割时玉米的高度、切割后玉米的高度、切割的深度和拔除时玉米的高度，并且数据被存储在处理器1000中、在显示器172上被显示或被发送到控制中心1020。由导航系统1006提供精确的位置信息。利用去雄机结构的已知位置和各种结构的相对位置的几何形状，可以确定玉米的高度。玉米的高度由光学传感器组件232的位置确定。光学传感器组件232被保持在这样的一个位置，其中玉米的顶部位于上部光学传感器对236和下部光学传感器对238之间。玉米的高度等于光学传感器组件232的高度。通过使用传感器来检测底盘的高度和支撑联动装置114的安装位置和支撑工具杆106的连杆152、154的长度和角度以及工具杆106的安装位置，光学传感器组件的高度被确定。可以通过加上部光学传感器组件232相对于工具杆106的高度来确定各个行单元高度。连杆228、230的尺寸是已知的，并且连杆228、230的角度和/或线性致动器224的伸出(其使其它连杆228、230枢转)可以利用传感器被确定。光学传感器232相对于切割刀片206或拔除器轮胎306的位置由操作者设定。因此，切割的深度被设定并被获悉。此外，切割之后的高度和拔除器轮胎306的高度可以通过从光学传感器组件232的高度减去切割的深度来计算。

如图18所示，本发明实现了在多个去雄操作时从多个去雄机100的收集，所述收集可以用于进一步分析并用于施用除草剂、杀虫剂、肥料(fertilizers)以及用于灌溉和排水。所获得的信息可以被一起分析以提供关于农业设备的指导。该信息有助于计划何时和在何处执行未来的行动，并提供产量预测和优化作物产量。

因此，本发明实现了提供完全机械化自动去雄的系统和方法。这种系统提供了用于切割适量的玉米植株的顶部或用于维持适当的高度以便接合雄穗并将雄穗从玉米植株拔除。这种操作还提供了比现有系统所能提供的关于植株、去雄操作和去雄结果的更多的实时信息。

然而，应当理解，尽管在上述说明书中已经阐述了本发明的许多特征和优点，以及本发明的结构和功能的细节，但是本公开仅仅是说明性的，并且特别是在本发明的由所附权利要求书所表达的术语的宽泛的一般含义所指示的最大范围的原理内的部件的形状、尺寸和布置方面，可以在细节上进行改变。

Claims (26)

1.一种玉米去雄设备，包括：

底盘；

头部，所述头部支撑多个行单元，所述行单元中的每一个都包括：

拔除器或切割器；

高度调节组件，所述高度调节组件用于独立地调节所述行单元的竖直位置，以将所述拔除器或切割器相对于被接合的玉米植株保持在预定的高度处；

光学感测组件，所述光学感测组件用于感测玉米植株的顶部；所述光学感测组件包括：

第一光电传感器，所述第一光电传感器感测玉米植株的存在；

第二光电传感器，所述第二光电传感器感测玉米植株的存在，所述第一传感器高度在所述第二传感器高度上方；

处理器，所述处理器用于接收和存储去雄数据。

2.根据权利要求1所述的玉米去雄设备，其中，所述行单元中的每一个都包括两个拔除器或切割器。

3.根据权利要求1所述的玉米去雄设备，其中，所述行单元中的每一个都包括所述第一光电传感器的相对对准的发送器和接收器对和所述第二光电传感器的相对对准的发送器和接收器对。

4.根据权利要求1所述的玉米去雄设备，其中，所述第一光电传感器的所述相对对准的对和所述第二光电传感器的相对对准的对包括从所述行单元的第一例横向向外隔开的第一传感器和从所述行单元的第二侧横向向外隔开的第二传感器。

5.根据权利要求1所述的玉米去雄设备，还包括引导装置，所述引导装置沿行进方向在所述拔除器或切割器的前方间隔开。

6.根据权利要求1所述的玉米去雄设备，其中，所述拔除器和所述切割器能够以可互换的方式被安装。

7.根据权利要求6所述的玉米去雄设备，其中，所述拔除器包括一对相对的旋转轮，该对相对的旋转轮构造成当所述玉米植株在所述旋转轮之间经过时切断所述玉米植株。

8.根据权利要求1所述的玉米去雄设备，其中，所述头部包括用于升起和降下所述头部的高度调节装置。

9.根据权利要求1所述的玉米去雄设备，其中，所述行单元中的每一个都包括用于升起和降下所述行单元的高度调节装置。

10.根据权利要求1所述的玉米去雄设备，还包括用于控制所述头部和所述行单元的位置和获取关于所述头部和所述行单元的位置的数据的支撑组件和多个传感器，包括：

联动装置和位置传感器，所述联动装置改变所述头部的高度，所述位置传感器确定所述头部的高度；

行单元线性致动器和行单元位置传感器，所述行单元位置传感器用于确定所述行单元相对于所述头部的高度。

11.根据权利要求1所述的玉米去雄设备，还包括驾驶室以及操作员交互式控制件和显示器。

12.根据权利要求1所述的玉米去雄设备，其中，所述处理器包括针对每个切割组件的以下信息的存储、显示和/或传输，所述信息涉及选自由以下项目构成的组的数据：

切割前的作物高度；

切割后的整体作物高度；

切割深度；

拔除期间的作物高度；

位置。

13.一种以去雄设备控制、记录和显示玉米去雄操作的方法，所述去雄设备包括底盘、头部、多个拔除组件或切割组件、用于所述切割组件中的每一个的传感器、以及定位仪器；所述方法包括：

设置所述头部的初始高度；

进入田地并沿着玉米行行进；

通过用于所述切割组件中的每一个的所述传感器感测玉米的高度，所述拔除组件或切割组件中的每一个响应于来自相关联的传感器的感测到的玉米高度而升起或降下，以将所述拔除组件或切割组件保持在一高度处，以去除雄穗并最小化叶片去除。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：

控制所述去雄操作，并将去雄数据显示给驾驶室中的操作者。

15.根据权利要求13所述的方法，还包括：

从所述去雄操作中收集数据，并保存所述数据。

16.根据权利要求13所述的方法，还包括：

将所述数据发送到中央控制器。

17.根据权利要求13所述的方法，包括：

向操作者显示实时信息。

18.根据权利要求13所述的方法，还包括：

使用所收集的信息对所述去雄操作进行实时调整。

19.一种以去雄设备管理对种子玉米的操作的方法，所述去雄设备包括底盘、头部、多个拔除组件或切割组件、用于所述切割组件中的每一个的传感器、以及定位仪器；所述方法包括：

确定玉米植株的位置；

通过用于所述切割组件中的每一个的所述传感器感测所述玉米植株的高度；

使用感测到的所述高度切割所述玉米植株的顶部的一部分；

确定切割后的所述玉米植株的高度；

在切割期间收集和存储与所述玉米植株有关的信息，以管理对所述种子玉米的去雄操作和其他农业操作。

20.根据权利要求20所述的方法，还包括利用去雄机执行雄穗拔除，所述雄穗拔除包括：

感测所述玉米植株的高度；

在拔除期间收集和存储与所述玉米植株有关的信息，以管理对所述种子玉米的去雄操作和其他农业操作。

21.根据权利要求19所述的方法，还包括实时向驾驶室中的操作者交互式地显示去雄操作信息和控制去雄操作信息。

22.根据权利要求19所述的方法，进一步包括将所述数据发送到中央控制器。

23.根据权利要求19所述的方法，还包括将来自多个去雄操作的数据发送到所述中央控制器。

24.根据权利要求19所述的方法，包括向操作者显示实时信息。

25.根据权利要求19所述的方法，还包括使用所收集的信息对所述去雄操作进行实时调整。

26.根据权利要求19所述的方法，其中，所收集的信息用于至少管理选自由以下项目构成的组中的操作：

施肥；

除草剂的使用；

杀虫剂的使用；

灌溉；

收割。

Images