CN117598110A - 一种果树综合种植采摘系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种果树综合种植采摘系统，包括用于监控果树生长状态以及采摘的自动采摘装置和用于为果树浇水的渗灌装置；所述自动采摘装置包括与果树种植位置对应的采摘轨道，每个采摘轨道上均设置有至少一台采摘车，所述采摘车上设有采摘臂，所述采摘臂上设有至少一个用于识别果实颜色与位置的视觉识别单元；所述渗灌装置包括与果树种植位置对应埋设的渗灌管，与所述渗灌管连接的输送管，分别设置在每个所述渗灌管与所述输送管之间的阀门，每个所述渗灌管上均开有多个出水端；所述自动采摘装置、所述渗灌装置均与服务器信号连接。

Description

一种果树综合种植采摘系统

技术领域

本发明属于果树种植采摘技术领域，尤其涉及一种果树综合种植采摘系统。

背景技术

浆果类水果是内蒙古、东北地区大量种植的经济类作物。由于浆果本身属于灌木或草本植物，其生长周期内要保证结果率和果实口感对水、肥等要求较高，要配合浆果各个生长期的水、肥配合现阶段需要完全人工来浇水施肥，普通喷灌方式对浆果不适用。此外，浆果由于其果实较小且位置与叶片混杂，在采摘过程中如果完全人力采摘需要大量人工，成本较高。CN213755768U、CN209999226U、CN114258781B、CN110476614B等专利虽然公开了浆果类水果的自动采摘设备，但是如何在浆果整个生长周期内实现节约人力，提高浆果各个生长周期的水肥配合技术依然是空白。

发明内容

为了弥补上述浆果在生长周期内需要人力较多的缺陷，本申请提出一种果树综合种植采摘系统，包括用于监控果树生长状态以及采摘的自动采摘装置和用于为果树浇水的渗灌装置；所述自动采摘装置包括与果树种植位置对应的采摘轨道，每个采摘轨道上均设置有至少一台采摘车，所述采摘车上设有采摘臂，所述采摘臂上设有至少一个用于识别果实颜色与位置的视觉识别单元；所述渗灌装置包括与果树种植位置对应埋设的渗灌管，与所述渗灌管连接的输送管，分别设置在每个所述渗灌管与所述输送管之间的阀门，每个所述渗灌管上均开有多个出水端；还包括对应埋设在所述果树种植位置用于检测温湿度的传感器，每颗果树对应的所述传感器至少有三个且与果树主根距离不同，各个传感器均与服务器信号连接，所述服务器与所述阀门信号连接，用于根据传感器信号控制所述阀门开闭及控制输送管流量；所述自动采摘装置、所述渗灌装置均与服务器信号连接。

采用本申请的系统，综合对浆果类水果，如蓝莓、灯笼果、树莓等一年生或多年生浆果进行种植采摘，根据浆果成熟颜色和季节控制自动采摘装置识别成熟浆果进行采摘，根据浆果的生长周期控制渗灌装置进行肥水灌溉，灌溉装置通过传感器获悉果树根系的温度和湿度，结合果树的果期和土壤湿度为各个果树单独建立灌溉模型，结合当地温度、气候等为果树进行渗灌，节省水分，避免根系受到寒流变化而损伤，在结果期和成熟期进一步通过水分和水肥控制间接控制果实大小和甜度，在提高灌溉效果同时提高果树产量，大大节省人工。

附图说明

图1为本发明的一种实施方式的示意图；

图2为本发明渗灌管铺设方式的一种实施方式的示意图；

图3为本发明出水端的一种实施方式的结构示意图；

图中：1、渗灌管，11、出水端，111、缓冲腔，112、出水孔，113、渗灌孔，2、输送管，3、阀门，41、第一传感器，42、第三传感器，43、第二传感器，5、采摘车，51、采摘臂，52、视觉识别单元，6、采摘轨道。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面结合附图，对本发明做进一步详细说明。

参照图1，本申请公开了一种果树综合种植采摘系统，包括用于监控果树生长状态以及采摘的自动采摘装置和用于为果树浇水的渗灌装置；如图1所示，本申请中所述自动采摘装置包括与果树种植位置对应的采摘轨道6，每个采摘轨道6上均设置有至少一台采摘车5，所述采摘车5上设有采摘臂51，所述采摘臂51上设有至少一个用于识别果实颜色与位置的视觉识别单元52，视觉识别单元52可以为摄像头。本申请的采摘轨道6可以根据浆果种植位置采用直行轨道，也可以采用S型弯轨。采摘车5根据收获季节定期在轨道上巡回根据果实颜色判断果实成熟度并根据成熟度进行采摘，或者本申请的采摘车5根据人工指令进行定期采摘，每次采摘过程中自动识别果实成熟度，采摘熟果保留生果。本申请的所述渗灌装置包括与果树种植位置对应埋设的渗灌管1，与所述渗灌管1连接的输送管2，分别设置在每个所述渗灌管1与所述输送管2之间的阀门3，每个所述渗灌管1上均开有多个出水端11；还包括对应埋设在所述果树种植位置用于检测温湿度的传感器，每颗果树对应的所述传感器至少有三个且与果树主根距离不同，各个传感器均与服务器信号连接，所述服务器与所述阀门3信号连接，用于根据传感器信号控制所述阀门3开闭及控制输送管2流量；所述自动采摘装置、所述渗灌装置均与服务器信号连接。

本申请采摘轨道6对应铺设或吊装在果树种植位置的一侧。本申请中采用与浆果种植行平行铺设，本申请的浆果采摘的采摘车5总体质量较小，有吊装条件，如果是室内大棚种植也可设置在棚顶吊装方式，节省地面走线空间。

本申请公开的一种果树渗灌装置,包括与果树种植位置对应埋设的渗灌管1，与所述渗灌管1连接的输送管2，分别设置在每个所述渗灌管1与所述输送管2之间的阀门3，每个所述渗灌管1上均开有多个出水端11；还包括对应埋设在所述果树种植位置用于检测温湿度的传感器，每颗果树对应的所述传感器至少有三个且与果树主根距离不同，各个传感器均与服务器信号连接，所述服务器与所述阀门3信号连接，用于根据传感器信号控制所述阀门3开闭及控制输送管2流量；其中，所述服务器根据传感器信号控制所述阀门3开闭及控制输送管2流量的过程包括：所述服务器接收各个果树的传感器读数，结合当地时间和果树生长周期判断每个果树发育所需要的灌溉标准和各个果树的土壤温湿度，根据各个传感器埋设位置和当前读数为每颗果树建立灌溉模型；在建立灌溉模型后，所述服务器根据灌溉模型为每颗果树进行灌溉并实时参照传感器读数来判断是否完成灌溉；当传感器读数达到模型预设值后，所述服务器关闭对应果树的阀门3，以完成灌溉。本申请在灌溉过程中可以实时掌握土壤温度，结合土壤温度为果树进行灌溉，在采果后至落叶前、封冻休眠期等时间综合计算灌溉水量和灌溉渗透速度，以提高水资源利用效率同时避免损伤根系。本申请适用于内蒙古、东北等高纬度且较大种植面积的农场、农庄等，可以有效节约人力成本，提高浆果产量和口感。内蒙古处于西伯利亚寒流重点影响区域，入秋、入冬时间较早，在9月中旬即有寒霜，十月中旬迎来初雪，而果树一般在采果后至落叶前、封冻休眠期之前均需要进行灌溉，若灌溉温度掌握不合适则有可能对果树根系造成损伤，影响来年产量。本申请重点以内蒙古浆果种植区为例，内蒙古人均耕地0.24公顷，是全国人均耕地最多的省份之一，城市化率接近69%，除去牧民等行业外，内蒙古耕地人均种植面积大，劳动效率要求高的特点。经济类果树为提高经济效益，一般采用选苗、移植、密植等方式，在移植过程中会预先根据果树种类挖设移植坑。参照图1，本申请中所有附图仅作为示意，不代表本申请实际尺寸距离等，所有尺寸及距离以说明书为准。对于密植的果树，为了适应半干旱气候，同时为了有效控制灌溉水量，提高果实开花、结果、成熟等各个时期水分、水肥对果实成熟后口感的影响，本申请采用渗灌方式，渗灌管1一般埋设在地下5-20厘米处，渗灌管1一般以浆果果树主根为中心，半径10-35厘米左右的圆，根据浆果生果树长大小确定。渗灌管1埋设时间一般在果树移植前的移植树坑挖设过程中。参照图2本申请渗灌管1的一种布设方式多个渗灌管1通过一根输送管2进行渗灌。

在输送管2配合渗灌管1进行渗灌过程中，输送管2输送距离较长，在调节各个果树对应的阀门3开闭和流量过程中，输送管2和渗灌管1流量变化可能会产生“水锤”效应，短时间的水压变化会导致出水端11附近泥水形成成空洞或泥水反流。泥水反流可能会堵塞管道，而空洞过大会提高昆虫在空洞位置汇集进而进入渗灌管1堵塞管道导致渗灌位置不均匀的情况。为此，参照图3，本申请进一步对出水端11进行改造，将在出水端11设置出水嘴，出水嘴内部形成缓冲水压的缓冲腔111，缓冲腔111一端通过出水孔112连通有渗灌管1，另一端开设有多个渗灌孔113，单个渗灌孔113孔径小于出水孔112的二分之一，且渗灌孔113可通过流量不小于出水孔112总可通过流量二倍。通过出水嘴将水流通过缓冲腔111稳压再通过渗灌孔113流出，平缓渗灌水流，避免形成空洞。同时渗灌孔113孔径小于出水孔112的二分之一避免泥水倒流也避免较大昆虫进入管道，稍小昆虫进入管道后不至于堵塞出水孔112和渗灌管1，可以在下次灌溉时被冲刷出。此外，出水嘴可拆卸固定在所述渗灌管1上，在检修和维护过程中可以对单独出水嘴进行更换，提高整个灌溉系统的使用寿命。

在上述一个或多个实施例基础上，所述服务器将灌溉阶段分为前灌溉阶段和后灌溉阶段，其中前灌溉阶段为预设总灌溉量的80%-90%，所述后灌溉阶段灌溉量由服务器通过传感器读数和变化速率计算出灌溉渗透速率效果后进行调整。在本实施方案中，在渗灌过程中，水分渗透方向一般优先向下，其次向外，最后向上，在灌溉速率较慢时，水分主要向下渗透；在灌溉速率过快时，多余的水分在向下、向外渗透同时也会向上渗透。由于传感器精度、不同果树位置土壤的细微差别等条件不同，灌溉过程中各个位置水分渗透速率和湿润度也不同，为了避免一次灌溉不到位或过度灌溉的情况，本实施例将灌溉阶段分为前灌溉阶段和后灌溉阶段，其中前灌溉阶段为预设总灌溉量的80%-90%，所述后灌溉阶段灌溉量由服务器通过传感器读数和变化速率计算出灌溉渗透速率效果后进行调整。在前灌溉阶段结束后，根据不同传感器读数判断传感器位置土壤的湿润程度，进而判断水分在根系的渗透速率和渗透方向，以判断前灌溉阶段的灌溉效果，根据水分的渗透速率、渗透方向和各个传感器湿度情况进一步调整后灌溉阶段参数，以实现节约用水和提高灌溉效率。

在上述一个或多个实施方式的基础上，所述阀门3为比例电磁阀。本实施例中，比例电磁阀技术成熟，反应灵敏，对流量可以实现无级控制。虽然比例电磁阀相对普通电磁阀成本较高，但本申请的果树结果寿命较长，在比例电磁阀有效控制水肥的基础上可以有效提高果实口感，进而提高总经济效益。

在上述一个或多个实施例基础上，每颗果树的传感器有三颗，包括位置在渗灌管1上方且距离果树主根最近的第一传感器41，所述第一传感器41距离土壤表面10-15厘米；距离果树主根最远且埋设深度居中的第二传感器43以及埋设深度最深距离果树主根居中的第三传感器42。本实施例中，在渗灌过程中，水分渗透方向一般优先向下，其次向外，最后向上，在灌溉速率较慢时，水分主要向下渗透；在灌溉速率过快时，多余的水分在向下、向外渗透同时也会向上渗透，通过第一传感器41检测接近地表范围水分情况；第二传感器43判断果树是否灌溉到足够范围，第三传感器42检测果树是否灌溉到足够深度，通过三个传感器结合判断果树的灌溉情况，提高果树灌溉效率并节省水分。

在上述一个或多个实施例基础上，还包括所述服务器通过所述第一传感器41、所述第二传感器43与所述第三传感器42读数来控制灌溉速率过程，其控制过程包括：

当第一传感器41检测湿度增加且第二传感器43、第三传感器42变化不明显时，当第一传感器41、第二传感器43检测湿度增加且第三传感器42变化不明显时，当第一传感器41检测湿度过高时以及当第二传感器43检测湿度过高时，降低灌溉速率；当第三传感器42检测湿度增加且第二传感器43变化不明显时，增加灌溉速率；其他情况维持原灌溉速率不变。本实施例基于三个传感器读数对灌溉速率进行控制，当第一传感器41检测湿度增加且第二传感器43、第三传感器42变化不明显时，说明此时水分渗透到达第一传感器41但未到达第二传感器43、第三传感器42，向上渗透速率过快，因此减少灌溉速率；当第一传感器41、第二传感器43检测湿度增加且第三传感器42变化不明显时，说明此时水分渗透范围到达上方第一传感器41和最大范围的第二传感器43，但向下渗透速率低，因此减少灌溉速率使水分向下充分渗透；当第三传感器42检测湿度增加且第二传感器43变化不明显时，说明此时水分主要渗透方向为向下，但对外界渗透不足，因此增加灌溉速率；其他情况为正常灌溉，维持原灌溉速率不变。

在上述一个或多个实施例基础上，所述灌溉模型包括灌溉速率、预设总灌溉量以及到达对应灌溉效果时传感器读数范围。本申请的灌溉模型主要参考果树生长周期和本地气候、土壤温度、湿度情况，结合渗灌过程多次试验，以计算出适宜的渗灌速率，预设总灌溉量以及到达对应灌溉效果时传感器读数。

在本申请可以实现为果树浇水灌溉以及施加水溶性肥料，在实施过程中，根据果树的不同生长周期来调整果树的灌溉量。如在结果期，为了增加果实体积，在果实膨大期根据土壤湿度和温度，为果树适当补充水分、肥料和镁素，提高果实体积，可以采用多次少量方式通过传感器以及阀门3精确控制水肥量，保障果实水肥需要同时避免水分过多导致裂果等现象。在果实成熟期，主要以光合作用增加果实糖分为主，由于本申请前期的实施区域内蒙古光照充分，因此主要以控制水分为主，渗灌过程可以多次，每次都少量同时补充肥料，以提高果实糖分，提高口感。此外在越冬期前，结合传感器探测的土壤温度和湿度进行灌溉，在保障越冬水分同时避免根系的冻伤。

本发明的保护范围不局限于此，任何不经过创造性的劳动能够想到的技术方案的变化或者替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种果树综合种植采摘系统，其特征在于，包括用于监控果树生长状态以及采摘的自动采摘装置和用于为果树浇水的渗灌装置；

所述自动采摘装置包括与果树种植位置对应的采摘轨道，每个采摘轨道上均设置有至少一台采摘车，所述采摘车上设有采摘臂，所述采摘臂上设有至少一个用于识别果实颜色与位置的视觉识别单元；

所述渗灌装置包括与果树种植位置对应埋设的渗灌管，与所述渗灌管连接的输送管，分别设置在每个所述渗灌管与所述输送管之间的阀门，每个所述渗灌管上均开有多个出水端；

还包括对应埋设在所述果树种植位置用于检测温湿度的传感器，每颗果树对应的所述传感器至少有三个且与果树主根距离不同，各个传感器均与服务器信号连接，所述服务器与所述阀门信号连接，用于根据传感器信号控制所述阀门开闭及控制输送管流量；

所述自动采摘装置、所述渗灌装置均与服务器信号连接。

2.根据权利要求1所述的果树综合种植采摘系统，其特征在于，所述采摘轨道对应铺设或吊装在果树种植位置的一侧。

3.根据权利要求1所述的果树综合种植采摘系统，其特征在于，所述服务器根据传感器信号控制所述阀门开闭及控制输送管流量的过程包括：

所述服务器接收各个果树的传感器读数，结合当地时间和果树生长周期判断每个果树发育所需要的灌溉标准和各个果树的土壤温湿度，根据各个传感器埋设位置和当前读数为每颗果树建立灌溉模型；

在建立灌溉模型后，所述服务器根据灌溉模型为每颗果树进行灌溉并实时参照传感器读数来判断是否完成灌溉；

当传感器读数达到模型预设值后，所述服务器关闭对应果树的阀门，以完成灌溉。

4.根据权利要求3所述的果树综合种植采摘系统，其特征在于，所述服务器将灌溉阶段分为前灌溉阶段和后灌溉阶段，其中前灌溉阶段为预设总灌溉量的80%-90%，所述后灌溉阶段灌溉量由服务器通过传感器读数和变化速率计算出灌溉渗透速率效果后进行调整。

5.根据权利要求1所述的果树综合种植采摘系统，其特征在于，所述阀门为比例电磁阀。

6.根据权利要求1所述的果树综合种植采摘系统，其特征在于，所述出水端包括出水嘴，出水嘴可拆卸的固定在所述渗灌管上，且所述出水嘴内设有缓冲腔，所述缓冲腔一端通过出水孔连通有渗灌管，另一端开设有多个渗灌孔。

7.根据权利要求1所述的果树综合种植采摘系统，其特征在于，每颗果树的传感器有三颗，包括位置在渗灌管上方且距离果树主根最近的第一传感器，所述第一传感器距离土壤表面10-15厘米；距离果树主根最远且埋设深度居中的第二传感器以及埋设深度最深距离果树主根居中的第三传感器。

8.根据权利要求7所述的果树综合种植采摘系统，其特征在于，还包括所述服务器通过所述第一传感器、所述第二传感器与所述第三传感器读数来控制灌溉速率过程，其控制过程包括：

当第一传感器检测湿度增加且第二传感器、第三传感器变化不明显时，当第一传感器、第二传感器检测湿度增加且第三传感器变化不明显时，降低灌溉速率；

当第三传感器检测湿度增加且第二传感器变化不明显时，增加灌溉速率；

其他情况维持原灌溉速率不变。

9.根据权利要求3所述的果树综合种植采摘系统，其特征在于，所述灌溉模型包括灌溉速率、预设总灌溉量以及到达对应灌溉效果时传感器读数范围。