CN203369088U - 一种基于自动导航的果园智能开沟施肥机 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种基于自动导航的果园智能开沟施肥机，主要包括自动导航装置、行走装置、施肥装置。所述自动导航装置主要由控制器、方向盘伺服电机、方向盘电机驱动器、激光扫描仪、拉线位移传感器、速度传感器组成，主要用于实施自动导航和果树位置的确定；所述行走装置即改装过的拖拉机；所述施肥装置主要由施肥装置变速箱、旋耕刀具、限深轮、开沟器、覆土器、机架、肥料箱、排肥器、施肥装置步进电机、施肥装置电机驱动器等组成，通过激光扫描仪确定的位置信息，控制施肥装置电机驱动器带动施肥装置步进电机实施果园环境下定点定量施肥。本实用新型能够提高施肥的效率，解放劳动力，从根本上提高肥料的利用率、降低化学肥料对环境的污染。

Description

一种基于自动导航的果园智能开沟施肥机

一、技术领域：本实用新型涉及果园施肥装置，特别涉及一种基于激光进行自动导航和果园定点定量智能开沟的施肥机系统，属于农业机械领域。 

二、背景技术：

果园的管理包括种植、施肥、灌溉、整枝和病虫害的防治等多个生产环节，其中果树的施肥是一项非常重要也是必须进行的果园管理作业工序，目前我国的果树施肥方式主要采用传统的人工施肥，这种施肥方式由于施肥不均且施肥量难以控制，不仅影响果品的质量，造成人力、物力的严重浪费，而且化肥的腐蚀性会对人体健康造成严重伤害，对环境也有一定的污染。 

相对国外发达国家的果园机械化程度，我国果园施肥机械则还处于刚刚起步阶段。近年来，出现的大部分施肥机只能进行机械的开沟或者挖坑操作，还需要果农的辅助才能完成施肥作业，而且对于覆土和施肥量的定点、定量控制还没有提出具体的实施方案。该种果树施肥机还没有实现劳动力的完全解放，施肥效益较低，成本较高。 

按照果树高效标准生产技术要求，科学的施肥方式应在果树周围即树冠滴水线下开沟钻孔，并按需实施肥料，这种施肥方式的优点是省时省工，工作效率高，减少了肥料的浪费且降低了劳动成本。 

三、发明内容：

1、发明目的：为了克服现有施肥机械的不足，满足果树高效标准生产技术的要求，本实用新型提供了一种基于自动导航的果园智能开沟施肥机，其目的是实现施肥机在果园行间自动检测两侧的果树位置信息，实现自动导航，并根据果树的位置实施定点定量精确施肥，从而提高肥料的利用率，减少化学肥料对施肥者身体的伤害，从根本上降低化学肥料对环境的污染。 

2、技术方案：本实用新型是按照以下技术方案实施的：一种基于自动导航的果园智能开沟施肥机，包括行走装置，行走装置上设置有自动导航装置，后端设置有施肥装置；自动导航装置主要包括控制器2、方向盘伺服电机3、方向盘电机驱动器4、激光扫描仪5、拉线位移传感器6、速度传感器7；激光扫描仪5一端连接电源1，一端连接控制器2，拉线位移传感器6、速度传感器7连接控制器2，控制器2接收激光扫描仪5、拉线位移传感器6、速度传感器7采集的信息，确定果树位置信息和行走装置的运行速度，生成导航指令，发送给方向盘电机驱动器4，通过控制指令驱动方向盘伺服电机3，实施自动导航。 

所述的果园智能挖坑施肥机的施肥装置主要包括施肥装置变速箱9、旋耕刀具10、限深轮12、开沟器14、覆土器16、机架18、肥料箱20、排肥器21、施肥装置步进电机22、施肥装置电机驱动器23；施肥装置变速箱9连接传动轴8，为施肥装置提供动力，施肥机构变速箱9带动旋耕刀具10转动，实施挖坑，限深轮12可以控制施肥深度，开沟器14可以进一步保证施肥坑的宽度和深度并清除旋耕刀具10残留在施肥坑中的松土，保证施肥效果，施肥装置电机驱动器23接收控制器2的控制指令，带动施肥装置步进电机22，控制排肥器21的转动，实施定点定量施肥。 

所述施肥装置的排肥器主要包括四个肥量调节孔26、28、29、30，以及阻止施肥挡板27，通过控制施肥装置步进电机22的正反转以及转动量，可以控制施肥机的施肥位置和施肥量。 

3、优点及效果：本实用新型由于设置有自动导航和施肥装置，在工作过程中，可以控制车辆在果树行间自动行驶，通过检测车辆两侧果树的位置信息，控制排肥器的转动方向和转动量，实施果园环境下的定点定量施肥。通过本实用新型的实施，可以提高肥料的利用率，降低劳动成本，改善施肥效果，减少 化学肥料对施肥者身体的伤害，从根本上降低化学肥料对环境的污染。 

四、附图说明；

图1为本实用新型果园智能挖坑施肥机的结构简图。 

图2为本实用新型中排肥器的横截面图。 

标注：1-电源；2-控制器；3-方向盘伺服电机；4-方向盘电机驱动器；5-激光扫描仪；6-拉线位移传感器；7-速度传感器；8-传动轴；9-施肥装置变速箱；10-旋耕刀具；11-限深轮调节孔；12-限深轮；13-开沟器调节杆；14-开沟器；15-覆土器调节孔；16-覆土器；17-排肥管；18-机架；19-限位装置；20-肥料箱；21-排肥器；22-施肥装置步进电机；23-施肥装置电机驱动器；24-传动链条；25-链轮；26-肥量调节孔一级；27-阻止施肥挡板；28-肥量调节孔二级；29-肥量调节孔三级；30-肥量调节孔四级。 

五、具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型做更进一步的说明： 

如图1所示，一种基于自动导航的果园智能开沟施肥机结构简图，包括行走装置、自动导航装置、施肥装置。 

行走装置为改装过的轮式拖拉机，在行走装置上设置有自动导航装置，行走装置前端安装有激光扫描仪5，激光扫描仪5扫描车辆两侧的果树信息；在行走装置右侧前轮附近安装有拉线位移传感器6，拉线位移传感器6检测车辆的实际前轮转角；在行走装置发动机飞轮外壳处设置有速度传感器7，速度传感器7用于检测车辆的实际行走速度；在拖拉机座位后方设置有电源1、控制器2、电源1直接连接控制器2、激光扫描仪5、方向盘电机驱动器4和施肥装置电机驱动器23，为控制器2、激光扫描仪5、方向盘电机驱动器4和施肥装置电机驱动器23提供电能，控制器2连接激光扫描仪5、拉线位移传感器6、速度传感器7， 控制器2接收并处理激光扫描仪5、拉线位移传感器6、速度传感器7采集的果树位置及车辆状态信息，通过算法处理后，生成控制信息；在行走装置的方向盘处安装有方向盘伺服电机3和方向盘电机驱动器4，方向盘电机驱动器4接收控制器2生成的控制指令，控制方向盘伺服电机3的转动，从而控制方向盘的转动，实施自动导航。 

在行走装置的后方通过三点悬挂安装有施肥装置，施肥装置主要包括施肥装置变速箱9、旋耕刀具10、限深轮12、开沟器14、覆土器16、排肥管17、机架18、肥料箱20、排肥器21、施肥装置步进电机22、施肥装置电机驱动器23、传动链条24、链轮25；机架18前端设置有施肥装置变速箱9、旋耕刀具10，行走装置动力通过传动轴8带动施肥装置变速箱9转动，施肥装置变速箱9通过链轮25、传动链条24带动旋耕刀具10旋转，实施果树附近位置的开沟；机架18中部设置有限深轮12，可通过限深轮调节孔11控制旋耕深度，开沟器14安装在机架18的中部，开沟器14由两个成一定角度的圆盘组成，可通过开沟器调节杆13控制开沟器的开沟深度，进一步控制施肥深度；机架18中后端设置有排肥管17、肥料箱20、排肥器21、施肥装置步进电机22、施肥装置电机驱动器23，施肥装置电机驱动器23连接控制器2，通过接收控制器2的控制指令，控制施肥装置步进电机22，施肥装置步进电机22连接排肥器21，控制排肥器21的正反转以及转动量，机架18后上方安装有肥料箱20，肥料箱20下方连接排肥器21，排肥器21下端连接排肥管17，排肥器21通过排肥管17将肥料箱20中的肥料排入开沟器14确定的施肥沟内；机架18末端设置有覆土器16，通过调节限位装置19和覆土器调节孔15控制覆土器16的高度和角度，实现覆土器水平接地，从而将施肥沟两侧抛出的土全部推入施肥沟内实施覆土，从而完成果园环境下的定点定量施肥。 

如图2所示，排肥器21主要由四个肥量调节孔26、28、29、30，以及阻止排肥挡板27组成；施肥装置步进电机22带动排肥器21转动，当阻止排肥的挡板27位于排肥口时，施肥装置只开沟覆土不施肥；当肥量调节孔26位于排肥口时，施肥装置以排肥量一级实施果园环境下的施肥；当肥量调节孔28位于排肥口时，施肥装置以排肥量二级实施果园环境下的施肥；当肥量调节孔29位于排肥口时，施肥装置以排肥量三级实施果园环境下的施肥；当肥量调节孔30位于排肥口时，施肥装置以排肥量四级实施果园环境下的施肥； 

本实用新型所述一种基于自动导航的果园智能开沟施肥机，其工作过程如下： 

施肥机在工作之前，驾驶员将拖拉机驶入果园行间地头，根据果树的高度和果园的实际情况，调节激光扫描仪5、限深轮12、开沟器14的高度以及覆土器16的安装位置，开启控制器2、方向盘电机驱动器4以及施肥装置电机驱动器23的电源开关，切换方向盘至自动驾驶模式，放下施肥装置；施肥机在工作时，激光扫描仪扫描车辆前端果树位置信息，拉线位移传感器采集车辆实际的前轮转角，速度传感器采集拖拉机的行驶速度，控制器接收激光扫描仪、拉线位移传感器、速度传感器采集的数据之后，运行导航控制算法，生成导航中心线，得到合适的转向控制量，控制方向盘伺服电机转动，从而控制方向盘的转动，实施果园行间的自动导航；施肥装置电机驱动器接收控制器处理得到的果树位置坐标和拖拉机速度信息，控制施肥装置步进电机转动，从而带动排肥器转动，实施果园环境下的定点定量施肥。当拖拉机运行到行间地头时，切换至人工驾驶模式，由驾驶员提升施肥装置，并驾驶拖拉机至下一行，进行重复操作。 

Claims (3)

1.一种基于自动导航的果园智能开沟施肥机，包括行走装置，其特征在于：行走装置上设置有自动导航装置，行走装置后端通过三点悬挂连接有施肥装置；自动导航装置主要包括电源(1)、控制器(2)、方向盘伺服电机(3)、方向盘电机驱动器(4)、激光扫描仪(5)、拉线位移传感器(6)、速度传感器(7)；激光扫描仪(5)一端连接电源(1)，一端连接控制器(2)，拉线位移传感器(6)、速度传感器(7)连接控制器(2)，控制器(2)连接电源(1)，控制器(2)接收激光扫描仪(5)、拉线位移传感器(6)、速度传感器(7)采集的数据，确定果树位置信息和行走装置的运行速度，生成导航指令发送给方向盘电机驱动器(4)，通过控制指令驱动方向盘伺服电机(3)，实施自动导航。 

2.根据权利要求1所述的基于自动导航的果园智能开沟施肥机，其特征是所述施肥装置主要包括施肥装置变速箱(9)、旋耕刀具(10)、限深轮(12)、开沟器(14)、覆土器(16)、排肥管(17)、机架(18)、肥料箱(20)、排肥器(21)、施肥装置步进电机(22)、施肥装置电机驱动器(23)、传动链条(24)、链轮(25)；施肥装置变速箱(9)连接传动轴(8)，为施肥装置提供动力，施肥装置变速箱(9)借助链轮(25)和传动链条(24)带动旋耕刀具(10)旋转，实施挖坑，位于机架(18)中部的限深轮(12)可以控制施肥深度，开沟器(14)可以进一步保证施肥坑的宽度和深度并清除旋耕刀具(10)残留在施肥坑中的松土，施肥装置电机驱动器(23)连接控制器(2)，施肥装置电机驱动器(23)接收控制器(2)的控制指令，带动施肥装置步进电机(22)，控制排肥器(21)转动，实施定点定量施肥。 

3.根据权利要求2所述的基于自动导航的果园智能开沟施肥机，其特征是所述排肥器主要包括肥量调节孔一级(26)、阻止施肥挡板(27)、肥量调节孔二级(28)、肥量调节孔三级(29)、肥量调节孔四级(30)，通过调整施 肥装置步进电机(22)的正反转以及转动量，可以控制施肥机的施肥位置和施肥量的多少。 

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