CN114391355A - 一种辣椒栽培采收一体式装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辣椒栽培采收一体式装置，包括用于辣椒培育的栽培箱及用于控制所有电器元件的PLC控制台，还包括采钳机构及栽培机构；所述采钳机构包括连接架、第一驱动组件和电动卡爪，所述第一驱动组件驱动电动卡爪进行Y轴及Z轴同步调节；本发明通过采钳机构、栽培机构之间的机械联动及相互配合，并搭配驱动机构及移动机构之间的实时驱动，能够实现针对辣椒植株的不同生长状况、环境营养参数进行自适应化调节，以搭配对其进行位置矫正及水肥控制输出，并且能够在该植株成熟后进行自动化采摘功能，不需人工操作即可完成所有关于辣椒种植的栽培工艺及工序，有效满足实际使用需求及实用性需求，提高生产效率。

Description

一种辣椒栽培采收一体式装置

技术领域

本发明涉及辣椒种植技术领域，特别涉及一种辣椒栽培采收一体式装置。

背景技术

辣椒的无土栽培技术是指以水、草炭或森林腐叶土、蛭石等介质作植株根系的基质固定植株，通过水培、基质栽培并配合水肥添加实现栽培的功能；

但是传统技术中，其植株在后续成熟采收的过程中仍需人工采摘，但是受限于植株分布及其品种或其他种植因素所带来的不可控力，其生长与栽培效果仅凭人工判断难以满足实时检测的功能，同时也无法实现针对当前栽培环境所进行水肥调控及栽培调控的需求，对于实际使用效果而言，其自动化、效率化功能仍不理想。

为此，提出一种辣椒栽培采收一体式装置。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例希望提供一种辣椒栽培采收一体式装置，以解决或缓解现有技术中存在的技术问题，至少提供一种有益的选择；

本发明实施例的技术方案是这样实现的：一种辣椒栽培采收一体式装置，包括用于辣椒培育的栽培箱及用于控制所有电器元件的PLC控制台，还包括采钳机构及栽培机构；

所述采钳机构包括连接架、第一驱动组件和电动卡爪，所述第一驱动组件驱动电动卡爪进行Y轴及Z轴同步调节，对植株进行采摘或位置调节；

所述栽培机构包括机架、土壤三参数传感器、相互对称的线性驱动组件及灌溉组件；

所述线性驱动组件驱动所述灌溉组件及土壤三参数传感器进行Y轴向调节，并进行水肥检测及灌溉调控。

作为本技术方案的进一步优选的：所述第一驱动组件包括第二伺服电机及与其输出轴固定连接的摇臂，滑架和滑台；

所述第二伺服电机的外表面安装于所述连接架的顶部，所述摇臂的外表面铰接于所述滑架的外表面，所述滑台的后表面沿Y轴滑动连接于所述连接架的外表面，所述滑台的前表面沿Z轴滑动连接于所述滑架的外表面；

所述电动卡爪的外表面安装于所述滑架的前表面。

作为本技术方案的进一步优选的：所述线性驱动组件包括沿Y轴布置的第三伺服电机、滚珠丝杠和支架；

所述第三伺服电机的输出轴与所述滚珠丝杠的螺纹杆固定连接，所述滚珠丝杠的移动螺母与所述支架的外表面固定连接；

所述支架的外表面安装有所述土壤三参数传感器及所述灌溉组件。

作为本技术方案的进一步优选的：所述灌溉组件包括第一水泵、第二水泵、电磁泵和气泵；

所述第一水泵和所述第二水泵的出水口通过管接连通于所述电磁泵的入水口，所述气泵的外表面固定连接于所述支架的外表面。

一种辣椒栽采驱动配合装置，包括：相互对称的驱动机构、CCD相机和移动机构；

所述驱动机构包括第一滑动架组件和第二驱动组件；

所述第二驱动组件用于驱动所述第一滑动架组件上下移动，并配合驱动所述采钳机构进行升降，一个所述驱动机构的所述第一滑动架组件配合连接有所述CCD相机，另一个所述驱动机构的所述第一滑动架组件配合连接有所述采钳机构；

相互对称的所述驱动机构之间连接有所述栽培机构；

所述移动机构包括第二滑动架组件和第三驱动组件；

所述第三驱动组件用于驱动所述第二滑动架组件沿Z轴驱动，并配合连接于所述驱动机构的外部。

作为本技术方案的进一步优选的：所述第二滑动架组件包括接地架及滑动连接于其顶部的驱动架；

所述第三驱动组件包括第四伺服电机及与其输出轴固定连接的第二齿轮，与所述第二齿轮的轮齿与所述第二齿条的轮齿啮合；

所述第二齿条的底部与所述接地架的顶部固定连接，所述第四伺服电机的外表面固定连接于所述驱动架的顶部；

所述驱动架的外表面固定连接于所述驱动机构的外表面。

作为本技术方案的进一步优选的：所述第一滑动架组件包括固定架及滑动连接于其内部的桁架；

所述第二驱动组件包括第一伺服电机及与其输出轴固定连接的第一齿轮，与所述第一齿轮轮齿啮合的第一齿条；

所述第一齿条的外表面固定连接于所述桁架的外表面，所述第一伺服电机的外表面固定连接于所述固定架的外表面。

作为本技术方案的进一步优选的：所述驱动架的顶部固定连接有伺服电缸，所述伺服电缸的活塞杆固定连接于所述栽培机构的外表面。

作为本技术方案的进一步优选的：所述桁架和所述固定架之间通过拖链相互连接，所述拖链的内侧壁储存有用于水肥灌溉的软管及电器元件的导线。

作为本技术方案的进一步优选的：所述桁架的底部固定连接有第五伺服电机，不同的所述驱动机构的所述第五伺服电机的输出轴分别与所述CCD相机或所述采钳机构的外表面固定连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明通过采钳机构、栽培机构之间的机械联动及相互配合，并搭配驱动机构及移动机构之间的实时驱动，能够实现针对辣椒植株的不同生长状况、环境营养参数进行自适应化调节，以搭配对其进行位置矫正及水肥控制输出，并且能够在该植株成熟后进行自动化采摘功能，不需人工操作即可完成所有关于辣椒种植的栽培工艺及工序，有效满足实际使用需求及实用性需求，提高生产效率；

二、本发明通过驱动机构及移动机构之间的机械联动及相互配合，在实际使用的过程中能够针对种植路线进行自适应化驱动与调控，实现全程自动化管理、自动化检测、自动化控制及自动化采摘的功能，有效满足实际使用需求及实用性需求，提高生产效率；

三、本发明采用模块化设计，可以针对实际种植情况选择添加多组模块，实现适配于实际种植基地所带来的地理限制，有效满足实际使用需求及实用性需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一视角立体结构示意图；

图2为本发明的另一视角立体结构示意图；

图3为本发明的移动机构、栽培机构、采钳机构及驱动机构立体结构示意图；

图4为本发明的移动机构立体结构示意图；

图5为本发明的驱动架立体结构示意图；

图6为本发明的驱动机构立体结构示意图；

图7为本发明的固定架立体结构示意图；

图8为本发明的采钳机构立体结构示意图；

图9为本发明的CCD相机与驱动机构配合示意图；

图10为本发明的栽培机构立体结构示意图；

图11为本发明的PLC控制台的控制编程图；

图12为图11的A区模块(PLC控制台与CCD相机的编程连接)编程控制图。

附图标记：1、栽培箱；2、PLC控制台；3、驱动机构；301、固定架；302、桁架；303、第一伺服电机；304、第一齿条；305、第一齿轮；306、第五伺服电机；4、拖链；5、采钳机构；501、连接架；502、第二伺服电机；503、摇臂；504、滑架；505、滑台；506、电动卡爪；6、CCD相机；7、栽培机构；701、机架；702、第三伺服电机；703、滚珠丝杠；704、支架；705、土壤三参数传感器；8、灌溉组件；801、第一水泵；802、第二水泵；803、电磁泵；804、气泵；9、移动机构；901、接地架；902、第二齿条；903、驱动架；904、第四伺服电机；905、第二齿轮；906、伺服电缸。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

需要注意的是，术语“第一”、“第二”、“对称”、“阵列”等仅用于区分描述与位置描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“对称”等特征的可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；同样，对于未以“两个”、“三只”等文字形式对某些特征进行数量限制时，应注意到该特征同样属于明示或者隐含地包括一个或者更多个特征数量；

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解；例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体成型；可以是机械连接，可以是直接相连，可以是焊接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据说明书附图结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

请参阅图1-10，本发明提供一种技术方案：一种辣椒栽培采收一体式装置，包括用于辣椒培育的栽培箱1及用于控制所有电器元件的PLC控制台2，其特征在于：还包括采钳机构5及栽培机构7；

采钳机构5包括连接架501、第一驱动组件和电动卡爪506，第一驱动组件驱动电动卡爪506进行Y轴及Z轴同步调节，对植株进行采摘或位置调节；

栽培机构7包括机架701、土壤三参数传感器705、相互对称的线性驱动组件及灌溉组件8；

线性驱动组件驱动灌溉组件8及土壤三参数传感器705进行Y轴向调节，并进行水肥检测及灌溉调控。

本实施例中，请参阅图8：第一驱动组件包括第二伺服电机502及与其输出轴固定连接的摇臂503，滑架504和滑台505；

第二伺服电机502的外表面安装于连接架501的顶部，摇臂503的外表面铰接于滑架504的外表面，滑台505的后表面沿Y轴滑动连接于连接架501的外表面，滑台505的前表面沿Z轴滑动连接于滑架504的外表面；

电动卡爪506的外表面安装于滑架504的前表面；

第二伺服电机502驱动摇臂503旋转，摇臂503带来的扭矩首先作用于滑架504，滑架504同步配合滑台505传递外力，实现根据第二伺服电机502的旋转方向与角度，配合同步滑台505沿Y轴调节、滑架504沿Z轴调节，实现驱动电动卡爪506进行升降以移动驱动，并根据电动卡爪506自身的夹取与钳固功能，实现对辣椒植株进行固定钳固。

本实施例中，具体的：电动卡爪506的钳体包裹安装有橡胶套，防止硬质金属夹破辣椒植株。

本实施例中，具体的：线性驱动组件包括沿Y轴布置的第三伺服电机702、滚珠丝杠703和支架704；

第三伺服电机702的输出轴与滚珠丝杠703的螺纹杆固定连接，滚珠丝杠703的移动螺母与支架704的外表面固定连接；

支架704的外表面安装有土壤三参数传感器705及灌溉组件8；

第三伺服电机702驱动滚珠丝杠703的螺纹杆旋转，滚珠丝杠703的移动螺母驱动支架704进行升降作业；

支架704的升降实现土壤三参数传感器705深入植株种植介质内检测当前植株吸收的养分及环境参数，并以此为依据与PLC控制台2进行信号交互，通过PLC控制台2选取预先录入的预设参数，控制灌溉组件8进行相应水肥调配与灌溉。

本实施例中，具体的：灌溉组件8包括第一水泵801、第二水泵802、电磁泵803和气泵804；

第一水泵801和第二水泵802的出水口通过管接连通于电磁泵803的入水口，气泵804的外表面固定连接于支架704的外表面；

第一水泵801和第二水泵802连接不同种类的水肥储存箱，并根据灌溉组件8所传递的信号驱动输入指定比例的水肥进行调配，以根据当前植株生长需求调配出适应的水肥，并通过电磁泵803进行喷洒；

同时，气泵804可以提供喷气除尘功能，帮助清洁辣椒植株外部覆盖的灰尘。

实施例二

请参阅图1-12，该实施例是在实施例一的基础上进行地进一步优化，在包括了实施例一的全部技术特征的基础上，本发明还提供了一种辣椒栽采驱动配合装置，包括：相互对称的驱动机构3、CCD相机6和移动机构9；

驱动机构3包括第一滑动架组件和第二驱动组件；

第二驱动组件用于驱动第一滑动架组件上下移动，并配合驱动采钳机构5进行升降，一个驱动机构3的第一滑动架组件配合连接有CCD相机6，另一个驱动机构3的第一滑动架组件配合连接有采钳机构5；

相互对称的驱动机构3之间连接有栽培机构7；

移动机构9包括第二滑动架组件和第三驱动组件；

第三驱动组件用于驱动第二滑动架组件沿Z轴驱动，并配合连接于驱动机构3的外部。

本实施例中，请参阅图3～5：第二滑动架组件包括接地架901及滑动连接于其顶部的驱动架903；

第三驱动组件包括第四伺服电机904及与其输出轴固定连接的第二齿轮905，与第二齿轮905的轮齿与第二齿条902的轮齿啮合；

第二齿条902的底部与接地架901的顶部固定连接，第四伺服电机904的外表面固定连接于驱动架903的顶部；

驱动架903的外表面固定连接于驱动机构3的外表面；

第四伺服电机904驱动第二齿轮905啮合于第二齿条902，实现驱动架903带动驱动机构3、采钳机构5、CCD相机6及栽培机构7进行位移；

实际使用的过程中，使用者可根据自身栽培箱1的布置长度，选择安置与之对应长度的接地架901，实现针对式配合施肥及采摘作业。

本实施例中，请参阅图6和图7：第一滑动架组件包括固定架301及滑动连接于其内部的桁架302；

第二驱动组件包括第一伺服电机303及与其输出轴固定连接的第一齿轮305，与第一齿轮305轮齿啮合的第一齿条304；

第一齿条304的外表面固定连接于桁架302的外表面，第一伺服电机303的外表面固定连接于固定架301的外表面；

第一伺服电机303驱动第一齿轮305轮齿第一齿条304，实现带动CCD相机6或采钳机构5进行相应的升降作业。

本实施例中，具体的：驱动架903的顶部固定连接有伺服电缸906，伺服电缸906的活塞杆固定连接于栽培机构7的外表面；

当栽培机构7及灌溉组件8需要对栽培箱1的X轴向的辣椒植株进行相应水肥栽培及相应检测作业时，通过两组伺服电缸906进行相互配合，其中一组伸出，另一组回收，实现X轴向的驱动调节。

本实施例中，请参阅图6：桁架302和固定架301之间通过拖链4相互连接，拖链4的内侧壁储存有用于水肥灌溉的软管及电器元件的导线。

本实施例中，请参阅图6：桁架302的底部固定连接有第五伺服电机306，不同的驱动机构3的所述第五伺服电机306的输出轴分别与所述CCD相机6或所述采钳机构5的外表面固定连接；

第五伺服电机306用于控制采钳机构5或CCD相机6进行旋转调节，实现不同角度的进行采摘及检测作业。

本实施例中，请参阅图11和图12，本发明的PLC控制台2的控制编程图及CCD相机6的编程图：图中SB0为启动按钮，SB1为急停按钮，SB2为CCD相机6的启动按钮，M0、M1为中间继电器，S0为CCD相机6，Y2为灌溉组件8，Y3、Y4分别为采钳机构5的第二伺服电机502和电动卡爪6，Y5为土壤三参数传感器705；

该程序分为两种不同的工作同步驱动；使用时，按下启动按钮SB0及SB2；

第一种驱动工作：土壤三参数传感器705建立与PLC控制台2的信号交互并传递检测数据，储存于PLC控制台2预设的程序库中，选择对当前参数与之对应的第一水泵801和第二水泵802的驱动计时器时间，即可根据第一水泵801和第二水泵802的功率换算出其调配水肥的比例参数，与之对应的进行针对化水肥灌输，满足当前植株生长的营养参数需求；

第二种驱动工作：CCD相机6的系统控制器PT端口设置一个时长为5s的计时器作为延迟指令；当拍照完成缓存5秒后，根据辣椒植株在CCD相机6点阵屏拍摄所分布的高度及层数转输预先设置的参数，并将信号通过OUT-1端口发送至储存单元MV-90(命名为“Tag_100”)；

根据上述辣椒植株的生长变量(即绿色的植株的生长大小与辣椒果实的分布比例)所对CCD相机6输出不同的预设参数的选项值数并绘制成I/O表，分别以ENO端口输出变量，具体变量涉及到PLC控制台2的计时器参数，且在输出时以M100.0为起始点，依次以M100.1、M100.2......M100.99为不同的储存地址，并输出编号为1、2、3......99的信号，PLC控制台2也需预先设置好与该信号编号对应的Y2、Y3及Y4的驱动时间的I/O表，并由S0代理传递信号于Y2、Y3及Y4，实现对采钳机构5进行采摘、植株钳固同步位置调节的功能，同时实现对栽培机构7及灌溉组件8的搭配作业；

进而，实现针对不同辣椒生长的情况进行选择与之对应的驱动模式：或是对辣椒植株进行扶正、角度调节、位置调节，或是对辣椒植株进行采摘，或是对辣椒植株进行相应的水肥灌溉；

同时在实际使用的过程中，驱动机构3的第五伺服电机306负责对采钳机构5进行旋转调节，同时另一组驱动机构3同步配合CCD相机6也进行旋转调节，实现采钳机构5在夹具一组或多组辣椒植株的同时，能够搭配CCD相机6实现多方位拍照检测，以提高检测精度与无人化操作精度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种辣椒栽培采收一体式装置，包括用于辣椒培育的栽培箱(1)及用于控制所有电器元件的PLC控制台(2)，其特征在于：还包括采钳机构(5)及栽培机构(7)；

所述采钳机构(5)包括连接架(501)、第一驱动组件和电动卡爪(506)，所述第一驱动组件驱动电动卡爪(506)进行Y轴及Z轴同步调节，对植株进行采摘或位置调节；

所述栽培机构(7)包括机架(701)、土壤三参数传感器(705)、相互对称的线性驱动组件及灌溉组件(8)；

所述线性驱动组件驱动所述灌溉组件(8)及土壤三参数传感器(705)进行Y轴向调节，并进行水肥检测及灌溉调控。

2.根据权利要求1所述的一种辣椒栽培采收一体式装置，其特征在于：所述第一驱动组件包括第二伺服电机(502)及与其输出轴固定连接的摇臂(503)，滑架(504)和滑台(505)；

所述第二伺服电机(502)的外表面安装于所述连接架(501)的顶部，所述摇臂(503)的外表面铰接于所述滑架(504)的外表面，所述滑台(505)的后表面沿Y轴滑动连接于所述连接架(501)的外表面，所述滑台(505)的前表面沿Z轴滑动连接于所述滑架(504)的外表面；

所述电动卡爪(506)的外表面安装于所述滑架(504)的前表面。

3.根据权利要求1或2所述的一种辣椒栽培采收一体式装置，其特征在于：所述线性驱动组件包括沿Y轴布置的第三伺服电机(702)、滚珠丝杠(703)和支架(704)；

所述第三伺服电机(702)的输出轴与所述滚珠丝杠(703)的螺纹杆固定连接，所述滚珠丝杠(703)的移动螺母与所述支架(704)的外表面固定连接；

所述支架(704)的外表面安装有所述土壤三参数传感器(705)及所述灌溉组件(8)。

4.根据权利要求3所述的一种辣椒栽培采收一体式装置，其特征在于：所述灌溉组件(8)包括第一水泵(801)、第二水泵(802)、电磁泵(803)和气泵(804)；

所述第一水泵(801)和所述第二水泵(802)的出水口通过管接连通于所述电磁泵(803)的入水口，所述气泵(804)的外表面固定连接于所述支架(704)的外表面。

5.一种辣椒栽采驱动配合装置，其特征在于，包括：相互对称的驱动机构(3)、CCD相机(6)和移动机构(9)；

所述驱动机构(3)包括第一滑动架组件和第二驱动组件；

所述第二驱动组件用于驱动所述第一滑动架组件上下移动，并配合驱动所述采钳机构(5)进行升降，一个所述驱动机构(3)的所述第一滑动架组件配合连接有所述CCD相机(6)，另一个所述驱动机构(3)的所述第一滑动架组件配合连接有所述采钳机构(5)；

相互对称的所述驱动机构(3)之间连接有所述栽培机构(7)；

所述移动机构(9)包括第二滑动架组件和第三驱动组件；

所述第三驱动组件用于驱动所述第二滑动架组件沿Z轴驱动，并配合连接于所述驱动机构(3)的外部。

6.根据权利要求5所述的一种辣椒栽采驱动配合装置，其特征在于：所述第二滑动架组件包括接地架(901)及滑动连接于其顶部的驱动架(903)；

所述第三驱动组件包括第四伺服电机(904)及与其输出轴固定连接的第二齿轮(905)，与所述第二齿轮(905)的轮齿与所述第二齿条(902)的轮齿啮合；

所述第二齿条(902)的底部与所述接地架(901)的顶部固定连接，所述第四伺服电机(904)的外表面固定连接于所述驱动架(903)的顶部；

所述驱动架(903)的外表面固定连接于所述驱动机构(3)的外表面。

7.根据权利要求5或6所述的一种辣椒栽采驱动配合装置，其特征在于：所述第一滑动架组件包括固定架(301)及滑动连接于其内部的桁架(302)；

所述第二驱动组件包括第一伺服电机(303)及与其输出轴固定连接的第一齿轮(305)，与所述第一齿轮(305)轮齿啮合的第一齿条(304)；

所述第一齿条(304)的外表面固定连接于所述桁架(302)的外表面，所述第一伺服电机(303)的外表面固定连接于所述固定架(301)的外表面。

8.根据权利要求6所述的一种辣椒栽采驱动配合装置，其特征在于：所述驱动架(903)的顶部固定连接有伺服电缸(906)，所述伺服电缸(906)的活塞杆固定连接于所述栽培机构(7)的外表面。

9.根据权利要求7所述的一种辣椒栽采驱动配合装置，其特征在于：所述桁架(302)和所述固定架(301)之间通过拖链(4)相互连接，所述拖链(4)的内侧壁储存有用于水肥灌溉的软管及电器元件的导线。

10.根据权利要求7所述的一种辣椒栽采驱动配合装置，其特征在于：所述桁架(302)的底部固定连接有第五伺服电机(306)，不同的所述驱动机构(3)的所述第五伺服电机(306)的输出轴分别与所述CCD相机(6)或所述采钳机构(5)的外表面固定连接。

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