CN208675699U - 用于玉米地的自动间苗补苗机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于玉米地的自动间苗补苗机，包括行进装置、图像采集处理装置、间苗装置、幼苗回收装置、补苗装置、动力装置和控制装置；行进装置包括前横梁、中间横梁、后横梁和底盘，前横梁、中间横梁和后横梁安装在底盘下端，在底盘上端通过电控卡子安装有可移动支架，可移动支架左右两端安装有车轴，在车轴上安装有五组大轮和一组小轮；间苗装置安装在后横梁上；补苗装置安装在前横梁上；动力装置安装在中间横梁上方；控制装置包括控制箱及其内部的控制电路；图像采集处理装置安装小车前端。本实用新型设计合理，在不需要人工参与的条件下，能够实现识别弱小幼苗，自动完成多余幼苗拔除、回收及自动补苗操作，自动化程度高，大大节省劳动力。

Description

用于玉米地的自动间苗补苗机

技术领域

本实用新型属于农业机械技术领域，尤其是一种用于玉米地的自动间苗补苗机。

背景技术

我国是农业大国，每到农忙时节总是要投入大量的劳动力和劳动时间。在作物耕种时为了保证成活率，播种的数量一般都要大于最后留苗量，尽管这样能够保证成活率，但是会造成留苗过多的问题，由于空间、阳光、水分等物理环境有限，过多幼苗的存在使得土地资源不能有效的利用。

为了解决这一难题，在实际生活中，人们会将一些相对弱小的幼苗去除，留下长势良好的幼苗，这个操作就叫做间苗。还有另外一种情况是，一些客观原因的存在导致播种的种子自然死亡，这时为了最大程度的利用土地资源，需要再次对该位置进行补苗。

间苗是一项劳动量很大的操作，玉米在幼苗时期，即15厘米左右间苗最佳，此时幼苗很小，在田间劳作时，人们必须采用蹲着前行的姿势，这给很多年纪稍长的农民带来很大困难。为了解决间苗这一难题，很多设施应运而生，化学药剂的使用虽然能够有效地去除多余幼苗，但是造成的环境污染问题严峻。专利文献(专利申请号：CN201610536142.9)提出一种手提间苗器，虽然一定程度上降低了劳动量，但是该间苗器存在质量大、不便携带、需要人工参与并且去除的多余幼苗没有很好的回收利用等问题。

因此，对一种能够实现自动间苗、补苗，节省劳动力，且将去除的幼苗能够回收利用的装置的研究显得尤为迫切。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提出一种能够实现自动间苗、补苗、节省劳动力且将去除的幼苗回收利用的用于玉米地的自动间苗补苗机。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种用于玉米地的自动间苗补苗机，包括行进装置、图像采集处理装置、间苗装置、幼苗回收装置、补苗装置、动力装置和控制装置；所述行进装置包括前横梁、中间横梁、后横梁和底盘，所述前横梁、中间横梁和后横梁安装在底盘下端，在底盘上端通过电控卡子安装有可移动支架，可移动支架左右两端安装有车轴，在车轴上安装有五组大轮和一组小轮；所述间苗装置安装在后横梁上；所述补苗装置安装在前横梁上；所述动力装置安装在中间横梁上方；所述控制装置包括控制箱及其内部的控制电路，该控制箱安装在行进装置上且其前端设有前护板；所述图像采集处理装置安装在前护板的中心处；所述控制电路与行进装置、图像采集处理装置、间苗装置、幼苗回收装置、补苗装置和动力装置相连接实现控制功能。

进一步，所述电控卡子内置有第一单片机电路实现对行进装置的控制功能。

进一步，所述间苗装置包括寻根刀片组和机械手组两部分；该寻根刀片组包括底座、定杆、可伸缩动杆、电控盒和可折叠刀片，所述底座左右滑动安装在后横梁上并受电控盒的控制，所述定杆安装在底座上起固定支撑作用，所述可伸缩动杆嵌套在定杆内部并受电控盒的控制，所述电控盒内置第二单片机电路并安装在可伸缩动杆末端，其下方安装有菱形的可折叠刀片，所述可折叠刀片分为上下两部分，上端是固定的，下端可呈现水平、垂直和30°三种折叠状态；所述机械手组包括连接座、旋转环、机械臂和机械手，所述连接座固定在后横梁上，下端依次安装旋转环、机械臂和机械手，在连接座内置第三单片机电路，能够控制旋转环旋转角度和机械臂及机械手的配合进行间苗操作。

进一步，所述幼苗回收装置包括回收箱和旋转轮，所述回收箱设置在底盘上端的中间横梁和后横梁之间，该回收箱中间设置箱口，所述旋转轮固定在回收箱底端。

进一步，所述补苗装置包括中心轴转子、螺旋伸缩杆、存放斗、播种斗和开关模块；所述中心轴转子固定前横梁上，下端依次安装存放斗、播种斗和螺旋伸缩杆，所述开关模块包括电磁感应开关、第四单片机电路并进行补苗操作。

进一步，所述的图像采集处理装置包括两组CCD相机和相机支撑架，所述相机支撑架固定在前护板中心位置，所述两组CCD相机安装在相机支撑架上。

进一步，所述的动力装置包括发动机、柴油箱和水箱，并固定在中间横梁上方位置。

进一步，所述控制箱内部的控制电路包括微处理器电路，该微处理器电路与行进装置、图像采集处理装置、间苗装置、幼苗回收装置、补苗装置和动力装置相连接实现控制功能。

本实用新型的优点和积极效果是：

1、本实用新型将红外循迹原理与实际复杂玉米地相结合，通过种植玉米的地方与过道泥土地方的颜色差异，选用灵敏度高的传感器，采用多组车轮以适应在凹凸不平的玉米地操作，保证整个装置行进时更加稳定。

2、本实用新型能够将间苗和补苗操作一次性完成，鉴于一般玉米地大面积缺苗情况较少发生，能够自动识别哪些地方缺苗，并利用补苗装置自动完成补苗操作。间苗部分与普通的用于玉米地间苗的装置不同，包括寻根刀片组和机械手组，可折叠刀片设计，深入到目标幼苗根底部，刀片折叠30°形成勾状，将目标幼苗根底部切除，机械手组到达幼苗挨近土地位置，由机械手夹住幼苗连根拔起，这种设计能够保证间苗彻底。除此可折叠刀片有两种工作状态：水平和垂直，当可折叠刀片呈垂直状态时，菱形设计的刀尖锋利，便于插入泥土中，当可折叠刀片呈水平状态时，能够左右移动，填平拔除幼苗位置的空位，防止剩余幼苗倾斜生长。

3、本实用新型通过幼苗回收装置能够将弃苗回收利用。常见的玉米地间苗器材，只是对间苗装置的改进，能够从一定程度上节省人力，但是间苗后，多数弃苗直接扔在地中，会影响田间其他庄稼生长，很多弃苗在雨水充足的情况下，会出现二次复活现象，复活后会与正常的幼苗之间形成竞争关系，争抢阳光、水分和空气等资源。本实用新型的幼苗回收装置不单单是一个盛放弃苗的容器，在回收箱底部设计有旋转轮，拔除的幼苗根部带有泥土，回收箱底部旋转轮的设计目的是通过不停旋转，将幼苗根部携带的泥土排除，使得回收的幼苗干净，干净的玉米幼苗可以直接用来作为牲畜(羊、牛等)的食物，除此外能够使得土地资源不被浪费。

4、本实用新型的图像采集处理装置采用双目立体视觉技术，由CCD相机采集图像信息，微处理器中的图像处理模块对图像进行预处理，其中预处理环节选用图像处理中常用的技术(灰度处理、滤波、阈值分割、形态学闭运算等)，使得本装置能够根据CCD相机采集的图像，在微处理器图像处理模块的处理后，自动将幼苗分类，甄选出健康幼苗，并保存弃苗的坐标信息。

5、本实用新型设计合理，其在不需要人工参与的条件下，能够实现识别弱小幼苗，自动完成多余幼苗拔除、回收操作，并对缺苗的位置完成自动补苗操作，自动化程度高，大大节省劳动力。

附图说明

图1为本实用新型的整体主视结构示意图；

图2为本实用新型的整体后视结构示意图；

图3为本实用新型的间苗装置中寻根刀片组结构示意图；

图4为本实用新型的间苗装置中机械手组结构示意图；

图5为本实用新型的补苗装置结构示意图；

图6为本实用新型的电路连接图；

图7为本实用新型的整体操作流程图；

其中，11-后横梁，12-中间横梁，13-前横梁，14-底盘，15-前护板，16-可移动支架，17-电控卡子，18-车轴，19-小轮，110-大轮；21-CCD相机，22-相机支撑架；31-底座，32-定杆，33-可伸缩动杆，34-电控盒，35-可折叠刀片，36-连接座，37-旋转环，38-机械臂，39-机械手；41-中心轴转子，42-存放斗，43-开关模块，44-固定斗，45-螺旋伸缩杆；51-回收箱，52-旋转轮，53-箱口；61-柴油机，62-水箱，63-发动机；7-控制箱。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型做进一步说明。

一种用于玉米地的自动间苗补苗机，包括行进装置、图像采集处理装置、间苗装置、幼苗回收装置、补苗装置、动力装置和控制装置，下面对上述装置的具体结构及其连接关系分别进行说明：

如图1、2所示，所述行进装置包括后横梁11、中间横梁12、前横梁13、底盘14、前护板15、可移动支架16、电控卡子17、车轴18、小轮19和大轮110，行进装置以底盘14为中心，前横梁13、中间横梁12和后横梁11设置在底盘14下端，前护板15安装在小车最前端，在底盘14上方设置有可移动支架16，通过电控卡子17固定在底盘14上，可移动支架16左右两端安装有车轴18，用来固定五组大轮和一组小轮。

行进装置以小车为主体，根据红外循迹原理(红外循迹原理属于公知技术)，采用六组车轮组合，设计出适应于凹凸不平玉米地里行走的小车，前横梁13、中间横梁12和后横梁11的设计用来承载间苗装置和补苗装置，前护板15用来保护整个装置，可移动支架16通过电控卡子17，固定在底盘14上，不同玉米地行间距不同，可移动支架16能够根据具体情况，调节每组车轮间距以适应不同行间距的玉米地，电控卡子17受微处理器中第一单片机模块的控制，起调节和固定作用，五组大轮110用于直线移动，一组小轮19便于方向上的微调。

如图1所示，所述图像采集处理装置设置在行进装置的最前端前护板的中心处，包括相机支撑架22和两组CCD相机21，相机支撑架22固定于前护板15上，内置CCD相机21，左右两组CCD相机21能够采集的画面全覆盖。CCD相机21采集图像后将图像信息转换成信号信息，传送给微处理器中的图像处理模块，该图像处理模块对图像进行预处理，其中预处理环节选用图像处理中常用的技术(灰度处理、滤波、阈值分割、形态学闭运算等)，处理后得到幼苗的分类信息和弃苗的坐标信息，将相关信息存储于微处理器中。

如图1所示，所述间苗装置设置在行进装置的后横梁11上，该间苗装置包括寻根刀片组和机械手组两部分。

如图3所示，间苗装置中的寻根刀片组包括底座31、定杆32、可伸缩动杆33、电控盒34和可折叠刀片35，底座安装在后横梁11上，底座31设置并非固定，可在后横梁11上左右滑动，具体位置受电控盒34中第二单片机及其相关硬件电路的控制，底座31上安装有定杆32，起固定支撑作用，可伸缩动杆33嵌套在定杆32内部，受电控盒34中第二单片机及其相关硬件电路的控制，长度能够自由伸缩变化并固定，电控盒34安装在可伸缩动杆33末端，作为寻根刀片组小模块的控制系统，其下方安装有菱形的可折叠刀片35，可折叠刀片35分为上下两部分，上端是固定的，下端可呈现水平、垂直和30°三种折叠状态，当刀片垂直时，锋利的刀尖能够深入土地寻找幼苗根部，到达根底部时，刀片折叠为30°，形成一个勾状体，将目标幼苗根底部切除。当可折叠刀片35呈水平状态时，能够左右移动，填平拔除幼苗位置的空位，防止剩余幼苗倾斜生长。

如图4所示，间苗装置中机械手组包括连接座36、旋转环37、机械臂38和机械手39，连接座36固定在后横梁11上，下端设计有旋转环37，连接座6内置第三单片机及其相关硬件电路，能够控制旋转环37旋转角度和机械臂38及机械手39的配合运作，机械臂38和机械手39之间可以任意折合，保证机械手组能够抵达需要弃苗位置，进行间苗操作。

如图2所示，所述幼苗回收装置设置在行进装置的后端，该幼苗回收装置包括回收箱51、旋转轮52和箱口53，回收箱51设置在底盘14上端的中间横梁12和后横梁11之间，回收箱51中间设置箱口53，间苗装置中的机械手组间苗后将拔除的幼苗通过箱口53送入回收箱52中，箱口53设置在回收箱51的中央，防止箱内幼苗散落，旋转轮52固定在回收箱51底端，回收箱51用来存储拔除的幼苗，一般拔除的幼苗根部都带有泥土，回收箱51底部旋转轮52的设计目的是通过不停旋转，将幼苗根部携带的泥土排除，使得回收的幼苗干净，方便作为牲畜的食物，除此外能够使得土地资源不被浪费。

如图1所示，所述补苗装置设置在行进装置的前横梁13上，包括中心轴转子41、存放斗42、开关模块43、播种斗44和螺旋伸缩杆45。中心轴转子固定在底盘14前横梁13上，下端固定有存放斗42，用来存放少量的种子，当系统监测到某位置缺少幼苗时，螺旋伸缩杆45深入指定地点一定深度，开关模块43开启，种子经过播种斗自动下落，补苗装置能够自动在指定位置完成补苗操作，其中开关模块43包括电磁感应开关、第四单片机和相关硬件电路。

如图1所示，所述动力装置包括柴柴油箱61、水箱62和发动机63，固定在行进装置的中间横梁12上方位置，由于本装置要在田间工作，装置体积设计较大，动力装置采用田间劳作的大型设备，有足够的动力支撑整个装置的正常运作。

所述的控制装置以控制箱7为主并安装在前护板15内，控制箱内部设置有微处理器、传感器、信号收发器、直流电机、电源。除控制箱7外，控制装置还包括电控卡子17(内置的第一单片机及其相关硬件电路)、底座31(内置有第二单片机及其相关硬件电路)、连接座36(内置有第三单片机及其硬件电路)和开关模块43(内置有电磁感应开关和第四单片机及其硬件电路)。其中微处理器作为整个装置的控制核心，具体包括微处理器i586及相关公知电路，信号收发器用于传送接受信号，传感器用于小车红外循迹，直流电机和电源用于装置供电，电控卡子17控制可移动支架16，底座31控制寻根刀片组工作，连接座36指导机械手作业，开关模块43控制补苗操作，连接关系如图6所示：控制箱内的微处理器与传感器、图像采集处理装置的CCD相机21、幼苗回收装置中的旋转轮52、动力装置中的发动机63、电控卡子17内的第一单片机电路、底座31内的第二单片机电路、连接座36内的第三单片机电路和开关模块43内的电磁感应开关和第四单片机电路相连接。

本的工作流程如图7所示：

(1)启动控制装置，微处理器及其相关电路模块开启；

(2)电控卡子调节可移动支架；

(3)行进装置启动，发动机启动，小车开启行进操作；

(4)CCD相机采集图像；

(5)微处理器中的图像处理模块对图像进行处理和保存操作；

(6)由微处理器判断该位置是否缺苗：

(7)若缺苗完成补苗操作，若不缺苗完成间苗操作；

(8)完成步骤(7)后，判断是否完成整个间苗操作；

(9)如是则关闭所有装置，反之执行步骤(3)，直至完成所有间苗。

通过图6可以看出，本实用新型开始工作时，启动控制装置，微处理器及其相关电路模块均开启，由微处理器控制行进装置运作，通过电控卡子调节可移动支架，使其能适应不同的行间距玉米地，调节完毕后利用传感器，依据红外循迹原理，小车开始行进，行进过程中CCD相机不停的采集图像，通过信号收发器将图像信息传送给微处理器，经过微处理器中图像处理模块对图像信息进行预处理后，甄选出健康的幼苗保留，识别出弱小的幼苗并将其坐标信息保存，由未处理器判断此处是否缺苗，如果缺苗，开启补苗装置，补苗装置中的开关模块接收命令后，电磁感应开关打开，螺旋伸缩杆不断向下深入，抵达目标地指定深度，释放种子，完成补苗操作，补苗操作完成后小车继续前进，执行下一列玉米的补苗间苗操作，如果微处理器判定此处不缺苗，那就对此处的幼苗进行分类后，寻根刀片组开启，可折叠刀片深度弱小幼苗根底，刀片折叠30°，将幼苗根底勾起，配合机械手完成间苗操作，拔除后，机械臂和机械手配合作用，将弃苗投入回收箱中，旋转轮不停转动，弃苗在回收箱中活动，根部携带的泥土排除回收箱，小车继续前进，处理下一棵幼苗，直至间苗工作全部完成，关闭所有装置，结束本次间苗补苗操作。

本实用新型未尽事宜为公知技术。

需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。

Claims (8)

1.一种用于玉米地的自动间苗补苗机，其特征在于：包括行进装置、图像采集处理装置、间苗装置、幼苗回收装置、补苗装置、动力装置和控制装置；所述行进装置包括前横梁、中间横梁、后横梁和底盘，所述前横梁、中间横梁和后横梁安装在底盘下端，在底盘上端通过电控卡子安装有可移动支架，可移动支架左右两端安装有车轴，在车轴上安装有五组大轮和一组小轮；所述间苗装置安装在后横梁上；所述补苗装置安装在前横梁上；所述动力装置安装在中间横梁上方；所述控制装置包括控制箱及其内部的控制电路，该控制箱安装在行进装置上且其前端设有前护板；所述图像采集处理装置安装在前护板的中心处；所述控制电路与行进装置、图像采集处理装置、间苗装置、幼苗回收装置、补苗装置和动力装置相连接实现控制功能。

2.根据权利要求1所述的用于玉米地的自动间苗补苗机，其特征在于：所述电控卡子内置有第一单片机电路实现对行进装置的控制功能。

3.根据权利要求1所述的用于玉米地的自动间苗补苗机，其特征在于：所述间苗装置包括寻根刀片组和机械手组两部分；该寻根刀片组包括底座、定杆、可伸缩动杆、电控盒和可折叠刀片，所述底座左右滑动安装在后横梁上并受电控盒的控制，所述定杆安装在底座上起固定支撑作用，所述可伸缩动杆嵌套在定杆内部并受电控盒的控制，所述电控盒内置第二单片机电路并安装在可伸缩动杆末端，其下方安装有菱形的可折叠刀片，所述可折叠刀片分为上下两部分，上端是固定的，下端可呈现水平、垂直和30°三种折叠状态；所述机械手组包括连接座、旋转环、机械臂和机械手，所述连接座固定在后横梁上，下端依次安装旋转环、机械臂和机械手，在连接座内置第三单片机电路，能够控制旋转环旋转角度和机械臂及机械手的配合进行间苗操作。

4.根据权利要求1所述的用于玉米地的自动间苗补苗机，其特征在于：所述幼苗回收装置包括回收箱和旋转轮，所述回收箱设置在底盘上端的中间横梁和后横梁之间，该回收箱中间设置箱口，所述旋转轮固定在回收箱底端。

5.根据权利要求1所述的用于玉米地的自动间苗补苗机，其特征在于：所述补苗装置包括中心轴转子、螺旋伸缩杆、存放斗、播种斗和开关模块；所述中心轴转子固定前横梁上，下端依次安装存放斗、播种斗和螺旋伸缩杆，所述开关模块包括电磁感应开关、第四单片机电路并进行补苗操作。

6.根据权利要求1所述的用于玉米地的自动间苗补苗机，其特征在于：所述的图像采集处理装置包括两组CCD相机和相机支撑架，所述相机支撑架固定在前护板中心位置，所述两组CCD相机安装在相机支撑架上。

7.根据权利要求1所述的用于玉米地的自动间苗补苗机，其特征在于：所述的动力装置包括发动机、柴油箱和水箱，并固定在中间横梁上方位置。

8.根据权利要求1所述的用于玉米地的自动间苗补苗机，其特征在于：所述控制箱内部的控制电路包括微处理器电路，该微处理器电路与行进装置、图像采集处理装置、间苗装置、幼苗回收装置、补苗装置和动力装置相连接实现控制功能。