CN117916571A - 农业采样系统和相关方法 - Google Patents

Abstract

一种自动化计算机控制的采样系统和相关方法，用于针对诸如植物可利用营养物的各种化学特性收集、处理和分析土壤样本。采样系统允许以同时并发或半并发的方式针对不同的分析物或化学特性处理和分析多个样本。有利地，该采样系统可以在“收集”条件下处理土壤样本，而无需进行干燥或研磨。该采样系统通常包括样本制备子系统和化学分析子系统，所述样本制备子系统接收由探头收集子系统收集的土壤样本并产生浆料(即，土壤、植被和/或肥料和水的混合物)，化学分析子系统处理制备的浆料样品以量化样本的多种分析物和/或化学性质。样本制备子系统和化学分析子系统可用于分析土壤、植被和/或其他样本。公开了一种土壤收集系统，该土壤收集系统捕获样本并且将样本引导至采样系统以进行处理。

Description

农业采样系统和相关方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年8月31日提交的美国申请US63/260772、于2021年8月31日提交的美国申请US63/260776以及于2021年8月31日提交的美国申请US63/260777的优先权，它们的全部内容通过引用整体并入本文。

背景技术

本公开总体上涉及农业采样和分析，并且更特别地涉及一种全自动系统，其用于实施土壤和其他类型的与农业相关的采样和化学特性分析。

周期性的土壤测试是农业技术的重要方面。测试结果提供了关于土壤化学组成的有价值信息，例如植物可利用营养物和其他重要特性(例如，氮、镁、磷、钾、pH等的水平)，使得可以向土壤中添加各种改良剂，以最大化农作物生产的质量和产量。

在一些现有的土壤采样过程中，收集的样本被干燥、研磨、添加水，并且然后过滤以获得适合进行分析的土壤浆料。将萃取剂添加到土壤浆料中以提取出植物可利用营养物。随后过滤土壤浆料，以产生澄清溶液或上清液，将所述澄清溶液或上清液与化学试剂混合以用于进一步分析。

期望对土壤、植被和肥料的测试进行改进。

发明内容

本公开提供了一种自动化计算机控制的采样系统和相关方法，用于针对诸如植物可利用营养物的各种化学特性而收集、处理和分析土壤样本(以下称为“土壤采样系统”)。采样系统允许以同时并发或半并发的方式相对连续且快速相继地针对不同的分析物(例如，植物可利用营养物)和/或化学特性(例如，pH值)处理和分析多个样本。有利地，该采样系统可以在“收集”条件下处理土壤样本，而无需之前描述的干燥和研磨步骤。

本系统通常包括样本制备子系统和化学分析子系统，所述样本制备子系统接收由探头收集子系统收集的土壤样本并且产生用于进行进一步处理和化学分析的浆料(即，土壤、植被和/或肥料与水的混合物)，所述化学分析子系统从样本制备子系统接收所制备的浆料样本并对浆料样本进行处理，以用于量化样本的分析物和/或化学特性。所描述的化学分析子系统可以用来分析土壤、植被和/或肥料的样本。

在一个实施例中，样本制备子系统通常包括混合器-过滤器设备，所述混合器-过滤器设备将处于“采样”条件下(例如，未干燥和未研磨)的原始土壤样本与水混合以形成样本浆料。然后，在从该混合器-过滤器设备抽取浆料期间，混合器-过滤器设备过滤浆料，以用于在化学分析子系统中进行处理。化学分析子系统处理浆料并且执行下述一般功能：添加/混合萃取剂和变色试剂，将浆料样本离心以产生澄清的上清液，最后诸如经由比色分析进行感测或分析以检测分析物和/或化学特性。

尽管本文可以关于处理代表所公开实施例的一类用途的土壤样本来描述采样系统(例如，样本收集、制备和处理)，但是应当理解的是，包括所述设备和相关过程的相同系统还可以用于处理其他类型的与农业相关样本，所述与农业相关样本包括但不限于植被/植物、草料、肥料、饲料、奶质物或其他类型的样本。因此，本文的公开内容应被广泛地认为是农业采样系统。因此，本公开显然不局限于在仅仅针对感兴趣的化学特性来处理和分析土壤样本的情况下使用。

附图说明

根据详细描述和附图，将更加全面地理解本公开，其中相同的元件被类似地标记，并且在附图中：

图1是根据本公开的土壤采样分析系统的示意性流程图，其示出了土壤采样分析系统的各个子系统的功能方面；

图2是用于控制本文公开的系统和设备的基于可编程处理器的中央处理单元(CPU)或系统控制器的示意性系统图；

图3是根据本公开的移动式土壤样本收集系统的一个实施例的透视图；

图4是包括其收集设备的收集组件的后俯视透视图；

图5是收集组件的前俯视透视图；

图6是图5的放大细节图；

图7是图4的收集组件的刀组件的水平横截面图；

图8是收集组件的后仰视透视图；

图9是收集组件的前仰视透视图；

图10是收集组件的前视图；

图11是收集组件的后视图；

图12是收集组件的左侧视图；

图13是收集组件的右侧视图；

图14是收集组件的俯视图；

图15是收集组件的仰视图；

图16是收集组件的收集设备的后视分解图；

图17是收集设备的前视分解图；

图18是收集设备的收集线轴驱动机构的一部分的俯视分解透视图；

图19是收集线轴驱动机构的一部分的仰视分解透视图；

图20是线轴驱动机构的齿轮传动机构的组装好的透视图；

图21是其联接到收集线轴的从动齿轮的透视图；

图22是从动齿轮组件的仰视透视图；

图23是从动齿轮组件的俯视透视图；

图24是齿轮传动机构的侧视截面图；

图25是齿轮传动机构的透视图，其示出了驱动齿轮和从动齿轮；

图26是处于与土壤相接合的主动下方土壤样本收集位置的收集设备的第一侧视图，其中收集设备处于第一角旋转位置；

图27是收集设备的第二侧视图，其中，收集设备处于第二角旋转位置；

图28是处于上方收起位置的收集设备的侧视图；

图29是收集组件的支承滚动托架的托架底盘的前视透视图，收集设备安装到所述滚动托架；

图30是托架底盘的后视透视图；

图31是托架底盘的前视图；

图32是托架底盘的后视图；

图33是托架底盘的右侧视图。

图34是托架底盘的俯视图；

图35是托架底盘的仰视图；

图36是托架底盘的后视分解图；

图37是托架底盘的前视分解图；

图38是具有轮或辊和导轨的托架的后视透视图，其中，为了清楚起见，移除了外托架框架；

图39是托架的前视透视图；

图40是收集设备的收集线轴的透视图；

图41是收集线轴的放大透视图；

图42是收集设备的可替代的两个线轴实施例的后视透视图，其示出了线轴驱动机构的齿轮传动机构；

图43是其后视透视图，其中安装有齿轮传动机构的马达；

图44是齿轮箱的一部分以及从动齿轮和收集线轴中的一者的俯视透视图；

图45是其分解透视图；

图46是收集设备的刀组件的左侧视图，其示出了移除了线轴定位致动器的支承框架的线轴驱动机构；

图47是带有支承框架的线轴驱动机构的左侧视图；

图48是刀组件的第一左侧透视图；

图49是刀组件的第二左侧透视图；

图50是两个线轴刀组件的水平横截面图；

图51是从动齿轮组件的分解透视图；

图52是从动齿轮组件的组装图；

图53是示出单线轴或双线轴实施例的完整线轴操作循环的示意图；

图54是根据本公开的移动式土壤样本收集系统的可替代实施例的第一透视图；

图55是其第二透视图；

图56是仅仅样本收集拖车的俯视后视透视图；

图57是拖车的俯视图；

图58是拖车的侧后视透视图；

图59是拖车的侧视图；

图60是拖车的侧视图，但示出土壤样本收集设备；

图61是图60的土壤样本收集设备的俯视前视透视图；

图62是土壤样本收集设备的仰视后视透视图；

图63是土壤样本收集设备的前视图；

图64是土壤样本收集设备的后视图；

图65是土壤样本收集设备的右侧视图；

图66是土壤样本收集设备的左侧视图；

图67是土壤样本收集设备的俯视图；

图68是土壤样本收集设备的仰视图；

图69是土壤样本收集设备的局部侧视图，其示出了粘附到犁刀刀片上的土壤沉积物；

图70是与图69类似的土壤样本收集设备的局部侧视图，但示出了可操作以从犁刀刀片去除土壤沉积物的引导橇；

图71是样本收集设备的局部俯视后视透视图；

图72是犁刀刀片、样本收集刀组件和引导橇的分解图，其示出了它们的功能相互关系；

图73是犁刀刀片和刀组件的放大侧视图；

图74是收集设备的左侧的局部俯视后视透视图，其示出了具有马达的机动化(从动)犁刀刀片；

图75是收集设备的左侧的局部俯视后视透视图，其示出了使犁刀刀片旋转的可替代地面接合驱动轮；

图76是收集设备的右侧的局部俯视后视透视图；

图77是收集设备的犁刀刀片和刀组件的局部右侧视图；

图78是收集设备的俯视截面图，其示出了引导橇和刀组件的横向可枢转的后刀片元件；

图79是取自图78的放大细节图；

图80是刀组件的第一分解透视图；

图81是刀组件的第二分解透视图；

图82是收集设备的第一仰视后视透视图，其示出了刀组件的可枢转后刀片的安装细节；

图83是收集设备的第二仰视后视透视图；

图84是第一俯视截面图，其示出了刀组件被牵引通过土壤并且后刀片元件相对于铰接地联接到其上的前刀片元件横向枢转至第一角位置；和

图85是第二俯视截面图，其示出了刀组件被牵引通过土壤并且后刀片元件相对于铰接地联接至其的前刀片元件横向枢转至第二角位置。

所有附图不一定按比例绘制。除非另有明确说明，否则在一张图中出现并编号但在其它图中出现但未编号的部件是相同的部件。除非另有明确说明，否则在本文中对出现在带有相同完整编号但具有不同字母后缀的多个附图中的完整附图编号的参考应被解释为对所有这些附图的总体参考。

具体实施方式

本文通过参考示例性(“示例”)实施例来说明和描述本公开的特征和益处。该示例性实施例的描述旨在结合被认为是整个书面描述的一部分的附图进行阅读。因此，本公开显然不应局限于说明了可单独存在或以其他特征组合存在的一些可能的非限制性特征组合的示例性实施例。

在本文中公开的实施例的描述中，对方向或取向的任何参考都仅旨在方便描述，而不旨在以任何方式限制本公开的范围。相对术语(诸如，“下部”、“上部”、“水平”、“竖直”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶部”和“底部”)及其派生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)应当被解释为是指如继而所描述的取向或所讨论的附图中所示的取向。这些相对术语仅仅是为了方便描述，而不要求设备以特定取向来配置或操作。除非另有明确描述，否则诸如“附接”、“附连”、“连接”、“联接”、“互连”和类似词的术语是指这样的关系：结构直接彼此固定或附接或者通过介入结构间接地彼此固定或附接，以及可移动的附接或关系或刚性的附接或关系两者。

如贯穿本文所使用的，本文公开的任何范围都被用作用于描述该范围内的每一个值的简写。在范围内的任何值都可以被选择作为该范围的界限点。此外，本文所引用的所有参考文献在此都通过引用整体并入本文。在本公开中的定义与所引用的参考文献的定义发生冲突的情况下，以本公开为准。

图1是描述根据本公开的农业采样系统3000的各功能方面的高级示意性流程图。该农业采样系统包括协同和依序操作的多个子系统。本文公开的子系统共同地提供对从农田收集的土壤样本或其他农业样本的完整处理和化学分析、样本制备和处理、以及最终化学分析。在一个实施例中，采样的农业物质可以是土壤；然而，可以在相同系统中处理和分析其他类型的农业物质，所述其他类型的农业物质包括但不限于植被/植物、农作物残留物、草料、肥料、饲料、奶质物以及农业、畜牧业、乳制业或类似领域中感兴趣的其他与农业相关物质。例如，在对农作物生产和产量至关重要的土壤采样的背景下，农业采样系统3000有利地允许同时针对各种不同的植物可利用营养物或其他参数(诸如，例如但不限于pH、BpH(缓冲剂pH)等)而处理和化学分析多个样本。该信息可以用来生成农田的营养物/参数地图，以确定不同田地区域所需的土壤改良剂的适当数量，以最大化总农作物产量。

在各个实施例中，农业采样系统3000的多个部分或全部可以结合在被配置成横穿田地的机动化采样车辆上，以用于收集和/或处理来自各田地区域的土壤样本。这允许“即时”准确地生成该田地的全面的营养物和化学特性分析简档，以基于对样本中的植物可利用营养物和/或化学特性的量化来快速方便地识别该田地的每个区或区域实时所必需的所需土壤改良剂和施用量。农业采样系统3000有利地允许针对各种植物可利用营养物或其他化学特性和参数来同时并行地收集、处理和化学分析多个样本。

土壤采样系统3000通常包括样本探头收集子系统3001、样本制备子系统3002和化学分析子系统3003。在美国专利申请公报US2018/0124992A1和PCT公开WO2020/012369中完整描述了样本收集子系统3001和机动化采样车辆。样本探头收集子系统3001通常实施从田地提取和收集土壤样本的功能。样本可以呈土塞或土芯的形式。所收集到的土芯被输送到保持腔室或容器中，以由样本制备子系统3002进一步处理。在下述文献中描述了其他系统：2020年2月28日提交的美国申请US62/983237；2020年4月30日提交的US63/017789；2020年4月30日提交的US63/017840；2020年4月30日提交的US63/018120；2020年4月30日提交的US63/018153；2021年5月20日提交的US63/191147；2021年5月20日提交的US63/191159；2021年5月20日提交的US63/191166；2021年5月20日提交的US63/191172；2021年5月20日提交的US17/326050；2021年5月20日提交的US63/191186；2021年5月20日提交的US63/191189；2021年5月20日提交的US63/191195；2021年5月20日提交的US63/191199；2021年5月20日提交的US63/191204；2021年6月9日提交的US17/343434；于2021年6月9日提交的US63/208865；2021年6月9日提交的US17/343536；于2021年6月22日提交的US63/213319；2021年8月31日提交的US63/260772；2021年8月31日提交的US63/260776；2021年8月31日提交的US63/260777；2021年9月17日提交的US63/245278；2021年11月15日提交的US63/264059；2021年11月15日提交的US63/264062；2021年11月15日提交的US63/264065；2022年2月23日提交的US63/268418；2022年2月23日提交的US63/268419；2022年3月8日提交的US63/268990；以及于2022年3月9日提交的US63/269060；2022年3月9日提交的US/63/269064；2022年5月24日提交的US63/365243；2022年5月24日提交的US63/365244；2022年6月20日提交的US63/366673；2022年6月20日提交的US63/366674；2022年7月28日提交的US63/369722；2022年7月28日提交的US63/369724；2022年7月28日提交的US63/369765；2022年8月1日提交的US63/369988；2022年8月1日提交的US63/370072；2022年8月1日提交的US63/370077；2022年8月1日提交的US63/370081；和2021年2月10日提交的PCT/IB2021/051076；和2021年2月10日提交的PCT申请PCT/IB2021/051077；2021年4月7日提交的PCT/IB2021/052872；2021年4月7日提交的PCT/IB2021/052874；2021年4月7日提交的PCT/IB2021/052875；2021年4月7日提交的PCT/IB2021/052876。在下述文献中描述了其他采样系统：2020年2月28日提交的美国申请US62/983237；2020年4月30日提交的US63/017789；2020年4月30日提交的US63/017840；2020年4月30日提交的63/018120；2020年4月30日提交的US63/018153；2021年2月10日提交的PCT/IB2021/051076；以及2021年2月10日提交的PCT申请PCT/IB2021/051077；2021年4月7日提交的PCT/IB2021/052872；2021年4月7日提交的PCT/IB2021/052874；2021年4月7日提交的PCT/IB2021/052875；2021年4月7日提交的PCT/IB2021/052876。

样本制备子系统3002通常执行以下功能：将土壤样本芯接收在混合器-过滤器设备中；对土壤样本进行体积/质量定量；基于土壤的体积/质量来添加预定量或体积的过滤水；混合土壤和水的混合物以产生土壤样本浆料；从混合器-过滤器设备移出或输送浆料；以及自清洁混合器-过滤器设备以用于处理下一个可用的土壤样本。在一些实施例中，过滤器可以独立于混合器。

化学分析子系统3003通常实施以下功能：从样本制备子系统3002的混合器-过滤器设备接收土壤浆料；添加萃取剂；在第一腔室中混合萃取剂和浆料以汲取出感兴趣的分析物(例如，植物可用营养物)；离心萃取剂-浆料混合物以产生澄清液或上清液；将上清液移出或输送至第二腔室；注入试剂；在保持时间段内保持上清液-试剂混合物以允许与试剂进行完全化学反应；诸如经由比色分析来测量吸光度；和协助清洁化学分析装备。在一些实施例中，如本文进一步描述的那样，化学分析子系统3003可以以微流体装置或设备体现。

图1描述的过程和土壤样本收集装备可以由可编程的系统控制器2820自动控制和执行。控制器可以是诸如本文进一步描述和图2中示出的控制器处理系统的一部分，或者是如共同待决的美国专利申请公报US2018/0124992A1(美国专利申请US15/806,014)中所公开的控制器处理系统的一部分。可编程的系统控制器2820可操作地联接到本文公开的化学分析子系统3003的各部件(例如，泵、阀、离心机、压缩机(空气供应器)等)，用于控制通过该化学分析子系统的流体(例如，水、空气、浆料、萃取剂、试剂、上清液等)的处理顺序和流动，以对土壤或其他类型的农业样本进行充分处理和分析。图2描绘了可应用于本申请的可编程的系统控制器2820的一个实施例。

现在将更详细地描述样本收集子系统3001和可以被编程以控制样本收集子系统3001的操作的控制系统。

控制系统

图2是示出了控制或处理系统2800的示意性系统图，所述控制或处理系统包括基于可编程处理器的中央处理单元(CPU)，诸如本文所引用的系统控制器2820。系统控制器2820可以包括一个或多个处理器、非暂态有形计算机可读介质、可编程输入/输出外围设备、以及通常与基于功能完整的处理器的控制器相关联的所有其他必要的电子配件。包括系统控制器2820的控制系统2800经由合适的有线或无线通信链路可操作地且可通信地链接到在本文其他各处描述的不同土壤样本处理和分析系统和装置，以便以完全集成和按顺序的方式控制这些不同土壤样本处理和分析系统和装置的操作。

参考图2，包括可编程的系统控制器2820的控制系统2800可以安装在可平移的自推进式或牵引式采样车辆2802(例如，拖拉机、拖车、联合收割机等)上。如本文进一步描述的那样，各实施例中的车辆2802可以是发动机驱动的样本收集车辆8003(参见例如图3)或牵引式样本收集拖车8100(参见例如图54)。在其他实施例中，控制器可以是静止工作站或设施的一部分。采样车辆(无论是车辆8003还是拖车8100)及其边界在图2中由虚线框表示(在所示实施例中，虚线框内的那些项目被安装在采样车辆上)。

无论是在采样车辆上还是在采样车辆外，控制系统2800通常都包括可编程控制器2820、非暂态有形的计算机或机器可访问且可读介质(例如，存储器2805)、以及网络接口2815。计算机或机器可访问且可读介质可以包括任何合适的易失性存储器和非易失性存储器或可操作且可通信地耦合到一个或多个处理器的装置。可以使用易失性或非易失性存储器的任何合适的组合和类型，作为示例包括但不限于随机存取存储器(RAM)及其各种类型、只读存储器(ROM)及其各种类型、硬盘、固态驱动器、闪存、或可以由可操作地连接到介质的处理器写入和/或读取的其他存储器和装置。易失性存储器和非易失性存储器二者都可以用于存储程序指令或软件。在一个实施例中，非暂态的计算机或机器可访问且可读介质(例如，存储器2805)包含可执行的计算机程序指令，该可执行的计算机程序指令在由系统控制器2820执行时使得系统实施本公开的操作或方法(包括测量土壤样本和植被样本的性质和测试)。虽然在示例性实施例中非暂态的机器可访问且可读介质(例如，存储器2805)被示出为单个介质，但是该术语应当被视为包括存储一组或多组控制逻辑或指令的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库、和/或相关联的高速缓存和服务器)。术语“非暂态的机器可访问且可读介质”也应当被认视为包括能够存储、编码或携带由机器执行的指令集并且使得机器执行本公开的任何一种或多种方法的任何介质。因此术语“非暂态的机器可访问且可读介质”也应当被视为包括但不限于固态存储器、光学和磁性介质以及载波信号。

网络接口2815与图1所示的样本制备子系统3002和化学分析子系统3003的土壤或其他农业物质样本处理和分析系统和装置(共同由框2803表示)通信，以及与涉及收集、处理和分析土壤或其他与农业相关物质的其他系统或装置通信。

采样车辆2802(例如，图3中的发动机驱动的样本收集车辆8003或图54中的牵引式样本收集拖车8100)上的机器或土壤采样车辆网络2810可以包括传感器2812(例如，用于测量土壤样本和植被样本的特性的传感器、速度传感器等)和控制器2811(例如，GPS接收器、雷达单元)，该控制器2811用于控制和监测采样车辆的操作和包括样本收集设备8002的移动式土壤样本收集系统8000的操作。控制器2820被配置成经由网络2810控制样本收集设备8002的操作。网络接口2815可被配置用于有线和/或无线双向通信，所述有线和/或无线双向通信可以包括GPS收发器、WLAN收发器(例如，WiFi)、红外收发器、蓝牙收发器、以太网、近场通信或用于与包括土壤样本收集系统8000的其他装置和系统通信的其他合适的通信接口和协议中的至少一者。网络接口2815可以与如图2所示的控制系统2800、机器网络2810或者其他集成为一体。控制系统2800的I/O(输入/输出)端口2829(例如，诊断/车载诊断(OBD)端口)使得能够与另一个数据处理系统或装置(例如，显示装置、传感器等)通信。

可编程控制器2820可以包括一个或多个微处理器、处理器、片上系统(集成电路)、一个或多个微控制器或它们的组合。处理系统包括用于执行一个或多个程序的软件指令的处理逻辑2826和用于经由直接通信链路2831或网络接口2815向采样机器或车辆2802的机器网络2810发送通信以及从采样机器或车辆2802的机器网络2810接收通信的通信模块或单元2828(例如，发射器、收发器)。通信单元2828可以与控制系统2800(例如，控制器2820)集成为一体或者与控制器分离。在一个实施例中，通信单元2828可以经由I/O端口2829的诊断/OBD端口与机器/车辆网络2810进行可操作的数据通信。

控制系统2800的指导包括一个或多个处理器的系统控制器2820的操作的可编程处理逻辑2826可以处理经由通信单元2828或网络接口2815从移动式土壤样本收集系统8000和土壤样本处理和分析系统和装置2803接收的通信讯息(即数据/信息)，所述通信讯息包括但不限于农业数据(例如，测试数据、测试结果、GPS数据、液体施用数据、流速等)、与在可编程的系统控制器2820的控制下的样本收集设备8002和样本处理/分析装置2803的状态和操作相关的数据。控制系统2800的存储器2805被配置成用于预编程的变量值或设定点/基线值，存储所收集的数据以及用于执行以用来控制控制器2820操作的计算机指令或程序(例如，软件2806)，该控制器2820继而控制样本收集设备8002和样本处理/分析装置2803的操作。存储器2805可以存储例如软件部件(诸如用于分析土壤样本和植被样本以实施本公开的操作的测试软件、或任何其他软件应用程序或模块)、图像2808(例如，所捕获的农作物的图像)、警报、地图等。控制系统2800还可以包括音频输入/输出子系统(未示出)，所述音频输入/输出子系统可以包括麦克风和扬声器，用于例如接收和发送语音命令或用于用户认证或授权(例如，生物测定)。

在土壤采样/收集系统8000的一些实施例中，采样车辆2802(例如，发动机驱动的样本收集车辆8003或样本收集拖车8100)还可以包括包含多个不同的传感器的感测系统2812。感测系统和传感器与系统控制器2820进行数据通信。感测系统可以测试每个采样点处的附加数据。感测系统可以包括以下事项中的一者或多者：光谱测量、电导率、表观电导率、激光雷达、雷达、探地雷达、声纳、光学高度仪、相机、飞行时间相机。光谱测量的示例包括但不限于可见光、激光、近红外光谱、红外光谱、瞬态红外光谱、拉曼光谱、紫外线和X射线。与系统控制器2820通信的其他传感器可以与样本收集设备8002及其部件的操作相关联，所述部件包括各种装备位置或取向传感器、接近传感器等。土壤和/或其他农业物质的采样与感测的组合可以提供对用于收集样本的样本收集设备8002的完全自动化控制并且提供对田地中的各状况的更详细分析。

系统控制器2820经由通信链路2830与存储器2805双向通信、直接经由通信链路2831和/或可替代地经由与网络接口2815相关联的通信链路2837与机器或样本收集系统网络2810双向通信、经由通信链路2832与网络接口2815双向通信、经由通信链路2834、2835与显示装置2830以及可选的第二显示装置2825双向通信、以及经由通信链路2836与I/O端口2829双向通信。系统控制器2820还经由网络接口2815通过在本文先前描述的有线/无线通信链路5752和/或如图所示直接地与土壤样本处理和分析系统和装置2803通信。

显示装置2825和2830可以为用户或人类操作者提供可视的用户界面。操作者可以位于牵引采样拖车8100穿过农田AF的发动机驱动的样本收集车辆8003或发动机驱动的车辆8110上。显示装置可以包括显示控制器。在一个实施例中，计算机化显示装置2825因此可以是具有触摸屏的便携式平板装置或其他基于处理器的计算装置，所述触摸屏充当输入/输出装置，所述输入/输出装置显示数据(例如，装备状态和位置、土壤的测试结果、植被的测试结果、液体施用数据、所捕获的图像、局部视图地图层、所施用的液体施用数据的高清晰度田地地图、所种植或所收获的数据或其它农业变量或参数的高清晰度田地地图、产量图、警报等)，所述数据包括由农业数据分析软件应用程序生成的数据。计算机化显示装置2825还从用户或操作者接收输入，以用于控制样本收集设备8002，并且可以显示田地区域的分解图、监测和操作信息等，以用于控制收集设备和车辆的田地操作。操作可以包括对车辆和样本收集设备8002的构型的控制、对数据的报告、对包括传感器和控制器的机器或机具的控制、以及对所生成的数据的存储。显示装置2830在一些实施例中可以是显示器(例如，由原始装备制造商(OEM)提供的显示器)，其显示用于局部观察的地图层的图像和数据、所施用的液体施用数据、所种植或所收获的数据、产量数据，从而控制机器(例如，播种机、拖拉机、联合收割机、喷洒机等)，操纵机器，并且利用位于机器或机具上的传感器和控制器来监测机器或连接到该机器的机具(例如，播种机、联合收割机、喷洒机等)。

刀式土壤样本收集系统

以营养物分析为目的的传统农业土壤样本收集利用需要在时间和劳动力上进行低效投资的静止系统来实施。这包括手动提取土壤样本以进行测试。机器驱动的非静止式或“行进中”的自动样本收集对于更快且更省力的收集来说是令人期望的。

根据本文公开的自动化移动式土壤样本收集系统，所述自动化移动式土壤样本收集系统包括收集设备，所述收集设备包括支承框架并且包括一个或多个可旋转的土壤收集线轴，所述线轴被配置成穿入土壤，用于按照定时的预定间隔进行样本收集。每个线轴包括中空管状主体，其中，在所述中空管状主体的横截面几何构造中包括内部收集腔，以捕获代表深度的土壤切片并且保留样本。可以利用各种方法实现线轴的旋转致动，所述各种方法包括但不限于单独或以任何组合地使用马达和齿轮系、线性缸、齿条和小齿轮、螺线管和/或致动器的电力、气动或液压动力分配。为了进行样本收集，线轴通常在相对于土壤向下(即，进入土壤中)且闭合的位置中启动，这防止土壤进入收集腔中。以预定间隔，线轴交替通过围绕其纵向中心线旋转180度的循环。收集腔在收集线轴旋转时在相对于土壤的遮蔽状态(土壤收集腔被阻塞或堵塞)、暴露状态(捕获土壤样本)和返回到遮蔽状态(所捕获的样本保留在线轴中)之间循环和改变。样本收集设备可以由基于微处理器的系统控制器(诸如，本文先前描述的控制器2820或另一个控制器)控制。具有收集设备的支承框架被配置为安装在机动车辆上，所述机动车辆可操作以穿过农田并且在“行进中”收集样本。

图3至图53描绘了根据本公开的移动式土壤样本收集系统8000的一个实施例和各个方面。该系统包括收集组件8009，所述收集组件具有图431中标识的前部8005、后部8006、左侧向侧部8007和右侧向侧部8008，以便于在描述收集组件时参考。收集组件8009通常包括支承框架8001和可移动地安装到支承框架并且由该支承框架支承的样本收集设备8002。支承框架8001被配置为可拆卸地安装到任何类型的移动式牵引拖车/装备或自供电发动机驱动的轮式采样车辆8003的后部部分，所述任何类型的移动式牵引拖车/装备或自发电发动机驱动的轮式采样车辆可操作以行驶横穿包含土壤的农田AF，以便在车辆移动的同时在“行进中”动态地收集样本。这与传统的静止采样技术不同。作为一些非限制性示例，车辆8003如果是自供电的，则可以由汽油或柴油动力发动机、电动发动机或混合型发动机驱动。车辆8003可以仅用于土壤样本收集，也可以是农业技术中常用的任何类型的通用自驱动轮式车辆或装备，例如皮卡车或其他卡车、拖拉机、收割机等。所使用的动力车辆或牵引拖车/装备的类型不限制本公开。在图3所示的实施例中，样本收集设备8002被配置成由车辆8003牵引通过田地以收集样本。

支承框架8001通常可以包括被配置为直接或间接可拆卸地安装或联接到车辆的最向前的主框架区段8001-1、最向后的收集设备框架区段8001-3和安装在所述主框架区段和所述收集设备框架区段之间的中间轨道框架区段8001-2，所述中间轨道框架区段支承托架底盘8058。在一个实施例中，主框架区段8001-1可以包括被配置为联接至车辆8003的水平细长的安装杆8001-4。在一个实施例中，安装杆8001-4可以呈圆柱形。在安装到车辆的安装位置处的多个安装减振器8004在收集设备穿入土壤并且被车辆8003牵引通过土壤时适应收集设备8002的向上/向下运动并且减小振动。这避免安装件破裂。在一个实施例中，弹簧8004-1可以针对阻尼器使用，阻尼器诸如为一对具有弹簧的阻尼器：如图所示，在安装杆8004-1的每个相对端部上安装一个弹簧。可以使用其他数量的阻尼器和安装位置。

支承框架8000的中间轨道框架区段8001-2支承托架底盘8058，所述托架底盘包括可竖直移动的托架8050，所述可竖直移动的托架用于调节收集设备8002相对于土壤的表面或地平面和车辆8003的竖直位置。收集设备8002如本文进一步描述的那样可移动地联接至托架并且由托架支承，所述托架又由中间轨道框架区段支承。中间轨道框架区段8001-2可以包括一对侧向间隔开并且细长的竖直支承杆8001-5，所述竖直支承杆可以通过多个成角度的基本水平的支柱8001-6刚性地联接至水平的安装杆8001-4。水平支柱支承中间轨道框架区段8001-2和收集设备8002，该收集设备相对于车辆8003以悬臂方式联接到所述水平支柱。在一个非限制性实施例中，支柱8001-6可以安装在竖直支承杆8001-5的顶部部分近侧。中间轨道框架区段因此相对于主框架区段8001-1和车辆8003保持静止。在一个实施例中，竖直支承杆8001-5可以具有管状本体，所述管状本体具有矩形或正方形多边形横截面形状；然而，可以使用其他多边形和非多边形的横截面形状(例如，圆形)。这些竖直支承杆在上安装支架8051和下安装支架8052之间沿着竖直方向延伸。每个竖直支承杆8001-5的顶端部分和底端部分如图所示以刚性方式固定地联接至上安装支架和下安装支架。

托架底盘8058包括一对侧向间隔开的竖直的导轨8027，所述导轨8027在每一端部处分别经由对应的上底盘支架8058-1和下底盘支架8058-2刚性地联接到支承框架的中间轨道框架区段8001-2的上安装支架8051和下安装支架8052并且由所述上安装支架和所述下安装支架支承。导轨8027相对于竖直支承杆8001-5向后间隔开并且平行于竖直支承杆8001-5。在一个实施例中，导轨可以是具有圆形横截面的圆柱形的，以接合安装至托架8050的圆柱形辊8053，如本文进一步描述的那样。

值得注意的是，上述各种框架区段8001-1、8001-2和8001-3以及托架底盘8058可以包括多个附加的子零件、部件、紧固件、支架、轴承、套筒、轴环或如图中所示的主要零件之外的其他元件，其对于实施其预期支承和安装功能而言必不可少。提供这样的次要零件完全在本领域技术人员的能力范围之内，因此无需在此进行过度阐述。

继续参考图3至图53，土壤样本收集设备8002通常可以包括可旋转地支承和容纳在正被描述的本实施例中示出的至少一个收集线轴8040的样本收集刀组件8020、可旋转的犁刀刀片8021、线轴定位致动器8024、刀定位致动器8026、具有托架致动器8029的滚动托架8050，以及配置成可滑动地接合地面或土壤表面GS的至少一个引导橇8060。在一个实施例中，犁刀刀片8021安装在刀组件8020的前方并且位于刀组件8020附近，以随着收集设备行进通过土壤而在土壤中形成沟槽或犁沟，刀组件的至少上部分随后通过所述沟槽或犁沟。样本从犁沟内收集。犁刀刀片首先为跟随其后的刀组件打碎并且松动土壤。这有助于刀组件行进通过土壤并且由于刀组件包含可移动的收集线轴而更容易地收集样本。所收集的样本可以包括松散的土壤或土。

构成土壤样本收集设备8002的土壤接合元件的刀组件8020和犁刀刀片8021在沿着如在图3中最好地看到的以实现轴向对准的水平轴线HA行进的方向上基本上彼此轴向对准。这里使用的术语“基本上”意味着刀组件可以沿着水平轴线HA从犁刀刀片稍微侧向偏移，但功能上仍将行进到由犁刀刀片所产生的犁沟中并且受益于该犁沟。如图3和图26-27所示，刀组件8020和犁刀刀片8021部分地穿入土壤表面至预选深度，以用于收集土壤样本。

犁刀刀片8021可以由形状上呈大致圆形的金属板形成并且可以具有围绕刀片主体周向延伸的锋利的(即，锥形或楔形)外围切割边缘8151，以更好地切穿土壤。在一些实施例中，犁刀刀片可以具有如图所示的扇形设计，或者在其他实施方式中也可以是平面的。犁刀刀片8021在其中心处通过一对支承臂8022可旋转地联接至毂8023，该一对支承臂在犁刀刀片的相对侧上侧向间隔开。支承臂8022可以是竖直细长的，均具有以允许犁刀刀片8021旋转的方式联接到毂的一侧的底端部8022-1以及固定地联接到托架8050的主体的顶端部8022-2。

托架8050包括多个辊8028，所述多个辊被配置成滚动地接合导轨8027并且沿着导轨8027上下移动(在图38至图39中最佳地看到)。每个辊均可以具有弧形凹面的轨道接合表面，所述弧形凹面的轨道接合表面被配置成与导轨的圆形横截面形状互补，以在托架在该导轨上上下行进的同时保持积极相互接合。在一个实施例中，为了维持辊和导轨之间的顺滑滚动接合，导轨中的每一个都可以由竖直间隔开的成对的前辊8028-1、后辊8028-2以及外侧辊8028-3接合。前辊和后辊稳定托架在导轨上沿着前后方向的运动。外侧辊稳定托架在从一侧到另一侧的侧向方向上的运动。值得注意的是，托架8050上的辊组8028用于进一步减小前后向力以及从一侧到另一侧的侧向力，当设备在土壤表面GS处遇到崎岖不平且起伏的土壤状况或岩石时，所述前后向力以及从一侧到另一侧的侧向力可能会传到由托架支承的收集设备8002；在农田中，这两种情况都不足为奇。

托架8050在导轨8027上的竖直位置由线性作用的托架致动器8029控制。托架致动器8029竖直定向并且可以如图所示布置在导轨之间的竖直几何中心线处。托架致动器8029操作，以相对于车辆8003降低或升高托架，进而相对于土壤的土壤表面GS降低或升高托架(参见例如图24至图26)。因此，收集设备4002的刀组件4020和犁刀刀片4021穿入土壤中的深度主要由托架致动器8029进行调节，收集设备以悬臂方式安装至所述托架致动器。在一个实施例中，托架致动器8029可以是气缸式致动器；然而，也可以使用液压缸或电动线性致动器。托架致动器8029在顶部处固定地安装到中间轨道框架区段8001-2并且在底部处经由操作杆或活塞杆8029-1可操作地联接到滚动托架8050。通过缩回或伸出活塞杆，托架致动器8029相对于车辆8003和土壤表面选择性地升高或降低托架8050，整个收集设备8002被安装到所述托架并且被所述托架支承。当不收集土壤样本时，托架致动器8029可以将托架8050和安装到所述托架上的收集设备8002升高到上收起位置，以用于运输(参见例如图28)。在与土壤主动接合的下主动位置中(参见例如图26-27)，收集设备准备好收集土壤样本。

为了便于描述，收集组件8009可以被认为限定了与托架致动器8029同轴的竖直轴线VA(穿过导轨8027之间的几何中心线)和穿过犁刀刀片组件的毂8023的水平轴线HA(在图12中标识)。尽管竖直轴线相对于托架底盘8058和收集车辆8003保持固定就位，但随着托架8050沿着导轨8027上下移动，水平轴线可与犁刀刀片8021和刀组件8020一起竖直移动。细长的收集线轴8040限定纵向轴线LA(在图12中标识)，所述纵向轴线LA可以在平行于竖直轴线VA的位置和相对于竖直轴线VA成角度倾斜的位置(参见例如图26至图27)之间改变，如本文进一步描述的那样。

收集设备8002(例如，刀组件8020和犁刀刀片8021)可枢转地联接到一对支承臂8022，该一对支承臂经由枢转臂连杆8061联接到托架8050。连杆8061具有可枢转地联接到毂8023的一个端部和可枢转地联接到固定地安装到刀组件8020的枢转臂支架8055的相对端部。枢转臂支架8055在下面进一步描述的一个非限制性实施例中可以安装到较大的前刀片元件8031，优选地安装在该前刀片元件的顶部部分上，该顶部部分在样本收集期间保持位于土壤上方(参见例如图5-6、图17和图26)。收集设备的刀组件8020具有与犁刀刀片的毂8023的水平定向的旋转中心线重合的枢转轴线PA。刀组件8020可围绕其枢转轴线沿着弧形路径向上和向下移动(参见例如图26-27)。

在一个实施例中，刀定位致动器8026可以是气缸式致动器；然而，也可以使用液压缸或电动线性致动器。刀定位致动器8026被配置成经由可移动的操作杆或活塞杆8026-1沿线性方向动作，所述可移动的操作杆或活塞杆在底部处经由U形夹和销组件8056可旋转地联接到刀组件摆臂支架8055。在顶部处，致动器壳体的顶部经由带销的连接件8057可枢转地联接到刚性地安装在犁刀刀片组件的支承臂8022之间的十字形板8054。刀定位致动器8026提供作用于刀摆臂上的保持力并且可以用于至少部分地设定刀组件8020和犁刀刀片8021穿入土壤中的深度以及刀组件相对于竖直轴线VA的角度。

刀定位致动器8026具有另一个有用的目的，即，保护收集设备8002免受损坏。在收集农田AF中的土壤样本时使用收集设备期间，行进中的收集设备8002可能遇到土壤中的障碍物(例如，岩石等)(参见例如图26)。在图26中，活塞杆8026-1相对于致动器壳体处于伸出位置，其中，刀组件8020处于成角度的位置(例如，前刀片元件8031的前侧相对于竖直轴线VA倾斜地成角度)，以用于更容易地犁过/行进通过土壤。如果在障碍物被刀组件和/或犁刀刀片碰撞时克服障碍物所需要的力比致动器可以提供的保持力(例如，气动/液压致动器的空气/油压力，或电动致动器的电阻)更大，则致动器的活塞杆被压缩并且缩回到致动器壳体中，从而使得刀组件可枢转地向后倾斜并且升高收集设备以允许障碍物从刀组件下方经过(例如，比较图26-27)。现在，前刀片元件8031的前侧可以基本上平行于竖直轴线VA。因此，刀定位致动器8026的缸有利地用作减震器，以在遇到地下土壤障碍物时为收集设备提供机械缓冲或“脱离”机构，以防止损坏装备。

刀组件8020包括后刀片元件8030、前刀片元件8031、顶部刀片安装支架8032和底部基板8033(参见例如图16)。底部基板8033和顶部刀片安装支架8032可以是水平细长的，其中，后刀片元件和前刀片元件夹在所述底部基板和所述顶部刀片安装支架之间。后刀片元件和前刀片元件经由任何合适的方法(例如但不限于螺纹紧固件、焊接或其他固定安装方法)在其顶部处刚性地安装至顶部刀片安装支架8032而在其底部处刚性地安装至底部基板8033，以向刀组件提供刚性，以便抵消因将刀组件牵引通过土壤以进行样本收集所施加的土壤压力。

后刀片元件8030和前刀片元件8031可以沿着样本收集设备的水平轴线HA以水平轴向间隔开的方式安装到底部基板，以共同限定位于其间的竖直细长的线轴狭槽8041(在图6和图7中最佳示出)。因此，线轴狭槽8041由在各刀片元件之间产生的空间共同限定。线轴狭槽8041具有配置成与线轴8040的横截面形状互补的横截面形状，在一个实施例中，所述线轴的横截面形状可以是圆形(参见例如图7)。如果在其他实施例中将多于一个的线轴结合到刀组件中，则可以提供额外的线轴狭槽8041，如下文进一步描述的那样。线轴狭槽8041被配置成将线轴8040可旋转且可滑动地接收在线轴狭槽中。具体地，线轴8040可在线轴狭槽中竖直且可滑动地向上/向下移动并且还可旋转地移动，以用于捕获且保留土壤样本，如本文进一步描述的那样。线轴狭槽8041和线轴8040两者都具有圆形的横截面，这是因为在所示实施例中线轴可以具有圆柱形构型。

在一个实施例中，后刀片元件8030和前刀片元件8031可以由大致平坦的金属板形成；每个刀片元件都具有基本上彼此平行的相对的右侧向主表面和左侧向主表面。可以使用刀片元件8030、8031的任何合适的整体通用构型，只要这些刀片元件足以支承和容纳收集线轴8040并且可以穿入土壤即可。刀片元件的周边轮廓可以具有不同的形状，其可以是多边形、非多边形或它们的组合。迎面接合并且犁过土壤的前刀片元件8031可以更大并且更坚固，以完成该功能目的。前刀片元件8031的前缘8120a可以成角度或成楔形(横截面)，以更好地犁过土壤。较小的后刀片元件8030主要用于限定线轴狭槽8041。值得注意的是，向前的犁刀刀片8021的作用是随着刀组件8020被牵引通过土壤而在所述刀组件8020遇到土壤之前部分地松动土壤。然而，刀组件8020的后刀片元件8030和前刀片元件8031在犁刀刀片8021的底部和引导橇8060下方竖直延伸(参见例如图12至图13)，使得刀组件的下部分遭遇位于犁刀刀片所犁过的犁沟或沟槽的底部近侧确且在正下方的土壤。该土壤层可以被犁刀刀片略微松动，以减小作用在刀组件上的摩擦阻力，从而使得刀组件更容易向前行进通过土壤，以收集土壤样本。

如在图26至图27中看到的，刀组件8020包括引导橇8060，所述引导橇基本上限制刀组件插入土壤中的深度。引导橇8060具有水平细长的主体和弧形上翻的前端部，以适应农田土壤表面中自然出现的起伏。引导橇可以经由圆柱形安装凸台8062刚性地安装到刀组件的一个侧向侧部(例如，前刀片元件8031)。在一个实施例中，安装凸台8062可以焊接到引导橇的顶部和前刀片元件8031的侧部。这形成结构坚固的附接，当收集设备8002遇到在农田中并不罕见的起伏不平的土壤表面状况或表面碎屑(例如，下凹部、脊状部、岩石、树枝等)时，所述结构坚固的附接能够保持刀组件8020抵靠土壤表面GS的位置和刀定位致动器8026的保持力(如在本文其他地方描述的那样)。引导橇8060可以优选地由任何合适的耐用且坚固的金属制成。

图7和图16-25更详细地示出了土壤收集线轴8040和相关联的线轴驱动机构8070a的各方面。在一个实施例中，线轴8040可以具有细长的圆柱形主体，所述圆柱形主体具有侧向且向外开口的收集腔8042。该收集腔可以从顶端8043到底端8044基本上在线轴的整个长度上延伸。顶端被配置为安装到线轴定位致动器8024，所述线轴定位致动器操作以选择性地升高或降低刀组件8020中的线轴。底端可以被封闭以保留所捕获的土壤样本。收集腔8042可以具有从一侧到另一侧的弧形弯曲的轮廓或形状，以有助于移除所捕获的样本。线轴8040可以由对于使用条件而言具有坚固性和耐用性的合适金属(诸如，铝或钢)形成。在一个实施例中，不锈钢可以用于腐蚀防护，以确保线轴在刀组件4020的线轴狭槽8041中顺滑的旋转和线性运动。

刀组件8020还包括可操作地联接至收集线轴8040的线轴驱动机构8070a，所述线轴驱动机构操作，以便(1)使得线轴旋转，以用于捕获并且保留土壤样本，(2)升高和降低线轴，以用于将样本排出到样本输送系统中。为了实现线轴的前述双重运动，线轴驱动机构包括用于线轴的旋转运动的齿轮传动机构8070和用于线轴的线性上下运动的线轴定位致动器8024。下面将依次描述每种运动和功能。

齿轮传动机构8070包括电动马达8072，所述马达包括联接至马达的驱动轴并且与主从动齿轮8073相互啮合的驱动齿轮8074(参见例如图25)。从动齿轮8073与收集线轴8040可操作地连接，如本文进一步描述的那样。驱动齿轮和从动齿轮可以容纳在具有任何适当构型的齿轮箱8071中，以免受元件和环境的影响。齿轮箱和马达又可以安装在齿轮传动机构的支承底座或平台8075上并且由齿轮传动机构的支承底座或平台8075支承，所述齿轮传动机构的支承底座或平台可以附接到刀组件8020的顶部。在一些实施例中，平台8075可以被配置为联接到样本收集/传送系统，以将土壤样本输送至土壤样本分析系统，用于进行如本文先前所述的浆料制备和化学分析。马达8072可以由齿轮箱支承并且包括联接到驱动齿轮8074的驱动轴8074-1、轴支承轴承8074-2、以及在驱动齿轮和马达壳体之间进行支承并且围绕驱动轴的轴套筒配件8074-3。

一对适当类型的齿轮轴承8076支承从动齿轮8073以进行旋转运动(参见例如图18和图24)。从动齿轮组件可以包括插入通过齿轮毂8073-3的中央贯通通道8073-2的管状中空的驱动套筒8073-1。当收集线轴被升高和降低时，收集线轴8040被接收在驱动套筒的贯通通道8073-5中并且可向上/向下滑动通过该贯通通道。在外部，驱动套筒可以包括多个纵向的花键8073-4，所述花键可以可移除地以及可插入地用键连接到形成在齿轮毂的贯通通道8073-2内侧的配合纵向槽8073-5，以使驱动套筒和从动齿轮8073旋转地互锁，使得驱动套筒与从动齿轮一致旋转(参见例如图18-19)。花键8073-4可以是如图所示位于配合的纵向狭槽中的附接至驱动套筒外部的单独部件，或者可以一体地形成为驱动套筒的管状主体的整体结构部件。如果由于磨损而需要更换，则驱动套筒8073-1旨在成为比从动齿轮8073更容易更换且成本更低的部件。

驱动套筒8073-1经由样本排出器8081形成与收集线轴8040的轴向可滑动但旋转互锁的接口，所述样本排出器可以通过任何合适的措施在驱动套筒的贯通通道8073-5内侧固定地附接到驱动套筒。在一个实施例中，可以通过销8081-1创建销连接；然而，螺纹紧固件或其他措施可以用于进行固定附接。样本排出器8081可以安装到驱动套筒8073-1的底端，使得样本排出器的上方带销部分驻留在驱动套筒接头8073-5的下部分内，而楔形下部分向下突出到驱动套筒和从动齿轮下方(参见例如图21)。样本排出器8081以允许线轴相对于样本排出器轴向纵向运动的方式旋转地锁定到收集线轴8040的收集腔8042并且至少部分地嵌套在收集腔8042内。样本排出器被配置并且可操作以从收集腔排出所捕获的土壤样本，以用于土壤分析系统进行收集和进一步处理/分析。样本排出器8081在竖直位置中保持静止，但可随齿轮传动机构旋转，同时线轴定位致动器8024通过驱动套筒和从动齿轮可以使收集线轴8040轴向向上/向下选择性地移动。样本排出器8081可以具有成角度的楔形刮刀端，所述楔形刮刀端被配置成当线轴被升高时将土壤样本从收集线轴8040的收集腔8042楔出。

齿轮传动机构8070可操作以经由与样本排出器8081相接合而使收集线轴8040在用于捕获土壤样本的打开位置和用于保留所捕获的样本的关闭位置之间旋转。值得注意的是，与沿着轴向方向竖直穿入土壤的手动操作的手持式土芯提取装置或探头被向下推动至期望深度并且随着其被笔直拉回而收集仅保持在该工具中的土芯样本相反地，本发明的线轴8040沿着平行于土壤表面GS的行进方向犁过土壤。这捕获了这样的土壤样本，随着收集设备(即，犁刀刀片和刀组件)以预先选定的深度犁过土壤，所述土壤样本在横向于线轴的纵向轴线LA并且平行于收集设备的行进方向的方向上被推入收集腔8042中。

在一个实施例中，线轴定位致动器8024可以是气缸式致动器；然而，也可以使用液压缸或电动线性致动器。线轴定位致动器8024可以由来自齿轮传动机构支承平台8075和/或刀组件8020的基本上竖直的致动器支承框架构件8024-2支承。支承框架被配置成沿着线轴的纵向轴线LA使得活塞杆与收集线轴8040同轴地对准。线轴定位致动器8024被配置成经由可移动操作杆或活塞杆8024-1沿线性方向动作，所述可移动操作杆或活塞杆经由中间元件联接到线轴8040的顶端。

特别地参考图18-19和图24-25，线轴定位致动器的活塞杆8024-1的底端可以刚性地联接至中空管状连接器8077，所述中空管状连接器包括在连接器主体端部之间延伸并且延伸穿过连接器主体端部的纵向贯通通道8077-1。在一个实施例中，可以提供螺纹联接件；然而，作为一些非限制性示例，刚性联接件的其他形式包括但不限于带销连接件、冷缩配合、螺纹紧固件等。连接器8077又联接到可自由旋转的转动联接件8078，所述转动联接件联接到收集线轴8040。转动联接件8078包括轴环8080、紧固构件8079和可旋转地支承紧固构件的至少一个或一对轴承8082。轴环8080可以带有凸缘，包括环形径向突出的凸缘8080-1，所述环形径向突出的凸缘通过多个螺纹紧固件8080-2固定地附接到连接器8077的底部，使得轴环不能相对于连接器旋转。在一个非限制性实施例(如图所示)中，紧固构件8079可以是螺纹紧固件，所述螺纹紧固件延伸通过轴环8080的中央通道8080-3，以螺纹接合收集线轴8040的顶端8043。收集线轴的顶端被接收在中央通道8080-3的下部分中，以接合紧固构件8079。线轴定位致动器8024的操作在用于捕获/保留土壤样本的下部位置和排出土壤样本的上部位置之间选择性地升高和降低收集线轴8040。

参考图24，可以通过首先将轴承8082和紧固构件8079附接到带凸缘的轴环8080的顶部和收集线轴8040的顶端来组装连接器8077和转动联接件8078。紧固构件的头部和轴承被插入通过连接器的贯通通道8077-1的底端。然后将轴环的凸缘8080-1紧固至连接器8077，经由凸缘以可旋转的方式将轴承和紧固构件限制在连接器内。

现在将简要描述使用收集设备8002从农田捕获土壤样本的过程或方法。图53示出了收集线轴8040从开始到完成样本收集、保留和排出的完整循环过程。首先，将车辆8003驱动或牵引至农田中的期望起始位置。收集设备8002在输送期间处于相对于土壤表面GS和车辆的上部位置。然后降低收集设备以主动穿入土壤并且接合土壤。可以经由如本文先前描述的操作托架致动器8029通过托架8050的竖直位置来调节和设定用于收集土壤样本的刀组件和犁刀刀片8021的期望穿入深度。这可以在车辆静止时或者可替代地在车辆移动时来实施。可以通过如本文先前描述的操作刀定位致动器8026来调节刀组件8020的角度取向。在一个实施例中，刀组件可以被设定到相对于收集设备8002的竖直轴线VA(即，前刀片元件8031的前侧/边缘)的倾斜成角度位置，以更容易地犁过土壤(参见例如图18)。收集设备包括可旋转的犁刀刀片8021和刀组件8020，所述刀组件布置成位于犁刀刀片近侧并且包括至少一个可旋转的收集线轴8040，所述收集线轴包括收集腔8042。收集线轴可以最初处于刀组件8020中的下部位置，所述下部位置可以是通过如本文先前描述的操作线轴定位致动器8024设定的最低位置(参见例如图18)。因此，收集线轴的底端可以定位在收集腔8042接合基板8033的顶表面的底端处。收集线轴8040的收集腔8042可以面向前或面向后，并且在线轴狭槽8041处遮蔽刀组件8020的每一侧上的侧向开口，如图53中的位置1所示。

然后，收集设备4002(刀组件8020和犁刀刀片8021)在平行于土壤表面GS的行进方向上移动并且以期望深度犁过土壤。犁刀刀片在刀组件的前方形成犁沟或沟槽，所述刀组件至少部分地在所述犁沟或沟槽中行进以捕获土壤样本。在预定时间(其可以是预先编程的定时序列的一部分)，于是将收集线轴8040旋转整整180度，包括：(1)从收集腔8042的相对于土壤遮蔽的第一关闭位置经由第一个90度旋转至侧向打开位置(在侧向打开位置中，收集腔暴露于邻接土壤，使得土壤样本被捕获在收集腔8042中)；(2)经由第二个90度旋转至相对的第二关闭/遮蔽位置，以用于保留土壤样本。这由图53中的位置2表示。收集线轴被齿轮传动机构8070以预定时间旋转以捕获且保留土壤样本。在一些方法中，线轴可以连续地旋转通过前述第一关闭位置-侧向打开的土壤捕获位置-第二关闭位置。可以选择收集线轴8040的旋转速度以允许有足够的时间将土壤推入暴露的收集腔8042中。可替代地，可以首先使线轴旋转90度至侧向打开位置，保持线轴处于侧向打开位置中预定时间段，以足以允许土壤被推动且进入收集腔中，之后使线轴进一步旋转90度回到第二关闭位置，以用于保留该样本。可以根据需要和/或期望使用任一方法来收集完整样本，所述完整样本优选地可以填充线轴的收集腔8042的其暴露出长度的至少大部分。

一旦已经捕获了土壤样本，收集线轴8040就可以在处于第二关闭位置(位置2，图53)时经由线轴定位致动器8024的致动和线性操作而升高到相对于刀组件8020的上部位置。随着线轴被升高，暴露在齿轮传动机构支承平台中的从动齿轮8073正下方和刀组件8020的顶部上方的排出器8081滑动通过线轴收集腔8042并且将样本从线轴收集腔8042中刮出，以由样本收集/传送系统捕获，用于进一步处理，以制备样本浆料并且最终对该样本浆料进行化学分析以量化感兴趣的分析物的浓度。值得注意的是，因为样本排出器8081定位在刀组件8020上方，所以可以在线轴8040仍然处于第二关闭位置时从线轴主动地排出样本而无需线轴的进一步旋转。因此，暴露出收集腔8042的在刀组件上方的部分。

在样本已被排出之后，可以通过下述方式来继续该方法：在线轴仍处于上部位置时将线轴旋转回到第一关闭位置(位置1，图53)，然后降低刀组件中的收集线轴8020使其向下回到最初下部位置。在该方法的可替代实施方式中，在线轴处于第二关闭位置(位置2，图53)时，可以在不旋转的情况下降低线轴。由于刀组件8020的两个侧向侧部在线轴狭槽8041处都是敞开的，如图7所示，因此随着线轴从位置2旋转回到位置1，可以以与之前描述的方式相同的方式但是从刀组件的第二侧向侧部重复前述样本收集循环。使用这样的方法，利用收集线轴8040和收集腔8042每旋转180度(从前到后以及从后到前)均可以收集样本。这使得线轴每旋转360度所收集的样本数量加倍。因此，每次要收集样本时，在样本排出之后不需要将线轴旋转回到收集腔的初始起始位置(位置1)。

值得注意的是，收集线轴8040可以在土壤样本捕获和排出过程期间沿着任一方向旋转。在一些实施例中，如果使用可逆马达8072，则线轴可以从初始关闭位置沿着第一方向旋转90度到打开位置以捕获样本，然后沿着相反方向向回旋转90度而返回到同一初始关闭位置，以重新关闭收集腔8082来保留样本，以及升高线轴以用于排出样本。因此，本公开设想的前述方法的多种变化是可能的。

在参考图18的优选但非限制性的实施例中，前述样本收集过程或方法可以由可编程控制器自动控制，例如但不限于本文先前描述的系统控制器2820或单独的专用收集控制器，所述单独的专用收集控制器可以操作地链接到系统控制器2820并且与系统控制器2820通信以协调样本收集、处理和分析的整个循环。托架致动器8029、刀定位致动器8026和线轴定位致动器8024因此可以可操作地且可通信地耦合到系统控制器2820并且处于系统控制器2820的控制下，所述系统控制器2820以期望时间激活每个致动器，所述期望时间可以被预编程和/或基于由人类操作员经由任何适当的建立双向通信的有线或无线的基于电子处理器的人员输入装置(例如，智能手机、平板电脑、笔记本电脑等)输入。在气动或液压致动器的情况下，值得注意的是，控制可以包括系统控制器2820，所述系统控制器操作与致动器相关联的空气或油控制阀，所述空气或油控制阀进而控制这些类型致动器的操作。在电动线性致动器的情况下，系统控制器2820可以直接耦合到致动器并且对致动器起作用，以电动控制致动器的操作。各种其他控制方案也是可能的。

图42至图52描绘了根据本公开的收集设备8002A的双线轴实施例。先前在本文中描述的针对图3至图41的单线轴实施例的支承框架8001和收集组件8009的其他元件在结构和操作上保持相同。为了简洁起见，将不再对它们详细重复描述。将仅根据需要进一步描述双线轴实施例的附加方面或不同方面。针对前述单线轴实施例描述的先前分配了数字标记的元件已经针对当前描述的双线轴实施例添加了后缀“A”。

本双线轴实施例中的主要区别在于，两个线轴8020A由刀组件8020A可旋转地支承，所述刀组件被修改为包括两个平行细长的线轴狭槽8041A；每个细长的线轴狭槽均可旋转且可轴向滑动地接收线轴。这允许刀组件每次穿过田地时收集更多数量的土壤样本。另外，可以经由系统控制器2820对每个线轴8040A打开以收集样本或关闭以遮蔽收集腔8042A或保留所收集的样本的时间进行定时，以确保在给定时间内仅仅收集单个样本。有利地，一个线轴8020A可以位于用于收集土壤样本的下部位置，而第二线轴位于用于排出样本的上部位置。于是，随着收集设备8002A行进，两个线轴交替并切换位置，从而允许刀组件8020A在行驶通过田地的给定距离内以更高的频率收集样本。例如，对于车辆8003和收集设备8002成排地直线行驶通过土壤20英尺，在每个样本的收集点之间的直线距离较短的情况下，与前述单线轴收集设备实施例相比，可以收集两倍数量的土壤样本。当系统分析样本时，该数据可以用于生成针对农田的感兴趣的土壤营养物(例如氮、钾等)或其他分析物的水平的更详细地图。值得注意的是，在一些实施例中，可以设置由刀组件可移动地承载的多于两个线轴，以进一步缩短田地中土壤采样点之间的距离。

为了适应两个线轴8020A的独立的旋转和轴向线性运动，为每个线轴提供改进的齿轮传动机构8070A和单独的线轴定位致动器8024A。值得注意的是，双线轴收集设备8002A的操作和部署同样只需要单个托架致动器8029和刀定位致动器8026。双线轴齿轮传动机构8070A包括：两组电动马达8072A，每组电动马达均具有可旋转的驱动齿轮8074A和相关联的相互啮合的从动齿轮8073A；两个驱动套筒8073-1A，每个所述驱动套筒与从动齿轮8073A旋转互锁；两个样本排出器8081A；以及针对收集线轴8040A联接件的两组线轴定位致动器，收集线轴联接件均包括连接器8077A和用本文先前描述的相同子零件联接到所述连接器的转动联接件8078A。值得注意的是，每个从动齿轮8073A和驱动齿轮8074A的组合均可以独立于彼此起作用和旋转，从而允许独立控制针对使每个线轴旋转以收集、保留或排出土壤样本的定时。

为了容纳两个线轴，刀组件8020A被修改为结合了两个线轴狭槽8041A。使用与单线轴收集刀组件8020相同的制造方法，本双线轴刀组件8020A因此包括后刀片元件8030A、前刀片元件8031A、中间刀片元件8030-1A、以及顶部刀片安装支架8032A和底部基板8033A。后刀片元件、前刀片元件和中间刀片元件可以沿着收集设备8002A的水平轴线HA以水平轴向间隔开的方式安装至底部基板，以在其间共同限定一对竖直细长的线轴狭槽8041A(参见例如图48-50)。各刀片元件可以具有任何合适的构型并且以图26-27所示和本文之前描述的方式起作用，以用于收集土壤样本。各刀片元件以与本文先前描述的方式(例如，用于可拆卸联接的紧固件或用于永久联接的焊接)相同的方式固定地附接到底部基板8033A和顶部刀片安装支架8032A并且位于底部基板8033A和顶部刀片安装支架8032A之间。

双线轴收集设备8002A的每个收集线轴8040A都根据本文之前针对单线轴实施例描述的方法/过程相同的方法/过程来操作，为了简洁起见，这里将不再重复描述。收集循环可以由系统控制器2820以相同的方式自动控制。通过使用系统控制器，针对该一对线轴中的每一个线轴的样本收集、保留和排出的定时和排序可以以先前在上文描述的方式被预编程并且自动实施。

在一个实施例中，一种用于从农田捕获土壤样本的方法可以包括：提供收集设备，所述收集设备包括可旋转的犁刀刀片和刀组件，所述刀组件布置在犁刀刀片的近侧并且包括均包含收集腔的可旋转的第一收集线轴和第二收集线轴，所述收集腔被配置用于捕获土壤样本；将第一收集线轴和第二收集线轴中的每一个收集线轴置于第一关闭位置；在收集设备沿着平行于土壤表面的行进方向的情况下以一定深度犁过土壤；将第一收集线轴从收集腔相对于土壤遮蔽的第一关闭位置旋转至收集腔暴露于土壤的打开位置，以将第一土壤样本捕获在收集腔中；将第一收集线轴旋转至第二关闭位置，以用于保留第一土壤样本；将第一收集线轴升高到第二关闭位置并且将第一土壤样本从收集腔中排出；以及在升高第一收集线轴的同时，将第二收集线轴从收集腔相对于土壤遮蔽的第一关闭位置旋转到收集腔暴露于土壤的打开位置，以将第二土壤样本捕获在第二收集线轴的收集腔中。该方法还可以包括将第二收集线轴旋转至第二关闭位置，以用于保留第二土壤样本；以及将第二收集线轴升高到第二关闭位置并且将第二土壤样本从收集腔中排出。该方法还可以包括在升高第二收集线轴的同时降低第一收集线轴。

刀式土壤样本收集系统的可替代实施例

图54至图85示出了本文先前描述的移动式土壤样本收集系统8000及其各种部件的可替代实施例。以下部分描述那些可替代实施例。

图54至图60描绘了呈拖曳式或牵引式挂钩联接的土壤样本收集拖车8100形式的轮式土壤样本收集车辆2802，其被专门配置为将移动式土壤样本收集系统8000的土壤样本收集组件8009安装到所述轮式土壤样本收集车辆上并且允许样本收集设备8002从农田AF获取和提取土壤样本。如本文先前描述的，土壤样本收集组件8009通常包括支承框架8001和收集设备8002，所述收集设备可移动地安装到支承框架并且由该支承框架支承，以用于收集土壤样本。收集设备8002包括本文先前描述的居前的犁刀刀片8021和居后的样本收集刀组件8020，它们共同构成土壤样本的收集设备8002的土壤接合元件。如下文进一步描述的那样，土壤样本收集拖车8100被配置成将收集设备8022安装在车架内部以用于更稳定的安装。与将收集设备悬挂在采样车辆的后端相反，这种定位能够更好地吸收因将收集设备以一定深度拖动通过土壤而引起的振动，当土壤接合元件居中位于车轮之间时尤其如此。

拖车8100通常包括结构化的车架8103，该车架限定水平中心线纵向轴线LA、前端8101、后端8104和一对相对的纵向延伸的侧向侧部8105。车架8103在侧向侧部8105之间限定了大的中央装备开口8108，用于将收集设备8002安装在中央装备开口中。在如图所示的一种实施方式中，中央装备开口8108可以在车架8103的大部分纵向长度和横向宽度上轴向地和侧向地延伸。车架8103优选地由适当坚固的金属结构构件形成，所述金属结构构件可以具有任何横截面结构形状(例如工字梁、结构化L形角、C形截面、箱形梁等)，以便为与其联接的收集设备8002提供刚性支承。在一个实施例中，车架8103包括多个纵向结构构件8103a和横向结构构件8103b。中央装备开口8108的宽度被限定在钢的纵向结构构件8103a之间。如图所示，纵向构件和横向构件共同限定了中央装备开口8108。

用于土壤样本收集设备8002的支承框架8103被配置成可旋转地支承与横向车轮轴线AX1同心对准的一对前车轮8106和与横向车轮轴线AX2同心对准的一对后车轮8107。横向车轮轴线AX1和AX2延伸通过车轮8106、8107的位于其几何中心处的中央轮毂。设置四个车轮为收集设备8002提供了稳定性，以保持土壤接合元件(犁刀刀片8021和样本收集刀组件8020)与土壤在可调节的预选深度处接合。

在如图所示的一个非限制性实施例中，车轮8106、8107各自优选地由刚性地安装至车架8103的侧向侧部8105的独立的单独扭力轴8109可旋转地支承。扭力轴8109并未侧向延伸通过中央装备开口。有利地，这保持大的畅通的中央装备开口8108，而没有扭力轴的任何部分从拖车的一侧到另一侧延伸贯穿拖车。因此，为所示实施例的车轮提供了四个单独的扭力轴8109。多个扭力轴有利地进一步有助于补偿和吸收由收集设备8002接合不断变化和起伏不平的田地地形所产生的力，从而为采样机构提供了横穿农田AF的更平滑更稳定的行驶，以确保在样本收集期间刀组件8020与土壤的积极接合。在一个实施例中，该功能由拖车悬挂系统进一步增强，其中每个扭力轴8109由专用且相关联的弹簧悬挂构件8113支承，使得随着拖车8100被牵引通过农田，每个车轮在遇到土壤表面GS中的起伏(例如脊状部和下凹部)时，每个车轮可以独立于其他车轮向上/向下移动。可以使用任何适当类型的弹簧悬挂装置。

拖车车架8103的前端8101上的挂钩8102被配置为可拆卸地联接至可操作以牵引拖车通过农田AF的自供电且发动机驱动的车辆8110的配对挂钩联接器8111。车辆8110可以是任何合适的轮式车辆，例如但不限于拖拉机、皮卡车或被配置成穿过农田的其他农业移动装备。

用于土壤样本收集组件8009的所有支持装备可以包含在拖车8100内并且被拖车8100支承，所述支持装备包括但不限于辅助电力单元8112、电力传输装备、电子控制装置和模块、样本传送装备(收集后)、泵、压缩机和无线通信装备。辅助电力单元8112向收集设备8002、电子控制装置/模块(诸如，可编程控制器)和样本传送装备(例如，机械的、气动的等)提供电力。在一个实施例中，辅助电力单元8112可以是液体燃料动力发电机，其包括被配置用于发电的发动机。在其他实施例中，辅助电力单元8112可以是具有可再充电电池的电池供电单元。

图60示出了土壤样本收集设备8002相对于样本收集拖车8100的车架8103的安装位置。犁刀刀片8021随着拖车8100穿过农田AF首先遇到土壤，该犁刀刀片8021优选地定位在车轮8106、8107之间，以补偿在采样时在田地中遇到的土壤表面GS中的起伏。更具体地，犁刀刀片8021定位在横向车轮轴线AX1和AX2之间。另外，跟随犁刀刀片的刀组件8020也可以优选地定位在横向车轮轴线之间。如图所示，这种布置有利地优化了用于在如图59所示的崎岖起伏不平的田地地形中收集样本的样本收集设备的几何形状。因为该收集设备被支承在前后车轮8106之间(而不是在车轮的前面或后面)，所以随着车轮在土壤表面GS中的脊状部或下凹部中上下行驶，该收集设备保持稳定并且与土壤接合。犁刀刀片8021和样本收集刀组件8020进一步侧向稳定在四个车轮8106、8107之间。

图61至图78描绘了具有本文先前描述的土壤样本收集系统8000的各部件的各种修改和可替代实施例的土壤样本收集组件8009。这些可替代部件设计中的一些包括引导橇8160和具有可枢转舵作用的土壤样本收集刀组件8120。下面描述土壤样本收集系统的这些和其他可替代实施例。

根据土壤样本收集系统8000的另一个方面，如本文先前所述的骑跨在土壤表面GS上的引导橇8060可以被专门配置成提供额外的功能。在图61至图78中以不同方式出现的重新配置的可替代引导橇实施例被指定为引导橇8160。引导橇8160执行类似于原始引导橇8060(如图5、图6、图8、图9、图16和图17中所示)的一种功能，即，将限制犁刀刀片8021和样本收集刀组件8020在土壤中的插入深度。

在另一种功能中，引导橇8160被配置并且可操作，以保持施加在沿着犁刀刀片8021的每一侧通过的土壤上的向下压力。这有利于在农田AF中形成犁沟时保持刀组件8020与被犁刀刀片移位的土壤的接触，以用于积极收集土壤样本。本发明人已经发现，在不存在引导橇的情况下，当土壤样本收集设备8002被牵引通过土壤时，犁刀刀片趋于导致土壤移位并且土壤被向上和向外推离跟随犁刀刀片的刀组件的收集腔。在一个实施例中，出于前述目的，优选地在犁刀刀片8021的两个侧向侧部中的每一侧向侧部上各设置一个引导橇8160(参见例如图78)。每个引导橇8160可枢转地移动并且经由引导橇上的圆柱形安装凸台8062和机械连杆8161安装到支承框架8001或与支承框架附接的托架8050。安装凸台8062限定每个引导橇的枢转轴线。

在功能上，引导橇8160还被进一步配置并且布置成帮助擦拭和清洁犁刀刀片8021的主要侧向侧表面8020a上的田地土壤沉积物D(参见例如图69至图70)。本发明人已经发现，随着犁刀刀片被牵引通过土壤并且围绕其旋转轴线旋转，田地土壤趋于附着到这些主要侧向侧表面，从而在刀片旋转的背面上向上携带土壤沉积物。犁刀刀片8021上的土壤沉积物会干扰土壤接合元件(犁刀刀片和刀组件8020)的正常操作以及收集土壤样本的能力。因此，引导橇8160优选地邻近犁刀刀片8021的主要侧向侧表面设置并且与主要侧向侧表面分离开尽可能小的空间或间隙G1，用于在每次旋转时将犁刀刀片基本上擦拭干净(参见例如图78)。在优选但非限制性的实施例中，间隙G1可落入在小于犁刀刀片8021的厚度T1(在主要侧向侧表面8021a之间测量)至不大于厚度T1的五倍的范围内，或者可替代地为厚度T1的两倍，用于实现从犁刀刀片上擦拭掉土壤沉积物D。在一个实施例中，G1小于或等于T1。图69示出了在存在引导橇8160的情况下土壤沉积物D在犁刀刀片8021上的附着和存在的情况(注意的是沉积物向上旋转超出地面或土壤表面GS)。在如图70所示引导橇就位并且靠近犁刀刀片8021的每一侧的情况下，因为犁刀刀片向上旋转使附着的沉积物与引导橇8160的底侧接合，所以土壤沉积物D被从犁刀刀片上擦掉。如图所示，土壤表面GS上方的土壤沉积物被消除和清除。

可替代的引导橇8160的几何形状或构型被设计成使土壤中的障碍物偏离犁刀刀片8021和刀组件8020，并且在样本收集期间为农田AF中的不断变化的地形地势提供“引入”。这种破坏性障碍物的示例可以包括昔日的农作物残留物、掉落的树枝、岩石等。在一个实施例中，引导橇8160具有楔形的前端部分8160a和侧向加宽的后端部分8160b，例如如图71所示。因此，引导橇8160的侧向宽度从前端部分朝向后端部分逐渐变宽。在一个实施例中，前端部分8160a也向上翻转或弯曲，以防止随着样本收集拖车8100穿过农田在样本收集期间前尖端8160c嵌入土壤中。

图72以图形方式概括并且说明了土壤样本收集设备8002的地面接合元件(即，犁刀刀片8021、刀组件8120和引导橇8160)的功能关系。

根据土壤样本收集系统8000的另一个方面，刀组件8120的可替代实施例被配置并且可操作以提供舵作用。这允许操作者或系统控制器使得刀组件的后土壤收集部分沿着任一侧向方向侧向枢转并且向外倾斜。这通过随着牵引刀组件8120通过土壤允许土壤直接冲击到刀的收集线轴8040的侧向开放的收集腔8042中而有利地增强了对土壤样本的捕获。

值得注意的是，使用容纳在刀内的收集线轴来保持对土壤收集的积极控制非常重要。即使刀行进穿过土壤，这也不能确保在由犁刀刀片8021形成的土壤沟槽或犁沟壁与收集线轴之间存在积极接触以在需要时捕获土壤样本。积极控制土壤与线轴接触的一种方法是在刀组件8120上提供可枢转的舵部分并且将土壤样本收集线轴放置在该舵部分内，如本文所公开的那样。

现在首先总体上参考图70-85，除了允许上述角度可枢转动作的规定之外，具有舵作用的刀组件8120在整体构型上大体类似于本文先前描述的静止的非角度可调节型刀组件8020。角度可调节的刀组件8120通常包括静止的前刀片元件8131和可枢转地联接到前刀片元件的后刀片元件8130。土壤样本收集线轴8040可移动地设置在后刀片元件8130中而且可旋转和可竖直移动，以使用本文先前描述的与刀组件8020相关联的相同机构(例如，线轴定位致动器8024和刀定位致动器8026)捕获样本。前刀片元件8131限定刀组件的前部前缘8120a。

竖直细长的前刀片元件8131的上安装部分经由顶部和底部螺栓8135a(参见例如图70、图71和图80)联接到竖直可滑动的托架8050的摆臂框架8126。这使前刀片元件始终保持与水平轴线HA和行进方向轴向对准。底部螺栓8135a可以充当前刀片元件和顶部螺栓8135a组合件的枢轴，所述前刀片元件和顶部螺栓组合件包括被前刀片元件捕获的凸轮垫圈8186。前刀片元件8131和整个刀组件8120可以围绕底部螺栓的枢转轴线可枢转地且成角度地移动，这一起允许相对于土壤和收集设备8002的水平轴线HA手动角度调节刀组件8120。

刀组件8120的前后调节(即，轴向向前和向后)由形成在犁刀刀片毂支承支架8187中的水平调节狭槽8188提供(参见例如图70)。这允许调节犁刀刀片8021插入刀组件上的刀片引导元件8150(本文进一步描述)的凹部8152中的轴向水平插入深度，以实现适当的配合，所述适当的配合最小化诸如农作物残留物的碎屑进入犁刀刀片和刀组件8021之间的侵入，如本文其他部分所描述的那样。

后刀片元件8130可以是包括竖直细长的向前刀片分段8130a、竖直细长的向后刀片分段8130b和底部基板8134的组合件(参见例如图80-85)。底部基板8134可以是水平细长的并且经由螺纹紧固件8134a附接到向前刀片分段和向后刀片分段中的每一者的底部。底部基板中的中央安装孔8134b接收并且稳定圆柱形样本收集线轴8040的底端。

向前刀片分段8130a和向后刀片分段8130b可以沿着收集设备的水平轴线HA以水平轴向间隔开的方式在中央安装孔8134b的相对两侧上安装至底部基板。该间隔开的安装布置共同限定了向前刀片分段8130a和向后刀片分段8130b之间的竖直细长的线轴狭槽8141，样本收集线轴8040可移动地定位在所述线轴狭槽8141内，用于在土壤收集过程期间在所述线轴狭槽内旋转和竖直运动。因此，每个刀片分段均具有有助于形成线轴狭槽8141的对置且面对的竖直延伸的凹陷部。

线轴狭槽8141具有配置成与线轴8040的横截面形状互补的横截面形状，在一个实施例中所述横截面形状可以是圆形。类似于本文之前描述的线轴狭槽8041，本线轴狭槽8141以类似的方式起作用并且被配置成可旋转地且可滑动地将线轴8040接收在线轴狭槽中。具体地，线轴8040可在线轴狭槽8141中竖直以及可滑动地向上/向下移动，并且还可旋转地移动，以如本文进一步描述的那样捕获和保留土壤样本。线轴狭槽8141和线轴8040两者的横截面形状都可以是圆形，这是因为在所示实施例中线轴可以具有圆柱形构型。

参考图80-84，向前刀片分段8130a和向后刀片分段8130b中的每一者都具有上安装部分，所述上安装部分被配置成可拆卸地联接到U形夹8135，所述U形夹刚性地附接到可枢转刀片支承结构8125的枢转刀片安装板8136的下侧。在一个实施例中，一对螺栓8135b可以用于将向前刀片分段和向后刀片分段联接至U形夹8135。在其他实施例中，可以使用包括焊接在内的其他联接措施。

为了提供上述舵作用，后刀片元件8130经由至少一个细长的铰链销8133可枢转地联接至前刀片元件8131。在所示实施例中，提供了包括上销和下销的两个铰链销。铰链销8133延伸通过设置在前刀片元件8131的后侧上的铰链筒8133a和设置在后刀片元件8130的前侧上的铰链筒8133a，从而共同形成铰接接头。铰链销8133限定基本上竖直的枢转轴线，后刀片元件可以围绕枢转轴线相对于固定的前刀片元件8131侧向枢转。这里使用的术语“基本上”意味着枢转轴线和铰链销8133可以如图70所示的处于未完全竖直取向，但可以认为较之水平取向更接近竖直取向。前刀片元件经由摆臂8126刚性地联接至可竖直滑动的托架8050，其以本文先前描述的方式升高或降低土壤样本收集设备8002。前刀片元件8131相对于托架保持静止，而后刀片元件8130可相对于前刀片元件和托架枢转，以捕获土壤样本。

在一个实施例中，刀组件8120的可枢转动作由一对外部舵致动器8123操作，该一对外部舵致动器被配置成提供使得后刀片元件8130“转舵”以便能够根据需要自由浮动(角度解锁)、在角度位置中向左锁定、在角度位置中向右锁定或者在角度位置中与前刀片元件8131轴向并排锁定。当不收集土壤样本时，后刀片元件可以被允许自由浮动(在角度位置中解锁)或被锁定在轴向并排位置，这两种方式中的任一种方式都保持后刀片元件平滑无偏差地行进通过土壤。在自由浮动或轴向锁定位置中，后刀片元件8130所承受的侧向作用的向内土壤压力极小或没有，这有利于使采样车辆牵引收集设备8002通过土壤所需的力最小化。

当通过控制器2820或手动地在刀组件8120的左侧或右侧上启动线轴收集时，舵状后刀片元件8130可以通过舵致动器8123酌情向左或向右枢转，以将收集线轴8040推入由居前的犁刀刀片8021形成的土壤沟槽或犁沟壁，用于用土壤填充线轴的收集腔8042以捕获样本。在样本收集完成时，后刀片元件8130随后可以返回至成直线居中的自由浮动位置或轴向锁定位置。

在一个实施例中，舵致动器8123可以是气动活塞缸型致动器；然而，也可以使用液压活塞缸或电动线性致动器。舵致动器8123均被配置成经由可移动的操作杆或活塞杆8123-1沿线性方向动作，所述操作杆或活塞杆可从缸8123-2伸出或缩回到缸8123-2中。舵致动器8123可以在一端(例如，活塞杆8123-1)处联接到可侧向/水平枢转的舵支承结构8125的安装凸缘8124，而在相对端(例如，缸8123-2)处联接到摆臂框架8126，所述摆臂框架联接到可竖直移动的托架8050(或与可竖直移动的托架8050联接的中间结构构件)。在其他实施例中，缸和活塞杆的这种安装布置可以颠倒。在一个实施例中，支承结构8125可以可枢转地连接到刀组件8120的枢轴销8133中的一个，或者可以可枢转地连接到限定竖直枢转轴线的单独的枢轴销。后刀片元件8130(“舵”)顶部继而刚性地安装到支承结构8125，使得在其间不存在相对运动。经由舵致动器8123的操作使刀片的支承结构8125向左或向右枢转继而又将相同的可枢转运动传递给舵。舵致动器8123可以由系统控制器2820控制或被手动操作。

值得注意的是，可以利用规定的角位移或来自致动的力传递由舵致动器8123产生的枢转力和运动。用正向力将刀组件8120“转舵”到由犁刀刀片8021形成的沟槽或犁沟的壁中，这保持了对更多种不同土壤进行采样的适应性。例如，较硬/较致密类型的土壤可能不允许经由收集线轴8040收集土壤样本的后刀片元件8130进行较大角度的移动，但是后刀片元件的较大角位移对于在这种难处理的土壤中收集样本而言不应该是必需的。相反，较软的土壤将允许后刀片元件有较大的位移，这可能对于与土壤充分接触以收集适当的土壤样本而言是必需的。因此，具有舵作用的刀组件8120有利地为在由多种土壤组成的农田中进行土壤采样提供相当大的通用性。

根据土壤样本收集系统8000的另一个方面，刀组件8120的向前的前缘还可以包括至少一个刀片引导特征部或元件8150，所述刀片引导特征部或元件将正在旋转的犁刀刀片8021的圆周切割边缘8151部分地接收在其中。图72-79和图80-82不同程度地示出了刀片引导元件8150。

本发明人已经发现，用位于土壤样本收集刀组件8120前方的犁刀刀片8021几乎不可能切穿所有田地残留物。如果这两个部件之间存在过大的侧向开放间隙，则未切割的残留物将缠绕在刀组件的前缘上并且导致土壤流动中断而且最终堵塞，这阻止收集样本。为了解决这个问题，土壤样本收集刀组件的向前的前缘8120a装配有弧形弯曲的刀片引导元件8150。刀片引导元件8150被配置成在犁刀刀片8021的圆周切割边缘8151和刀组件8120的前缘8120a之间形成重叠布置，所述重叠布置防止农作物残留物堵塞刀组件和犁刀刀片之间的间隙。这种组合在切穿土壤和农作物残留物方面非常有效，同时消除了农作物残留物堵塞问题和操作问题，从而消除了手动清除残留物的停机时间。刀片引导元件8150有利地帮助保持犁刀和刀组件一起移动，以更顺畅地通过土壤并且减少作用在刀组件8120上的吃水深度(即，土壤深度)负载(即，对刀组件施加的独立的从一侧到另一侧的侧向力或运动)。

刀片引导元件8150固定地并且刚性地联接到刀组件8120的前缘8120a。刀片引导元件可以经由焊接、紧固件(例如，螺栓、铆钉等)或任何其他合适的机械联接方法固定到刀组件8120。刀片引导元件8150具有细长的弧形弯曲主体，其限定面向前的凹部8152(参见例如图78至图79)。该凹部被配置成将犁刀刀片8020的切割边缘8151部分地接收在凹部中，使得消除犁刀刀片8021与刀组件的前缘8120a之间的界面的任一侧上的任何侧向开口。在一个实施例中，凹部8151可以呈V形凹口的形式(参见例如图79)。刀组件8120的前缘8120a可以具有弧形弯曲形状，所述弧形弯曲形状基本上符合刀片引导元件8150和犁刀刀片的曲率。优选地，刀片引导元件具有弧形段，该弧形段在刀组件8120的前缘8120a的高度的至少一半上延伸，以覆盖前刀片元件8131的可能接合土壤的部分，以防止农作物残留物侧向进入到犁刀刀片和刀组件的界面中。在一个实施例中，刀片引导元件8150覆盖前刀片元件8131的位于引导橇8160下方的整个部分并且在引导橇上方延伸一段距离。

刀片引导元件8150优选地由合适的金属材料形成，这是因为随着犁刀刀片在其被牵引通过农田时旋转，犁刀刀片8021的切割边缘可以在用于刀片的凹部8151内骑跨在刀片引导元件的侧表面上并且可滑动地接合该侧表面。在一个实施例中，刀片引导元件8150可以包括由适当的硬耐磨金属形成的单独的顶部引导插入件8150a和底部引导插入件8150b。顶部引导插入件8150a和底部引导插入件8150b位于刀片引导元件8150的顶终端和底终端处(参见例如图80至图81)并且可以单独地附接到刀组件8120的前缘。引导插入件(如果使用的话)具有与刀片引导元件8150位于各引导插入件之间的部分相同的V形凹口式凹部8152。各引导插入件位于前刀片元件8131的刀前缘8120a上的部位处，所述部位随着刀组件移动通过土壤会因侧负载而经受更大的磨耗和磨损。刀由更具结构性和韧性的诸如钢的金属制成，而插入件可以由诸如碳化钨的优质耐磨材料制成。插入件比刀本体更多地重叠，这是因为所述插入件承受作用在犁刀上的更大力负载并且因此将该力分散到更大的表面区域上。在一些实施例中，包括引导插入件8150a、8150b在内的刀片引导元件8150可以由耐磨碳化钨形成。可以使用任何合适的措施将刀片引导元件和插入件附接至前刀片元件8131。

根据土壤样本收集系统8000的另一个方面，在一些实施例中，刀组件8120可以包括低粘性的低摩擦垫8170。根据土壤类型和湿度水平，土壤可能倾向于附着或粘着到地面接合部件(即，犁刀刀片8021和刀组件8120)的表面。这可能最终会导致土壤沉积物积聚在这些部件上，使得干扰土壤在这些部件的暴露的侧表面上平滑流动并且妨碍将土壤样本正确收集到收集线轴8040中。这种附着更有可能发生在更靠近地面或土壤表面GS的位置，因为在这里作用在这些部件上的侧压力最低。在土壤更深层或深度处，土壤压力要大得多并且随着犁刀刀片和刀组件移动通过农田能够擦刷这些部件表面。诸如刀组件的非旋转部件比犁刀刀片更容易受到土壤堆积的影响。旋转部件表面从不同的方向和角度遭遇到土壤，这使所述旋转部件表面具有自清洁能力。

为了克服前述土壤附着问题，由低粘性或摩擦材料形成的低轮廓平面垫8170被固定地附接至刀组件8120包括前刀片元件8131和后刀片元件8130(包括向前分段8130a和向后分段8130b)的两个侧向侧表面。低摩擦垫8170可以具有任何合适的构型和厚度(沿着相对于水平轴线HA的侧向或横向方向以及收集设备的行进方向测量)。该构型可以至少部分地由刀组件8120的安装有垫的部件规定。在一个实施例中，垫8170可以包括低摩擦材料(诸如，包括超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的聚合物)或具有能够承受地面接合装备的磨损和苛刻环境的机械性能的类似高性能低摩擦材料。

在优选但非限制性实施例中，低摩擦垫8170各自均具有竖直范围或高度，所述竖直范围或高度至少覆盖刀组件8120(前刀片元件8131和后刀片元件8130)的与土壤表面GS相邻的侧向侧表面8127的各部分，在所述部分处，土壤对刀组件施加的侧压力低，从而允许土壤堆积物积累。在本土壤样本收集设备8002中，如图77和其他图所示，土壤表面GS与具有骑跨在土壤顶部上的底表面的引导橇8160位置重合。因此，低摩擦垫8170位于刀组件8120上的每个引导橇附近并且在引导橇内侧。为了进一步阻止在土壤面或土壤表面处或附近在刀组件上形成土壤附着和堆积，在一个实施例中，低摩擦垫8170优选地具有在引导橇8160上方和下方部分地延伸的高度，以随着刀组件行进通过农田去除土壤。在该实施例中，如图所示，垫没有在刀组件8120的前刀片元件或后刀片元件的整个高度上延伸。垫具有轴向从前到后的宽度(沿着水平轴线HA和行进方向测量)，所述宽度在每个刀片元件和分段的至少大部分轴向宽度或基本整个轴向宽度上延伸。

特别值得注意的是，因为刀表面在样本收集期间以增大的角度与由前犁刀刀片8121产生的土壤沟槽或犁沟的壁相交，所以在使用所公开的可枢转的“转舵”刀组件8120时使用由垫8170(所述垫在其表面高度处接触土壤)提供的低粘性或摩擦表面变得更加关键。

在刀组件8120上应用单独的低摩擦垫8170比简单地在刀片上施加低粘性涂层更有优势在于：低摩擦垫具有磨损和脱落材料，同时保持有效并且在需要时易于更换。低摩擦垫8170可以安装和嵌装在形成于刀组件侧表面上的互补配置的凹穴8171中，以保留且保持流线型刀侧表面。因此，垫的面向外的平面或平坦表面可以与刀组件的面向外的侧向侧表面齐平。这种布置有利地消除了突出边缘，当土壤经过刀组件时，所述突出边缘可能与土壤接合而致使土壤附着和积聚在刀组件上，由此导致刀组件上的阻力和摩擦力增大。在刀组件上形成土壤堆积也可能对收集线轴8040正确收集土壤样本造成不利干扰。可以使用对于本领域技术人员而言可用的任何合适措施将垫8170附接保持在刀组件的凹穴8171中。

根据土壤样本收集系统8000的另一方面，特别地选择犁刀刀片8021和刀组件8120各自穿入土壤的深度关系，以优化土壤样本的积极收集。传统农业机具可以使用犁刀和刀组合，其标准化地将犁刀较浅地设置在土壤中而将刀较深地设置在土壤中。虽然这种关系对于一些需要大深度刀柄的耕作工具来说是典型的，但是对于从由犁刀刀片(所述犁刀刀片将刀组件引导到后部)产生的土壤中的沟槽或犁沟的壁收集土壤样本的当前目的来说，这种关系并不有效。

本发明人已经发现，如在图70中看到的，使用样本收集设备8002收集土壤样本的理想关系是将犁刀刀片8021定位在比居后的刀组件8120稍深的土壤中。因此，与刀组件8120的底部相比，犁刀刀片8021的底部从引导橇8060的骑跨在土壤表面GS上的底部表面向下突伸到土壤中的距离更远。通过这种布置，刀组件有利地不会遇到未翻耕并压实的土壤。刀组件所经过的所有土壤都已预先被犁刀刀片松动，使得刀组件骑跨在由犁刀刀片形成的沟槽或犁沟内。这允许刀组件的收集线轴8040在采样期间容易地从犁沟壁捕获松散的土壤。

其他考虑因素适用于并且有利地将居前的犁刀刀片8021的底部比居后的刀组件8120的底部更深/更低地定位在土壤中。作为一种滚动机构，犁刀刀片在土壤中每一穿透深度需要较小的力，以便如本文先前所述的采样拖车8103和联接到采样拖车的马达驱动的车辆8110牵引犁刀刀片通过土壤。因此，与不可旋转的刀组件8120相比，将犁刀刀片8021的底部更低/更深地保持在土壤中有助于减少动力车辆的总拉力(农业术语中的牵拉力)负载和燃料消耗。更深的犁刀刀片还能够在田间残留物遇到刀组件之前更有效地切穿所述田间残留物。此外，作为一种滚动机构，犁刀在接触嵌入或表面的土壤障碍物(例如岩石、树桩/树枝等)时更有效。因此，犁刀刀片更有可能滚过这些障碍物，将它们从刀组件8121的路径中推到一侧，或者切穿它们。犁刀可以允许犁刀/刀组合在不可移动的障碍物(诸如大的田地岩石)上滚动而不会损坏。最后，犁刀也是一种消耗性较强的部件，它可以充当牺牲性零件来保护更昂贵且构造更复杂的刀组件。

根据土壤样本收集系统8000的另一个方面，在一些实施例中可以提供动力驱动的犁刀8121。所遇到的大多数田地条件都具有足够坚实的土壤，土壤足够坚实以抓持犁刀刀片的侧面并且在犁刀刀片经由摩擦穿过土壤时保持犁刀刀片转动。但特别松软或光滑的土壤是个例外，它们可能无法始终充分地抓住犁刀。在这些情况下，可能需要向毂和刀片传输补充动力，以保持犁刀刀片在其行进通过土壤中时旋转。

图74示出了动力驱动的犁刀8121的一个非限制性实施例，其包括驱动马达，诸如但不限于液压驱动马达8180和可选的超速离合器8181。还可以提供其他类型的驱动器，包括电动马达或气动驱动马达，它们都广泛地包含在“驱动马达”这一术语中。在一个非限制性实施例中，联接到马达8180并由马达8180驱动的离合器8181包括驱动链轮8183，所述驱动链轮通过驱动链8183a(由虚线示意性地示出)联接到犁刀刀片毂8023上的从动链轮8182，以使刀片旋转。这有利地允许犁刀刀片始终能够自由自转，而不受驱动状态的影响，在下述情形中尤其如此：与驱动马达允许经由与土壤接合使刀片旋转的速度相比，犁刀希望自然自转的速度快于联接到刀片上的驱动系统的速度。超速离合器被配置为在一个旋转方向上传递扭矩，从而允许犁刀刀片8021在另一方向上“空转”。可以使用任何合适的市售的超速离合器和马达。

经由刀片驱动系统施加到犁刀刀片8121上的扭矩和功率可以通过如通过以下包括所施加的力或速度控制的非限制性示例所展示的多种操作布置来传递。在施力布置中，由马达8180提供动力的驱动机构可以被配置为将规定的预定驱动力传递到犁刀刀片，而不管犁刀被牵引通过土壤时的实际速度如何。可以使用速度控制的各种操作构型，包括：1.欠驱动—驱动机构通利用速度反馈进行闭环控制，并且将其速度保持在犁刀相对于地面速度的正常犁刀速度以下，但如果犁刀艰难行进，则超速离合器锁定并且驱动机构提供保持犁刀转动所需的力。2.速度匹配—驱动机构接收速度反馈并且将其速度与地面行驶速度相匹配。3.超速驱动—驱动机构始终处于试图使犁刀转动速度超过地面行驶速度的状态。补充扭矩和动力可通过但不限于液压、电动、气动、链条、皮带、齿轮/链轮、滑轮等传输至犁刀刀片8121。

图75示出了可替代的无马达犁刀刀片驱动系统，其包括联接至刀片的毂8023的地面接合驱动轮8184。随着驱动轮8184在田地中沿着土壤表面滚动，提供用来驱动和旋转犁刀8121的补充动力。在一些实施例中，可以设置一对驱动轮8184(即，在引导橇8160外侧、在犁刀刀片的每个侧向侧部上各一个)。在一个实施例中可以提供1:1的传动比(即，犁刀刀片8121与驱动轮8184同步旋转)。在其他实施例中，驱动系统可以配置成使犁刀刀片的旋转慢于驱动轮的旋转，驱动轮与犁刀刀片的旋转比诸如为1.5:1、2:1等。

现在将根据前面的描述来简要描述使用收集设备8002的前述可成角度枢转的“转舵”刀组件8120从农田捕获土壤样本的过程或方法。该方法通常包括首先提供收集设备8002，所述收集设备包括可旋转的犁刀刀片8021或8121(动力型)，以及“转舵”刀组件8120，该“转舵”刀组件布置成位于犁刀刀片近侧并且包括至少一个可旋转的收集线轴，所述收集线轴包括配置成用于捕获土壤样本的收集腔。刀组件的后刀片元件8130可以在锁定或自由浮动状态下与前刀片元件8131轴向成直线地放置。

下一步骤包括沿大体平行于土壤表面的行进方向牵引收集设备8002通过土壤(考虑到地形中的表面起伏)。当需要收集土壤样本时，后刀片元件可以沿如图84-85所示的侧向向左或向右方向成角度地移动或移位。后刀片元件的中心线CL1与前刀片元件8131和收集设备的水平轴线HA成锐角A1取向，该水平轴线HA穿过犁刀刀片的毂并且与设备通过农田AF的行进方向或线路重合。

该方法继续将收集线轴8040从样本收集腔8042相对于土壤遮蔽的开关闭位置旋转到样本收集腔向外暴露于土壤以捕获土壤样本的打开位置(参见例如图84-85)。下一步是将土壤样本捕获在收集线轴的收集腔中。因为后刀片元件8130与前刀片元件8131成角度地设置，所以随着后刀片元件接合由前刀片元件形成的沟槽或犁沟的壁WF，和后刀片元件与犁刀刀片8021和前刀片元件成直线地被牵引通过犁沟时相比，会有更大的土壤压力或力施加到后刀片元件。这更积极地将土壤推动且压实到收集线轴8040的样本收集腔8042中，从而实现样本的积极保留和捕获。

在捕获样本之后，该方法继续将收集线轴8040旋转回到关闭位置以保留土壤样本。然后，后刀片元件8130可枢转地移动或旋转回到与前刀片元件8131成直线。然后，该方法还可以包括在仍处于关闭位置时升起收集线轴8040，然后从收集线轴的样本收集腔8042排出土壤样本，用于样本的储存和/或进一步处理和化学分析，如图1所示。

在上述方法/过程中，值得注意的是，在将后刀片元件8130枢转/旋转至上述成角度位置以直接接合犁沟壁WF之前，收集线轴8040可以可选地旋转至打开位置。还值得注意的是，前述步骤和附加步骤的顺序的变型可以用在土壤样本捕获方法或过程的其他实施例中。

示例

以下是非限制性示例。

示例1-一种土壤样本收集系统(8000)，包括：样本收集车辆(2802，8003，8100)，所述样本收集车辆包括一对前车轮(8106)和一对后车轮(8107)；支承框架(8001)，所述支承框架安装至所述样本收集车辆(2802，8003，8100)；和样本收集设备(8002)，所述样本收集设备由所述支承框架(8001)支承并且包括设置在所述前车轮和所述后车轮之间的土壤接合元件(8020，8120，8021，8121)，所述土壤接合元件被配置成随着所述样本收集车辆(2802，8003，8100)沿着土壤表面行进而接合土壤并且收集土壤样本。

示例2-根据示例1所述的土壤样本收集系统(8000)，其中，所述土壤接合元件(8020，8120，8021，8121)设置在延伸通过所述前车轮(8106)的横向前车轮轴线(AX1)和延伸通过所述后车轮(8107)的横向后车轮轴线(AX2)之间。

示例3-根据示例1或2所述的土壤样本收集系统(8000)，其中，所述土壤接合元件(8020，8120，8021，8121)包括：可旋转地联接至所述支承框架(8001)的犁刀刀片(8021，8121)；在所述犁刀刀片(8021，8121)近侧联接至所述支承框架(8001)的刀组件(8020，8120)；和可移动地安装至所述刀组件(8020，8120)的收集线轴(8040)，所述收集线轴(8040)包括被配置成捕获所述土壤样本的收集腔(8042)。

示例4-根据示例3所述的土壤样本收集系统(8000)，其中，所述收集线轴(8040)能够相对于所述刀组件(8020，8120)可旋转地且竖直地移动。

示例5-根据示例3所述的土壤样本收集系统(8000)，其中，所述犁刀刀片(8021，8121)设置在所述刀组件(8020，8120)前方并且与所述刀组件轴向对准。

示例6-根据示例1-5中任一项所述的土壤样本收集系统(8000)，其中，所述土壤接合元件(8020，8120，8021，8121)等距设置在所述样本收集车辆(2802，8003，8100)的相对的侧向侧部(8105)之间。

示例7-根据示例2所述的土壤样本收集系统(8000)，其中，所述样本收集车辆(2802，8003，8100)是拖车(8100)，所述拖车包括挂钩(8102)，所述挂钩被配置为联接至发动机驱动的车辆(8003)，所述发动机驱动的车辆可操作以沿着所述土壤表面牵引所述拖车(8100)。

示例8-根据示例7所述的土壤样本收集系统(8000)，其中，所述样本收集设备(8002)设置在由拖车(8100)框架(8103)限定的中央装备开口(8108)中。

示例9-根据示例8所述的土壤样本收集系统(8000)，其中，所述中央装备开口(8108)具有在所述拖车(8100)框架(8103)的大部分长度上延伸的长度和在所述拖车(8100)框架(8103)的大部分宽度上延伸的宽度。

示例10-根据示例8或9所述的土壤样本收集系统(8000)，其中，所述前车轮(8106)和所述后车轮(8107)中的每一个通过未侧向延伸通过所述中央装备开口(8108)的各自的扭力轴(8109)可旋转地安装至所述拖车(8100)。

示例11-根据示例10所述的土壤样本收集系统(8000)，其中，每个扭力轴(8109)由联接至所述拖车(8100)框架(8103)的相关弹簧悬挂构件(8113)支承。

示例12-根据示例3所述的土壤样本收集系统(8000)，其中，所述刀组件(8020，8120)包括刀片引导元件(8150)，所述刀片引导元件包括向前开放的凹部(8152)，在所述凹部中部分地接收所述犁刀刀片(8021，8121)的外周切割边缘(8151)。

示例13-根据示例12所述的土壤样本收集系统(8000)，其中，所述犁刀刀片(8021，8121)被配置成相对于所述刀组件(8020，8120)沿着向前和向后方向可线性调节，以用于调节所述犁刀刀片(8021，8121)在所述刀片引导元件的所述凹部(8152)中的深度。

示例14-根据示例1所述的土壤样本收集系统(8000)，其中，所述样本收集设备(8002)可相对于所述土壤表面进行角度调节。

示例15-一种土壤样本收集系统(8000)，包括：被配置为安装到车辆(2802，8003)的支承框架(8001)；收集设备(8002)，所述收集设备包括：可旋转地联接至所述支承框架(8001)的犁刀刀片(8021，8121)；刀组件(8020，8120)，所述刀组件在所述犁刀刀片(8021，8121)的后部近侧和在该后部处联接至所述支承框架(8001)，所述刀组件(8020，8120)包括前刀片元件(8031，8131)以及联接到所述前刀片元件(8031，8131)的后刀片元件(8030，8130)；其中，所述后刀片元件(8030，8130)被配置成随着所述车辆(2802，8003)沿着土壤表面行进而接合土壤并且收集土壤样本。

示例16-根据示例15所述的土壤样本收集系统(8000)，其中，所述后刀片元件(8030，8130)能够枢转地移动。

示例17-根据示例16所述的土壤样本收集系统(8000)，其中，所述后刀片元件(8030，8130)铰接联接至所述前刀片元件(8031，8131)。

示例18-根据示例17所述的土壤样本收集系统(8000)，其中，所述后刀片元件(8030，8130)可相对于所述前刀片元件(8031，8131)围绕基本上竖直的枢转轴线沿着相对的侧向方向成角度地移动。

示例19-根据示例18所述的土壤样本收集系统(8000)，其中，所述收集设备(8002)还包括可操作地联接至所述后刀片元件(8030，8130)的一对舵致动器(8123)，所述舵致动器(8123)可操作以使得所述后刀片元件(8030，8130)沿相反的侧向方向枢转。

示例20-根据示例19所述的土壤样本收集系统(8000)，其中，所述后刀片元件(8030，8130)刚性地联接至刀片支承结构(8125)，所述刀片支承结构可枢转地联接至所述支承框架(8001)，并且所述舵致动器(8123)联接至所述刀片支承结构(8125)。

示例21-根据示例16所述的土壤样本收集系统(8000)，其中，所述后刀片元件(8030，8130)包括可移动的收集线轴(8040)，所述收集线轴(8040)可选择性地旋转并且包括被配置成捕获所述土壤样本的收集腔(8042)。

示例22-根据示例21所述的土壤样本收集系统(8000)，所述土壤收集系统还包括线轴驱动机构(8070a)，所述线轴驱动机构可操作地联接至所述收集线轴(8040)并且可操作以使得所述收集线轴(8040)旋转。

示例23-根据示例21或22所述的土壤样本收集系统(8000)，其中，所述收集线轴(8040)可在收集腔(8042)相对于土壤遮蔽的第一位置和所述收集腔(8042)向外暴露于土壤以收集土壤样本的第二位置之间旋转。

示例24-根据示例21-23中任一项所述的土壤样本收集系统(8000)，其中，所述收集线轴(8040)还可以在所述后刀片元件(8030，8130)中竖直地移动。

示例25-根据示例15-24中任一项所述的土壤样本收集系统(8000)，其中，所述收集设备(8002)包括至少一个引导橇(8060，8160)，所述引导橇邻近所述犁刀刀片(8021，8121)设置并且被配置成沿着土壤表面行驶。

示例26-根据示例25所述的土壤样本收集系统(8000)，其中，所述至少一个引导橇(8060，8160)包括上翻的楔形前端部分(8160a)。

示例27-根据示例24或26所述的土壤样本收集系统(8000)，其中，所述刀组件(8020，8120)还包括多个低摩擦垫(8170)，所述低摩擦垫邻近所述至少一个引导橇(8060，8060)设置在所述刀组件(8020，8120)的侧向侧表面上。

示例28-根据示例25-27中任一项所述的土壤样本收集系统(8000)，其中，所述至少一个引导橇(8060，8160)与所述犁刀刀片(8021，8121)间隔开一间隙(G1)，所述间隙在小于所述犁刀刀片(8021，8121)的厚度至不大于所述厚度的五倍之间，或者可选地为所述厚度的两倍。

示例29-根据示例15所述的土壤样本收集系统(8000)，其中，所述犁刀刀片(8021，8121)布置成竖直地穿入所述土壤至比所述刀组件(8020，8120)更深的深度。

示例30-根据示例15-29中任一项所述的土壤样本收集系统(8000)，其中，所述犁刀刀片(8021，8121)联接到马达(8180)并且由所述马达(8180)旋转。

示例31-根据示例30所述的土壤样本收集系统(8000)，所述土壤样本收集系统还包括超速离合器，所述超速离合器可操作地联接在所述马达(8180)和所述犁刀刀片(8021，8121)之间。

示例32-根据示例15-29中任一项所述的土壤样本收集系统(8000)，所述土壤样本收集系统还包括驱动轮(8184)，所述驱动轮联接到所述犁刀刀片(8021，8121)并且可操作以使所述犁刀刀片(8021，8121)旋转，所述驱动轮(8184)被配置成当所述收集设备(8002)被牵引通过土壤时在土壤表面上滚动。

示例33-一种用于从农田捕获土壤样本的方法，所述方法包括：提供收集设备(8002)，所述收集设备包括可旋转的犁刀刀片(8021，8121)和布置在所述犁刀刀片(8021，8121)近侧的刀组件(8020，8120)，并且所述刀组件包括前刀片元件(8031，8131)和后刀片元件(8030，8130)；将所述收集设备(8002)沿行进方向牵引通过土壤；使所述后刀片元件(8030，8130)可枢转地侧向移动至相对于所述刀组件(8020，8120)的所述前刀片元件(8031，8131)的成角度位置；将所述后刀片元件(8030，8130)中的收集线轴(8040)从关闭位置旋转到向外打开位置，在所述向外打开位置中，收集腔(8042)暴露于土壤；将土壤样本捕获在所述收集线轴(8040)的所述收集腔(8042)中；和将所述收集线轴(8040)旋转回到所述关闭位置以保留所述土壤样本。

示例34-根据示例33所述的方法，所述方法还包括：在所述收集线轴处于所述关闭位置时升高所述收集线轴(8040)；和将所述土壤样本从所述收集腔(8042)中排出。

示例35-根据示例33或34所述的方法，其中，所述后刀片元件(8030，8130)铰接联接至所述前刀片元件(8031，8131)。

虽然前述的描述和附图表示一些示例性系统，但是应该理解的是，可以在不脱离所附权利要求的精神和范围以及等同物的范畴的情况下在其中进行各种添加、修改和替换。特别地，对于本领域技术人员而言将清楚的是，在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，本公开的实施例可以以其它形式、结构、布置、比例、尺寸以及其它元件、材料和部件来体现。此外，可以对本文所述的方法/过程进行多种改变。本领域技术人员将进一步意识到，本公开的实施例可以与在结构、布置、比例、尺寸、材料和部件以及其他方面的许多修改方案一起使用，并且可以在本发明实施例的实践中使用，这些修改方案在不脱离本公开的实施例的原理的情况下尤其适合于特定的环境和操作要求。因此，当前公开的实施例在所有方面都应被认为是说明性的而不是限制性的，本公开的实施例的范围由所附权利要求及其等同方案限定，并且不限于前述的描述或实施例。而是，所附权利要求应当被广义地解释为包括其它变型方案和实施例，本领域技术人员可以在不脱离本公开的实施例的范围和等同物的范畴的情况下实施这些其它变型方案和实施例。

Claims (14)

1.一种土壤样本收集系统，包括：

样本收集车辆，所述样本收集车辆包括一对前车轮和一对后车轮；

支承框架，所述支承框架安装至所述样本收集车辆；和

样本收集设备，所述样本收集设备由所述支承框架支承，并且包括设置在所述前车轮和所述后车轮之间的土壤接合元件，所述土壤接合元件被配置成随着所述样本收集车辆沿着土壤表面行进而接合土壤并且收集土壤样本。

2.根据权利要求1所述的土壤样本收集系统，其中，所述土壤接合元件设置在延伸通过所述前车轮的横向前车轮轴线和延伸通过所述后车轮的横向后车轮轴线之间。

3.根据权利要求1或2所述的土壤样本收集系统，其中，所述土壤接合元件包括：能够旋转地联接至所述支承框架的犁刀刀片；在所述犁刀刀片近侧联接至所述支承框架的刀组件；和能够移动地安装至所述刀组件的收集线轴，所述收集线轴包括被配置成捕获所述土壤样本的收集腔。

4.根据权利要求3所述的土壤样本收集系统，其中，所述收集线轴相对于所述刀组件可旋转地且竖直地移动。

5.根据权利要求3所述的土壤样本收集系统，其中，所述犁刀刀片设置在所述刀组件前方并且与所述刀组件轴向对准。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的土壤样本收集系统，其中，所述土壤接合元件等距设置在所述样本收集车辆的相对的侧向侧部之间。

7.根据权利要求2所述的土壤样本收集系统，其中，所述样本收集车辆是拖车，所述拖车包括挂钩，所述挂钩被配置为联接至发动机驱动的车辆，所述发动机驱动的车辆能够操作以沿着所述土壤表面牵引所述拖车。

8.根据权利要求7所述的土壤样本收集系统，其中，所述样本收集设备设置在由拖车框架限定的中央装备开口中。

9.根据权利要求8所述的土壤样本收集系统，其中，所述中央装备开口具有在所述拖车框架的大部分长度上延伸的长度和在所述拖车框架的大部分宽度上延伸的宽度。

10.根据权利要求8或9所述的土壤样本收集系统，其中，所述前车轮和所述后车轮中的每一个通过未侧向延伸通过所述中央装备开口的各自的扭力轴能够旋转地安装至所述拖车。

11.根据权利要求10所述的土壤样本收集系统，其中，每个扭力轴由联接至所述拖车框架的相关弹簧悬挂构件支承。

12.根据权利要求3所述的土壤样本收集系统，其中，所述刀组件包括刀片引导元件，所述刀片引导元件包括向前开放的凹部，在所述凹部中部分地接收所述犁刀刀片的外周切割边缘。

13.根据权利要求12所述的土壤样本收集系统，其中，所述犁刀刀片被配置成相对于所述刀组件沿向前和向后方向能够线性调节，以用于调节所述犁刀刀片在所述刀片引导元件的所述凹部中的深度。

14.根据权利要求1所述的土壤样本收集系统，其中，所述样本收集设备能够相对于所述土壤表面进行角度调节。