CN115868406A - 一种轮作的分层植物种植系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轮作的分层植物种植系统，包括栽培支架，具有多个栽培层；播种机构，配置在栽培支架侧部，用于存储种子并经驱动将种子投放至多个栽培层中的一个或多个；若干传送带结构，以沿栽培支架的第一方向延伸并沿栽培支架的第二方向间隙阵列的方式布设于各栽培层，用于承载由播种机构投放的种子并作为种子的生长基底；其中，播种机构包括与各栽培层对应设置的多个播种部，播种部包括沿栽培支架的第二方向延伸并具有多个朝向传送带结构设置的排料孔的播种管道和按照与排料孔对应并将排料孔包含的方式配置在播种管道侧部的种子缓存仓，其中，种子缓存仓具有朝向传送带结构设置的多个播种口。

Description

一种轮作的分层植物种植系统

技术领域

本发明涉及植物培育技术领域，尤其涉及一种轮作的分层植物种植系统。

背景技术

牧草，一般指供饲养的牲畜食用的草或其他草本植物。牧草再生力强，一年可收割多次，富含各种微量元素和维生素，因此成为饲养家畜的首选。牧草品种的优劣直接影响到畜牧业经济效益的高低。广义的牧草包括青饲料和作物。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。

立体种植是在纵向搭建很多层种植架，在种植架上放上种植盘，种植盘上有很多种植坑，用于培育植物根苗，然后创造合适的条件，提供给植物适宜的温湿度及光照度条件，使其茁壮成长，种植盘可根据需求种植牧草、蔬菜等。通常此类种植培育都是在封闭管理的工厂里，由于生长条件适宜，且不受天灾和虫害的影响，再加上立体种植在立体空间上的无限扩展性，使得立体种植在单位面积上的产量数倍于原始土地面积，可极大的提升产量。

CN105724081B公开了一种苗菜自动种植装置及系统，包括架体、种植单元和行车装置；其中，架体包括主体和行车停留架，在架体的上部内侧设有行车导轨；其中，种植单元包括培养基质、容器和支撑板；培养基质置于容器内，支撑板架设于架体底部之上，位于容器下部；其中，行车装置包括自动播种装置、自动洒水施肥装置和自动收割装置。

CN109076886A公开了一种大型全自动牧草种植系统，其包括设置于阳光房内的自动化种植仓库、种植盘进库辊道、自动播种装置、种植盘自动搬运车和种植盘出库辊道，；自动播种装置设置于种植盘进库辊道上；种植盘进库辊道和种植盘出库辊道分别接入自动化种植仓库；自动化种植仓库包括货架和控制单元，控制单元控制种植盘自动搬运车将种植盘存入或取出自动化种植仓库；货架上集成有自动施肥装置和喷淋装置。

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。

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。因此，急需一种具备高自动化程度，并集播种、培育与收割为一体的种植装置。

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，本发明提供了一种轮作的分层植物种植系统，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，本发明提供了一种轮作的分层植物种植系统，包括：

栽培支架，具有多个栽培层；

播种机构，配置在栽培支架侧部，用于存储种子并经驱动将种子投放至多个栽培层中的一个或多个；

若干传送带结构，以沿栽培支架的第一方向延伸并沿栽培支架的第二方向间隙阵列的方式布设于各栽培层，用于承载由播种机构投放的种子并作为种子的生长基底；

其中，播种机构包括与各栽培层对应设置的多个播种部，播种部包括沿栽培支架的第二方向延伸并具有多个朝向传送带结构设置的排料孔的播种管道和按照与排料孔对应并将排料孔包含的方式配置在播种管道侧部的种子缓存仓，其中，种子缓存仓具有朝向传送带结构设置的多个播种口。

优选地，本发明的播种机构还包括种子分料口和多条连接管，其中，种子分料口配置在栽培支架顶部，连接管以使种子分料口和播种部管道连通的方式连接于种子分料口和播种部。

优选地，本发明的分层植物种植系统还包括驱动装置，驱动装置配置在栽培支架的沿第一方向相对播种机构的一侧，并用于控制传送带结构在沿栽培支架的第一方向上的运动。

优选地，本发明的分层植物种植系统还包括控制单元，控制单元用于控制播种部相对于传送带结构的转动状态，以通过播种部执行针对传送带结构的播种之操作。

优选地，本发明的分层植物种植系统还包括配置在播种机构一侧的切割装置，切割装置配置为切割由传送带结构传送并途径切割装置的目标植物。

优选地，本发明的切割装置包括导杆、滑块、气缸和喷头，其中，滑块滑动连接于导杆，气缸传动地连接于滑块，以用于驱动滑块沿导杆移动，其中，滑块上连接有用于提供切割水柱的喷头。

优选地，排料孔的孔径沿播种管道靠近于连接管的始端至播种管道远离于连接管的末端的方向上逐渐增大。

优选地，播种管道内偏心设置有多对彼此对称的螺旋叶片，且多对螺旋叶片沿播种管道轴向按照与其对应的排料孔邻接对应的方式依次设置于相邻排料孔之间。

优选地，任意螺旋叶片朝向各自对应的排料孔弯曲延伸，且任意排料孔两侧对称的螺旋叶片围合形成一弧形开口，其中，沿播种管道径向观察，弧形开口部分包含其对应的排料孔。

优选地，在通过播种部执行针对传送带结构的播种操作之时，播种部配置为：在播种部转动下放的第一时段内，传送带结构沿第一方向以第一速度运动；在播种部转动下放至第二时段时，传送带结构沿第一方向以第二速度运动。

本发明的有益技术效果包括：本发明高度自动化，集自动播种、培育及收割功能于一体，尤其是对于牧草这一类生长收割周期短、单位面积产量高的作物来说，能够实现一年多次快速生产、收割；其次，本发明以传送带结构直接作为作物种子的生长基底，不需要额外设置种植盘或定植篮等结构，简化了培育装置的设计结构，不仅可节约成本，同时传送带式的流水线结构有利于提高作物的生产效率，并且结合水切割机构可以在产线上将成熟作物直接切割为预定大小的块体以便于分装打包，有利于提高整个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分层植物种植系统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分层植物种植系统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播种管道在非播种状态下的截面示意图；

图5是本发明提供的一种优选实施方式的播种管道在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道在沿其径向观察时的结构剖视图；

图7是本发明提供的一种优选实施方式的切割装置的局部结构示意图。

附图标记列表

1：栽培支架；2：种子分料口；3：连接管；4：播种部；5：传送带结构；6：驱动装置；7：切割装置；41：播种管道；42：种子缓存仓；43：播种口；71：导杆；72：滑块；73：气缸；74：喷头；410：排料孔；411：螺旋叶片；4110：开口。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

本发明提供了一种轮作的分层植物种植系统，该分层植物种植系统例如可用于牧草的自动播种、培育及收割全过程。除此之外，本发明的分层植物种植系统还可用于其它作物的自动播种、培育及收割全过程，尤其是针对部分生长收获周期短，单位面积产量较高的作物。

图1和图2示出了本发明的分层植物种植系统的结构示意图，具体地，如图1和图2所示，本发明的分层植物种植系统可以包括栽培支架1、播种机构、传送带结构5和切割装置7。

具体而言，播种机构可用于存储待培育的作物种子，以及将作物种子投放至栽培支架1上。传送带结构5可用于承载待培育的作物种子，以作为作物种子的生长基底。切割装置7则可以用于将作物种子发育成熟后的作物进行分块切割。

根据一种优选实施方式，如图1和图2所示，本发明的栽培支架1为立式结构，具有多个栽培层。进一步地，传送带结构5可沿栽培支架1的长度方向延伸铺设于各栽培层上，且各栽培层中沿其宽度方向间隙布设有多个传送带结构5。优选地，传送带结构5具体为传送皮带。

在一些可选实施方式中，例如图1和图2所示，栽培支架1可具有3～5个栽培层。进一步地，栽培支架1长例如约8～17m，优选10～15m，更优选12.5m。栽培支架宽例如约2～5m，优选2.5m。栽培支架高例如约3～5m，优选3.5m。特别地，当本发明的栽培支架1具有如上所述的长、宽尺寸时，种子的有效生长表面尺寸可达长12m左右，宽1.8m左右。

根据一种优选实施方式，本发明中，播种机构布设在栽培支架1长度方向的其中一端。进一步地，播种机构可以包括种子分料口2、连接管3以及播种部4。

具体地，如图1所示，种子分料口2配置在栽培支架1沿其长度方向一侧的顶部。多条长度各异的连接管3管道连通至该种子分料口2底部的出料口。进一步地，各连接管3远离种子分料口2的一端沿栽培支架1的高度方向延伸并各自连接至分布于各栽培层中的播种部4。如图1所示，当需要利用播种部4播种时，播种部4以相对于各栽培层所在平面保持一定夹角的方式设置，使得播种部4内的作物种子可基于重力势能转换的下落动能而下落至播种部4出口的传送带结构5之上。

特别地，播种部4配置为活动的。具体而言，种子分料口2可用于暂存作物种子，种子分料口2内的作物种子可通过其底部的出料口排出进入各连接管3内。此后，各连接管3内的作物种子基于重力势能下落并滚入与各栽培层对应设置的播种部4内。通过下放播种部4(例如使播种部4相对其所对应的栽培层保持预定倾角)可将作物种子播撒至传送带结构5上。另一方面，播种工序完成后，可将播种部4旋转收回。

根据一种优选实施方式，传送带结构5(传送皮带)可以为具有一定厚度的带状体。进一步地，传送带结构5(传送皮带)表面可沿其长度方向形成若干个间隙排布的容置槽口。具体而言，容置槽口可以是圆形、方形、多边形或者其它可能的几何形状。容置槽口具有一定深度。或者，容置槽口沿传送皮带厚度方向部分贯穿。容置槽口的深度可以是传送皮带厚度的一半或三分之一。特别地，容置槽口可以用于容置从播种部4排出的种子。进一步地，容置槽口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4可包括播种管道41、种子缓存仓42以及播种口43。

根据一种优选实施方式，播种管道41连接至连接管3出口以通过连接管3管道连通于种子分料口2。进一步地，如图1所示，播种管道41以沿栽培支架1的宽度方向延伸的方式配置在各栽培层侧部。特别地，在一些可选实施方式中，播种管道41可由两个彼此对称的半圆形管道可拆卸组合形成。

根据一种优选实施方式，如图3所示，播种管道41侧部间隙开设有若干排料孔410。优选地，排料孔410用作作物种子的排出通道。进一步地，播种管道41的外侧面连接有种子缓存仓42。特别地，种子缓存仓42以与播种管道41的排料孔410对应并将排料孔410包含的方式配置在种子缓存仓42外侧。优选地，种子缓存仓42与播种管道41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，种子缓存仓42由两块盖板与播种管道41的部分侧面彼此围合形成。特别地，种子缓存仓42具有作为种子暂存空间的空腔。进一步地，种子缓存仓42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410(如2～4个)。

根据一种优选实施方式，如图3所示，种子缓存仓42远离播种管道41的一端具有多个播种口43。具体而言，大致呈条形的播种口43是由种子缓存仓42远离播种管道41一端的开口以渐缩的方式形成的。特别地，各播种口43的开口长度优选小于或等于其对应的传送皮带的宽度。

根据一种优选实施方式，如图4和图5所示，播种管道41内部可设置有多个螺旋叶片411。特别地，如图4所示，螺旋叶片411在播种管道41内部偏心设置。具体地，各排料孔410沿播种管道41轴向的邻接位置对应设置有螺旋叶片411。进一步地，螺旋叶片411可以沿播种管道41的径向延伸，并按照与排料孔410邻接对应的方式设置在播种管道41部分内壁面上。例如螺旋叶片411设置在播种管道41的二分之一或小于二分之一的内壁面上。

根据一种优选实施方式，作物种子从播种机构的种子分料口2分别沿各个连接管3进入各栽培层内的播种管道41后，作物种子借助播种管道41的转动而产生的势能向排料孔410滑动，并在螺旋叶片411的辅助下通过播种管道41侧部的排料孔410进入各个种子缓存仓42，并最终通过种子缓存仓42末端的播种口43下落至对应的传送皮带上。

根据一种优选实施方式，如图4所示，沿播种管道41的轴线方向观察，排料孔410与螺旋叶片411邻靠且对应。特别地，在一些可选实施方式中，螺旋叶片411的末端可延伸至排料孔410。换而言之，排料孔410可以配置在螺旋叶片411的延伸末端。

具体而言，当不执行播种工序时，如图4所示，控制播种部4使其处于非工作模式，也即使播种部4整体处于大致水平的摆放状态，此时播种管道41外侧的排料孔410大致朝向水平一侧(例如图4所示)。此后，可启动种子分料口2以将作物种子通过各个连接管3投放至各栽培层对应的播种部4中，且作物种子能够基于势能从连接管3下落至对应的播种管道41，并分布于播种管道41底部。

另一方面，在需要利用播种部4执行播种工序时，如图5所示，控制播种部4使其处于工作模式，也即使播种部4转动下放至与栽培层上的传送皮带对接。此时，播种部4具有一下放倾角，使得播种管道41的排料口410能够随播种部4转动而朝向传送皮带倾斜，同时播种管道41内的螺旋叶片411随播种管道41的转动而改变其在沿播种管道41的轴线方向观察时的点位。具体地，螺旋叶片411随播种管道41的转动而大致横亘于播种管道41底部。此时，播种管道41内的作物种子因播种部4的倾斜而顺势滑动并通过播种管道41外侧面开设的若干排料孔410排出播种管道41，最终经由播种管道41侧面连接的种子缓存仓42滑落至对应的传送皮带上。

根据一种优选实施方式，图6示出了当播种部4处于倾斜下放的播种状态时，沿播种管道41径向观察的俯视剖面结构示意图。具体地，每一排料孔410沿播种管道41轴向的两侧可设置彼此对称的一对螺旋叶片411。或者，相邻排料孔410之间可设置彼此对称的一对螺旋叶片411，且该对螺旋叶片411中的任意一个朝向各自对应的排料孔410弯曲延伸。特别地，如图6所示，螺旋叶片411大致呈弧形。螺旋叶片411具有弧面。

根据一种优选实施方式，如图6所示，任意排料孔410两侧对称的螺旋叶片411围合形成一开口4110。优选地，沿播种管道41径向观察，该开口4110部分包含其对应的排料孔410。具体地，用于构成开口4110的一对螺旋叶片411各自远离开口4110的末端相对弯曲延伸并最终交汇以将开口4110的末端封闭。进一步地，开口4110构造出的半开放空间可作为独立的种子引导室。优选地，相邻排料孔410之间的一对螺旋叶片411是彼此抵靠的。当相邻排料孔410之间的一对螺旋叶片411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410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。

具体地，在播种管道41内的作物种子随播种部4的倾斜而沿播种管道41的环形内壁滑动并滑出排料孔410的过程中，开口4110的弧面可用于约束作物种子的无序滑动，并引导留置于排料孔410周围的作物种子滑向对应的排料孔410，使得作物种子能够沿期望的路径滑落至对应的排料孔410并排出，避免播种管道41内仍留存有大量作物种子未被顺利排出。

此外，螺旋叶片411在确保作物种子能够顺利经由各螺旋叶片411对应的排料孔410排出的同时，也确保了各排料孔410在排料密度方面的一致性，这是由于通常期望各排料孔410在单位时间或预设时段内所排种子的数量是近乎一致的，以防止种子播撒不均或是排料孔围堵等现象，最终也将导致传送皮带上的作物生长密度不均，影响作物产量。

特别地，为便于理解及说明，将栽培支架1的长度方向作为第一方向；将栽培支架1的宽度方向作为第二方向；以及将栽培支架1的高度方向作为第三方向。进一步地，第一方向的正方向可以为背离播种机构的方向(或称作传送皮带的前进方向)，第一方向的负方向则可以为朝向播种机构的方向(或称作传送皮带的倒退方向)。第二方向的正方向可以为播种管道41背离连接管3的方向，第二方向的负方向则可以为播种管道41朝向连接管3的方向。第三方向的正方向可以为栽培支架1从下至上的方向，第三方向的负方向则可以为栽培支架1从上至下的方向。

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)将待播撒的种子从存储罐提升至播种机构的种子分料口2中。进一步地，可控制种子分料口2与各层连接管3之间的阀门开启以使作物种子能够进入到各栽培层对应的播种部4中。

根据一种优选实施方式，当需要利用播种部4进行播种工作时，通过驱动装置6驱动链条运动以带动传送带结构5向第一方向运动(即远离播种机构的方向)，同时可通过PLC(控制单元)驱动气缸工作以控制播种部4转动下放从而使播种部4的播种口43与传送带结构5相对应。此后，播种管道41内的作物种子能够经由种子缓存仓42及播种口43排出以滑落至对应的传送带结构5之上。

根据一种优选实施方式，传送带结构5优选与驱动装置6传动连接。驱动装置6可用于控制传送带结构5于栽培支架1上的运动方向、速率及周期等。特别地，驱动装置6可以设置在与播种结构相对的栽培支架1的另一侧。进一步地，处于每一栽培层中的一个或多个传送带结构5可配置一个独立的驱动装置6。换而言之，每一栽培层中的传送带结构5可分别独立控制，使得各栽培层中传送皮带的运动可以是彼此不同步的。优选地，驱动装置6可与本系统的PLC(控制单元)信号连接。驱动装置6可以是驱动电机。

根据一种优选实施方式，随着传送皮带沿第一方向的持续运动，播种部4的播种管道41内的作物种子陆续经由播种部4的播种口43排出并依次间隙阵列于传送皮带上。优选地，当传送皮带运动至栽培支架1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PLC(控制单元)将播种部4回转复位。

根据一种优选实施方式，播撒在传送皮带上的种子厚度是可根据实际种植需求进行调整的。具体而言，基于实际种植需求，栽培支架1的整体高度以及各栽培层的层高是可预先确定的，故种子分料口2距各栽培层的播种部4的净高是已知的，由此种子分料口2内的作物种子滑落至各栽培层的播种部4时产生的势能是可计算得出的。特别地，根据重力势能、动能的转化关系，可以设计播种管道41的长度。

进一步地，根据播种管道41与各栽培层之间的净高、播种部4与传送皮带之间的倾角，以及播种管道41、种子缓存仓42的摩擦系数等相关影响参数，至少可计算出播种管道41内的作物种子的下落速度，鉴于此，可以通过调整传送皮带的运动速度以配合播种管道41内的作物种子的下落速度的方式来调整传送皮带上的种子播撒厚度。

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作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皮带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，栽培支架1具有沿第三方向(或其高度方向)布设的多个高度不一的栽培层。为此，连接至不同栽培层中的连接管3的长度是各异的。进一步地，对于各栽培层，沿栽培支架1第二方向(或宽度方向)延伸的播种管道41的规格尺寸通常都是一致的，由此，各栽培层的播种部4(具体为播种管道41)的最大种容量通常也是基本相同的。然而，由于各栽培层的播种部4对应连接的用于输送作物种子的连接管3的长度是不同的，因此，即便各栽培层的播种管道41及其对应的最大种容量是相同的，但基于不同长度的连接管3带来的势能差异化，作物种子在各栽培层的播种管道41内的分布状态(或均匀性)也是有所差异的，致使各栽培层之间，甚至每一栽培层的多条传送皮带之间都会形成一定的种间距差异，这种差异直接导致了层间以及层内的生长不均。

具体而言，相较靠近于栽培支架1底部的播种部4对应连接的连接管3相比相较靠近于栽培支架1顶部的播种部4对应连接的连接管3具有更大的管道长度，故进入栽培支架1底部播种部4的作物种子具有更大的运动势能。进一步地，由于靠近于栽培支架1顶部的播种部4对应连接的连接管3的长度是相较最小的，假使进入顶层播种管道41中的作物种子具备的运动势能能够确保作物种子滚动至播种管道41的末端，则对于处于栽培支架1底部的播种部4而言，由于其对应连接的连接管3相较顶层播种部4对应连接的连接管3更长，故栽培支架1底部的播种管道41中的作物种子具备的运动势能是冗余的。

鉴于此，相比于靠近栽培支架1顶部的播种管道41，位于栽培支架1底部的播种管道41的管道末端则更易于堆积更多数量的作物种子，且更易于产生堵塞，这是由于沿连接管3下落至底层播种管道41中的作物种子具有更大的运动势能，使得进入底层播种管道41的作物种子将不断涌向播种管道41的末端，并且在播种管道41的末端明显堆积有相当数量的作物种子甚至形成一定体积的种子壁垒之时，后续滑入的种子才会因管道末端的种子壁垒产生的阻挡而依次陆续地停滞于播种管道41的来向上，并最终铺满播种管道41的底部。而对于顶层播种管道41内的作物种子而言，其具备的运动势能相对较小，使得已滑入顶层播种管道41末端的作物种子对于后续滑入的作物种子的阻挡作用相较底层播种管道41更加明显，也即顶层播种管道41，特别是顶层播种管道41末端的种子堆积堵塞可能并非底层播种管道41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道41，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，则栽培支架1底部的播种管道41内的种子堆积堵塞可能相较于栽培支架1顶部的播种管道41更加明显，尤其是播种管道41末端。另一方面，在同一栽培层中，以作物种子在播种管道41内的运动方向为参照，播种管道41末端的种子堆积堵塞可能相较于播种管道41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道41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，对于各个栽培层中的播种管道41，播种管道41具有沿作物种子在播种管道41内的前进方向上开口尺寸不断变大的多个排料孔410。换而言之，播种管道41侧面的若干排料孔410的孔径在作物种子于播种管道41内的前进方向上不断变大。具体而言，播种管道41末端的排料孔410相较于播种管道41始端的排料孔410的孔径更大，以用于减缓作物种子堆积堵塞于播种管道41末端从而造成播种管道41末端的种子在一定时间内无法顺利排出。

根据一种优选实施方式，相较靠近栽培支架1底部的播种管道41侧面的若干排料孔410的孔径相比于相较靠近栽培支架1顶部的播种管道41侧面的干排料孔410的孔径更大。尤其是针对相较靠近播种管道41末端的一个或多个排料孔410。特别地，在一些可选实施方式中，相较靠近栽培支架1底部的播种管道41侧面的若干排料孔410的孔径与相较靠近栽培支架1顶部的播种管道41侧面的干排料孔410的孔径可以是按照比例或倍数增大或减小的。具体而言，从栽培支架1顶部至底部方向上，播种管道41侧面的若干排料孔410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，在将播种部4转动下放并驱动传送带结构5沿第一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4转动下放，播种管道41内的大量作物种子一定时间内涌向各排料孔410，致使各排料孔410在一定时间内具有较高的排种密度，而后续随着种子数量减少，各排料孔410的排种密度减小并趋于平稳。故在播种初期，通过播种部4播撒至传送带结构5上种间密度较大或种间距较小，而在播种中后期作物种子的排出则相较平稳有序，播种全周期若不及时调整传送皮带的运行速率，将导致传送皮带前、后段所承载的种间密度/种间距存在较大差异。

根据一种优选实施方式，本发明中，在驱动播种部4转动以执行播种操作之时，其中一个或多个播种部4所对应的传送带结构5被配置为：在播种部4转动下放的第一时段内，传送带结构5沿第一方向以第一速度运动。进一步地，在播种部4转动下放至第二时段时，传送带结构5沿第一方向以第二速度运动。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。

具体而言，在第一时段内，播种部4具有较高的排种密度，传送皮带以第一速度行进，此时传送皮带以较大行进速率运动以适应播种初期播种部4内大量作物种子密集地排出，以减小传送皮带相对于种子的停滞时间，从而使作物种子随传送皮带持续推进而依次阵列于传送皮带后段。在第二时段内，随着播种管道41内作物种子数量减少，传送皮带以相对较小的第二速度行进，即通过增大传送皮带相对于种子的停滞时间来适应播种中后期减小的排种密度。优选地，当传送带结构5以上述方式运动时，可提高播种全周期传送皮带上作物种子的分布均匀性，有助于作物的均匀生长，使各栽培层具有适宜的生长密度。特别地，第一速度、第二速度具体与播种部4转动下放时的倾角，播种管道41的可容纳空间以及播种管道41侧面的排料孔410的孔径等因素有关，且上述因素以关联于播种部4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工序不必同时进行，也即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栽培支架1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，待种子在传送皮带上生长预定时间后，种子发芽生长达到成熟的可切割状态。进一步地，可通过切割装置7对生长至可收获的目标状态的作物进行切割。优选地，该切割装置7为水切割装置。特别地，本发明的切割装置7优选与播种机构同侧设置。在一些可选实施方式中，切割装置7可以设置在播种机构的对侧，也即栽培支架1长度方向的另一侧。

根据一种优选实施方式，如图7所示，本发明的切割装置7可包括导杆71、滑块72、气缸73以及喷头74。具体地，切割装置7具有一壳体。导杆71在该壳体内横向延伸且两端连接至壳体内壁。滑块72滑动连接于导杆71。气缸73传动地连接于滑块72，用于驱动滑块72沿导杆71移动。进一步地，滑块72上连接有用于提供高压水柱的喷头74。

根据一种优选实施方式，切割装置7可以包括2～4个喷头74。优选地，本实施例中，切割装置7包括3个喷头74。进一步地，3个喷头74的间距大约600～700m。优选地，各喷头74的间距74约为650m。气缸73的行程约为700mm。切割装置7可切割宽度大约为2m。

具体而言，待种子达成可切割状态(例如切割牧草)时，可通过PLC(控制单元)控制播种机构的播种部4抬起，并且通过栽培支架1侧部的驱动装置6反转，以使传送皮带沿与第一方向相反的第二方向(如靠近播种机构的方向)运动，从而将成熟牧草沿播种机构所在方向传送，当牧草经过切割装置7时，控制切割装置7的滑块72横向往复运动，以利用喷头74形成的高压水柱将成熟牧草切割成一定大小的草块，待传送皮带回转至初始位置时，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装置7的滑块72的运动速度和/或传送皮带的运动速度来调整。

根据一种优选实施方式，除播种机构外，本发明的分层植物种植系统还包括用于供给水分/营养液成分的喷雾单元和用于提供种子生长发育所需光线的光照单元。

根据一种优选实施方式，喷雾单元可以包括多条喷雾管道和配置在喷雾管道上的多个雾化喷头。具体地，喷雾管道的进液口可以连接于进液总管。进液总管管道连通于营养液存储罐。喷雾管道可设置在栽培支架1的各栽培层底部并与传送皮带并行延伸。喷雾管道上间隙布设有多个雾化喷头。单个雾化喷头可提供一定范围的喷雾区域。多个雾化喷头用于共同向其下方传送皮带上的作物种子提供营养液喷雾。

根据一种优选实施方式，光照单元可包括多个植物生长灯。具体地，植物生长灯为具有一种或多种发光颜色或光波波长的LED灯。具体地，植物生长灯可设置在栽培支架1的各栽培层的底部，以为其下方传送皮带上的作物种子提供生长光照。特别地，若干植物生长灯沿栽培支架1的长度和宽度方向间隙布置。优选地，为了避免光线干扰，各栽培层的底部可以是不透光的。

根据一种优选实施方式，本发明中，厂房的顶部可集成有光伏组件。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、喷雾单元和植物生长灯供电，保证牧草在晚上也处于较好的生长状态。

根据一种优选实施方式，播种工序完成后，可通过PLC(控制单元)控制喷雾单元喷洒水雾/营养液喷雾和控制光照单元输出种子生长发育所需的光照。

进一步地，根据种子生长阶段的不同，可以通过PLC(控制单元)调整相应的喷洒水雾/营养液喷雾的供给时长、浓度和生长光线的照射时长、强度以及相应的光质比等。优选地，喷洒水雾和/或提供光照可以是周期性地，也可以是连续地，这与待培育种子的具体生长阶段有关。

根据一种优选实施方式，本发明的分层植物种植系统还可包括温控单元。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PLC(控制单元)。PLC(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。优选地，对于大部分冷季型牧草而言，适宜的环境温度大约为15～25℃。对于大部分暖季型牧草而言，适宜的环境温度大约为25～35℃。

根据一种优选实施方式，本发明的喷雾单元还可以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装置工作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，本发明的分层植物种植系统还可包括用于采集各项环境参数的至少一种采集单元。具体地，用于采集环境参数的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、气体浓度传感器等等。本发明中的PLC(控制单元)可与温度传感器、湿度传感器、光照度传感器、气体浓度传感器信号连接。

根据一种优选实施方式，本发明中的PLC(控制单元)还可通过无线网络与上位控制终端连接。进一步地，本发明的分层植物种植系统还可包括与PLC(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PLC(控制单元)还可与报警单元控制连接，一旦PLC(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。特别地，报警信号不限于声或光的形式。

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)

1.一种轮作的分层植物种植系统，其特征在于，包括：

栽培支架(1)，具有多个栽培层；

播种机构，配置在所述栽培支架(1)侧部，用于存储种子并经驱动将所述种子投放至所述多个栽培层中的一个或多个；

若干传送带结构(5)，以沿所述栽培支架(1)的第一方向延伸并沿所述栽培支架(1)的第二方向间隙阵列的方式布设于各栽培层，用于承载由所述播种机构投放的种子并作为所述种子的生长基底；

其中，所述播种机构包括与各栽培层对应设置的多个播种部(4)，所述播种部(4)包括沿所述栽培支架(1)的第二方向延伸并具有多个朝向所述传送带结构(5)设置的排料孔(410)的播种管道(41)和按照与所述排料孔(410)对应并将所述排料孔(410)包含的方式配置在所述播种管道(41)侧部的种子缓存仓(42)，其中，所述种子缓存仓(42)具有朝向所述传送带结构(5)设置的多个播种口(43)。

2.根据权利要求1所述的分层植物种植系统，其特征在于，所述播种机构还包括种子分料口(2)和多条连接管(3)，其中，所述种子分料口(2)配置在所述栽培支架(1)顶部，所述连接管(3)以使所述种子分料口(2)和播种部(4)管道连通的方式连接于所述种子分料口(2)和播种部(4)。

3.根据权利要求1或2所述的分层植物种植系统，其特征在于，还包括驱动装置(6)，所述驱动装置(6)配置在所述栽培支架(1)的沿第一方向相对所述播种机构的一侧，并用于控制所述传送带结构(5)在沿所述栽培支架(1)的第一方向上的运动。

4.根据权利要求1～3任一项所述的分层植物种植系统，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元用于控制所述播种部(4)相对于所述传送带结构(5)的转动状态，以通过所述播种部(4)执行针对所述传送带结构(5)的播种之操作。

5.根据权利要求1～4任一项所述的分层植物种植系统，其特征在于，还包括配置在所述播种机构一侧的切割装置(7)，所述切割装置(7)配置为切割由所述传送带结构(5)传送并途径所述切割装置(7)的目标植物。

6.根据权利要求1～5任一项所述的分层植物种植系统，其特征在于，所述切割装置(7)包括导杆(71)、滑块(72)、气缸(73)和喷头(74)，其中，所述滑块(72)滑动连接于导杆(71)，所述气缸(73)传动地连接于滑块(72)，以用于驱动所述滑块(72)沿导杆(71)移动，其中，所述滑块(72)上连接有用于提供切割水柱的喷头(74)。

7.根据权利要求1～6任一项所述的分层植物种植系统，其特征在于，所述排料孔(410)的孔径沿所述播种管道(41)靠近于所述连接管(3)的始端至所述播种管道(41)远离于所述连接管(3)的末端的方向上逐渐增大。

8.根据权利要求1～7任一项所述的分层植物种植系统，其特征在于，所述播种管道(41)内偏心设置有多对彼此对称的螺旋叶片(411)，且所述多对螺旋叶片(411)沿所述播种管道(41)轴向按照与其对应的排料孔(410)邻接对应的方式依次设置于相邻所述排料孔(410)之间。

9.根据权利要求1～8任一项所述的分层植物种植系统，其特征在于，任意所述螺旋叶片(411)朝向各自对应的所述排料孔(410)弯曲延伸，且任意所述排料孔(410)两侧对称的螺旋叶片(411)围合形成开口(4110)，其中，沿所述播种管道(41)径向观察，所述开口(4110)部分包含其对应的排料孔(410)。

10.根据权利要求1～9任一项所述的分层植物种植系统，其特征在于，在通过所述播种部(4)执行针对所述传送带结构(5)的播种操作之时，所述传送带结构(5)配置为：

在所述播种部(4)转动下放的第一时段内，所述传送带结构(5)沿第一方向以第一速度运动；

在所述播种部(4)转动下放至第二时段时，所述传送带结构(5)沿第一方向以第二速度运动。

Images