CN117980718A - 用于挤出土壤样品的农业样品包装系统 - Google Patents

Abstract

一种用于包装农业样品诸如土壤的自动化可编程处理器控制的系统和相关方法，所述农业样品可以测试各种化学性质诸如植物可利用的养分。所述包装系统包括样品包装装置，所述装置允许在农田中收集的原始散装样品物料方便且顺利地装入容器中以进行处理和分析。所述装置可以包括设置在散装物料腔室和样品收集腔室之间的模具块。取样叶片机构通过所述散装物料腔室和所述模具块插入取样叶片阵列。所述取样叶片通过所述模具块中的模具槽从所述散装物料腔室中挤出所述样品物料，从而形成收集在与所述样品容器相联接的所述样品收集腔室中的所述物料的栓或坯。在所述挤出之后，清洁叶片机构通过所述模具槽插入清洁刀片阵列，以用于去除残留的土壤或碎屑。

Description

用于挤出土壤样品的农业样品包装系统

相关申请的交叉参考

本申请要求2021年9月17日提交的美国临时专利申请No.63/245278；2021年11月15日提交的美国临时专利申请No.63/264,059；2021年11月15日提交的美国临时专利申请No.63/264,062；2021年11月15日提交的美国临时专利申请No.63/264,065；2022年8月1日提交的美国临时专利申请No.63/370,072；2022年8月1日提交的美国临时专利申请No.63/370,077；和2022年8月1日提交的美国临时专利申请No.63/370,081的优先权。上述申请以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开总体上涉及农业取样和分析，并且更具体地，涉及一种用于包装和跟踪农业样品(诸如土壤)以进行化学分析的系统。

背景技术

定期土壤测试是农业技术的一个重要方面。测试结果提供了有关土壤化学组成的宝贵信息，诸如植物可利用的养分和其他重要特性(例如，氮、镁、磷、钾、pH值等的水平)，以便可以将各种改良剂添加到土壤中，以最大化作物生产的质量和数量。

在一些现有的土壤取样过程中，收集的散装农业样品(诸如土壤或其他农业物料)可能需要某种形式的包装，以便于运输和进一步准备和处理以进行最终的化学分析。包装进一步保护了样品的完整性，直至样品被处理。此外，需要一种用于跟踪从农田中收集样品的位置的手段，以将化学分析结果与农田的特定部分相关联。

发明内容

本公开提供了一种自动化可编程处理器控制的农业样品包装系统和相关方法，其用于将农业样品容器化。在一些实施例中，容器可以是两端加盖的圆柱形样品管。在一些非限制性实施例中，样品可以是土壤样品，或者是本文进一步描述的其他农业相关物料。包装系统可以包括包装装置，所述包装装置接收由自动样品收集设备/探针收集的或手动收集的散装土壤样品物料，提取部分物料，并将提取的部分转移到样品容器中，然后可以对所述样品容器加盖。样品提取和容器化过程可以由系统控制器自动控制，所述系统控制器与多个传感器通信，所述传感器监测包装装备的各种部件的操作和位置以控制其操作。系统可以包括样品跟踪，所述样品跟踪包括为每个样品分配唯一的跟踪ID，所述ID可以与获取样品的农田或其他地方的位置相关联。在一个实施例中，可以使用RFID(射频识别)。

尽管农业样品包装系统可以在本文中参考容器化土壤样品进行描述，其仅代表所公开实施例的单一用途类别，但应理解的是，包括装置和相关过程的相同包装系统还可以用于处理其他类型的农业相关样品，包括但不限于植被/植物、饲料、粪肥、饲料、乳品或其他类型的样品。因此，本文的公开内容应该被广泛地认为是一种农业样品包装系统，其适用于从散装的“如收集的”样品物料中提取和容器化许多不同类型的样品，而不管收集方法如何。因此，所公开的本农业样品包装系统显然不限于单独包装土壤样品以对目标特性进行化学分析的用途。

附图说明

根据详细描述和附图，将更加全面地理解本公开，在附图中相似的元件被相似地标记并且其中：

图1是提供根据本公开的农业样品包装过程的总体概述的高级过程流程图；

图2是基于可编程处理器的中央处理单元(CPU)或系统控制器的系统示意图，其用于控制本文公开的与农业样品包装系统相关联的系统和装置；

图3是系统的样品包装装置的右上方前部透视图；

图4是其分解透视图，示出了外部保护外壳移除；

图5是包装装置的底部左后透视图；

图6是其分解透视图；

图7是包装装置的俯视图；

图8是其仰视图；

图9是其前视图，不带外壳；

图10是其后视图；

图11是其右侧视图；

图12是其左侧视图；

图13是其顶部右侧前透视图；

图14是其顶部左侧后透视图；

图15是其前视图，其中移除了一些装备以更好地示出取样叶片机构部件；

图16是其俯视图；

图17是其右上方前部透视图；

图18是其左上方前部透视图；

图19是底部左后透视图，其中移除了装置支撑框架的下部部分；

图20是取样叶片的顶部透视图；

图21是取样叶片的俯视图，示出了与叶片相关联的弹簧组；

图22是样品包装装置的前视图，示出了附接有样品漏斗的机构的一个操作位置，以及在向外打开位置具有由其支撑的样品容器的可旋转转台；

图23是其前剖视图；

图24是装置的侧视剖视图，示出了漏斗的漏斗门处于关闭位置；

图25是装置的前剖视图，示出了旋转至向内关闭位置的转台和样品容器，以准备填充农业样品物料；

图26是装置的仰视图，示出了处于向外打开位置的转台；

图27是装置的仰视图，示出了处于向内关闭位置的转台；

图28是装置的前剖视图，示出了装置的样品和清洁叶片处于缩回位置；

图29是装置的侧视剖视图，示出了漏斗门处于打开位置，以允许样品物料如方向箭头所示进入散装物料腔室；

图30是装置的前剖视图，示出了取样叶片处于其插入通过散装物料腔室和模具块的伸出位置；

图31是其前剖视图，示出了样品转移活塞-柱塞处于其向下延伸/伸出位置；

图32是其前剖视图，示出了样品转移活塞-柱塞返回至其向上缩回位置；

图33是其前剖视图，示出了清洁叶片处于其插入通过样品收集腔室和模具块的伸出位置；

图34是其前剖视图，示出了清洁叶片返回至其缩回位置；

图35是其前剖视图，示出了压实转移活塞-柱塞处于向下延伸/伸出位置；

图36是其前剖视图，示出了压实活塞-柱塞返回至其向上缩回位置；

图37是转台的局部前透视图，示出了带有容器传感器的容器支架的可塌缩实施例；

图38是装置的仰视图，示出了旋转至向内关闭位置的转台和样品容器，以准备填充农业样品物料；

图39是其仰视图，示出了处于向外打开位置的转台，以便能够从装置上移除填充的样品容器；

图40是装置的前剖视图，示出了处于向下伸出位置的样品转移活塞-柱塞和压实柱塞；

图41是装置的腔室和模具块的放大局部前剖视图；

图42是其第一底部透视图；

图43是其第二底部透视图；

图44是装置的转台的放大底部透视图；

图45是样品容器的底部分解透视图；

图46是转台的杯支架的可塌缩实施例的侧视图，示出了推压弹出式盖致动器。

所有的附图未必按比例绘制。除非另外明确指出，否则在一张附图中编号和出现但在其他附图中未编号的部件是相同的部件。除非另外明确说明，否则本文中对出现在具有相同整数但不同字母后缀的多个附图中的整数的任何引用应被理解为对所有这些附图的统称。

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。示例性实施例的该描述旨在结合附图来阅读，所述附图被认为是整个书面描述的一部分。因此，本公开显然不应限于此类示例性实施例，其示出了可能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。

在本文公开的实施例的描述中，任何方向或取向的参考仅用于方便描述，并且不旨在以任何方式限制本公开的范围。相关术语诸如“下”、“上”、“水平”、“竖向”、“上方”、“下方”、“上”、“下”、“顶部”和“底部”及其派生词(例如，“水平地”、“向下”、“向上”等)应该被解释为是指当时描述的或正在讨论中的附图所示的取向。这些相关术语仅是为了便于描述，并且不要求装置以特定的取向构造或操作。除非另外明确说明，否则诸如“附接”、“附着”、“连接”、“联接”和“互连”等术语是指这样的关系，其中结构直接或通过中间结构间接彼此固定或附接，以及可移动或刚性的附接或关系。

如通篇所用，本文公开的任何范围用作描述该范围内的每个值的简写。范围内的任何值都可以选择为范围的终点。此外，本文引用的所有现有专利或专利申请的参考文献均以全文引用的方式并入本文中。如果本公开中的定义与引用的参考文献中的定义发生冲突，则以本公开为准。

图1至图46示出了根据本公开的农业样品包装系统100及其各种部件的一个实施例。包装系统可以用于容器化土壤样品，并且为了方便起见，将结合容器化土壤样品进行描述，容器化土壤样品作为说明性而非限制性的用途。

包装系统100通常包括农业样品包装装置110，为便于参考而非限制，所述包装装置限定了前部110a、后部110b、右侧部110c、左侧部110d、顶部110e和底部110f。装置110在结构上可以是水平和横向伸长的，并且限定了水平延伸通过右侧部和左侧部并且与装置的几何中心线相交的纵向轴线LA。可以提供合适构造和材料的外部保护外壳116来保护包装装置110的部件中的大部分部件，包括使电子部件免受灰尘、碎屑、直接雨水、冲击等的影响。

包装装置110包括支撑框架111，所述支撑框架包括上部子框架115，所述上部子框架包括一对横向间隔开的竖向端部支撑件112和横跨在端部支撑构件之间并固定联接到端部支撑构件的一个或多个横向支撑件113，以形成自支撑刚性框架结构。在一些实施例中，可以提供底架111的下部基座子框架114，其联接到上部子框架115并在支撑表面或物体上方提升和/或隔开上部子框架。基座子框架114可以包括多个结构构件(例如，管、杆、L角形件、工字梁、C形梁等)的装配或焊接件，其配置成符合支撑表面或物体并将装置安装到支撑表面或物体。支撑表面或物体可以是静止的物体或表面，或者是可移动的，诸如自驱动或牵引轮式车辆(例如，全地形车、卡车、拖车等)的一部分。因此，根据安装需要，基座子框架的多种配置是可能的。

支撑框架111的上部子框架115为包装装置110的功能性和可移动电子和非电子部件提供安装平台并对其进行支撑。在一个实施例中，装置通常包括散装物料腔室120、样品转移或收集腔室180、取样叶片机构130、清洁叶片机构140、压实活塞-柱塞150、样品转移活塞-柱塞155、可选的容器端盖致动器160、带有相关联的漏斗门171和门致动器172的漏斗170、以及可旋转容器转台200，所述转台配置成可移除地保持样品容器201以用于土壤样品填充操作。

在非限制性示出的实施例中，农业样品容器201可以是中空圆柱形样品管202，其具有适于与包装装置110一起使用的构造和定制特征，以将农业样品(诸如土壤样品或其他样品)装入容器中。因此，样品管202可与普通管区分开来，普通管可以具有带盖端。

样品管202具有伸长的圆柱形中空主体，其末端为相对的顶端203a和底端203b，并由一对圆形端盖204闭合和密封。盖204可以由金属或非金属(例如，塑料或其他)材料制成。在一个实施例中，管主体和盖204由塑料形成。一个端盖204a可以是固定的或静止的盖，其配置成用于可拆卸地联接到容器201的顶端203a。另一个剩余的端盖可以是可移动的推压弹出式端盖204b，其邻近管的底端203b可滑动地接收在管202内。在管填充操作过程中，推压弹出式盖204b可从管的一端203b向另一端203a滑动移动，反之亦然。在一些实施例中，管202的底端203b可以包括防旋转特征，以在安装到包装装置110时将管旋转锁定在适当位置，如本文进一步所述。

样品管202的一个独特方面是推压弹出式盖204b，其包括多个向下和向外突出的弹簧作用保持突起205，所述突起配置成可滑动地接合样品管202的内壁。保持突起205可以单独安装到盖204b的周边和外围边缘，或者可以整体形成为如本文所示的单个一体式整体盖结构的一部分。在一个优选但非限制性的实施例中，推压弹出式盖204b和保持突起205可以是这样的单件整体结构，其由具有弹性记忆的合适的半刚性但可弹性变形的塑料材料(例如，聚乙烯、聚丙烯等)制成。然而，在其他实施例中，保持突起205可以是由固定到盖204b的弹簧金属或弹性可变形的塑料形成的独立元件。

在一个实施例中，保持突起205可以各自具有如图所示的有点方形或U形的结构；然而，可以使用其他形状的保持突起，并且该形状不限制本发明。这使得推压弹出式盖204b具有有点堞形的形状。保持突起的自由末端205a可以向外张开形成的凸片，所述凸片可以强制接合样品管202的相应互补构造的弧形弯曲且伸长的保持槽202c。这使得突起205具有有点L形的构造，其中突起表现为从盖204b向下延伸的腿并具有外翻的端部。槽202c在管状样品管主体中垂直于其圆柱形壁横向取向。如图所示，突起205可以围绕推压弹出式盖204b的整个周边和外围周向间隔开。在一个非限制性实施例中可以提供六个保持突起205；然而，可以提供更少或更多的突起。

样品管202的圆柱形壁202a中形成的周向伸长保持槽202c可选择性地与保持突起205a接合，以根据盖在管内部的位置将推压弹出式盖204b与样品管锁定或解锁。因此，盖204b的直径大小设计成完全插入样品管的内部空间内，而盖204a的尺寸较大以用于固定到样品管的顶端。在一个实施例中，槽202c可以是完全延伸通过管壁的通槽。保持槽202c设置在样品管202的底端203b附近，并且与管的端部稍微向内间隔开。管的另一端接收固定/静止盖204a。在一些实施例中，当样品管202放置在转台200中时，管的具有保持槽202c的端部优选地位于底部，以用于与容器端盖致动器160接合，如本文进一步描述的。

样品管202可以由塑料、金属或其他合适的材料制成。在一个优选但非限制性的实施例中，管由塑料(例如，聚乙烯、聚丙烯等)制成。伸长的管主体可以是不透明的或透明的；后者允许视觉检查样品。尽管管202公开为圆柱形的形状，但是在其他可能的实施例中，可以使用其他形状和形式的样品容器。

散装物料腔室120和样品收集腔室180各自为竖向伸长的中空容器，它们彼此相邻定位，并由散布在其间的相邻的竖向伸长的模具块124隔开。模具块124形成分隔腔室120、180的中央分隔壁，并包括一组竖向间隔开的模具槽124a，所述模具槽完全延伸通过模具块并位于散装物料腔室和样品收集腔室之间。槽124a穿透腔室120、180中的每一个，并且在前后方向上水平伸长。模具块124包括形成散装物料腔室120的一部分的平坦壁侧部124b和形成样品收集腔室180的一部分的相对的弧形弯曲壁侧部124c，如图所示(例如，参见图42至图43)。

在一个实施例中，腔室120、180可以在单独的腔室块123中形成，所述腔室块包括联接至模具块124的相对侧部的固体材料块(例如，参见图42至图43)。这种结构允许在联接到模具块之前预制与腔室120和180相关联的腔室块中的样品和清洁通槽。腔室180可以部分地形成在模具块124的一部分中，使得模具块的弯曲右壁侧部124c形成腔室180壁的一部分(例如，参见图42至图43)。如图所示，腔室块123和模具块124由包装装置110的端部之间的上部子框架115支撑。

散装物料腔室120具有竖向延伸的中空主体，其包括限定内腔125、顶部126和底部127的侧壁121(例如，参见图24)。漏斗170的底部173通过腔室120的侧壁121连接到内腔125，以引入散装土壤样品物料。在一个实施例中，腔室120具有长圆形横截面形状，其在平行于纵向轴线LA的轴向纵向方向上水平伸长(例如，参见图41至图43)。侧壁121可以包括与模具块124的平坦壁侧部124b相对的弧形弯曲的壁部分121a，所述平坦壁侧部形成腔室120的侧壁的一部分。壁部分121a包括一组竖向间隔开的叶片槽128，所述叶片槽完全延伸通过壁部分以可滑动地接收取样叶片机构130的取样叶片131。槽128与模具槽124b在位置上同步并且在直径上相对，使得每个槽128与相应的模具槽124a水平地轴向对齐。

样品收集腔室180具有圆柱形结构和竖向延伸的中空主体，其包括限定内腔182、顶部183和底部184的侧壁181。在一个实施例中，腔室180具有圆形横截面形状。侧壁181包括一组竖向间隔开的叶片槽185，所述叶片槽完全延伸通过侧壁以可滑动地接收清洁叶片机构140的清洁叶片141。槽185与模具块124的弯曲壁侧部124c中的模具槽124b在位置上同步并且在直径上相对，使得每个槽185与相应的模具槽124b轴向对齐。

取样叶片机构130包括底架131和多个取样叶片132，所述取样叶片以竖向间隔的阵列固定联接至底架。底架131可以包括一对水平隔开的在各端处的右和左竖向端板133。取样叶片132可以可滑动地联接到该对端板的左端板133a，并且可滑动地穿过右端板133b中的互补配置的孔。右和左端板各自通过水平取向的管状导杆套筒134a刚性连接在一起，使得底架与取样叶片132和端板133一起作为单个单元左右移动。

底架131由多个导杆134可滑动地承载，每个导杆在导杆一端处的框架111的竖向端部支撑件112和导杆另一端处的腔室块123(其位于竖向端部支撑件之间)之间横向跨越并联接到其上。导杆134可滑动地接收在上述底架的中空管状导杆套筒134a内部。在一个实施例中，可以设置两组，在每个组中四个导杆134，如图所示，它们从上到下和从前到后彼此竖向和水平地间隔开。一组用于可滑动地支撑取样叶片底架131，以及另一组用于可滑动地支撑样品转移叶片底架141。导杆134中的每一组可以包括一对上导杆和下导杆；所述导杆中的每一个都具有底架131的相关联的导杆套筒134a和底架141的导杆套筒144a。

取样叶片132可以各自具有水平伸长的条状主体，所述条状主体终止于凹形终端132a，所述终端在管填充操作期间穿过散装物料腔室120和模具块124。终端132a的曲率半径(凹形)对应于样品收集腔室180的曲率半径，以在插入通过模具块124时形成腔室的壁的一部分，如本文进一步所述。在一些实施例中，叶片主体可以在叶片132的纵向长边之间从一侧到另一侧弧形弯曲。在其他实施例中，叶片主体可以是平坦的。取样叶片132可在从散装物料腔室120和模具块124缩回的缩回位置和延伸通过腔室120和模具块124的伸出位置之间沿水平纵向方向轴向和横向地移动。当伸出时，叶片从散装物料腔室120中提取并挤压/推动土壤样品物料的坯或栓通过模具块124并进入样品收集腔室180。在缩回位置，叶片132的凹形终端132a与散装物料腔室120的弧形弯曲壁部分121a齐平并形成其一部分。

取样叶片机构130包括致动器135，所述致动器在缩回和伸出位置之间线性移动底架131和由其支撑的样品132叶片阵列。致动器135可以是任何合适的市售电动线性杆致动器、气动致动器或液压致动器，其中可缩回/可延伸的操作杆136联接到底架131。

如图所示，在一个实施例中，取样叶片132可以竖向堆叠并间隔开。它们安装到其上的底架131在缩回位置和伸出位置之间共同地移动所有取样叶片。

根据取样叶片机构130的一个方面，可以提供弹簧偏压保护系统，以保护取样叶片132和机构在模具块124中的一个或多个模具槽124a被异物(诸如之前样品物料挤出过程中楔入模具槽的石头/石块)堵塞的情况下免受损坏。在一个实施例中，每个取样叶片132安装在包括一对弹簧250的相应叶片弹簧组253中。参考图20至图23，叶片132的远端部分(离散装物料腔室120最远)分叉成一对纵向伸长腿251；伸长腿中的每一个在其周围捕获螺旋压缩弹簧250。每个弹簧250的近端可以支撑并作用在伸长的近侧弹簧板252a上，近侧弹簧板可滑动地联接到叶片132、在其远端和近端之间。当安装在底架131中时，近侧弹簧板252a抵接地接合底架的右端板133b。每个弹簧的剩余远端可以支撑在第二伸长远侧弹簧板252b上，第二伸长远侧弹簧板抵接地接合底架131的左端板133a。当取样叶片机构130试图将叶片插入通过槽时，在叶片遇到其在模具块124中的相应模具槽124a中的阻挡的情况下，叶片132的分叉远端可通过底架的左远侧弹簧板252b和左端板133a中的相应开口伸出。在操作中，其路径在模具块124中未被阻挡的剩余叶片132将继续前进到散装物料腔室120中以提取土壤样品物料，而当底架向右移向腔室120时，被阻挡的叶片将保持静止。与被阻挡的一个或多个叶片132相关联的弹簧将被压缩，并且被阻挡的叶片将不再朝散装物料腔室前进。有利的是，即使在一个或多个取样叶片路径被阻挡的情况下，取样叶片机构也将继续工作并提取样品，使得土壤样品物料包装操作不会中断。

选择弹簧250的弹簧力(k)，以允许取样叶片132以确定为防止对叶片和清洁叶片机构140造成损坏的合理的最大力插入通过模具块124的模具槽124a。当叶片遇到阻塞或堵塞的模具槽而超出该预定最大力限值时，弹簧250将压缩以阻止叶片前进并防止对叶片和机构造成损坏。

清洁叶片机构140在结构和操作上与取样叶片机构120大致相似；然而，清洁叶片142从相反的方向进入样品收集腔室180和模具块124，以从模具块槽124a移除和清洁残留的土壤沉积，为下一次管填充操作做好准备。简单地说，在没有不适当重复的情况下，清洁叶片机构140也包括底架141，其支撑以间隔开的部件阵列固定联接到底架的多个清洁叶片142。底架141由相同类型的中空管状导杆套筒144a可滑动地承载，所述导杆套筒在导杆144上行进，所述导杆在框架111的竖向端部支撑件112和腔室块123之间横向跨越并联接到其上。底架141也包括一对水平间隔开的竖向端板143。清洁叶片142可以固定地联接到该对端板的右端板143a，并且可滑动地穿过左端板143b中的互补配置的孔。在一些实施例中，叶片也可以可选地固定连接到左端板。

值得注意的是，清洁叶片142优选地不包括类似取样叶片132的弹簧保护机构。因为清洁叶片的功能包括从模具块模具槽124a驱逐任何碎屑(例如，石头/石块、变硬的农业团块等)，优选的是清洁叶片可以以刚性支撑的方式全力推进通过模具槽。因此，在一些实施例中，希望清洁叶片142不具有弹簧操作的缓解特征。如果清洁叶片不能有力地驱逐阻挡一个或多个模具槽124a的物体，则样品提取循环将停止(例如，清洁叶片机构140)，这通过样品包装机控制器2811经由适当配置的传感器2811c(例如，参见图26)检测到，所述传感器配置成检测取样叶片尚未完全前进并插入模具槽中。为此目的，可以使用位置传感器或接近传感器，其类型类似于本文其他地方描述的全管传感器220或其他类型的传感器。控制器将以电子方式“暂停”循环，向操作员指示存在内部问题。如果允许异物滞留在模具块中并继续进行提取循环，将会损坏装置机构的内部部件。控制器2811经由适当的报警信号将“暂停”情况传达(例如，视觉上和/或听觉上)给操作人员，这样操作人员就知道并可以补救模具块阻塞问题以恢复正常操作。

清洁叶片142至少在横截面上可以具有与取样叶片132相同的形状，因为它们穿过模具块124中相同的水平伸长槽124a，以从其去除残留的土壤，如本文进一步所述。图20和图21示出取样叶片132，其也可以表示清洁叶片142的形状和构造，除了清洁叶片没有分叉端部，因为没有提供弹簧保护机构。清洁叶片142还可以各自具有水平伸长的条状主体，所述条状主体终止于凹形终端142a，所述终端在模具清洁操作期间穿过样品收集腔室180和模具块124。在一些实施例中，叶片主体可以在纵向长边之间成弧形弯曲。在其他实施例中，叶片主体可以是平坦的。清洁叶片142可在从腔室180和模具块124缩回的缩回位置和延伸通过腔室180和模具块124的伸出位置之间沿水平纵向方向轴向和横向地移动。这将模具块124的槽124a中的残留土壤推回到散装物料腔室120中，可以从散装物料腔室中清除所述土壤。在缩回位置，叶片142的凹形终端142a与样品收集腔室180的弧形弯曲侧壁181齐平并形成其一部分。

清洁叶片机构140包括致动器145，所述致动器在缩回和伸出位置之间线性移动底架141和由其支撑的清洁叶片142阵列。致动器145可以是任何合适的市售电动线性杆致动器、气动致动器或液压致动器，其中可缩回/可延伸的操作杆146联接到底架141。

如图所示，在一个实施例中，清洁叶片142可以竖向堆叠并间隔开。它们安装到其上的底架141在缩回位置和伸出位置之间共同地移动所有清洁叶片。清洁叶片142与模具槽124a在位置上同步，使得每个叶片与模具槽中的相应一个模具槽轴向和水平对齐。

在一些实施例中，上述取样叶片132和清洁叶片142以及取样叶片机构130和清洁叶片机构140的结构部件(例如，端板、导杆和套筒等)优选地由适当强度的金属材料制成，诸如由钢或不锈钢制成。可以使用其他合适的材料。

压实活塞-柱塞150和样品转移活塞-柱塞155各自可以是任何合适类型的市售电动线性杆致动器、气压缸或液压缸，其带可缩回/可延伸的操作杆151a和151b。杆151a、151b分别终止于盘152a、152b，每个盘配置成紧密配合并符合散装物料腔室120和样品腔室180的形状和内径，其中在盘和腔室壁之间没有任何明显的间隙。盘152a、152b的尺寸设置成使得盘的外周边缘邻近它们相应的腔室壁定位，以在盘在其腔室中上下滑动时从壁上刮去任何土壤。压实活塞-柱塞150的盘152a具有长圆形横截面形状，其对应于散装物料腔室120的长圆形横截面形状。样品转移活塞-柱塞155的盘152b具有圆形横截面形状，其对应于样品收集腔室180的圆形横截面形状。

在一个实施例中，活塞-柱塞150、155各自竖向取向，并进入腔室120、180的开口顶部。在操作中，活塞-柱塞各自可从向上缩回位置(从腔室120或180缩回)或向下伸出位置(延伸至腔室的底端)线性移动。每个盘152a、152b的暴露底表面可以与腔室120、180的底部端面基本齐平，以确保从腔室中清除所有土壤，并允许经由转台的操作将下盘面刮擦/擦拭干净，如本文进一步所述。

漏斗170提供料斗型容器，散装土壤样品填充到其中以用于转移到散装物料腔室120。外壳116包括环形斜道170a，其定位在漏斗的顶部上方，并且可选地能够可拆卸地联接到漏斗的顶部并且可部分地插入到漏斗的顶部中，以用于将农业样品物料(例如，土壤或其他)引导到漏斗中。如图所示，在一些实施例中，斜道170a可以包括倾斜壁，以便于将样品物料添加到漏斗中。在某些实施例中，漏斗170和斜道170a的倾斜壁可以由不粘材料构成，诸如UHMW-PE或类似材料，和/或被涂覆以促进样品物料流过并且不粘附到壁上。当处理粘性类型的土壤(诸如粘土)时，这可能特别有益。

漏斗170可以具有任何合适的配置，并且其宽度从开口顶部174逐渐变窄，用于在联接至门致动器172的可打开/可关闭的漏斗门171的控制下将土壤样品添加到漏斗至底部173。在一个实施例中，漏斗170可以是如图所示的梯形。可以使用包括截头圆锥形漏斗的其他漏斗形状。漏斗门171经由铰链销171a可枢转地和铰接地安装到漏斗的下部部分，并联接到偏心凸轮杠杆175，偏心凸轮杠杆可操作地联接到致动器172。漏斗门171可经由致动器172的操作在关闭位置和打开位置之间枢转移动，关闭位置用于将散装土壤样品物料填充漏斗170，以及打开位置用于将土壤转移到散装物料腔室120。致动器172可以是任何合适的市售电动线性杆致动器、气动致动器或液压致动器，其中可缩回/可延伸的操作杆176联接到凸轮杠杆175。

容器转台200配置成在土壤样品包装操作期间，可移除地保持样品容器201并将其向内和向外旋转移动进出样品腔室180下方。转台200在包装装置110下方围绕竖向枢转轴线PA可旋转地安装，并且定位在散装物料腔室120和样品腔室180的底端下方并靠近底端。转台通常包括支撑容器支架210的可旋转基座构件211和联接到基座构件的转台致动器212。在一个实施例中，基座构件211可以包括大致宽且平坦的板状整体结构，所述整体结构具有包括向外延伸的偏心凸轮臂211a、容器支撑臂211b和实心闭合臂211c的复合构造。枢转轴线PA由枢轴销216形成，枢轴销竖向延伸通过基座构件211并偏离板的几何中心。基座构件211能够绕枢转轴线PA在由枢轴销216限定的水平参考平面内可旋转地移动，枢轴销将基座构件安装到支撑框架111。

实心闭合臂211c可在散装物料腔室120的常打开的底端下方和附近旋转，以经由底座211的旋转选择性地关闭或打开腔室的底端，如本文进一步所述。至少闭合臂211c的顶表面优选是平坦的，以在底部处形成腔室120的相对紧密的封闭部，从而防止散装土壤通过腔室落下。闭合臂211c可滑动地移入和移出抵靠腔室120的底端的位置。这有利地有助于经由在腔室的底面上的擦拭/刮擦类型的动作在管填充循环之间清洁和去除腔室120的底部处的任何土壤残留。

在一个实施例中，容器支架210可以是由基座构件211支撑的大致杯形结构。在一个非限制性实施例中，支架包括圆形开口和圆形支撑盘213，圆形开口形成在基座构件的容器支撑臂211b中以接收样品管202，以及圆形支撑盘通过多个竖向伸长的间隔杆214以竖向间隔开的方式悬挂在支撑臂211b下方。如图所示，经由支撑盘213的定位来配置容器支架210，使得样品管202的大部分高度位于基座构件211下方。这确保了在管样品填充操作期间和管与基座构件211一起旋转期间，管都由容器支架以稳定的方式保持。容器支架210的其他形式和配置也是可能的，只要能够以所需的稳定性程度可移除地保持样品管202。

样品管202可以配置成相对于支撑盘213旋转锁定就位，以确保管在管填充操作和转台200的基座构件211的移动期间不旋转并保持旋转稳定。在一个实施例中，管202的圆柱形壁202a的底端203b可以具有弧形起伏的堞形构造，以与支撑盘213上的配合弧形起伏的堞形特征形成旋转互锁。因此，邻近管中形成保持槽202c的位置的样品管202的底端203b可以包括防旋转突起206a，所述防旋转突起锁定接合管支撑盘213上的配合防旋转突起206b的环。如图所示，在一些实施例中，突起206a、206b可以具有带倾斜侧部的圆化端部，以帮助将样品管202引导到堞形支撑盘213上。在其他实施例中，在填充操作期间可能不需要或不希望将样品管202旋转锁定到包装装置110中的情况下，可以省略防旋转特征。

在一个实施例中，容器端盖致动器160可以安装在容器支架210的支撑盘213上(图19)，或者替代地安装在替代容器支架223的可塌缩双支撑板组件233上(例如，参见图46)。因此，盖致动器160可与转台200的基座构件211一起旋转。盖致动器160可以是任何合适的市售电动线性杆致动器、气动致动器或液压致动器，其具有可缩回/可延伸的操作杆161，所述操作杆可通过支撑盘213中的互补配置的开口伸出，以接合和启动推压弹出式盖204b。杆161可以终止于直径扩大的圆柱形盘162，其配置成接合推压弹出式盖204b。致动器160是可操作的，以从保持槽202c(即保持突起205a)中脱离和解锁推压弹出式盖，使得盖可以在样品管202中向上移动，原因与样品管填充操作相关，如本文进一步描述的。

致动器212联接到基座构件211的凸轮臂211a，所述致动器可以是任何合适的市售电动线性杆致动器、气动致动器或液压致动器，其中可缩回/可延伸的操作杆215联接到凸轮臂(例如，参见图26)。致动器212是可操作的，以围绕枢转轴线PA旋转基座构件211，从而在以下位置之间移动转台：(1)向内关闭位置，用于管填充，其中样品管202位于样品腔室180的底端正下方并与其相邻，并且基座构件闭合臂211c位于散装物料腔室120的底端正下方并与其相邻以关闭该腔室(例如，参见图27)；以及(2)向外打开位置，其中样品管202不位于样品腔室180下方，并且基座构件闭合臂211c不位于散装物料腔室120的底端下方并与其相邻，散装物料腔室然后向下打开(例如，参见图26)。在向外位置，样品管202可以在管填充循环之间更换，以移除填充的管并安装新的空管。

现在将描述包装农业样品的方法或过程。在一个实施例中，样品可以是土壤样品，为了方便而非限制，将该土壤样品用作为描述本文公开的农业样品包装系统100的操作的基础。图1是提供包装过程的总体概述的高级过程流程图。图22至图40是示出本文所述农业样品包装装置110的样品包装操作和位置变化的一个非限制性实施例的序列图像。为了方便讨论而非限制，以下过程中使用的样品物料可以是土壤。

该方法始于转台200处于向外打开位置(例如，参见图22)。在一些实施例中，如果转台不是向外并且准备好接收新的空样品管202，则转台可以通过致动致动器2811b(诸如按钮、拨动开关或其他类型的开关)向外旋转(图22)，所述致动器可操作地联接到包装机控制器2811(例如，参见图25至图27)。这可以任意称为“装载管”开关或其他名称。在其他实施例中，该步骤可以经由可操作地联接到控制器2811的个人电子设备2851来致动，所述控制器启动转台的向外旋转(例如，参见图2)。在任一控制方案中，向外旋转转台使得操作者能够手动将样品管202插入转台200的容器支架210或223中。

在开始包装操作时，活塞-柱塞150和155优选地从先前的容器包装操作或准备开始第一包装操作时处于图23所示的其向下延伸/伸出位置。

首先将空样品容器201(诸如样品管202)竖向插入转台的容器支架210并放置在其中。如本文前面所述，在管的底端203b和支架210的支撑盘213之间形成堞形且旋转互锁的接口。包含RFID标签2850a的样品管202的顶端盖204a放置在RFID读取器2852上。包装机控制器2811和/或主系统控制器2820自动读取标签并开始跟踪样品，包括所有相关数据，诸如经由GPS传感器2854的地理位置、一天中的时间等。替代地，RFID标签可以包含在柱塞盖204b内，并在样品管装载到转台200中时自动读取。此外，如果RFID标签在装载到容器支架210中的管或柱塞盖的任何部分内，则读取器可以附接到容器支架210，使得能够在管被装载时读取管，并且不需要用于RFID读取的单独的站。

在方法/过程中的此时，漏斗门171处于关闭位置(例如，参见图24)。如果在样品管202旋转到腔室120下方之前将土壤样品物料装载到漏斗中，这防止了装载到漏斗170中的土壤样品物料进入散装物料腔室120的仍然打开的底部并从其中掉出。

然后，经由转台致动器212的操作将转台200旋转至向内关闭位置。在一些实施例中，该步骤可以通过致动可操作地联接到包装机控制器2811(例如，参见图25至图27)的致动器2811a(诸如按钮、拨动开关或其他类型的开关)来启动(图22)。这可以任意称为“填充管”致动器或其他名称。在其他实施例中，该步骤可以经由可操作地联接到控制器2811的个人电子设备2851来致动，所述控制器启动转台的旋转(例如，参见图2)。在任一控制方案中，向内旋转转台将样品管202定位在样品收集腔室180下方。基座构件211(即闭合臂211c)闭合先前打开的散装物料腔室120的底端。

在活塞-柱塞150、155仍处于其向下位置的情况下，需要注意的是，当闭合臂向内旋转时，转台200的闭合臂211c将从柱塞盘152a、152b的底面上刮除可能是上次容器包装操作留下的任何残留物。

只要漏斗门171在过程中的此时保持关闭，可以在向内旋转转台之后或在此之前的任何时间点将土壤样品物料添加至漏斗170。

接下来，在包括致动器的这些实施例中，通过致动端盖致动器160，将推压弹出式盖204b从样品管202解锁/松开。致动器使推压弹出式盖204b的保持突起205从管202中的保持槽202c脱离，并且可滑动地在管内部竖向向上推动盖。因此，盖204b不再锁定在样品管202的底端203b附近，而是在管的端部之间的某个预选位置处。突起205具有径向向外指向的弹簧力，所述弹簧力足以与圆柱形样品管壁202a的内表面强制接合，以保持推压弹出式盖204b的位置。

替代地，如果如下文进一步所述和图22等所示使用不带致动器160的替代容器支架223实施例，则推压弹出式盖保持在样品管202中的其下部锁定位置。

如图28所示，如果之前未缩回，活塞-柱塞150、155从散装物料腔室120和样品收集腔室180(例如，参见图28)中缩回。

一旦如上所述设置好转台并且活塞-柱塞150、155缩回，则土壤样品提取过程准备开始。经由致动器172的操作打开漏斗门171。散装土壤样品物料被转移并进入散装物料腔室120(图29)。然后，可以关闭门171，其压实了腔室的任何轻微过量填充，并防止漏斗中的任何残留土壤进入腔室。

该方法如下继续：激活取样叶片机构130。致动器135沿着导杆134可滑动地移动取样叶片底架131，并且取样叶片132插入通过散装物料腔室120和模具块124。叶片132从最初缩回位置移动到本文先前描述的伸出位置(例如，朝向图30中的右侧，参见方向箭头)。取样叶片132各自通过模具块124中相应的模具槽124a从散装物料样品挤出或推出一部分土壤。通过前进的叶片132将包括土壤的多个栓或坯的挤出/提取的土壤沉积在样品收集腔室180中。提取的土壤的栓向下落到腔室180下方等待的开口样品管202中。

然后，可以致动样品转移活塞-柱塞155，以确保收集腔室180中的所有土壤样品物料强制向下推入样品管中(例如，见图31)。优选地，该步骤在取样叶片132保留在模具块124中在模具槽124a内的同时进行，以确保腔室180中的土壤不会由活塞-柱塞横向往回推入模具块124的模具槽124a中。活塞-柱塞155可以一直延伸到样品管202中，以将土壤紧密包装在管中。值得注意的是，活塞-柱塞压实样品管202中的土壤，同时将推压弹出式盖204b向下并往回逐渐推动和移位一段距离。这有利地确保了管中的土壤样品是紧密包装的样品。

活塞-柱塞155随后可以从样品管202和腔室180中撤回，并竖向向上返回至其初始缩回位置。

该方法如下继续：通过将取样叶片机构130的底架131返回至缩回位置(例如，朝向图32中的左侧)从模具块124和散装物料腔室120中撤回取样叶片132。

该方法如下继续：致动清洁叶片机构140。致动器145将清洁叶片底架141和清洁叶片142从初始缩回位置移动到本文先前描述的伸出位置(例如，朝向图33中的左侧)。清洁叶片142插入通过样品收集腔室180和模具块中的模具槽124a。清洁叶片142各自推动任何残留的土壤残留物或特别是硬的非土壤碎屑(例如，石头等)(其可能已经被捕获在模具槽124a中)往回进入散装物料物体腔室120。

然后，通过颠倒上述操作将清洁叶片142从模具块124和土壤收集腔室180中缩回(例如，参见图34)。

接下来，致动压实活塞-柱塞150，以在散装物料腔室120中再填装土壤(例如，参见图35)。活塞-柱塞150在腔室120中竖向向下移动以压实腔室中的剩余土壤。如果正在处理潮湿、粘性和致密的土壤(诸如粘土)，这尤其有益。当样品物料的栓首次被挤出，在最初从腔室中的土壤撤回叶片时，取样叶片132可能会在腔室120中剩余的自支撑土壤物料中留下空隙。如果是这样的话，由于空隙的存在，下一个提取循环可能无法为样品移位和收集任何可观数量的土壤。为了补救这种可能性并保持快速提取全部土壤样品，活塞-柱塞150将有利地使土壤塌陷并消除任何此类空隙。

接下来，压实活塞-柱塞150从散装物料腔室120中缩回(例如，参见图36)。

值得注意的是，上述单个土壤样品的栓或坯提取循环可能不足以使样品管202充分填充足够的土壤用于进一步处理和最终的化学分析。因此，整个循环可以重复多次，以提取足够量的土壤样品物料用于相关过程中的化学测试。

还应注意的是，在包括盖致动器160的样品包装装置110实施例中，如本文前面所述，随着样品管202逐渐被活塞-柱塞155填充和填装向下，推压弹出式盖204b逐渐在管内部进一步向下推进。盖204b的保持突起205最终重新接合并弹回到样品管的保持槽202c中。这表示盖204b在管中的最低位置和管的最大容积能力。

一旦样品管202装满，转台200旋转回到向外打开位置(例如，参见图38至图29)。转台配置成使得它刮平管的顶部以移除堆积在管的顶部边缘上方的任何土壤，从而可以安装顶端盖204a而不必手动整平任何向上突出的土堆。当转台200的基板211旋转到其向外打开的位置时，任何土堆都将被邻近样品收集腔室180的腔室块123部分的底表面刮平或刮掉。然后，可以将静止端盖204a与RFID标签2850a一起从RFID读取器2850手动移除，并将其联接到管的开口顶端203a以密封样品。如果标签2850a不位于静止顶端盖204a上，则不需要将该盖放置在RFID读取器上，并且可以从存放的任何地方取回。在任一情况下，然后可以从包装装置110中取出包装和密封的样品管202，用于进一步处理和最终的化学分析。

在转台仍处于向外打开位置的情况下，样品转移活塞-柱塞155和压实活塞-柱塞150可以运行返回通过其相应的土壤收集腔室180和散装物料腔室120，以去除任何残留土壤，从而为下一轮提取土壤样品做准备(例如，参见图40)。

样品转移活塞-柱塞155和压实活塞-柱塞150可以保持在此向下位置，其中盘152a、152b暴露在散装物料腔室120和样品收集腔室180的底端处。在样品管202已经装载到转台200中用于下一组土壤样品提取之后，当闭合臂211c在两个活塞-柱塞下方通过时，将转台旋转到向内关闭位置将会把活塞-柱塞150、155的暴露面擦拭干净。在土壤添加到散装物料腔室120用于样品的栓/坯提取之前，活塞-柱塞可以各自返回到它们的向上位置。

值得注意的是，每当柱塞在散装物料腔室120中向下和向上移动时，压紧活塞-柱塞150兼作刮刀，以清洁处在其缩回位置的取样叶片132的端部。以类似的方式，在样品收集腔室180中向上/向下移动的样品转移活塞-柱塞155兼作刮刀，以通过柱塞每次向下/向上移动清洁处在延伸通过模具块124的伸出位置的取样叶片132的端部、和清洁叶片142的端部。这是可能的，因为如本文前面所述，取样叶片132的终端在缩回时形成腔室120的暴露内壁的一部分，并且在伸出时形成腔室180的内壁的一部分。在类似的叶片中，清洁叶片142的终端形成腔室180的内壁的一部分。

图22和图37描绘了样品容器支架组件的替代实施例，其省略了端盖致动器160。在该实施例中，本容器支架223包括可塌缩的双支撑板组件233，所述组件由转台200的基座构件211下方的间隔杆214支撑和悬挂。双板组件包括刚性联接到间隔杆214的底端的下固定板231和可相对于固定板231在间隔杆上竖向上下滑动的上浮动板230。固定板231因此相对于转台200的基座构件211和间隔杆214保持静止。固定板231和浮动板230由联接在板之间的多个弹簧232隔开。当样品管202定位在包装装置110上时，管置于上浮动板上。支撑板组件233可在膨胀状态和塌缩状态之间移动，在膨胀状态下，浮动板230和固定板231通过弹簧232以最大程度隔开并且彼此远离，在塌缩状态下，当弹簧由活塞-柱塞155压缩时，板230、231彼此接近或最接近，如本文进一步所述。

在操作中，前述农业样品包装方法的一般步骤保持不变，并且为简洁起见不再重复。当使用本容器支架223时，方法的不同之处如下。首先，因为在本实施例中省略了盖致动器160，所以在向管添加土壤之前，推压弹出式盖204b没有解锁并在样品管202中向上移动。因此，盖204b保持在其最下面的位置，靠近管的底端203b，并锁定到管的保持槽202c。在一些实施例中，盖204b可以由联接到管的底端的固定不动的盖代替，类似于联接到管顶端203a的盖204a。

农业样品包装方法的第二个不同之处在于，当样品管202容量完全填充时，可移动双板组件233激活并塌缩。当样品管装载到本容器支架223上时，双板组件233开始处于膨胀状态。在本文先前描述的几个管填充循环之后，随着样品转移活塞-柱塞150捣实并将土壤包装到管中，管将变满。一旦达到最大容积，最后的捣实动作将把管202中的土壤和管本身一起向下推。这又使上浮动板230向下移动，以克服弹簧232的向上偏压作用来压缩弹簧。支撑板组件233现在处于塌缩状态。

固定安装在间隔杆214中的一个的底端附近的满样品管传感器220由浮动板向下移动激活，并配置成检测浮动板的移动，其指示管被填充至容量并准备从包装装置110取出。传感器220向装置110机载的本地机器控制器2811和/或主系统控制器2820发送信号来指示同样的情况。值得注意的是，浮动板230仅在如上所述管202被填充至容量时才会移动。

任何合适类型的市售存在或接触感测传感器包括合适类型的微型限位开关、霍尔效应传感器等，其可以用于检测浮动板230的存在或移动。在一个实施例中，可以使用如图所示的柱塞式微型限位开关，开关包括可按压的弹簧偏置柱塞221，所述柱塞接触上浮动板230，双板组件双支撑板233处于膨胀状态(例如，参见图46)。如果使用微型限位开关，则开关中的电触点可以断开(在常闭电路中)或闭合(在常开电路中)。在其他实施例中，可以使用合适的负载或力感测传感器。在其他实施例中，可以使用非接触型接近传感器，包括电感式接近传感器、电容式接近传感器和光电传感器。因此，存在多种传感器选项，并且本发明不受限于所采用的传感器类型，只要适当的“满管”信号被传输到本地机器控制器2811和/或主系统控制器2820。

应注意的是，将样品捣入样品管202的样品转移活塞-柱塞155不会直接向管直接施加力。活塞-柱塞155将其力直接施加到管中的样品，然后样品将其接收到的力传递到管。在经由传感器220触发满管状态之前，这种间接力传递允许样品通过活塞-柱塞在管内被持续压缩。

在其他实施例中，满样品管传感器220可以是可操作地联接至包装机控制器2811的市售“负载”或“力”传感器。这可以经由包装机控制器2811使用控制和反馈来实现，其中市售的致动器或测压/测力传感器来代替容器支架223中的弹簧232。测压/测力传感器将设置在双支撑板组件233的下固定板231和上浮动板230之间，它们彼此抵接接触。夹在板231和230之间的市售薄膜型传感器可以用于这种应用。当在样品管202填充操作期间感测到的实际负载/力达到预编程到控制器2811中的预定负载/力设定点时，控制器通过将设定点与实际感测到的负载/力进行比较来确定管是否被填充至容量。基于前面的描述，负载/力感测构造对于本领域技术人员来说是清楚的，不必进一步的详细描述或不需要附图。

值得注意的是，在活塞-柱塞155返回到其向上位置后，双支撑板组件233返回到膨胀状态，因为浮动板230经由在弹簧232膨胀时作用在浮动板上的弹簧的向上偏压作用向上返回。

控制系统

在一个实施例中，用于操作农业样品包装系统100的前述方法或过程可以由微处理器控制的处理系统控制，所述处理系统包括可编程本地机器控制器2811和/或主系统控制器2820。控制器2811和/或控制器2820可操作地和可通信地联接和链接到本文公开的所有致动器、传感器和其他设备，并且其是可编程的，以执行合适的控制逻辑/程序指令(例如，软件)，从而自动控制整个样品包装系统100的操作。在一些实施例中，样品包装装置110的操作可以由一个或多个本地致动器2811a、2811b(图22)启动，其激活控制器2811和/或控制器2820以开始样品包装操作。这些致动器开关可操作地联接到控制器2811(该控制器又可操作地联接到控制器2820，如下文进一步所述)，并且可以位于样品包装装置110上的任何位置。

图2是示出控制系统2800的高级系统框图，控制系统包括本文引用的基于可编程处理器的机器控制器2811和主系统控制器2820。系统控制器2820可以包括一个或多个处理器、非暂时性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全功能处理器的控制器相关联的所有其他必要的电子附件。包括控制器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和可通信地链接到本文别处描述的不同土壤样品处理和分析系统和设备，从而以完全集成和有序的方式控制这些系统和设备的操作。

参考图2，控制系统2800包括可编程的主系统控制器2820和/或本地机器控制器2811，其可以安装在可平移的自推进或牵引车辆2802上(例如，拖拉机、拖车、联合收割机、卡车、全地形车等)，包括2021年8月31日提交的美国申请No.3/260772；2021年8月31日提交的美国申请No.63/260776；和2021年8月31日提交的美国申请No.63/260777号中公开的那些车辆。车辆可以是收集农业样品(诸如土壤样品)的同一车辆。在其他实施例中，控制器可以是固定工作站或设施的一部分。取样车辆2802及其边界由图2中的虚线框表示(在所示实施例中，框内的那些物体安装在取样车辆上)。包装装置110可以安装在与主系统控制器2820相同的车辆2802或固定工作站上，或者与其分开。本地机器控制器2811安装在包装装置110上。

主控制系统2800通常包括可编程控制器2820、非暂时性有形计算机或机器可访问和可读介质(诸如存储器2805)和网络接口2815。计算机或机器可访问和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地和可通信地联接到处理器的设备。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，其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设备。

易失性存储器和非易失性存储器均可以用于存储程序指令或软件。在一个实施例中，计算机或机器可访问和可读的非暂时性介质(例如，存储器2805)包含可执行的计算机程序指令，当由系统控制器2820执行时，所述指令使得系统执行本公开的操作或方法，包括测量土壤和植物样品的特性和测试。虽然计算机可访问和可读的非暂时性介质(例如，存储器2805)在示例性实施例中被示为单个介质，但是术语应当被认为包括存储一个或多个控制逻辑或指令集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“计算机可访问和可读的非暂时性介质”还应当被认为包括能够存储、编码或携带指令集的任何介质，指令集用于由机器执行并且致使机器执行本公开的任何一种或多种方法。因此，术语“机器可访问和可读的非暂时性介质”也应被认为包括但不限于固态存储器、光和磁介质以及载波信号。

网络接口2815可以配置成与从农田取回样品(例如，土壤等)的车辆上的土壤或其他散装农业物料收集系统和样品包装/容器化后系统(诸如样品浆液制备、处理和化学分析系统和设备)(在图2中由方框2803共同表示)通信。

农业样品包装系统100机器网络2810可以包括至少一个基于本地微处理器的机器控制器2811和多个不同类型的传感器2812。传感器2812可以可操作地和可通信地链接到本地机器控制器2811和可选地通过控制器2811到系统控制器2820；每个控制器配置成从传感器接收数据/信号和向传感器发送数据/信号。在一些实施例中，本地机器控制器2811安装到其的包装装置110可以是与散装样品收集系统一起穿越农田的一个车辆，并且主系统控制器2820可以位于远处单独车辆上或固定位置。

传感器2812可以包括本文前面描述的满样品管传感器220和其他线性位置或状态传感器2812a，所述传感器与盖致动器160、压实活塞-柱塞150、样品转移活塞-柱塞155、取样叶片机构致动器135和清洁叶片机构140致动器145集成，以通知系统控制器2820这些设备的位置或状态(例如，活塞-柱塞向上或向下、样品和清洁叶片机构插入模具块124或从模具块中撤回等)。状态传感器还可以包括加速度计，以向系统控制器2820提供包装系统的设备响应于由来自控制器的控制信号启动的动作/运动而物理移动的反馈(例如，样品和清洁叶片机构插入/撤回、活塞-柱塞向上/向下等)。如果样品包装系统安装在穿越农田的车辆上，还可以包括地理定位跟踪传感器，诸如GPS(全球定位系统)。因此，控制系统知道在任何给定时刻在其控制下的农业样品包装系统100的至少每个主要部件的操作状态、位置和条件。机器网络控制器2811和/或系统控制器2820使用该信息，经由机器网络2810自动控制包装装置110的整个农业样品包装操作，并检测包装装置是否发生操作故障。如果经由可通信链接的膝上型电脑、平板电脑、手机等从远程位置控制装置110，这尤其有用。此外，如图2所示，如果样品收集系统装备在样品收集然后包装时与包装装置110一起使用的话，则可通信地链接到包装机网络2810的GPS传感器2854允许机器控制器2811和/或系统控制器2820精确定位在农业田地中收集土壤样品的位置。与每个包装样品相关联的RFID标签允许跟踪每个样品的相关联的GPS地理定位信息。

在一个实施例中，可以安装在包装装置110上的本地机器控制器2811与系统控制器2820合作控制农业样品包装系统100的操作。在其他实施例中，如果控制器没有链接到主系统控制器2820，或者仍然可通信地链接到主系统控制器以用于数据/信息交换和编程，但不是为了直接控制样品包装系统部件的目的，机器控制器2811可以经由预编程的控制逻辑/指令单独控制包装装置110的操作。

本地机器控制器2811包括与主系统控制器2820相似的所有常用附件和辅助电子设备(例如，存储器、电源等)，以用于形成配置成控制包装装置110的操作的正常的全功能的基于微处理器的控制系统。

继续参考图2，安装在包装装置110上或可能在其附近的本文之前描述的RFID扫描器或读取器2850经由通信链路2852可操作地和可通信地联接到包装系统机器网络2810。通信链路2852可以是有线的或无线的。在一个实施例中，当包含标签的端盖204a在样品管填充操作开始时被放置在读取器上时，可以自动扫描和读取与样品管202中的每个收集和包装的农业样品相关联的唯一RFID标签2850a。在一些实施例中，当包装装置操作者手动激活(例如，推动或扔投)填充管致动器2811a时，可以读取标签。这确保了正确的地理位置与样品相关联，因为操作员和车辆仍应处于当时从农田收集土壤样品时的同一物理位置。如本文前面所述，RFID标签可以替代地位于样品管202的圆柱形主体或管内部的可滑动柱塞盖204b上，并由机器网络2810的控制器2811读取。唯一的样品ID信息被传输到包装系统机器控制器2811，包装系统机器控制器又可以与主系统控制器2820共享该信息。与每个样品管202及其样品内容物相关联的唯一RFID标签允许从初始包装、样品待处理化学系统的其他临时安置和处理直到最后的化学分析对样品进行跟踪。通过使用为每个样品收集的GPS信息，所述信息标识了在农田中收集样品的准确位置，感兴趣分析物的化学分析结果可以容易地与农田中的特定位置或区域相关联，以确定那里所需的土壤改良剂。

包装系统100可以由机器控制器2811本地控制，机器控制器又由个人电子设备(PED)2851控制和编程，个人电子设备具有板载微处理器、存储器、电源和与此类设备相关联的所有其他常用辅助设备和部件。此类个人电子设备2851可以包括例如但不限于平板电脑、膝上型电脑、笔记本、手机和板载在车辆2802上的其他类似设备。设备2851用作用户界面和输入设备，其经由机器控制器2811启动农业样品包装系统100和包装装置110的自动化操作。为此目的，个人电子设备2851可以具有诸如触摸屏的图形用户界面。个人电子设备2851经由通信链路2853可操作地和可通信地联接到包装系统机器网络2810，通信链路可以是有线的或无线的。

值得注意的是，在其中整个农业取样收集、包装和化学分析系统安装在单个现场车辆2802上用于样品原位分析的实施例中，农业样品包装系统100可以由主系统控制器2820代替单独的机器控制器2811进行控制。在此种情况下，包装系统传感器2812的阵列可以直接与系统控制器2820通信。

网络接口2815可以配置用于有线和/或无线双向通信，其可以包括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农业样品包装系统100的其他设备和系统通信的其他合适的通信接口和协议中的至少一种。网络接口2815可以与控制系统2800(如图2所示)、机器网络2810或其他地方集成。控制系统2800的I/O(输入/输出)端口2829(例如，诊断/机载诊断(OBD)端口)能够与另一数据处理系统或设备(例如，显示设备、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其组合。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向取样机器或车辆2802的机器网络2810发送通信和从其接收通信的通信模块或单元2828(例如，发送器、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。

指导包括一个或多个处理器的系统控制器2820的操作的控制系统2800的可编程处理逻辑或指令2826可以处理经由通信单元2828或网络接口2815从农业样品包装系统100(包括但不限于与包装装置110及其部件在可编程系统控制器2820的控制下的状态和操作相关联的传感器)接收的通信(即数据/信息)。控制系统2800的存储器2805配置用于预编程变量或设定点/基线值，存储收集的数据和用于执行的计算机指令或程序(例如，软件2806)，它们用于控制控制器2820的操作，控制器又控制包装装置110和样品处理/分析设备2803的操作。存储器2805可以存储例如软件部件，诸如用于执行本公开的操作的土壤和植被样品分析的测试软件，或任何其他软件应用或模块、图像2808(例如，获取的农作物图像)、警报、地图等。系统2800还可以包括音频输入/输出子系统(未示出)，所述子系统可以包括麦克风和扬声器，以用于例如接收和发送语音命令或者用于用户认证或授权(例如，生物测定)。

在农业样品包装系统100的一些实施例中，其还可以优选地包括感测系统2812，所述感测系统包括多个不同类型的传感器或传感器阵列，所述传感器可用于并关联到包装和跟踪土壤样品。感测系统及其传感器与包装系统机器控制器2811和/或主系统控制器2820进行数据和控制通信。与系统控制器2820通信的其他传感器可以与样品收集装置8002及其部件的操作相关联，包括各种装备位置或取向传感器、接近传感器等。与感测系统结合的农业物料样品包装系统可以经由包装系统机器控制器2811和/或主系统控制器2820提供样品收集装置8002的完全自动化控制。

主系统控制器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与机器或样品收集系统网络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与显示设备2830和可选的第二显示设备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和/或如图所示直接地经由本文先前描述的有线/无线通信链路5752与土壤样品处理和分析系统和设备2803通信。

显示设备2825和2830可以为用户或操作人员提供可视用户界面。在一个实施例中，操作者可以位于穿越农田的移动车辆上，或者位于远离包装装置110的远程操作位置或站处。显示设备可以包括具有板载可编程微处理器的显示控制器。在一些实施例中，计算机化显示设备2825因此可以是便携式平板设备、手机、膝上型电脑、笔记本或其他基于处理器的计算设备，计算机化显示设备具有触摸屏和/或键盘(基于软件或物理硬件)，其充当输入/输出设备并显示数据(例如，装备状态和位置以及其他相关操作和维护信息)并与控制器2820通信。因此，计算机化显示设备2825接收来自用户或操作者的输入以用于控制包装装置110。

本文公开的农业样品包装系统100可与整个农业取样和分析系统一起使用并且可以形成其一部分，诸如美国专利申请公开No.2018/0124992A1和PCT公开No.WO2020/012369中描述的系统，并且在下面的文献中描述了其他系统，美国申请：2020年2月28日提交的No.62/983237；2020年4月30日提交的No.63/017789；2020年4月30日提交的No.63/017840；2020年4月30日提交的No.63/018120；2020年4月30日提交的No.63/018153；2021年5月20日提交的No.63/191147；2021年5月20日提交的No.63/191159；2021年5月20日提交的No.63/191166；2021年5月20日提交的No.63/191172；2021年5月20日提交的No.17/326050；2021年5月20日提交的No.63/191186；2021年5月20日提交的No.63/191189；2021年5月20日提交的No.63/191195；2021年5月20日提交的No.63/191199；2021年5月20日提交的No.63/191204；2021年6月9日提交的No.17/343434；2021年6月9日提交的No.63/208865；2021年6月9日提交的No.17/343536；2021年6月22日提交的No.63/213319；2021年8月31日提交的No.63/260772；2021年8月31日提交的No.63/260776；2021年8月31日提交的No.63/260777；2021年9月17日提交的No.63/245278；2021年11月15日提交的No.63/264059；2021年11月15日提交的No.63/264062；2021年11月15日提交的No.63/264065；2022年2月23日提交的No.63/268418；2022年2月23日提交的No.63/268419；2022年3月8日提交的No.63/268990；2022年3月9日提交的No.63/269060；2022年3月9日提交的No.63/269064；2022年5月24日提交的No.63/365243；2022年5月24日提交的No.63/365244；2022年6月20日提交的No.63/366673；2022年6月20日提交的No.63/366674；2022年7月28日提交的No.63/369722；2022年7月28日提交的No.63/369724；2022年7月28日提交的No.63/369765；2022年8月1日提交的No.63/369988；2022年8月1日提交的No.63/370072；2022年8月1日提交的No.63/370077；2022年8月1日提交的No.63/370081；和2021年2月10日提交的PCT/IB2021/051076；PCT申请：2021年2月10日提交的No.PCT/IB2021/051077；2021年4月7日提交的No.PCT/IB2021/052872；2021年4月7日提交的No.PCT/IB2021/052874；2021年4月7日提交的No.PCT/IB2021/052875；2021年4月7日提交的No.PCT/IB2021/052876。在下面的文献中描述了其他系统，美国申请：2020年2月28日提交的No.62/983237；2020年4月30日提交No.63/017789；2020年4月30日提交No.63/017840；2020年4月30日提交No.63/018120；2020年4月30日提交No.63/018153；以及PCT申请：2021年2月10日提交的No.PCT/IB2021/051076；2021年2月10日提交的No.PCT/IB 2021/051077；2021年4月7日提交的No.PCT/IB2021/052872；2021年4月7日提交的No.PCT/IB2021/052874；2021年4月7日提交的No.PCT/IB2021/052875；2021年4月7日提交的No.PCT/IB2021/052876。

示例

下面是非限制性示例。

示例1-一种农业样品包装装置，其包括：散装物料腔室，其配置用于接收样品；样品收集腔室；模具块，其设置在所述散装物料腔室和所述样品收集腔室之间，所述模具块包括多个贯通的模具槽，所述模具槽与所述散装物料腔室和所述样品收集腔室连通；取样叶片机构，其包括多个伸长的取样叶片，所述取样叶片能够可移动地从所述模具块的第一侧插入通过所述散装物料腔室和所述模具槽，其中所述取样叶片可操作以将样品从所述散装物料腔室挤压通过所述模具槽并进入所述样品收集腔室。

示例2-根据示例1所述的装置，其中所述装置包括可旋转的转台，所述转台包括容器支架，所述容器支架配置成可移除地保持样品容器。

示例3-根据示例2所述的装置，其中所述转台可在向内关闭位置和向外打开位置之间旋转，在所述向内关闭位置，所述样品容器位于所述样品收集腔室下方，在所述向外打开位置，所述样品容器不在所述样品收集腔室下方。

示例4-根据示例2至3中任一项所述的装置，其中所述装置包括清洁叶片机构，所述清洁叶片机构包括多个伸长的清洁叶片，所述清洁叶片能够可移动地从所述模具块的第二侧插入通过所述样品收集腔室和所述模具槽。

示例5-根据示例2至4中任一项所述的装置，其还包括压实活塞-柱塞，所述压实活塞-柱塞配置成压实所述散装物料腔室中的样品。

示例6-根据示例5所述的装置，其还包括样品转移活塞-柱塞配置，以迫使样品从所述样品收集腔室向下和向外。

示例7-根据示例2至6中任一项所述的装置，其还包括可编程控制器，所述控制器配置成控制所述样品包装装置的操作。

示例8-根据示例2至7中任一项所述的装置，其中所述样品是土壤。

示例9-根据示例2至8中任一项所述的装置，其中所述装置包括支撑框架，所述支撑框架配置用于安装至移动车辆。

示例10-根据示例1所述的装置，其中所述取样叶片中的每一个包括压缩弹簧。

示例11-根据示例10所述的装置，其中每个取样叶片包括分叉端部，所述分叉端部包括一对弹簧，所述弹簧作用在与每个取样叶片相联接的一对间隔开的弹簧板上。

示例12-一种用于包装农业样品的方法，其包括：向散装物料腔室添加样品；使多个取样叶片插入通过所述散装物料腔室；利用所述取样叶片迫使样品通过模具块，从而形成样品物料的栓；以及在样品收集腔室中收集所述样品物料的栓。

示例13-根据示例12所述的方法，其还包括在插入步骤之前，旋转保持样品容器的转台并将所述样品容器定位在所述样品收集腔室下方的步骤。

示例14-根据示例13所述的方法，其还包括将所述样品物料的栓沉积在所述样品容器中。

虽然前述说明和附图代表了一些示例系统，但应理解，在不脱离所附权利要求的精神和范围及等同范围的情况下，可以对本文进行各种添加、修改和替换。具体而言，本领域技术人员将清楚，在不脱离本公开的精神或基本特征的情况下，本公开的实施例可以以其他形式、结构、布置、比例、尺寸以及其他元件、材料和部件来体现。此外，可以对本文描述的方法/过程进行各种变化。本领域技术人员还将理解，本公开的实施例可以与结构、布置、比例、尺寸、材料和部件的许多修改一起使用，并且以其他方式用于本公开的实施例的实践中，其特别适合于特定环境和操作要求，而不脱离本公开的本实施例的原理。因此，当前公开的实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的，本公开的实施例的范围由所附权利要求及其等同物限定，并且不限于前述描述或实施例。相反，所附权利要求应当被广义地解释为包括其他变型和实施例，这些变型和实施例可以由本领域技术人员在不脱离本公开的实施例的范围和等同范围的情况下做出。

Claims (14)

1.一种农业样品包装装置，其包括：

散装物料腔室，其配置用于接收样品；

样品收集腔室；

模具块，其设置在所述散装物料腔室和所述样品收集腔室之间，所述模具块包括多个贯通的模具槽，所述模具槽与所述散装物料腔室和所述样品收集腔室连通；

取样叶片机构，其包括多个伸长的取样叶片，所述取样叶片能够可移动地从所述模具块的第一侧插入通过所述散装物料腔室和所述模具槽，

其中所述取样叶片能够操作以将样品从所述散装物料腔室挤压通过所述模具槽并进入所述样品收集腔室。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括可旋转的转台，所述转台包括容器支架，所述容器支架配置成可移除地保持样品容器。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述转台能够在向内关闭位置和向外打开位置之间旋转，在所述向内关闭位置，所述样品容器位于所述样品收集腔室下方，在所述向外打开位置，所述样品容器不在所述样品收集腔室下方。

4.根据权利要求2至3中任一项所述的装置，其中所述装置包括清洁叶片机构，所述清洁叶片机构包括多个伸长的清洁叶片，所述清洁叶片能够可移动地从所述模具块的第二侧插入通过所述样品收集腔室和所述模具槽。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的装置，其还包括压实活塞-柱塞，所述压实活塞-柱塞配置成压实所述散装物料腔室中的样品。

6.根据权利要求5所述的装置，其还包括样品转移活塞-柱塞配置，以迫使样品从所述样品收集腔室向下和向外。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的装置，其还包括可编程控制器，所述控制器配置成控制所述样品包装装置的操作。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的装置，其中所述样品是土壤。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的装置，其中所述装置包括支撑框架，所述支撑框架配置用于安装至移动车辆。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述取样叶片中的每一个包括压缩弹簧。

11.根据权利要求10所述的装置，其中每个取样叶片包括分叉端部，所述分叉端部包括一对弹簧，所述弹簧作用在与每个取样叶片相联接的一对间隔开的弹簧板上。

12.一种用于包装农业样品的方法，其包括：

向散装物料腔室添加样品；

使多个取样叶片插入通过所述散装物料腔室；

利用所述取样叶片迫使样品通过模具块，从而形成样品物料的栓；以及

在样品收集腔室中收集所述样品物料的栓。

13.根据权利要求12所述的方法，其还包括在插入步骤之前，旋转保持样品容器的转台并将所述样品容器定位在所述样品收集腔室下方的步骤。

14.根据权利要求13所述的方法，其还包括将所述样品物料的栓沉积在所述样品容器中。