CN117256223A - 一种气吸式菠菜种子智能精播机及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气吸式菠菜种子智能精播机及其工作方法，装置包括机械车体、开垦机构、开沟机构、播种机构、覆土机构、浇水装置、可旋转摄像头装置；所述机械车体包括机架、发动机、油箱、蓄电池组、控制单元。所述开垦机构包括开垦滚子、开垦支架、直流电机、液压推拉杆；所述开沟机构包括伺服电机、齿轮、齿条、开沟刀组、开沟滑轨；所述播种机构包括播种滚子、种子储存箱、漏斗、直流电机、风机、轴承、风机接口、超声波模块、种子刮片；所述覆土机构包括覆土轮、双扭弹簧、覆土顶板；所述浇水装置包括水箱、水泵、喷头；所述可旋转摄像头位于机械车顶部；本发明有效地解决了菠菜播种过程繁琐，效率低下的问题，并通过精量播种减轻了后续种子间苗的负担。

Description

一种气吸式菠菜种子智能精播机及其工作方法

技术领域

本发明涉及农业机械领域，具体为一种气吸式菠菜种子智能精播机及其工作方法。

背景技术

菠菜是人们日常生活中常见的食品，菠菜生产的发展对人们生活水平意义重大。菠菜育苗是菠菜生产作业中的一个重要环节，传统菠菜育苗模式，由于存在低质量、低生产率、播种过程任务繁琐且效率低下等诸多缺点，不能满足当代市场经济需要。而国内众多精量播种机大多只能完成播种过程中其中一部分工作内容，要想实现菠菜的全过程播种往往需要几台机械设备一起配合工作，因此增大了生产成本。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种气吸式菠菜种子智能精播机，能同时完成开垦、开沟、播种、覆土、浇水五个功能；可旋转摄像头将周围环境数据反馈给控制单元之后，控制单元可控制相关机构使机械车在工作区域内进行自动调头、避障；超声波测距模块对种子余量经行监测并反馈数据给控制单元之后，控制单元控制机械车停止工作从而可有效防止漏播情况。本发明可使菠菜播种机械化、智能化程度进一步得到提高。

本发明所采用的技术方案是：一种用于菠菜条沟式播种的气吸式智能精量播种机，包括开垦机构、开沟机构、可旋转摄像头装置、播种机构、覆土机构、浇水装置、机械车体。

上述开垦机构位于机械车的前端，包括位于机械车前面的开垦滚子、开垦支架、直流电机Ⅰ、液压推拉杆；所述开垦滚子与开垦支架之间通过轴承Ⅰ同轴心配合；所述直流电机Ⅰ与开垦滚子连接并为其提供动力；所述开垦滑轨通过螺栓螺母与机架固定连接；所述开垦支架开设有滑槽，与开垦滑轨构成移动副；所述液压推拉杆一端与开垦支架相连并构成转动副，另一端通过与机架连接并构成转动副；所述液压推拉杆与液压油泵连接。

上述开沟机构包括伺服电机、伺服电机支架、齿轮、齿条、开沟刀组、开沟滑轨；所述伺服电机支架开设有若干孔及滑槽，通过螺栓螺母将伺服电机支架、伺服电机、车体机架连接固定；所述伺服电机支架滑槽与齿条构成移动副；所述伺服电机与齿轮同轴心连接固定；所述开沟刀共计四把，呈人字形；每把上表面开设有圆孔，与开沟刀架通过螺栓螺母固定连接；所述开沟滑轨共两条，内侧开设有圆孔，分别与机架两侧通过螺栓螺母连接固定，并与开沟刀架构成移动副；可以支撑开沟刀架以及齿条，防止弯曲力过大折断齿条。

上述可旋转摄像头位于机械车顶部；可对机械车体四周路况进行监测并把信息传输到控制单元，控制单元可根据所获得信息下发指令控制机械车体完成避障、转弯功能。

上述播种机构包括播种滚子、种子储存箱、漏斗、直流电机、风机、轴承、风机接口以及四个超声波模块；所述播种滚子表面开有四条等间距的直径为1.5mm的孔，内部中空，一端密封且开设有孔，与直流电机Ⅱ的转子轴同轴心连接固定；另一端设有中空的凹台，与密封性优良的轴承Ⅱ外表面过渡配合；所述风机接口一端与轴承内表面过盈配合，另一端连接风机进风口；所述种子储存箱上表面开设有四个圆孔以及一条矩形孔，内部中空，设有隔板，将储存箱分为四个储存室；所述种子储存箱与播种滚子同轴心且间隙配合，并通过螺栓螺母与机架固定连接；所述四个超声波监测模块与种子储存箱上表面的矩形孔连接，分别对应被隔板分开的四个储存室，通过测量种子上表面与储存箱上表面的距离可对储存箱内种子的余量进行实时监测；所述四个漏斗与种子储存箱上表面的圆形孔连接，可方便种子上料；所述种子刮片位于播种滚子正下方1mm处并与机架固定连接，对应于播种滚子开设的四条等间距的孔，其上设有四个等间距的凸台，可对播种滚子孔上表面吸附的种子进行刮除；所述种子刮片下方设有四条管道，可接纳被刮除的种子并将其导入机械车开设的土沟之中。

上述覆土机构共计四组，分别对应四把开沟刀，且安装在其后面，可对播种之后的土沟进行覆土；每组包括覆土轮、覆土支架、双扭弹簧、覆土顶板、开口销；所述覆土顶板上表面开设有圆孔，通过螺栓螺母与机架固定连接；所述覆土轮每组两个，下端向中间倾斜，通过开口销与覆土支架连接；随着机械车的前进可将土沟两侧的土壤推入土沟之中，从而实现覆土功能；所述双扭弹簧呈“凸”字形，两脚与覆土支架开设的孔配合；所述双扭弹簧、覆土支架、与覆土顶板三者之间的孔通过螺栓螺母同轴心连接固定；通过所述双扭弹簧可使覆土机构在一定角度内可上下浮动，有效防止由于机械车体遇到崎岖复杂的路况而上下颠簸，出现覆土轮脱离或过度吃进土壤表面的情况。

上述浇水装置包括水箱、水泵、喷头；所述浇水装置位于机械车后端；所述水泵安装于水箱之中；所述喷头接口一端与水箱内水泵出水口相连，另一端与喷头相连。

上述机械车体包括机架、左、右两个发动机、油箱、液压油泵、蓄电池组、控制单元。所述的发动机位于机械车底部，分别与左、右两条履带的主动轮相连并为机械车提供动力；所述的油箱位于机械车体的前端位置；所述液压油泵与油箱以及液压推拉杆相通，为液压推拉杆提供动力；所述的蓄电池组位于机械主体的后方位置，为机械车体供电；所述的控制单元位于机械车体的中央位置，可调节机械车体的工作状态。

一种上述的气吸式菠菜种子智能精播机的工作方法，具体操作如下：

当车体进入工作状态时，开垦机构中的开垦滚子转动；油箱给液压推拉杆提供动力，使开垦滚子斜向下进给，对表层杂草搅碎并对土壤进行旋耕翻松；车体发动机转动并通过履带带动机械车向前运动，开沟机构中伺服电机转动一定角度，通过齿轮齿条将开沟刀组插入旋耕后的土壤当中2~3cm,随着机械车的前进从而开设出四条适合播种的土沟；播种机构中风机进入工作状态，对播种滚子内腔吸气使其形成负压，位于种子储存箱内的种子由于空气负压被吸附在播种滚子表面开设的孔上，并实现一个孔吸附一粒种子的效果；同时播种滚子另一侧电机运行使播种滚子转动，带动种子进行旋转至开沟刮片时，种子被刮离进刮片管道之中，由于重力最后离开管道掉进开设的土沟之中；同时覆土机构通过内侧倾斜的两个覆土轮对播种过后的土沟进行覆土；最后浇水装置通过水泵抽水至喷头处对土壤表面进行浇水。

当车体行至工作场景边缘时，可旋转摄像头装置通过对周围环境进行监测并把数据反馈到控制单元之中，之后控制单元发出信号指令：油箱给液压推拉杆提供动力，使开垦滚子斜向上进给离开土壤表面；伺服电机复位并通过齿轮齿条使开沟刀组离开土壤表面；播种滚子处直流电机以及水泵均停止工作；控制发动机转速使机械车的两条履带形成转速差，机械车通过摄像头所获得信息控制转速差进行精确转向；待完成转向时，机械车重新进入工作状态。

所述四个超声波模块可对种子储存箱内四个独立箱室中种子的上表面与储存箱上表面的距离进行实时监测，同时把信息反馈到控制单元，通过该信息控制单元可计算出当前种子的余量；当余量不足时，控制单元将发出信号指令使机械车体停止工作；待种子添加完毕后机械车重新进入工作状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明设有开垦机构、开沟机构、播种机构、覆土机构、浇水机构，实现了菠菜播种全过程机械化。

2.在机械车需要转弯时，开垦滚子通过液压推拉杆在倾斜方向斜向上抬升直至离开土壤表面；开沟刀组通过伺服电机带动齿轮齿条传动向上抬升直至离开土壤表面；这可以防止转弯时刀具受到较大的扭转力，提高了刀具的使用寿命。

3.本发明采用了气吸式播种方式，可保证单个孔上只吸附一粒种子，实现了菠菜播种过程的精量化；有效的减少了后续种子出苗后的间苗工作。

4.本发明运用了超声波测距模块，可将种子储存箱内种子上表面到储存箱上表面的距离反馈给控制单元；控制单元由此可计算出种子余量并把数据实时反馈给用户，在种子不足时，控制单元可自动控制机械车停止工作；这有效的防止了种子的漏播情况。

5.本发明具有可旋转摄像头可对机械车体四周路况进行监测并把信息传输到控制单元，控制单元可根据所获得信息下发指令控制机械车体完成避障、转弯功能；实现了菠菜播种过程的智能化。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的开垦机构示意图。

图3为本发明的开沟机构正视图。

图4为本发明的开沟机构侧视图。

图5为本发明的播种机构等轴侧视图。

图6为本发明的播种机构正视图。

图7为本发明等轴侧视图。

图8为本发明的覆土机构正视图。

图9为本发明的覆土机构等轴侧视图。

图10为本发明控制单元工作原理图。

图中：1. 开垦机构、2.开沟机构、3.可旋转摄像头、4.播种机构、5.浇水装置、6.覆土机构、7.机械车体、101.轴承Ⅰ、102.直流电机Ⅰ、103.开垦滚子、104.开垦支架、105.液压推拉杆、106.开垦滑轨、201.齿轮、202.伺服电机支架、203.齿条、204.开沟刀架、205.开沟刀、206.伺服电机、401.超声波模块、402.漏斗、403.种子储存箱、404.直流电机Ⅱ、405.播种滚子、406.种子刮片、407.风机接口、408.风机、409.轴承Ⅱ、501.水箱、502.喷头接口、503.喷头、601.覆土轮、602.覆土支架、603.双扭弹簧、604.覆土顶板、605.开口销、701.控制单元、702.油箱、703.液压油泵、704.发动机Ⅰ、705.水泵、706.蓄电池组、707.发动机Ⅱ。

实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明包括开垦机构1、开沟机构2、可旋转摄像头装置3、播种机构4、浇水装置5、覆土机构6、和机械车体7。

如图2所示，开垦机构1位于机械车的前端，包括位于机械车前面的轴承Ⅰ101、直流电机Ⅰ102、开垦滚子103、开垦支架104、液压推拉杆105、开垦滑轨106。所述开垦滚子103与开垦支架104之间通过轴承Ⅰ101同轴心配合；所述直流电机Ⅰ102与开垦滚子103连接并为其提供动力；所述开垦滑轨106通过螺栓螺母与机架固定连接；所述开垦支架104开设有滑槽，与开垦滑轨106构成移动副；所述液压推拉杆105一端与开垦支架104相连并构成转动副，另一端通过螺栓螺母与机架固定连接；所述液压推拉杆105与液压油泵703连接。

如图3~图4所示，开沟机构2包括伺服电机206、伺服电机支架202、齿轮201、齿条203、开沟刀架204、开沟滑轨；所述伺服电机支架202开设有若干孔及滑槽，通过螺栓螺母将伺服电机支架202、伺服电机206、机架连接固定；所述伺服电机支架202的滑槽与齿条203构成移动副；所述伺服电机206与齿轮201同轴心连接固定；所述开沟刀205共计四把，呈人字形；每把上表面开设有圆孔，与开沟刀架204通过螺栓螺母固定连接；所述开沟滑轨共两条，内侧开设有圆孔，分别与机架两侧通过螺栓螺母连接固定，并与开沟刀架204构成移动副；可以支撑开沟刀架204以及齿条203，防止弯曲力过大折断齿条203。

如图5~图6所示，播种机构4包括播种滚子405、种子储存箱403、种子刮片406、漏斗402、直流电机Ⅱ404、风机408、轴承Ⅱ409、风机接口407以及四个超声波模块401；所述播种滚子405表面开有四条等间距的直径为1.5mm的孔，内部中空，一端密封且开设有孔，与直流电机Ⅱ404的转子轴同轴心连接固定；另一端设有中空的凹台，与密封性优良的轴承Ⅱ409外表面过渡配合；所述风机接口407一端与轴承Ⅱ409内表面过盈配合，另一端连接风机408进风口；所述种子储存箱403上表面开设有四个圆孔以及一条矩形孔，内部中空，设有隔板，将储存箱分为四个储存室；所述种子储存箱403与播种滚子405同轴心且间隙配合，并通过螺栓螺母与机架固定连接；所述四个超声波监测模块401与种子储存箱403上表面的矩形孔连接，分别对应被隔板分开的四个储存室，通过测量种子上表面与储存箱上表面的距离可对储存箱内种子的余量进行实时监测；所述四个漏斗402与种子储存箱403上表面的圆形孔连接，方便种子上料；所述种子刮片406位于播种滚子正下方1mm处并与机架固定连接，对应于播种滚子405开设的四条等间距的孔，其上设有四个等间距的凸台，可对播种滚子405孔上表面吸附的种子进行刮除；所述种子刮片406下方设有四条管道，可接纳被刮除的种子并将其导入机械车开设的土沟之中。

如图7所示，浇水装置5包括水箱501、水泵、喷头接口502、喷头503；所述浇水装置5位于机械车后端；所述水泵安装于水箱501之中；所述喷头接口502一端与水箱内水泵出水口相连，另一端与喷头503相连。

如图8~图9所示，覆土机构6共计四组，分别对应四把开沟刀205，且安装在其后面，可对播种之后的土沟进行覆土；每组包括覆土轮601、覆土支架602、双扭弹簧603、覆土顶板604、开口销605；所述覆土顶板604上表面开设有圆孔，通过螺栓螺母与机架固定连接；所述覆土轮601每组两个，下端向中间倾斜，通过开口销605与覆土支架602连接；随着机械车的前进可将土沟两侧的土壤推入土沟之中，从而实现覆土功能；所述双扭弹簧603呈“凸“字形，两脚与覆土支架602开设的孔配合；所述双扭弹簧603、覆土支架602、与覆土顶板604三者之间的孔通过螺栓螺母同轴心连接固定；通过所述双扭弹簧603可使覆土机构6在一定角度内可上下浮动，有效防止由于机械车体7遇到崎岖复杂的路况而上下颠簸，出现覆土轮601脱离或过度吃进土壤表面的情况。

如图10所示，机械车体7包括机架、发动机Ⅰ704、发动机Ⅱ705、油箱702、液压油泵703、蓄电池组706、控制单元701。所述的发动机Ⅰ704与发动机Ⅱ705位于机械车底部，分别与左、右两条履带的主动轮相连并为机械车提供动力；所述的油箱702位于机械车体7的前端位置；所述液压油泵703与油箱702以及液压推拉杆105相通，为液压推拉杆105提供动力；所述的蓄电池组706位于机械主体7的后方位置，为机械车体7供电；所述的控制单元701位于机械车体7的中央位置，可调节机械车体7的工作状态。

一种上述的气吸式菠菜种子智能精播机的工作方法，具体操作如下：

当车体进入工作状态时，开垦机构1中的开垦滚子103转动；油箱702给液压推拉杆105提供动力，使开垦滚子103斜向下进给，对表层杂草搅碎并对土壤进行旋耕翻松；车体发动机转动并通过履带带动机械车向前运动，开沟机构2中伺服电机206转动一定角度，通过齿轮201、齿条203将开沟刀205插入旋耕后的土壤当中2~3cm,随着机械车的前进从而开设出四条适合播种的土沟；播种机构4中风机408进入工作状态，对播种滚子405内腔吸气使其形成负压，位于种子储存箱403内的种子由于空气负压被吸附在播种滚子405表面开设的孔上，并实现一个孔吸附一粒种子的效果；同时播种滚子405另一侧直流电机Ⅱ404运行使播种滚子405转动，带动种子进行旋转至种子刮片406时，种子被刮离进刮片管道之中，由于重力最后离开管道掉进开设的土沟之中；同时覆土机构6通过内侧倾斜的两个覆土轮601对播种过后的土沟进行覆土；最后浇水装置5通过水泵抽水至喷头503处对土壤表面进行浇水。

当车体行至工作场景边缘时，可旋转摄像头装置3通过对周围环境进行监测并把数据反馈到控制单元701之中，之后控制单元701发出信号指令：油箱702给液压推拉杆105提供动力，使开垦滚子103斜向上进给离开土壤表面；伺服电机206复位并通过齿轮201、齿条203、使开沟刀205离开土壤表面；播种滚子405处直流电机Ⅱ404以及水泵均停止工作；控制发动机转速使机械车的两条履带形成转速差，机械车通过可旋转摄像头装置3所获得信息控制转速差进行精确转向；待完成转向时，机械车重新进入工作状态。

所述四个超声波模块401可对种子储存箱403内四个独立箱室中种子的上表面与储存箱上表面的距离进行实时监测，同时把信息反馈到控制单元701，通过该信息控制单元可计算出当前种子的余量；当余量不足时，控制单元701将发出信号指令使机械车体7停止工作；待种子添加完毕后机械车重新进入工作状态。

Claims (8)

1.一种气吸式菠菜种子智能精播机，其特征是：包括机械车体、开垦机构、开沟机构、播种机构、覆土机构、浇水装置、可旋转摄像头装置；所述机械车体包括机架、发动机、油箱、液压油泵、蓄电池组、控制单元。所述开垦机构包括位于机械车前面的开垦滚子、开垦支架、直流电机、液压推拉杆；所述开沟机构包括伺服电机、齿轮、齿条、开沟刀组、开沟滑轨；所述播种机构包括播种滚子、种子储存箱、漏斗、直流电机、风机、轴承、风机接口以及四个超声波模块；所述覆土机构包括覆土轮、双扭弹簧、覆土支架、开口销；所述浇水装置包括水箱、水泵、喷头接口、喷头；所述可旋转摄像头位于机械车顶部。

2.根据权利要求1所述的气吸式菠菜种子智能精播机，其特征是：所述机械车体包括机架、发动机、油箱、液压油泵、蓄电池组、控制单元；所述的发动机共两个位于机械车内部，与左、右两条履带相连；所述的油箱位于机械主体的前端位置；所述液压油泵与油箱以及液压推拉杆相通；所述的蓄电池组位于机械主体的后方位置；所述的控制单元位于机械主体的中央位置。

3.根据权利要求1所述的气吸式菠菜种子智能精播机，其特征是：所述开垦机构位于机械车的前端，包括位于机械车前面的开垦滚子、开垦支架、直流电机Ⅰ、液压推拉杆；所述开垦滚子与开垦支架之间通过轴承Ⅰ同轴心配合；所述直流电机Ⅰ与开垦滚子连接并为其提供动力；所述开垦滑轨通过螺栓螺母与机架固定连接；所述开垦支架开设有滑槽，与开垦滑轨构成移动副；所述液压推拉杆一端与开垦支架相连并构成转动副，另一端与机架相连并构成转动副；所述液压推拉杆与液压油泵连通。

4.根据权利要求1所述的气吸式菠菜种子智能精播机，其特征是：所述开沟机构包括伺服电机、齿轮、齿条、开沟刀组、两条开沟滑轨；所述伺服电机与机架通过螺栓螺母固定连接；所述齿轮与伺服电机固定连接；所述齿条与齿轮相啮合，并且底端与所述开沟刀组固定连接；所述开沟刀组包括四个开沟刀与一个开沟支架；开沟刀与开沟支架通过螺栓螺母固定连接；所述开沟刀组与开沟滑轨间隙配合，开沟刀组可在开沟滑轨内上下移动；所述两条开沟滑轨分别与机架两侧通过螺栓螺母固定连接。

5.根据权利要求1所述的气吸式智能精量播种机，其特征是：所述播种机构包括播种滚子、种子储存箱、漏斗、直流电机、风机、轴承、风机接口、种子刮片、四个超声波监测模块；所述播种滚子表面开有四条等间距的直径为1.5mm的孔，内部中空，一端密封并与直流电机连接，另一端设有中空的凹台与轴承外表面过渡配合；所述风机接口一端与轴承内表面过盈配合，另一端连接风机进风口；所述种子储存箱与播种滚子同轴心且间隙配合，并通过螺栓螺母与车体机架固定连接；所述四个超声波监测模块与种子储存箱上表面的矩形孔连接，通过测量种子上表面与储存箱上表面的距离数据可对储存箱内种子的余量进行实时监测；所述种子刮片位于播种滚子正下方1mm处并与车体机架固定连接，所述种子刮片与播种滚子表面孔相对应处开设有管道；所述四个漏斗与种子储存箱上表面的圆孔连接。

6.根据权利要求1所述的气吸式智能精量播种机，其特征是：所述覆土机构包括覆土顶板、两个覆土轮、双扭弹簧、覆土支架、开口销；所述覆土顶板通过螺栓螺母与车体机架固定连接；所述双扭弹簧的两脚与覆土支架开设的两孔相对应配合；所述双扭弹簧、覆土支架、与覆土顶板三者之间的孔通过螺栓螺母同轴心配合；所述覆土轮内侧轴开设销孔，通过开口销与覆土支架相连。

7.根据权利要求1所述的气吸式菠菜种子智能精播机，其特征是：所述浇水装置包括水箱、水泵、喷头、喷头接口；所述浇水装置位于机械车后部；所述水泵安装于水箱之中；所述喷头接口一端与水泵出水口连接；另一端与喷头连接。

8.一种根据权利要求1-7中任一权利要求所述的气吸式菠菜种子智能精播机的工作方法，具体操作如下：

①当车体进入工作状态时，开垦机构中的开垦滚子转动；油箱给液压推拉杆提供动力，使开垦滚子斜向下进给，对表层杂草搅碎并对土壤进行旋耕翻松；车体发动机转动并通过履带带动机械车向前运动，所述开沟机构中伺服电机转动一定角度，通过齿轮齿条将开沟刀组插入旋耕后的土壤当中2~3cm,随着机械车的前进从而开设出四条适合播种的土沟；所述播种机构中风机进入工作状态，对播种滚子内腔吸气使其形成负压，位于种子储存箱内的种子则会由于空气负压被吸附在播种滚子表面开设的孔上，并实现一个孔吸附一粒种子的效果；同时播种滚子另一侧电机运行使播种滚子转动，带动种子进行旋转至开沟刮片时，种子被刮离进刮片管道之中，由于重力最后离开管道掉进开设的土沟之中；同时覆土机构通过内侧倾斜的两个覆土轮对播种过后的土沟进行覆土；最后浇水装置通过水泵抽水至喷头处对土壤表面进行浇水；②当车体行至工作场景边缘时，可旋转摄像头装置通过对周围环境进行监测并把数据反馈到控制单元之中，之后控制单元发出信号指令：油箱给液压推拉杆提供动力，使开垦滚子斜向上进给离开土壤表面；伺服电机复位并通过齿轮齿条使开沟刀组离开土壤表面；播种滚子处直流电机以及水泵均停止工作；控制发动机转速使机械车的两条履带形成转速差，机械车通过摄像头所获得信息控制转速差进行精确转向；待完成转向时，机械车重新进入工作状态；③所述四个超声波模块可对种子储存箱内四个独立箱室中种子的上表面与储存箱上表面的距离进行实时监测，同时把信息反馈到控制单元，通过该信息控制单元可计算出当前种子的余量；当余量不足时，控制单元将发出信号指令使车体所有机构停止工作；待种子添加完毕后机械车重新进入工作状态。