CN115669522A - 一种基于轮流作业的植物培育装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于轮流作业的植物培育装置，包括培育架，具有多个栽培层；配置在培育架第一端的播种机构，用于经驱动将预先存储的植物种子投放至多个栽培层中的任意一个或多个；若干传送带，由第一端沿栽培支架长度方向向第二端延伸，并沿栽培支架宽度方向间隙阵列于各栽培层，用于承载植物种子并作为植物种子的生长基底；其中，播种机构包括活动设置于多个栽培层中的播种部，播种部包括沿培育架宽度方向延伸的播种管和配置在播种管相对传送带一侧的缓存仓，其中，缓存仓远离播种管的一侧设有多个播种口，播种管相对传送带的一侧以与播种口对应的方式设置有多个排料孔。

Description

一种基于轮流作业的植物培育装置

技术领域

本发明涉及植物培育技术领域，尤其涉及一种基于轮流作业的植物培育装置。

背景技术

牧草，一般指供饲养的牲畜使用的草或其他草本植物。牧草再生力强，一年可收割多次，且牧草中不仅含有家畜必需的各种营养物质，还含有对维持反刍家畜健康特别重要的粗纤维，这是粮食与其它饲料所不能替代的，因此牧草成为饲养家畜的首选。

作为牧草的条件最好是具备生长旺盛草质柔嫩、单位面积产量高、再生力强、一年内能收割多次、对家畜适口性好、营养上含有丰富的优质蛋白和长骨骼所必需的适量的磷钙及丰富的维生素类等。

CN113317065A公开了一种牧草全自动立体种植装置，包括若干个种植单元，每两个相邻的所述种植单元之间以牧草运输流水线为中心并对称分布，且种植单元和牧草运输流水线均位于两条平行导轨之间，所述种植单元包括种植架和牧草收割机，且两条平行导轨上均设有机械手，所述种植架上设有若干个种植盘，且种植盘的数量与牧草生产周期的天数相等。

CN211510066U公开了一种智能牧草种植培育架，该培育架包括培育架本体、喷淋装置、水控制模块、光照装置以及光控制模块，其中：培育架本体包括若干层架体，喷淋装置和光照装置均安装于架体之间，水控制模块与喷淋装置控制连接，水控制模块用于控制喷淋装置的喷淋时间，光照装置与光控制模块控制连接，光控制模块用于控制光照装置的照射时间。

现今人们通常采用无土栽培技术来培育牧草，具体包括在室内或室外通过无土栽培装置来培育牧草，牧草通过自然生长方式来培植，这种培育方式通常被称为开放式培育方法，期间牧草的生长将会受到自然环境的影响，而现有利用无土栽培装置培育牧草的培植方法通常侧重于对牧草生长过程的监控，缺少牧草种子播撒以及牧草成熟收获等牧草生产全过程的自动化控制，并且现有牧草培育装置的生产培育效率及其产量普遍较低。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种基于轮流作业的植物培育装置，旨在解决现有技术中存在的至少一个或多个技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于轮流作业的植物培育装置，至少包括：

培育架，具有多个栽培层；

配置在培育架第一端的播种机构，用于经驱动将预先存储的植物种子投放至多个栽培层中的任意一个或多个；

若干传送带，由第一端沿栽培支架长度方向向第二端延伸，并沿栽培支架宽度方向间隙阵列于各栽培层，用于承载植物种子并作为植物种子的生长基底；

其中，播种机构包括活动设置于多个栽培层中的播种部，播种部包括沿培育架宽度方向延伸的播种管和配置在播种管相对传送带一侧的缓存仓，其中，缓存仓远离播种管的一侧设有多个播种口，播种管相对传送带的一侧以与播种口对应的方式设置有多个排料孔。

优选地，本发明中，播种管相对传送带一侧的若干排料孔在沿播种管的延伸方向上具有逐渐增大的孔径。

优选地，本发明中，相较靠近培育架底部的播种管所具备的若干排料孔的孔径相比于相较靠近培育架顶部的播种管道所具备的若干排料孔的孔径更大。

优选地，播种管内按照偏心方式设置有多对关于排料孔对称的螺旋叶片，其中，至少一对螺旋叶片沿播种管延伸方向按照与至少一个相邻排料孔对应的方式设置于相邻排料孔之间。

优选地，螺旋叶片朝向其相邻的排料孔弯曲延伸，其中，任意排料孔两侧对称的螺旋叶片围合构造出弧形开口，且弧形开口至少部分包含其间对应的排料孔。

优选地，本发明中，播种机构还包括分料口和排料管，其中，分料口配置在培育架第一端的顶部，多条排料管以管路连通于分料口的方式各自连接至设置于多个栽培层中的播种部。

优选地，本发明的植物培育装置还包括驱动装置，驱动装置设置于培育架沿其长度方向的第二端，并配置为控制传送带沿培育架长度方向上的运动。

优选地，本发明的植物培育装置还包括切割机构，切割机构设置于培育架沿其长度方向的第一端，并配置为经驱动切割由传送带从培育架的第二端传送至第一端的目标植物。

优选地，切割机构包括导向杆、滑块、气缸和喷嘴，其中，滑块以连接有用于提供切割水柱的喷嘴的方式滑动连接于导向杆，且气缸传动地连接于滑块，并配置为控制滑块沿导向杆的运动。

优选地，本发明的植物培育装置还包括喷淋单元和照明单元，其中，喷淋单元包括多条供液管道和用于向传送带上的植物种子提供水雾/营养液喷雾的多个雾化喷头，供液管道设置于培育架的各栽培层底部并与传送带并行延伸，多个雾化喷头沿进液管道延伸方向间隙布设。

本发明的有益技术效果包括：本发明提供一种集自动播种、培育及收割功能于一体的植物种植装置，不仅能够实现如牧草一类具有短生长周期、单位产量高的作物的自动播种、培育，还可用于牧草等作物流水线形式的生产收割，实现一年多次快速生产、收割，弥补了现有牧草培育装置普遍缺乏针对牧草生产全过程自动化控制的缺陷，在减少人工操作成本的同时，显著提高植物工厂的生产运行效率。

附图说明

图1是本发明提供的一种优选实施方式的植物培育装置的轴测结构示意图之一；

图2是本发明提供的一种优选实施方式的植物培育装置的轴测结构示意图之二；

图3是本发明提供的一种优选实施方式的播种部的局部结构示意图；

图4是本发明提供的一种优选实施方式的切割机构的局部结构示意图；

图5是本发明提供的一种优选实施方式的播种管在非播种状态下的截面示意图；

图6是本发明提供的一种优选实施方式的播种管在播种状态下的截面示意图；

图7是本发明提供的一种优选实施方式的播种管在沿其径向观察时的结构剖视图。

附图标记列表

10：培育架；20：分料口；30：排料管；40：播种部；50：传送带；60：驱动装置；70：切割机构；401：播种管；402：缓存仓；403：播种口；701：导向杆；702：滑块；703：气缸；704：喷嘴；4011：排料孔；4012：螺旋叶片；40120：弧形开口。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

本发明提供了一种基于轮流作业的植物培育装置，该植物培育装置尤其适用于牧草一类生长收获周期短，单位面积产量高的作物的自动播种、培育及收割过程。

根据一种优选实施方式，图1和图2示出了本发明的植物培育装置的结构示意图。具体地，本发明的植物培育装置可以包括培育架10、播种机构、传送带50、驱动装置60和切割机构70。

根据一种优选实施方式，如图1和图2所示，本发明的培育架10为立体多层结构。培育架10在其高度方向上布设有多个栽培层。在一些可选实施方式中，例如图1和图2所示，培育架10可具有4个栽培层。

根据一种优选实施方式，传送带50以沿培育架10长度方向延伸的方式布设于各个栽培层。进一步地，多条传送带50沿培育架10宽度方向间隙设置。具体而言，传送带50可用于承载待培育的植物种子，以作为植物种子的生长基底。

根据一种优选实施方式，如图1所示，播种机构可设置在培育架10沿其长度方向的其中一端。具体而言，该播种机构可用于存储待培育的植物种子，并经驱动将植物种子播撒至传送带50上。

根据一种优选实施方式，播种机构可以包括分料口20、排料管30以及播种部40。具体地，如图1所示，分料口20可配置在培育架10沿其长度方向一侧的顶部。

根据一种优选实施方式，如图1所示，多条的排料管30分别连接至分料口20底部的出料口以与分料口20管道连通。进一步地，各排料管30远离分料口20的一端分别连接至布设于各栽培层中的播种部40。特别地，在不执行播种工序时，播种部40可用于存储待培育的植物种子。

根据一种优选实施方式，当需要利用播种部40执行播种工序时，可控制播种部40转动以使其相对于其所对应的栽培层具有一斜角，从而使得播种部40内的植物种子能够经由播种部40的出口排出至对应的传送带50上。

根据一种优选实施方式，播种部40配置为可转动的。具体而言，分料口20内的植物种子可经由分料口20底部的出料口进入各排料管30。进一步地，各排料管30内的作物种子能够基于重力势能滚入各栽培层中对应设置的播种部40。特别地，通过转动下放播种部40以使播种部40相对其所对应的栽培层保持预定倾角，从而可将播种部40中的植物种子播撒至对应的传送带50上。播种工序完成后，可将播种部40旋转复位。

根据一种优选实施方式，传送带50可以为具有一定厚度的带状体。进一步地，传送带50表面可沿其长度方向形成若干个间隙排布的孔洞。具体而言，孔洞可以是圆形、方形、多边形或者其它可能的几何形状。孔洞具有一定深度。或者，孔洞沿传送带50厚度方向部分贯穿。孔洞的深度可以是传送带50厚度的一半或三分之一。特别地，孔洞可以用于容置从播种部40排出的种子。进一步地，孔洞也可用于作为水培营养液的容置腔。

根据一种优选实施方式，如图3所示，播种部40可包括播种管401、缓存仓402以及播种口403。

根据一种优选实施方式，播种管401连接至排料管30的出口以通过排料管30管道连通于分料口20。进一步地，如图1所示，播种管401可沿培育架10的宽度方向延伸并配置在各栽培层侧部。在一些可选实施方式中，播种管401可由两个彼此对称的半圆形管道可拆卸组合形成。

具体地，如图3所示，播种管401外侧面布设有若干沿播种管401轴向间隙排布的排料孔4011。特别地，排料孔4011布设在播种管401面对传送带50的部分侧面。具体而言，排料孔4011可用作植物种子的排出通道。

根据一种优选实施方式，如图3所示，播种管401具有排料孔4011的一侧连接有缓存仓402。具体地，缓存仓402以与播种管401的排料孔4011对应并将排料孔4011包含的方式配置在缓存仓402外侧。优选地，缓存仓402与播种管401之间可采用可拆卸连接方式。

根据一种优选实施方式，如图3所示，缓存仓402可由两块盖板与播种管401的部分侧面彼此围合形成。具体而言，缓存仓402可作为经由排料孔4011排出的植物种子的暂存空间，并且可用于引导植物种子滑动。进一步地，缓存仓402可以具有多个独立的种子贮存腔。具体而言，多个种子贮存腔之间可以是间隔独立的。优选地，每一独立的种子贮存腔可以对应预定数量的排料孔4011(如3个)。

根据一种优选实施方式，如图3所示，缓存仓402远离播种管401的一侧具有多个播种口403。大致呈条形的播种口403是由缓存仓402远离播种管401一端的开口以渐缩的方式形成的。

根据一种优选实施方式，在通过本发明的播种机构进行播种时，首先通过外部提升机构(图中未示出)将待播撒的植物种子从种子存储罐提升至培育架10顶部的分料口20中。进一步地，控制分料口20与各排料管30之间的阀门开启以使植物种子能够进入到各栽培层的播种部40中。

根据一种优选实施方式，传送带50优选与驱动装置60传动连接。驱动装置60可用于控制传送带50于培育架10上的运动方向、速率及周期等。特别地，驱动装置60可以设置在与播种结构相对的培育架10的另一侧。具体地，当需要利用播种部40进行播种工作时，通过驱动装置60驱动链条运动以使传送带50沿培育架10长度方向向远离播种机构的一端运动，同时可通过控制单元(PLC)驱动气缸工作以控制播种部40转动下放从而使播种部40的播种口403与传送带50相对应。进一步地，播种管401内的作物种子能够经由缓存仓402及播种口403排出以滑落至对应的传送带50之上。

根据一种优选实施方式，处于各栽培层中的多条传送带50可分别配置独立的驱动装置60。换而言之，每一栽培层中的传送带50可分别独立控制，使得各栽培层中传送带50的运动可以是相异的。优选地，驱动装置60可与本系统的控制单元(PLC)信号连接。驱动装置60可以为驱动电机。

根据一种优选实施方式，随着传送带50沿培育架10长度方向的持续运动，播种管401内的植物种子陆续经由缓存仓402端部的播种口403排出并依次阵列于传送带50上。优选地，当传送带50运动至培育架10的末端(即相对于播种机构的另一端)时，播种工序完成。播种工序完成后，可通过控制单元(PLC)将播种部40回转复位。

根据一种优选实施方式，传送带50上的种子播撒厚度可根据种植需求进行调配。具体地，培育架10的整体高度以及各栽培层的层高是预先设计确定的，故分料口20与各栽培层的播种部40间的垂直距离是已知的，由此分料口20内的植物种子滑落至各栽培层的播种部40时产生的势能是可计算得出的。根据重力势能、动能的转化关系，可以设计播种管401的长度。

进一步地，根据播种管401与各栽培层之间的垂直高度、播种部40执行播种工序时与传送带50间的倾角，以及播种管401、缓存仓402的摩擦系数等相关影响参数，至少可计算出播种管401内的植物种子的下落速度。进一步地，可以通过调整传送带50的运动速度以配合播种管401中植物种子的排出速度的方式来调整传送带50上的种子播撒厚度。

根据一种优选实施方式，在利用本发明的播种机构执行自动播种工序时，植物工厂的管理者大多希望植物种子能够均匀地播撒在每一栽培层上，并且每一栽培层中各条传送带50上的种间距也都被期望是近乎一致的，因均匀播种对于作物生长发育具有显著的影响，而理想的种间分布则可以显著改善作物的生长环境，给予作物合理的生长发育空间，并且合理的种间距有利于减轻相邻作物产生温度生长竞争，提升作物对营养成分的吸收效率以提高作物的生长发育速率，从而可提高单位面积产量。然而，在大多数现有播种设备当中，确保合理的种间分布是植物工厂管理者们迫切需要解决的技术问题。

根据一种优选实施方式，培育架10具有沿其高度方向布设的多个栽培层。进一步地，连接至不同栽培层的排料管30的长度是不同的，而不同排料管30所连接的播种管401在沿培育架10宽度方向上的长度通常都是一致的。由此，各栽培层中播种管401的可允许的种子容纳量通常也是相同的。由于各栽培层的播种管401对应连接的排料管30的长度是不同的，故即使各栽培层的播种管401的长度及对应的种子容纳量是相同的，但因不同长度排料管30造成的势能差，植物种子在各栽培层的播种管401内的分布均匀性有所差异，导致各栽培层之间以及任意栽培层的多条传送皮带之间产生种间距差异，这种差异直接导致了层间以及层内的生长不均。

具体而言，相较靠近于培育架10底部的播种管401对应连接的排料管30相比相较靠近于培育架10顶部的播种管401对应连接的排料管30具有更大的管道长度，使得进入培育架10底部播种管401的植物种子具有更大的运动势能。进一步地，由于靠近于培育架10顶部的播种管401对应连接的排料管30的长度是相较最小的，假使进入顶层播种管401中的植物种子具备的动能至少能使植物种子滚动至播种管401的末端，则对于处于培育架10底部的播种管401而言，由于其对应连接的排料管30相较顶层播种管401对应连接的排料管30更长，故培育架10底部的播种管401中的植物种子具备的动能是冗余的。

根据一种优选实施方式，相比于靠近培育架10顶部的播种管401，位于培育架10底部的播种管401的末端更易于产生种子堆积从而导致堵塞，这是由于沿排料管30下落至底层播种管401中的植物种子具有更大的动能，使得进入底层播种管401的植物种子将不断涌向播种管401末端，并在底层播种管401末端明显堆积有相当数量的植物种子并形成一定体积的壁垒之时，后续滑入的种子才会因该壁垒的阻挡而陆续地停滞于播种管401来向并最终铺满播种管401底部。

另一方面，对于处于顶层播种管401内的植物种子，其具备的动能相对较小，使得已滑入顶层播种管401末端的植物种子对于后续滑入的植物种子的阻挡作用相较底层播种管401更明显，也即顶层播种管401，尤其是顶层播种管401末端的种子堆积堵塞可能并非底层播种管401那样剧烈明显。

根据一种优选实施方式，针对于不同栽培层，若需铺满每一栽培层的播种管401，并在每一栽培层中的各条传送皮带上间隙撒满若干作物种子，则培育架10底部的播种管401内的种子堆积堵塞可能相较于培育架10顶部的播种管401更加明显，尤其是播种管401末端。另一方面，在同一栽培层中，以作物种子在播种管401内的运动方向为参照，播种管401末端的种子堆积堵塞可能相较于播种管401的始端更加明显。特别地，作物种子在各栽培层间以及各栽培层内的播种管401的分布差异加剧了作物的不均匀生长。

根据一种优选实施方式，本发明中，对于各栽培层的播种管401，播种管401侧面布设的若干排料孔4011的孔径在作物种子沿播种管401的前进方向上逐渐增大。具体而言，播种管401末端的排料孔4011相较于播种管401始端的排料孔4011的孔径更大，以用于减缓植物种子堆积堵塞于播种管401末端从而造成播种管401末端的种子在一定时间内无法及时排出。

根据一种优选实施方式，相较靠近培育架10底部的播种管401具有的若干排料孔4011的孔径相比相较靠近培育架10顶部的播种管401具有的干排料孔4011的孔径更大。尤其是针对相较靠近播种管401末端的一个或多个排料孔4011。

在一些可选实施方式中，相较靠近培育架10底部的播种管401具有的若干排料孔4011可由相较靠近培育架10顶部的播种管401具有的干排料孔4011按照预设减小。换而言之，从培育架10顶部至底部方向上，播种管401侧面的若干排料孔4011的孔径可按预设比例或倍数关系增大。

根据一种优选实施方式，在驱动播种部40转动下放，并驱动传送带50沿培育架10长度方向运动以执行相应的播种工序时，在播种初期，随着播种部40转动下放，播种管401内的植物种子在一定时间内涌向各排料孔4011，致使各排料孔4011短时内具有较高的排种密度。此后，随着种子贮存量的减少，各排料孔4011的排种密度趋于稳定。鉴于此，播种初期，致使传送带50上的种间密度较大或种间距较小；播种中后期，植物种子的排出相较平稳有序，播种全程若不及时调整传送皮带的运行速率，将导致传送带50前后段所承载的种间密度存在较大差异，继而影响生长密度。

根据一种优选实施方式，本实施例中，在驱动播种部40转动以为对应的传送带50执行播种操作之时，传送带50配置为：在播种部40转动下放的第一时段内，驱动传送带50沿培育架10长度方向向培育架10的第二端以第一速度行进。进一步地，在播种部40转动下放至第二时段时，驱动传送带50沿培育架10长度方向向培育架10的第二端以第二速度行进。具体地，培育架10的第一端可以为培育架10设置有播种机构的一侧。培育架10的第二端可以为培育架10相对播种机构的一侧。特别地，第一速度优选大于第二速度。第一时段优选小于第二时段。

根据一种优选实施方式，在第一时段内，播种部40具有较高的排种密度，传送带50以第一速度行进，此时传送带50以较大速率行进以适应播种初期播种管401内植物种子的密集排出，以减小传送带50相对于排出种子的停滞时间，从而使植物种子随传送带50的行进而依次阵列于传送带50上。

根据一种优选实施方式，在播种部40转动下放的第二时段内，随着播种管401内贮存种子的减少，传送带50以相对较小的第二速度行进，即通过增大传送带50相对于植物种子的停滞时间来适应播种中后期减小的排种密度。特别地，当传送带50以上述方式行进时，可提高播种全程传送带50上植物种子的分布均匀性，有助于植物的均匀生长，使各栽培层具有适宜的生长密度。优选地，第一速度、第二速度具体与播种部40转动下放的倾角，播种管401的可容纳空间以及排料孔4011的孔径等因素有关，且上述因素以关联于播种部40的排种速率的方式影响传送皮带的运动速度。

根据一种优选实施方式，本发明中，针对各栽培层的播种作业可以是相互独立的，植物工厂的管理者可以根据实际种植需求利用播种机构为培育架10的其中一个或多个栽培层单独或同时执行播种工序。

根据一种优选实施方式，待植物种子在传送带50上生长发育至成熟的可切割状态时，可通过切割机构70对成熟作物进行切割。优选地，本发明的切割机构70为水切割装置。特别地，本发明的切割机构70设置在播种机构所在一侧。在一些可选实施方式中，切割机构70可以设置在培育架10沿其长度方向的第二端，也即培育架10长度方向与播种机构相对的另一侧。

根据一种优选实施方式，如图4所示，本发明的切割机构70可以包括导向杆701、滑块702、气缸703和喷嘴704。具体地，切割机构70具有装置外壳。导向杆701在装置外壳内横向延伸且两端连接至壳体内壁。滑块702滑动连接至导向杆701。气缸703传动地连接于滑块702，用于驱动滑块702沿导向杆701移动。进一步地，滑块702上连接有用于提供高压水柱的喷嘴704。

根据一种优选实施方式，切割机构70可以包括3个喷嘴704。具体地，喷嘴704的间距约为600～700m。喷嘴704的间距优选为650m。进一步地，气缸703的行程约为700mm。切割机构70可切割宽度大约为2m。

具体而言，例如待牧草种子达成可切割状态时，可通过控制单元控制播种机构的播种部40抬起，并控制驱动装置60反转，以使传送带50沿培育架10长度方向向培育架10的第一端(培育架10设置有播种机构的一侧)运动。进一步地，驱动切割机构70的滑块702横向往复运动，使得当牧草经过播种机构所在一侧的切割机构70时，切割机构70中的一个或多个喷嘴704形成的高压水柱能够将成熟牧草切割成一定大小的草块。待传送带50回转至初始位置时，牧草切割完成。特别地，基于实际需求，牧草的切割体积可以通过控制切割机构70的滑块702的运动速度和/或传送带50的运动速度来调整。

根据一种优选实施方式，如图5和图6所示，播种管401内部偏心设置有多个螺旋叶片4012。具体而言，各排料孔4011沿播种管401轴向的邻接位置对应设置有螺旋叶片4012。进一步地，螺旋叶片4012可以沿播种管401的径向延伸，并按照与排料孔4011邻接对应的方式设置在播种管401部分内壁面上。例如螺旋叶片4012设置在播种管401的小于二分之一的内壁面上。

根据一种优选实施方式，植物种子从培育架10顶部的分料口20沿各个排料管30滑入各栽培层内的播种管401。此后，转动播种部40以使植物种子沿播种管401内壁滑动从容流向排料孔4011。特别地，在螺旋叶片4012的辅助下，植物种子通过播种管401侧面的排料孔4011进入各个缓存仓402，并经由缓存仓402引导而最终通过缓存仓402末端的播种口403滑落至对应的传送带50。

根据一种优选实施方式，如图5所示，沿播种管401轴向观察，排料孔4011与螺旋叶片4012邻靠且对应。在一些可选实施方式中，螺旋叶片4012的末端可延伸至排料孔4011。换而言之，排料孔4011可以配置在螺旋叶片4012的延伸末端。

具体而言，当不执行播种工序时，控制播种部40使其处于非播种模式，也即使播种部40处于如图5所示的大体水平状态。在非播种模式下，播种管401外侧的排料孔4011大致朝向水平一侧。特别地，通过启动培育架10顶部的分料口20以使植物种子通过各个排料管30进入各栽培层对应的播种部4。进一步地，植物种子能够基于势能从排料管30下落至对应的播种管401中并铺撒在播种管401底部。

进一步地，在执行播种工序时，控制播种部40使其处于播种模式，也即使播种部40呈如图6所示的转动下放状态，以使播种部40(具体为缓存仓402)与栽培层上的传送带50相对应。特别地，在播种模式下，播种部40具有一下放倾角，使得播种管401的排料口410能够随播种部40转动而朝向传送带50倾斜，同时播种管401内的螺旋叶片4012随播种管401的转动而改变其在沿播种管401的轴线方向观察时的点位。

根据一种优选实施方式，在执行播种工序的过程中，螺旋叶片4012随播种管401的转动而大致横亘于播种管401底部。此时，播种管401内的植物种子因播种部40的倾斜而播沿种管道401内壁滑动并经由播种管401外侧面开设的若干排料孔4011排出，最终滑落至对应的传送带50上。

根据一种优选实施方式，图7示出了当播种部40处于倾斜下放的播种模式时，沿播种管401径向俯视观察的剖面结构示意图。具体地，任意排料孔4011沿播种管401轴向的两侧可设置彼此对称的一对螺旋叶片4012。或者，相邻排料孔4011之间可设置彼此对称的一对螺旋叶片4012，且该对螺旋叶片4012中的任意一个朝向各自对应的排料孔4011弯曲延伸。特别地，如图7所示，螺旋叶片4012具有朝向排料孔4011的弧面。

根据一种优选实施方式，如图7所示，任意排料孔4011两侧对称的螺旋叶片4012围合形成一弧形开口40120。特别地，沿播种管401径向观察，该弧形开口40120部分包含其对应的排料孔4011。具体地，用于构成弧形开口40120的一对螺旋叶片4012各自远离弧形开口40120的末端相向弯曲延伸并最终交汇以将弧形开口40120的末端封闭。

进一步地，弧形开口40120构造出的半开放空间可用于引导植物种子向排料孔4011滑动。优选地，当相邻排料孔4011之间的一对螺旋叶片4012彼此抵靠之时，可以填补其间的空隙并引导其间留置的作物种子分别向两侧滑动以进入对应的排料孔4011中。

根据一种优选实施方式，本发明中，对称分布在任意排料孔410两侧的螺旋叶片411具有变化的曲率或曲率半径。或者，对称分布在任意排料孔410两侧的螺旋叶片411在延其曲形延伸方向上具有变化的曲率或曲率半径。或者，任意螺旋叶片411的曲率或曲率半径是鉴于其与相邻排料孔410的轴向间距的变化而变化的。换而言之，螺旋叶片411并非规则的弧形叶片。或者，螺旋叶片411上各点并非处于具有相同半径的圆或圆弧上。具体而言，螺旋叶片411为变化的曲线。

具体地，在螺旋叶片411由开口4110朝向排料孔410的曲形延伸方向上，螺旋叶片411具有逐渐增大的曲率或曲率半径。或者，螺旋叶片411在延其曲形延伸方向上的曲率或曲率半径是鉴于其与相邻排料孔410的轴向间距的减小而增大的。换而言之，曲率越小越平坦，密切圆半径越大；曲率越大更弯曲，密切圆半径越大。

根据一种优选实施方式，在培育作物/植物种子之前，通常需要用拌种剂(粉剂或药膜)对种子进行预先处理，也即提前在种子表面均匀地沾上农药或微肥等防止病虫害的物质，而在种子滚入播种管道41以及随着播种管道41的转动而沿管道内壁滑动而流向各排料孔410的过程中，种子在管道内部的碰撞可能会使部分拌种剂从种子表面脱离，而减少的拌种剂则可能影响种子的生长效果及其产量。

根据一种优选实施方式，相比于直线式或均匀弧面的引导结构，本发明中具有变化的曲率或曲率半径的螺旋叶片411减缓了带有拌种剂的种子在流向排料孔410的过程中与管道内壁的直接撞击与摩擦，以减少从种子表面脱落的拌种剂的量。另一方面，大致弧形的螺旋叶片411对于脱落的拌种剂具有一定留置缓存作用，尤其是螺旋叶片411的曲率或曲率半径随其与相邻排料孔410的轴向间距的减小而增大，使得位于螺旋叶片411末端且靠近排料孔410部分区域将积攒相较更多的拌种粉剂。此后，在种子经过螺旋叶片411并由排料孔410排出的过程中，散落的拌种剂一定程度上会与种子在此物理结合，使部分脱落的拌种剂有再次被利用的可能，从而减少拌种剂的浪费，使其与种子结合发挥作用。

特别地，本发明中，通过在各排料孔410两侧设置具有变化的曲率或曲率半径的螺旋叶片411大大减轻了种子表面拌种剂的脱落量，经发明人多次试验测算，拌种剂的损失及浪费相较于现有常规播种装置减少约5％～8％。并且，在提高拌种剂的利用率的基础上，也提高了植物单位产量以及相应的经济效益。

此外，基于本发明螺旋叶片411的设置，在转动播种管道41执行播种任务之前，也可以预先将部分拌种剂输入到播种管道41内部，由此可在螺旋叶片411的引导作用下，将一部分种子与拌种剂的混合过程转移至播种过程中。此目的在于，在涂抹或包裹有拌种剂的种子通过种子分料口2进入播种部4之前或之时，种子在任意一处的运动都可能造成拌种剂脱落，而播种系统中通常存在很多电气或电机设备，脱落的拌种剂粉末会随着各种电机设备的运行而预期外地进入到各个设备当中，因此过多的拌种剂粉末将可能造成设备的卡顿甚至停机，对于设备本身和借助各设备流畅地执行播种任务来说都是不利的，并且飞溅的拌种剂粉末对于工厂操作间的工作人员来说也是危及其健康的。鉴于此，预先将部分拌种剂通过螺旋叶片411与种子结合，能够显著地缓解上述存在的一个或多个问题，在增加播种流畅性、提高作物产量以及降低对设备和人体危害方面具有显著优势。

根据一种优选实施方式，在播种管401内的植物种子随播种部40的倾斜而沿播种管401内壁滑动并排出排料孔4011的过程中，弧形开口40120的弧面可用于约束植物种子的无序滑动，并引导滞留于排料孔4011周围的植物种子滑向对应的排料孔4011，使得植物种子沿期望的路径滑落至对应的排料孔4011并排出，从而避免播种管401内仍留存有大量植物种子未被顺利排出。

特别地，螺旋叶片4012在确保植物种子能够顺利经由各螺旋叶片4012对应的排料孔4011排出的同时，也确保了各排料孔4011在排料密度方面的一致性，因为通常植物工厂的管理希望各排料孔4011在单位时间或预设时段内所排种子的数量是近乎一致的，以防产生种子播撒不均或是排料孔围堵等现象，继而导致传送皮带上的作物生长密度不均，影响作物产量。

根据一种优选实施方式，除播种机构外，本发明的植物培育装置还可包括用于供给水分/营养液成分的喷淋单元和用于提供种子生长发育所需光线的照明单元。

根据一种优选实施方式，喷淋单元可以包括多条供液管道和配置在供液管道上的多个雾化喷头。供液管道的进液口可以连接于总进液管。总进液管管路连通于料液储存罐。具体地，供液管道以与传送带50并行延伸的方式设置在各栽培层底部。沿各供液管道延伸方向上间隙布设多个雾化喷头。特别地，多个雾化喷头可用于共同向下方传送带50上的植物提供营养液喷雾。

根据一种优选实施方式，照明单元可包括多个LED灯。具体地，LED灯为具有一种或多种发光颜色或光波波长的LED芯片。具体地，LED灯可设置在培育架10的各栽培层的底部，以为其下方传送带50上的植物提供生长光照。进一步地，若干LED灯沿培育架10的长度和宽度方向间隙布置。在一些可选实施方式中，为了避免层间光线干扰，各栽培层底板可以是不透光的。

根据一种优选实施方式，播种工序完成后，可通过控制单元控制喷淋单元喷洒水雾/营养液喷雾和控制照明单元提供植物培育所需的生长光线。具体地，根据植物生长阶段的不同，可以通过控制单元调整相应的喷洒水雾/营养液喷雾的供给时长和生长光线的照射时长、强度以及相应的光质比等。特别地，喷洒水雾和/或提供光照可以是周期性或连续地，这与植物的具体生长阶段有关。

根据一种优选实施方式，本实施例中，植物工厂的厂房顶部可配置有光伏组件。具体而言，光伏组件可将白天的太阳能转化成电能并储存，夜晚给温控单元、喷淋单元和LED灯供电，使得在夜间也能继续对植物进行生长培育。

根据一种优选实施方式，本发明的植物培育装置还可包括温控单元。具体地，温控单元可以包括散热装置、加热装置以及温度传感器。温度传感器可用于实时采集厂房内的温度信息，并将温度信息发送给控制单元。控制单元可基于厂房内的实时温度信息与预设温度阈值间的差异关系，控制散热装置或加热装置工作使厂房内的温度始终保持在适合牧草生长的范围。

根据一种优选实施方式，本发明中的控制单元可通过无线网络与上位机终端连接。进一步地，本发明的分层植物种植系统还可包括与控制单元连接的图像采集单元(如摄像装置)，通过图像采集单元工作人员可实时监控播种、牧草生长及牧草切割全过程。

根据一种优选实施方式，本发明中的控制单元还可与报警单元控制连接，一旦控制单元接收到异常数据，即可通过报警单元发出报警信号。具体地，报警信号不限于声或光的形式。

根据一种优选实施方式，本发明的植物培育装置还可包括干燥装置和湿度传感器。湿度传感器用于实时采集厂房内的湿度信息，并将湿度信息发送给控制单元。控制单元可控制干燥装置或喷淋单元工作以使厂房内的湿度保持在适合牧草生长的范围。

根据一种优选实施方式，本发明的植物培育装置还可包括用于采集各项环境参数的多个采集单元。具体地，采集单元包括但不限于温度传感器、湿度传感器、光照度传感器、氧气浓度传感器、二氧化碳浓度传感器等等。本发明中的控制单元可与温度传感器、湿度传感器、光照度传感器、氧气浓度传感器、二氧化碳浓度传感器等环境传感器信号连接。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

Claims (10)

1.一种基于轮流作业的植物培育装置，其特征在于，包括：

培育架(10)，具有多个栽培层；

配置在所述培育架(10)第一端的播种机构，用于经驱动将预先存储的植物种子投放至所述多个栽培层中的任意一个或多个；

若干传送带(50)，由所述第一端沿所述栽培支架(10)长度方向向第二端延伸，并沿所述栽培支架(10)宽度方向间隙阵列于各栽培层，用于承载所述植物种子并作为所述植物种子的生长基底；

其中，所述播种机构包括活动设置于所述多个栽培层中的播种部(40)，所述播种部(40)包括沿所述培育架(10)宽度方向延伸的播种管(401)和配置在所述播种管(401)相对所述传送带(50)一侧的缓存仓(402)，其中，所述缓存仓(402)远离所述播种管(401)的一侧设有多个播种口(403)，所述播种管(401)相对所述传送带(50)的一侧以与所述播种口(403)对应的方式设置有多个排料孔(4011)。

2.根据权利要求1所述的植物培育装置，其特征在于，所述播种管(401)相对所述传送带(50)一侧的若干排料孔(4011)在沿所述播种管(401)的延伸方向上具有逐渐增大的孔径。

3.根据权利要求1或2所述的植物培育装置，其特征在于，相较靠近所述培育架(10)底部的播种管(401)所具备的若干排料孔(4011)的孔径相比于相较靠近所述培育架(10)顶部的播种管道(401)所具备的若干排料孔(4011)的孔径更大。

4.根据权利要求1～3任一项所述的植物培育装置，其特征在于，所述播种管(401)内按照偏心方式设置有多对关于所述排料孔(4011)对称的螺旋叶片(4012)，其中，至少一对所述螺旋叶片(4012)沿所述播种管(401)延伸方向按照与至少一个相邻排料孔(410)对应的方式设置于相邻所述排料孔(4011)之间。

5.根据权利要求1～4任一项所述的植物培育装置，其特征在于，所述螺旋叶片(4012)朝向其相邻的排料孔(4011)弯曲延伸，其中，任意所述排料孔(4011)两侧对称的螺旋叶片(4012)围合构造出弧形开口(40120)，且所述弧形开口(40120)至少部分包含其间对应的排料孔(4011)。

6.根据权利要求1～5任一项所述的植物培育装置，其特征在于，所述播种机构还包括分料口(20)和排料管(30)，其中，所述分料口(20)配置在所述培育架(10)第一端的顶部，多条所述排料管(30)以管路连通于所述分料口(20)的方式各自连接至设置于所述多个栽培层中的播种部(40)。

7.根据权利要求1～6任一项所述的植物培育装置，其特征在于，还包括驱动装置(60)，所述驱动装置(60)设置于所述培育架(10)沿其长度方向的第二端，并配置为控制所述传送带(50)沿所述培育架(10)长度方向上的运动。

8.根据权利要求1～7任一项所述的植物培育装置，其特征在于，还包括切割机构(70)，所述切割机构(70)设置于所述培育架(10)沿其长度方向的第一端，并配置为经驱动切割由所述传送带(50)从所述培育架(10)的第二端传送至所述第一端的目标植物。

9.根据权利要求1～8任一项所述的植物培育装置，其特征在于，所述切割机构(70)包括导向杆(701)、滑块(702)、气缸(703)和喷嘴(704)，其中，所述滑块(702)以连接有用于提供切割水柱的所述喷嘴(704)的方式滑动连接于所述导向杆(701)，且所述气缸(703)传动地连接于所述滑块(702)，并配置为控制所述滑块(702)沿导向杆(701)的运动。

10.根据权利要求1～9任一项所述的植物培育装置，其特征在于，还包括喷淋单元和照明单元，其中，所述喷淋单元包括多条供液管道和用于向所述传送带(50)上的植物种子提供水雾/营养液喷雾的多个雾化喷头，所述供液管道设置于所述培育架(10)的各栽培层底部并与传送带(50)并行延伸，所述多个雾化喷头沿所述进液管道延伸方向间隙布设。

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