CN115812396A - 一种大蒜播种机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大蒜播种机，包括机架、动力装置、株距调节装置、深度调节装置、种植装置、行走压穴装置；机架用于安装动力装置、株距调节装置、深度调节装置、种植装置、行走压穴装置；动力装置用于给株距调节装置、行走压穴装置提供动力；株距调节装置用于调节株距，并将动力传至种植装置；深度调节装置用于调节种植装置的上下位置；种植装置用于种植蒜种；行走压穴装置用于行进、压穴。将机器视觉技术和机械有效融合，解决了鳞芽的识别和调整问题，而基于边缘算法视觉检测系统的新技术可以使蒜头播种的更加精准高效。
Description
技术领域
本发明涉及一种大蒜播种机，属于农业机械领域。
背景技术
中国是全球最大的商品蒜消费国、生产国和输出国，大蒜主产区主要集中在山东、河南和江苏等地。随着我国乡村振兴战略实施，解决商品蒜的种植全过程自动化非常必要。分析国内外各类大蒜播种机的研究和推广来看，虽然有各种型号大小的机器投入生产实践，但设计出的大蒜播种机构并不不能很好的满足要求。我国大蒜总种植面积约为1300万亩，虽然种植面积广大，但是大蒜产品价格不乐观。机械自动化程度低，这是造成大蒜产业问题的根本原因之一。机械化种植是人工效率的20余倍，实现种植过程自动化可大幅节省成本开支。大蒜播种的农艺复杂至今还需要人工种植，主要技术瓶颈是单粒直立向上种植。传统机械虽播种效率上远超人工，蒜种植到土壤横七八竖发芽后长势不好。解决大蒜鳞芽的朝向控制保证种植竖直向上是当前的技术瓶颈。
就目前来看，在西方国家地区是以农场规模化栽培为主，规模化程度较高。因地广人稀且生产较多蒜泥酱，他们对大蒜的外形和产量不作要求，在播种时不对蒜种进行直立播种，除日本、韩国研制出相应的半自动大蒜种植机械，其他地区多为大型大蒜播种机。目前国内的大蒜一般由个体农户种植，每家每户的土地面积不同，种植技术水平也不一，不适合大型机械推广。一般大蒜每亩1.8-2.2万株，亩用种量100kg-150kg。人工播种方法有开沟播种与打孔播种。打孔播种是我们设计播种机的农艺方法，打孔播种可以实现单粒播种节省蒜种使用，打孔播种是按预定行距株距，打孔深度约3cm左右，然后覆土压实。
分析蒜种鳞芽朝向对发芽率的影响，考虑大蒜种植农艺的复杂性，大蒜播种机主要技术瓶颈是直立向上种植。研制一款结构简便实现蒜瓣鳞芽朝向识别的大蒜播种机迫在眉睫。
发明内容
本发明提供了一种大蒜播种机，一方面是用于构建大蒜播种的机械平台，以解决人工种植的不足；再进一步用于将种植与机器视觉结合，以用于解决鳞芽方向调整的问题。
本发明的技术方案是：一种大蒜播种机，包括机架、动力装置、株距调节装置15、深度调节装置、种植装置5、行走压穴装置；机架用于安装动力装置、株距调节装置15、深度调节装置、种植装置5、行走压穴装置；动力装置用于给株距调节装置15、行走压穴装置提供动力；株距调节装置15用于调节株距，并将动力传至种植装置5；深度调节装置用于调节种植装置5的上下位置；种植装置5用于种植蒜种；行走压穴装置用于行进、压穴。
所述动力装置通过汽油机13提供动力，汽油机13输出轴通过摩擦联轴器32连接圆柱二级减速器14的输入轴，进行动力传递；经过圆柱二级减速器14降速传动将动力通过动力输出轴28经链传动输出为两路，分别对株距调节装置15、行走压穴装置提供动力。
所述株距调节装置15采用滑移齿轮类型的变速箱、离合器装置、传动轴29；所述滑移齿轮类型的变速箱通过株距调节器调节把手61拨动惰轮齿轮连接件44在变速箱输出花键轴38上移动，带动惰轮齿轮连接件44上的变速器惰轮45与变速箱输入花键轴52上不同齿数的齿轮啮合，实现不同减速比的传动；通过拨动叉58拨动离合器装置实现切断或联通传动轴29的动力传动；变速箱输入花键轴52与动力装置中动力输出轴28通过链传动，变速箱输出花键轴38与传动轴29通过链传动。
所述深度调节装置包括第一深度调节旋杆组件、第二深度调节旋杆组件、深度调节支架26、侧板30；其中，深度调节支架26一端、第一深度调节旋杆组件与侧板30固定，深度调节支架26另一端、第二深度调节旋杆组件与机株距调节装置中株距调节器壳Ⅱ50固定；通过旋转深度调节旋杆组件带动深度调节支架26上固定的种植装置5进行上下移动。
所述第一深度调节旋杆组件、第二深度调节旋杆组件均包括矩形螺旋丝杆6、深度调节手扶把手9、深度调节器连杆17；其中，深度调节手扶把手9一端为自由端，深度调节手扶把手9另一端通过深度调节器连杆17与矩形螺旋丝杆6一端连接，矩形螺旋丝杆6另一端与对应侧支架27连接且能沿侧支架27上下移动；第一深度调节旋杆组件中深度调节器连杆17与矩形螺旋丝杆6的连接处通过侧板30限位，第二深度调节旋杆组件中深度调节器连杆17与矩形螺旋丝杆6的连接处通过株距调节器壳Ⅱ50限位。
所述种植装置5包括蒜种箱2、导种管11、传送支架76、链轮Ⅱ79、链轮Ⅰ80、链条81、链轮Ⅲ82、定向翻转装置、尖顶鸭嘴开合器机构87、开沟器、覆土轮85；其中，株距调节装置15中传动轴29穿过链轮Ⅰ80，提供链条81转动的动力；与深度调节装置固定的传送支架76的顶点位置安放链轮Ⅰ80、链轮Ⅱ79和链轮Ⅲ82三个链轮组成三角形结构；在链条81上安装数个定向翻转装置，通过链条81带动定向翻转装置运动从蒜种箱2中取种，带动定向翻转装置将蒜种输送至导种管11入口；导种管11出口与尖顶鸭嘴开合器机构87连通；从一端往另一端依次布置的覆土轮85、尖顶鸭嘴开合器机构87、开沟器安装在传送支架76底部，开沟器靠近前进端。
所述尖顶鸭嘴开合器机构87包括尖顶推杆63、尖嘴壳体66、舵机73、连杆77、尖嘴开合板78、凸轮83、凸轮轴84、力封闭凸轮弹簧86；其中，尖顶推杆63一端与安装在凸轮轴84上的凸轮83配合，尖顶推杆63另一端套有力封闭凸轮弹簧86并从传送支架76穿出后与尖嘴壳体66连接，导种管11与尖嘴壳体66连通，安装在尖嘴壳体66中的舵机73驱动带动连杆77转动，通过连杆77转动推动尖嘴开合板78打开和盖合尖嘴壳体66。
所述定向翻转装置包括L型取种勺94、伺服舵机96、伺服舵机支架97、外链板固定架98；其中，L型取种勺94固定在伺服舵机96上，伺服舵机96安装在伺服舵机支架97上，伺服舵机支架97固定在外链板固定架98，外链板固定架98与链条81固定。
所述L型取种勺94的蒜种提取侧面为弧形，蒜种识别面为平面。
还包括机器视觉系统99，用于识别种植装置5中L型取种勺94中的蒜种；机器视觉系统99根据蒜种的鳞芽朝向，驱动L型取种勺94逆/顺时针旋转90度，实现蒜种校正。
本发明的有益效果是：在大蒜种植方面，传统机械化栽培无法准确掌控蒜瓣的方向，就容易出现发芽率低下，蒜瓣发芽后生长不良等问题。采用机器视觉的大蒜播种机的最主要优点在于将机器视觉技术和机械有效融合，解决了鳞芽的识别和调整问题，而基于边缘算法视觉检测系统的新技术可以使蒜头播种的更加精准高效。而凸轮鸭嘴开合器设计则更进一步解决了播种后蒜头垂直入土的问题；定向翻转机构采用了伺服电机带动L型取种勺运动，定向翻转机构通过与传送链相连的结构实现了单粒取种，大大提高了取种的可靠性和机械智能化程度。对各个模块经过合理设计并精确校核，使用Solidworks软件中的Motion运动学分析插件，对各部分进行了仿真分析，各部分无干涉运行平稳，抗干扰能力较好，可满足大田生产条件。在实际应用中操作简单，种植深度、株距可自行调节；播种行进速度0.6-1.6m/s；单次播种可达0.3亩；极大提高了蒜瓣入土时的准确度，正芽率极大提高。大蒜智能化种植已是目前大蒜播种的主要发展趋势，专门设计的这样一台大蒜播种机可适用于平地和丘陵地区的机械化、规模化种植，在确保作业流程平稳、快捷的条件下，体型也较小，更有利于规范化作业。
附图说明
图1为本发明实施例的整体侧视图；
图2为本发明的立体结构轴向视图；
图3为本发明株调节装置的爆炸视图；
图4为本发明株调节装置的轴向视图；
图5为本发明株距调节装置内部安装视图；
图6为本发明株距调节装置中离合器装置安装轴向视图；
图7为本发明机架及深度调节装置轴向视图；
图8为本发明深度调节装置剖视图；
图9为本发明深度调节装置中侧板轴向视图；
图10为本发明深度调节装置中侧板剖视图；
图11为本发明种植装置安装轴向视图一；
图12为本发明种植装置安装轴向视图二；
图13为本发明种植装置安装轴向视图三；
图14为本发明种植装置安装轴向视图四；
图15为本发明种植装置的爆炸视图；
图16为本发明种植装置中尖顶鸭嘴开合器机构安装轴向视图；
图17为本发明种植装置中尖顶鸭嘴开合器机构内部轴向视图；
图18为本发明种植装置中定向翻转装置轴向视图；
图19为本发明L型取种勺的三视图；
图20为本发明L型取种勺与链条的装配视图；
图21为本发明蒜种箱结构的轴向视图；
图22为本发明深度调节支架的立体图；
图23为本发明机架主横梁架的立体图；
图24为本发明机架侧支架的立体图；
图25为本发明Micro USB电路图；
图26为本发明AMS1117、TPS73101DBVR电路图；
图27为本发明LED指示电路图；
图28为本发明摄像头供电及引脚图；
图29为本发明SD卡槽电路图；
图30为本发明识别流程图；
图31为定向翻转机构逆时针转动90度前后效果图；
图32为为定向翻转机构顺时针转90度动前后效果图；
图中各标号：1-手扶把手、2-蒜种箱、3-压合板转轴、4-行走轮传动链、5-种植装置、6-矩形螺旋丝杆、7-变速箱传动链、9-深度调节手摇把手、10-锥形漏斗、11-导种管、12-株距调节器输入传动链、13-汽油机、14-圆柱二级减速器、15-株距调节装置、16-动力输出链轮Ⅰ、17-深度调节连杆、20-行走动力输出链、21-行走输入链轮、22-压合板、23-压合板弹簧、24-后行走轮、25-轴承座、26-深度调节支架、27-侧支架、28-动力输出轴、29-传动轴、30-侧板、31-漏斗支架、32-摩擦型联轴器、33-主横梁架、34-前行走轮、35-动力输出链轮Ⅱ、36-株距调节器输出传动链轮、37-轴向紧定螺钉、38-变速箱输出花键轴、41-变速器从动轮、42-株距调节器壳Ⅰ、43-变速器惰轮轴、44-惰轮齿轮连接件、45-变速器惰轮、47-变速器齿轮箱外壳、50-株距调节器壳Ⅱ、51-株距调节六角平头螺栓、52-变速箱输入花键轴、53-株距调节器输入传动链轮、54-菱形轴承座、57-拨动叉锁紧螺母、58-拨动叉、59-拨动叉锁紧螺栓、60-离合器传动内轴套、61-株距调节器调节把手、63-尖顶推杆、64-变速挡位标识外壳、66-尖嘴壳体、67-离合器传动外轴套、68-离合器卡簧、69-变速箱镶嵌轴承、70-周向定位螺母、71-轴挡圈、72-离合器链轮、73-舵机、74-轴承侧端盖、75-种植装置轴承、76-传送支架、77-连杆、78-尖嘴开合板、79-链轮Ⅱ、80-链轮Ⅰ、81-链条、82-链轮Ⅲ、83-凸轮、84-凸轮轴、85-覆土轮、86-力封闭凸轮弹簧、87-尖顶鸭嘴开合器机构、88-开沟器轴承、89-开沟器轴承端盖、90-开沟盘、91-刮泥板Ⅰ、92-开沟器支架、93-刮泥板Ⅱ、94-L型取种勺、95-大蒜输送装置螺钉、96-伺服舵机、97-伺服舵机支架、98-外链板固定架、99-机器视觉系统。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对发明做进一步的说明，但本发明的内容并不限于所述范围。
如图1所示，一种大蒜播种机，包括机架、动力装置、株距调节装置15、深度调节装置、种植装置5、行走压穴装置；机架用于安装动力装置、株距调节装置15、深度调节装置、种植装置5、行走压穴装置；动力装置用于给株距调节装置15、行走压穴装置提供动力；株距调节装置15用于调节株距，并将动力传至种植装置5；深度调节装置用于调节种植装置5的上下位置；种植装置5用于种植蒜种；行走压穴装置用于行进、压穴。
进一步地，所述机架包括侧支架27、主横梁架33，其中，左、右侧支架27一端与主横梁架33采用螺栓组连接，手扶把手1与左、右侧支架27上预留螺栓孔，将螺栓插入孔中完成；深度调节装置中深度调节支架26下方插入左、右侧支架27上的矩形槽中用螺栓紧固；前后有两个平行可做旋转动作的前行走轮34、后行走轮24，两行走轮通过轴承座25与左、右侧支架27配合安装。
进一步地，如图1、图2所示，所述动力装置通过汽油机13提供动力，汽油机13输出轴通过摩擦联轴器32连接圆柱二级减速器14的输入轴，进行动力传递；经过圆柱二级减速器14降速传动将动力通过动力输出轴28经链传动输出为两路，分别对株距调节装置15、行走压穴装置提供动力。
所述动力输出轴28上安装的动力输出链轮Ⅰ16通过行走动力输出链20与行走输入链轮21为前行走轮34提供动力；前行走轮34通过行走轮传动链4与后行走轮24连接，使传动更为平稳；圆柱二级减速器14的动力输出轴28上安装的动力输出链轮Ⅱ35通过株距调节器输入传动链12为株距调节装置15提供动力；其中，圆柱二级减速器14的输入轴和动力输出轴28上开键槽使用平键进行周向定位。
进一步地，如图3-图6所示，所述株距调节装置15采用滑移齿轮类型的变速箱、离合器装置、传动轴29；所述滑移齿轮类型的变速箱通过株距调节器调节把手61拨动惰轮齿轮连接件44在变速箱输出花键轴38上移动，带动惰轮齿轮连接件44上的变速器惰轮45与变速箱输入花键轴52上不同齿数的齿轮啮合，实现不同减速比的传动；通过拨动叉58拨动离合器装置实现切断或联通传动轴29的动力传动；变速箱输入花键轴52与动力装置中动力输出轴28通过链传动，变速箱输出花键轴38与传动轴29通过链传动。
具体地，可以设置所述机株距调节装置15包括株距调节器输出传动链轮36、轴向紧定螺钉37、变速箱输出轴花键38、变速器从动轮41、株距调节器壳Ⅰ42、变速器惰轮轴43、惰轮齿轮连接件44、变速器惰轮45、变速器齿轮箱外壳47、株距调节器壳Ⅱ50、株距调节六角平头螺栓51、变速箱输入花键轴52、株距调节器输入传动链轮53、菱形轴承座54、拨动叉锁紧螺母57、拨动叉58、拨动锁紧螺栓59、离合器传动内轴套60、株距调节器调节把手61、变速挡位标识外壳64、离合器传动外轴套67、离合器卡簧68、变速箱镶嵌轴承69、周向定位螺母70、轴挡圈71、内六角孔链轮带离合器链轮72；此装置为带有滑移齿轮的变速箱，通过变速传动即可实现株距调节。具体的：通过变速器外壳平头螺栓51将株距调节器壳Ⅰ42和株距调节器壳Ⅱ50紧固构成机株距调节装置外壳体，变速器齿轮箱外壳47镶嵌在机株距调节装置外壳体中；通过株距调节器调节把手61拨动惰轮齿轮连接件44在变速箱输出花键轴38上移动，带动惰轮齿轮连接件44上的变速器惰轮45与变速箱输入花键轴52上不同齿数的齿轮啮合，实现不同减速比的传动，且通过变速挡位标识外壳64上的标识进行挡位识别；变速器惰轮45与变速器从动轮41啮合；用于安装变速器惰轮45的变速器惰轮轴43、变速箱输入花键轴52、变速箱输出花键轴38和用于安装离合器链轮72的传动轴29；在各个轴上配置轴向紧定螺钉37、变速箱镶嵌轴承69、周向定位螺母70和轴挡圈71等辅助定位部件使各位置运动方向精确；其中，不同齿数的齿轮可以为圆柱齿轮24齿、圆柱齿轮27齿、圆柱齿轮30齿等。安装在变速箱输入花键轴52上的株距调节器输入传动链轮53通过动力装置中株距调节器输入传动链12与动力装置中减速器输出轴链轮Ⅱ35配合传动，经变速器将动力传至株距调节器输出传动链轮36，株距调节器输出传动链轮36通过变速箱传动链7与离合器链轮72配合，离合器链轮72通过定位钉固定在菱形轴承座54上，菱形轴承座54固定在株距调节器壳Ⅰ42上；安装离合器装置以保证机器运行，离合器装置包括离合器链轮72、离合器传动外轴套67、拨动叉58、离合器传动内轴套60和离合器卡簧68，离合器传动内轴套60镶嵌在离合器传动外轴套67内，通过离合器卡簧68实现轴向定位，通过拨动叉58拨动离合器传动外轴套67与离合器链轮72配合实现正六边形传动轴的动力传动，即通过拨动叉58拨动可以实现切断或联通正六边形传动轴的动力传动；拨动叉58通过拨动叉锁紧螺母57、拨动锁紧螺栓59固定在株距调节器壳Ⅰ42上且能绕拨动锁紧螺栓59转动。
进一步地，如图7-10所示，所述深度调节装置包括第一深度调节旋杆组件、第二深度调节旋杆组件、深度调节支架26、侧板30；其中，深度调节支架26一端、第一深度调节旋杆组件与侧板30固定，深度调节支架26另一端、第二深度调节旋杆组件与机株距调节装置中株距调节器壳Ⅱ50固定；通过旋转深度调节旋杆组件带动深度调节支架26上固定的种植装置5进行上下移动。
进一步地，所述第一深度调节旋杆组件、第二深度调节旋杆组件均包括矩形螺旋丝杆6、深度调节手扶把手9、深度调节器连杆17；其中，深度调节手扶把手9一端为自由端，深度调节手扶把手9另一端通过深度调节器连杆17与矩形螺旋丝杆6一端连接，矩形螺旋丝杆6另一端与对应侧支架27连接且能沿侧支架27上下移动；第一深度调节旋杆组件中深度调节器连杆17与矩形螺旋丝杆6的连接处通过侧板30限位，第二深度调节旋杆组件中深度调节器连杆17与矩形螺旋丝杆6的连接处通过株距调节器壳Ⅱ50限位。
具体地，可以将侧板30和机株距调节装置中株距调节器壳Ⅱ50通过螺栓连接固定在深度调节支架26上，矩形螺旋丝杆6和深度调节器连杆17插入侧板30和株距调节器壳Ⅱ50的固定孔中，两杆连接完成固定。通过手动旋转深度调节手摇把手9，带动矩形螺旋丝杆6在左、右侧支架27上的矩形螺纹孔上旋进。通过调节使得深度调节支架26上固定的种植装置5到达合适的位置。
进一步地，如图11-24所示，所述种植装置5包括蒜种箱2、导种管11、传送支架76、链轮Ⅱ79、链轮Ⅰ80、链条81、链轮Ⅲ82、定向翻转装置、尖顶鸭嘴开合器机构87、开沟器、覆土轮85；其中，株距调节装置15中传动轴29穿过链轮Ⅰ80，提供链条81转动的动力；与深度调节装置固定的传送支架76的顶点位置安放链轮Ⅰ80、链轮Ⅱ79和链轮Ⅲ82三个链轮组成三角形结构；在链条81上安装数个定向翻转装置，通过链条81带动定向翻转装置运动从蒜种箱2中取种，带动定向翻转装置将蒜种输送至导种管11入口；导种管11出口与尖顶鸭嘴开合器机构87连通；从一端往另一端依次布置的覆土轮85、尖顶鸭嘴开合器机构87、开沟器安装在传送支架76底部，开沟器靠近前进端，覆土轮85远离前进端。
进一步地，如图17所示，所述尖顶鸭嘴开合器机构87包括尖顶推杆63、尖嘴壳体66、舵机73、连杆77、尖嘴开合板78、凸轮83、凸轮轴84、力封闭凸轮弹簧86；其中，尖顶推杆63一端与安装在凸轮轴84上的凸轮83配合，尖顶推杆63另一端套有力封闭凸轮弹簧86并从传送支架76穿出后与尖嘴壳体66连接，导种管11与尖嘴壳体66连通，安装在尖嘴壳体66中的舵机73驱动带动连杆77转动，通过连杆77转动推动尖嘴开合板78打开和盖合尖嘴壳体66。
进一步地，如图18-20所示，所述定向翻转装置包括L型取种勺94、伺服舵机96、伺服舵机支架97、外链板固定架98；其中，L型取种勺94固定在伺服舵机96上，伺服舵机96安装在伺服舵机支架97上，伺服舵机支架97固定在外链板固定架98，外链板固定架98与链条81固定。
进一步地，所述L型取种勺94的蒜种提取侧面为弧形，蒜种识别面为平面。进一步地，取种勺蒜种提取侧的内部体积大小可以取约为1.5个蒜种规格。每次利用种勺一侧单粒取种；当链条运动至机器视觉识别范围时，蒜种会滚动到L型取种勺的另一侧，且蒜种不易掉落。再进一步地，将L型取种勺94设计为黑色，与蒜瓣形成色差便于边缘提取。
进一步地，还包括机器视觉系统99，机器视觉系统99安装在传送支架76最上方的水平段内侧，用于识别L型取种勺94中的蒜种；机器视觉系统99根据蒜种的鳞芽朝向，驱动L型取种勺94逆/顺时针旋转90度，实现蒜种校正。使用时，通过种植装置将蒜种从底部运输至传送支架上部，通过机器视觉系统进行鳞芽识别，进而驱动种植装置中定向翻转装置进行转向。
所述智能大蒜播种机直立种植装置是大蒜播种机最重要的一部分，采用勺链式单粒取种装置。具体地，可以设置所述直立种植装置包括蒜种箱2、锥形漏斗10、导种管11、漏斗支架31、轴承侧端盖74、种植装置轴承75、传送支架76、链轮Ⅱ79、链轮Ⅰ80、链条81、链轮Ⅲ82、覆土轮85、定向翻转装置、尖顶鸭嘴开合器机构87、开沟器、覆土轮85；在传送支架靠近前进方向侧安装漏斗支架31，锥形漏斗10固定在漏斗支架31上，导种管11一端连接锥形漏斗10，导种管11另一端连接尖顶鸭嘴开合器机构87上的导种管口；在传送支架远离前进方向一侧安装蒜种箱2；通过螺栓安装在均匀布置的三个传送支架76上；传动轴29穿过各直立种植装置中链轮Ⅰ80上的正六边形轴孔，提供直立种植装置取种链条81转动的动力，为减小摩擦在每个链轮Ⅰ80左右侧安装轴承侧端盖74和种植装置轴承75；传送支架76的顶点位置安放链轮分别为链轮Ⅰ80、链轮Ⅱ79和链轮Ⅲ82三个链轮组成三角形结构，链条81由三个链轮带动完成取种工作，机器视觉系统99安装在传送支架76的最上方的水平段；播种机设置三组种植装置，各装置等距安装在正六边形传动轴上，在链条81上安装数个定向翻转装置；传送支架76底部安装覆土轮85、尖顶鸭嘴开合器机构87、开沟器，开沟器靠近前进端，覆土轮85远离前进端，尖顶鸭嘴开合器机构87位于覆土轮85、开沟器之间。需要说明的是，直立种植装置的数量可以根据需求进行调整，设置一个或者多个。进一步地，所述传动轴采用正六边形传动轴。
所述定向翻转装置的结构由L型取种勺94固定在伺服舵机96上，伺服舵机96安装在PLA塑料制成的伺服舵机支架97上(通过大蒜输送装置螺钉95从外链板固定架98穿出后将伺服舵机支架97、伺服舵机96固定)，最后伺服舵机支架97固定在外链板固定架98上；L型取种勺94设计为L型，蒜种提取侧面为弧形，蒜种识别的侧面平面方便对蒜种特征的识别。
所述开沟器包括开沟器轴承88、开沟器轴承端盖89、开沟盘90、刮泥板Ⅰ91、开沟器支架92和刮泥板Ⅱ93；开沟器支架92通过螺栓固定在传送支架76上，开沟器支架92左右固定好开沟器开沟盘90，保证开沟器开沟盘90的转动顺畅在装配时放置开沟器轴承88和开沟器轴承端盖89减小摩擦；为防止泥土粘连，在传送支架76上安置刮泥板Ⅰ91和刮泥板Ⅱ93以及时清理杂土。
所述尖顶鸭嘴开合器机构87包括尖顶推杆63、尖嘴壳体66、舵机73、连杆77、尖嘴开合板78、凸轮83、凸轮轴84、力封闭凸轮弹簧86；在凸轮轴84上安装链轮Ⅲ82和凸轮83实现同步转动，凸轮转动使尖顶鸭嘴开合器机构87完成向下插入土壤动作，力封闭凸轮弹簧86提供拉力保证时刻接触，鸭嘴开合器的开合由设计在内部的舵机控制，通过安装在尖嘴壳体66中的舵机73驱动带动连杆77转动，通过连杆77转动推动尖嘴开合板78打开和盖合尖嘴壳体66，完成对蒜种的直立种植。压穴装置为固定在传送支架76上的覆土轮85完成对蒜种的压实。
另外，考虑蒜种取种的方便性，蒜种箱2内部设计压合板22，其压合结构为在蒜种箱2的底部安装压合板转轴3，压合板22装在压合板转轴3上，通过左右布置的两根压合板弹簧23对压合板22进行拉伸，使蒜种更加充裕，保证任意时刻都有充足的蒜种可以被L型取种勺94提取。进一步地，蒜种箱2在L型取种勺94进出处设计橡胶垫。
进一步地，如图25-29所示，机器视觉系统99包括控制系统、摄像头；控制系统采用STM32H743作为CPU。当大蒜进入播种桶后首先会通过大蒜传送链将蒜种放入L型取种勺内，当取种勺运动到摄像头检测范围时，在线性光源的照射下会被上方的摄像头拍摄，使用基于边缘特征算法识别大蒜朝向。根据捕获到的图像进行边缘编码与模板图像进行对比，根据编码特征判断蒜种的鳞芽朝向，当特征与SD卡预先存储图像吻合要控制舵机逆时针旋转90度，相异度较大则要控制舵机顺时针旋转90度，校正大蒜的位置。最终实现蒜瓣以直立的姿态通过导管进入鸭嘴开合机构。鸭嘴开合器机构并在接近最低位置时鸭嘴开合板打开，将蒜种植入土壤，完成播种。采用两节3.6伏的锂电池串联为设备提供7.2伏的外部电源，电源输入接口选择Micro USB，选择这一供电方式还可以实现与编译环境的上传下载，放置180Ω/100MHZ磁珠用来防止高频干扰和防反接保护，在模块中芯片需要3.3V供电，OV7725传感器需要用1.8V供电，分别用AMS1117和TPS73101DBVR芯片提供需要的电压。控制芯片选择STM32H743VIT6型号的芯片，性能优异在运算速度上优势明显，工作主频可达500MHz。板载一颗RGB全彩LED及两颗红外LED，用来提示状态，视觉传感器采用30万像素的OV7725，COMS摄像头；也可以采用OV2640。串行总线控制接口可控制的多种格式采样图像，分辨率高。SD卡供电电路要加滤波电容和数据脚的上拉电阻使数据读取更稳定。LCD用于显示实时图像。方便调试人员在脱机状态下进行调整，避免了反复与编译器连接，是主要的人机交互界面。
应用上述技术方案构建的直立种植装置，通过链条81带动定向翻转装置运动从蒜种箱2中取种，而后运动至传送支架76上部，通过机器视觉系统对L型取种勺94中的蒜种进行识别；如图30所示，识别过程为：当取种勺运动到传感器检测范围时，在线性光源的照射下会被上方的摄像头拍摄，使用Open MV IDE编译环境采用基于边缘特征算法识别大蒜朝向；根据捕获到的图像进行边缘编码与模板图像进行对比，根据编码特征判断蒜种的鳞芽朝向，当特征与SD卡预先存储图像吻合要控制舵机逆时针旋转90度，相异度较大则要控制舵机顺时针旋转90度，校正大蒜的位置，如图31、32所示；校正后，最终实现蒜瓣以直立的姿态通过导种管进入尖顶鸭嘴开合器机构87；通过尖顶鸭嘴开合器机构87在接近最低位置时鸭嘴开合板打开，将蒜种植入土壤。
本发明动力源采用普通型汽油机，使用二级减速器减速；架底部设有前后两个行走轮，通过链传动使动力更好地传递，保证平稳性；机器中间为取种、株距调节装置、深度调节装置及直立种植装置，其整体与深度调节器连接，确保了播种深度。开沟器对土地进行破土、开沟、覆土工作，开沟器上带有刮泥板，可以保证开沟器能够及时清理杂土，覆土轮外侧通过减震弹簧连接对蒜种压实。将舵机与L式取种勺连接，使得单颗蒜种保留在小的取种勺内。通过机器视觉装置识别大蒜方向，其识别原理是将实时采集的图像与储存的模板进行对比，使用边缘特征算法，得到实时图片编码与模板比对从而判断鳞芽的朝向，控制鳞芽调向机构校正。蒜种从圆形漏斗经过导种管滑落到鸭嘴开合机构，并在接近最低位置时鸭嘴开合板打开，将蒜种植入土壤，完成播种。最后镇压轮对播种后的土壤进行压实，保证蒜种与土壤的良好接触，完成一次种植。该播种机可适用于平地和丘陵地区的机械化、规模化种植，在确保作业流程平稳、快捷的条件下，体型也较小，更有利于规范化作业。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (10)
1.一种大蒜播种机，其特征在于：包括机架、动力装置、株距调节装置(15)、深度调节装置、种植装置(5)、行走压穴装置；机架用于安装动力装置、株距调节装置(15)、深度调节装置、种植装置(5)、行走压穴装置；动力装置用于给株距调节装置(15)、行走压穴装置提供动力；株距调节装置(15)用于调节株距，并将动力传至种植装置(5)；深度调节装置用于调节种植装置(5)的上下位置；种植装置(5)用于种植蒜种；行走压穴装置用于行进、压穴。
2.根据权利要求1所述的大蒜播种机，其特征在于：所述动力装置通过汽油机(13)提供动力，汽油机(13)输出轴通过摩擦联轴器(32)连接圆柱二级减速器(14)的输入轴，进行动力传递；经过圆柱二级减速器(14)降速传动将动力通过动力输出轴(28)经链传动输出为两路，分别对株距调节装置(15)、行走压穴装置提供动力。
3.根据权利要求1所述的大蒜播种机，其特征在于：所述株距调节装置(15)采用滑移齿轮类型的变速箱、离合器装置、传动轴(29)；所述滑移齿轮类型的变速箱通过株距调节器调节把手(61)拨动惰轮齿轮连接件(44)在变速箱输出花键轴(38)上移动，带动惰轮齿轮连接件(44)上的变速器惰轮(45)与变速箱输入花键轴(52)上不同齿数的齿轮啮合，实现不同减速比的传动；通过拨动叉(58)拨动离合器装置实现切断或联通传动轴(29)的动力传动；变速箱输入花键轴(52)与动力装置中动力输出轴(28)通过链传动，变速箱输出花键轴(38)与传动轴(29)通过链传动。
4.根据权利要求1所述的大蒜播种机，其特征在于：所述深度调节装置包括第一深度调节旋杆组件、第二深度调节旋杆组件、深度调节支架(26)、侧板(30)；其中，深度调节支架(26)一端、第一深度调节旋杆组件与侧板(30)固定，深度调节支架(26)另一端、第二深度调节旋杆组件与机株距调节装置中株距调节器壳Ⅱ(50)固定；通过旋转深度调节旋杆组件带动深度调节支架(26)上固定的种植装置(5)进行上下移动。
5.根据权利要求4所述的大蒜播种机，其特征在于：所述第一深度调节旋杆组件、第二深度调节旋杆组件均包括矩形螺旋丝杆(6)、深度调节手扶把手(9)、深度调节器连杆(17)；其中，深度调节手扶把手(9)一端为自由端，深度调节手扶把手(9)另一端通过深度调节器连杆(17)与矩形螺旋丝杆(6)一端连接，矩形螺旋丝杆(6)另一端与对应侧支架(27)连接且能沿侧支架(27)上下移动；第一深度调节旋杆组件中深度调节器连杆(17)与矩形螺旋丝杆(6)的连接处通过侧板(30)限位，第二深度调节旋杆组件中深度调节器连杆(17)与矩形螺旋丝杆(6)的连接处通过株距调节器壳Ⅱ(50)限位。
6.根据权利要求1所述的大蒜播种机，其特征在于：所述种植装置(5)包括蒜种箱(2)、导种管(11)、传送支架(76)、链轮Ⅱ(79)、链轮Ⅰ(80)、链条(81)、链轮Ⅲ(82)、定向翻转装置、尖顶鸭嘴开合器机构(87)、开沟器、覆土轮(85)；其中，株距调节装置(15)中传动轴(29)穿过链轮Ⅰ(80)，提供链条(81)转动的动力；与深度调节装置固定的传送支架(76)的顶点位置安放链轮Ⅰ(80)、链轮Ⅱ(79)和链轮Ⅲ(82)三个链轮组成三角形结构；在链条(81)上安装数个定向翻转装置，通过链条(81)带动定向翻转装置运动从蒜种箱(2)中取种，带动定向翻转装置将蒜种输送至导种管(11)入口；导种管(11)出口与尖顶鸭嘴开合器机构(87)连通；从一端往另一端依次布置的覆土轮(85)、尖顶鸭嘴开合器机构(87)、开沟器安装在传送支架(76)底部，开沟器靠近前进端。
7.根据权利要求6所述的大蒜播种机，其特征在于：所述尖顶鸭嘴开合器机构(87)包括尖顶推杆(63)、尖嘴壳体(66)、舵机(73)、连杆(77)、尖嘴开合板(78)、凸轮(83)、凸轮轴(84)、力封闭凸轮弹簧(86)；其中，尖顶推杆(63)一端与安装在凸轮轴(84)上的凸轮(83)配合，尖顶推杆(63)另一端套有力封闭凸轮弹簧(86)并从传送支架(76)穿出后与尖嘴壳体(66)连接，导种管(11)与尖嘴壳体(66)连通，安装在尖嘴壳体(66)中的舵机(73)驱动带动连杆(77)转动，通过连杆(77)转动推动尖嘴开合板(78)打开和盖合尖嘴壳体(66)。
8.根据权利要求6所述的大蒜播种机，其特征在于：所述定向翻转装置包括L型取种勺(94)、伺服舵机(96)、伺服舵机支架(97)、外链板固定架(98)；其中，L型取种勺(94)固定在伺服舵机(96)上，伺服舵机(96)安装在伺服舵机支架(97)上，伺服舵机支架(97)固定在外链板固定架(98)，外链板固定架(98)与链条(81)固定。
9.根据权利要求8所述的大蒜播种机，其特征在于：所述L型取种勺(94)的蒜种提取侧面为弧形，蒜种识别面为平面。
10.根据权利要求1所述的大蒜播种机，其特征在于：还包括机器视觉系统(99)，用于识别种植装置(5)中L型取种勺(94)中的蒜种；机器视觉系统(99)根据蒜种的鳞芽朝向，驱动L型取种勺(94)逆/顺时针旋转90度，实现蒜种校正。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117581682A (zh) * | 2024-01-19 | 2024-02-23 | 山东科技大学 | 一种新型高效多行单粒无伤大蒜播种机输送取种装置 |
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2022
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| CN117581682A (zh) * | 2024-01-19 | 2024-02-23 | 山东科技大学 | 一种新型高效多行单粒无伤大蒜播种机输送取种装置 |
| CN117581682B (zh) * | 2024-01-19 | 2024-03-26 | 山东科技大学 | 一种高效多行单粒无伤大蒜播种机输送取种装置 |
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