CN210017334U - 一种温室用风送式自动对靶授粉小车 - Google Patents

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刘达
石强
朱怀群
毛罕平
孙宏伟
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Abstract

本实用新型公开了一种温室用风送式自动对靶授粉小车,所述对靶授粉小车包括自走底盘、方向控制机架、授粉系统以及识别控制系统,授粉系统包括加热模块,可根据作物需要进行对喷射的气流进行不同程度的加热,改变花朵局部小气候,营造最佳授粉环境;识别控制系统获得作物图像信息并识别出花朵及其空间位置,根据花朵空间位置调节方向控制机架,将授粉系统对准花朵进行精确对靶授粉。本实用新型的温室用风送式自动对靶授粉小车可提高温室作物产量和品质,同时还具有劳动强度低、作业效率高、绿色无污染等优点。

Description

一种温室用风送式自动对靶授粉小车
技术领域
本实用新型属于设施农业设备技术领域,具体涉及一种温室用风送式自动对靶授粉小车。
背景技术
近年来,我国温室农业发展迅速,但目前温室内的授粉作业大多为人工作业,不仅作业效率较低,而且温室内高温、高湿甚至有毒的环境还会危害工作人员的健康。
由于温室的封闭性,许多作物如番茄等需要人工进行辅助授粉。目前常用的人工辅助授粉方法有激素蘸花、振动授粉以及熊蜂授粉,激素蘸花和振动授粉人力成本较高,且激素蘸花可能带来激素残留,熊蜂授粉效果优越但对农药较为敏感,且不能循环使用,成本较高。
实用新型内容
为了解决以上技术问题,本实用新型提出了一种温室用风送式自动对靶授粉小车,具体技术方案如下:
一种温室用风送式自动对靶授粉小车,包括自走底盘、方向控制机架、授粉系统以及识别控制系统,所述自走底盘上安装有方向控制机架,方向控制机架顶端安装授粉系统,识别控制系统用于实现小车自主行走,识别控制系统还通过对作物图像进行分析处理,识别花朵的空间位置,控制授粉系统实现精确对靶授粉。
上述方案中,所述授粉系统包括防护网、风筒、风机、加热模块和环形喷嘴支架,防护网与方向控制机架固连,风筒卡入防护网内部并固定,风机固定在防护网内部,风筒出风口处设有环形喷嘴支架,环形喷嘴支架圆周方向上均匀设有若干喷嘴,加热模块固定在风筒内部。
上述方案中,所述风筒为锥形圆筒,直径大的一端为进风口,直径小的一端为出风口。
上述方案中,所述喷嘴向内倾斜40~60°。
上述方案中,所述加热模块包括多根电热管和隔热圆筒,隔热圆筒固定于风筒内壁,电热管固定于隔热圆筒内壁。
上述方案中,所述授粉系统还包括依次相连水箱、过滤器、电动隔膜泵、单向阀、电磁换向阀、流量传感器,单向阀及电磁换向阀之间外接蓄能器,隔膜泵及单向阀之间外接液控顺序阀。
上述方案中,所述流量传感器与喷嘴相连。
本实用新型的有益效果是:
1、本实用新型提供的小车可实现温室下的自动行走与对靶授粉工作,相较于激素蘸花、振动授粉,劳动强度低且无激素残留,相较于熊蜂授粉,操作快捷简单,农艺管理要求低。
2、授粉系统的风机在作业之前会持续工作,使作物发生晃动,从而使作物内部的花朵暴露出来,实现作物内部花朵精确授粉。
3、授粉系统的加热模块可对喷射的气流进行不同程度的加热,通过适宜的热气流改变花朵局部小气候,营造最佳授粉环境。
4、本实用新型针对不同作物、不同气候的授粉需求,可实现风力辅助授粉以及液体授粉。
附图说明
图1为本实用新型所述的温室用风送式自动对靶授粉小车的整体结构示意图。
图2为本实用新型所述的俯仰调节机构以及旋转基座的局部结构示意图。
图3为本实用新型所述的缓震驱动模块局部结构示意图。
图4为本实用新型所述的授粉系统的液压系统图。
图5为本实用新型所述的识别控制系统流程图。
图中:1-1-防护网,1-2-风筒,1-3-风机,1-4-加热模块,1-5-环形喷嘴支架,2-俯仰调节机构,2-1-旋转轴,2-2-U型支架,2-3-俯仰用步进电机,2-4-从同步带轮,2-5-同步带,2-6-主同步带轮,3-旋转基座,3-1-支架连接件、3-2-基座盖、3-3-基座、3-4-推力轴承,3-5-旋转用步进电机,4-1-上平台,4-2-伸缩架,4-3-电动推杆,4-4-移动连接轴,4-5-下平台,5-1-缓震驱动模块,5-1-1-固定支架,5-1-2-减震弹簧,5-1-3-连接杆,5-1-4-直流减速电机,5-1-5-电机支架,5-2-车架,5-3-车轮。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述,但本实用新型的实施方式不限于此。
如图1所示,一种温室用风送式自动对靶授粉小车,包括自走底盘5、方向控制机架、授粉系统1以及识别控制系统,所述自走底盘5上安装有方向控制机架,方向控制机架顶端平台上安装授粉系统1,识别控制系统通过车架5-2前部的摄像头拍摄地面图像,结合车架5-2前左右三个方向的超声波传感器的测距信息实现小车自主行走;同时,旋转基座上的摄像头采集作物图像,识别控制系统通过对作物图像进行分析处理,识别花朵的空间位置信息,控制方向控制机架带动授粉系统1实现精确对靶授粉作业。
自走底盘5包括缓震驱动模块5-1、车架5-2、车轮5-3和电池,所述车架5-2为钣金件,四角内凹,用于安装缓震驱动模块5-1,缓震驱动模块5-1由固定支架5-1-1、减震弹簧5-1-2、连接杆5-1-3、直流减速电机5-1-4以及电机支架5-1-5组成,如图3所示,固定支架5-1-1为倒U型,固定支架5-1-1顶部通过螺栓与车架5-2内凹处连接,固定支架5-1-1两侧对称活动连接有一组连接杆5-1-3的一端,连接杆5-1-3的另一端活动连接电机支架5-1-5,同时减震弹簧5-1-2一端与固定支架5-1-1相连,另一端与电机支架5-1-5相连,电机支架5-1-5上安装直流减速电机5-1-4,车轮5-3通过联轴器与直流减速电机5-1-4连接;车架5-2内部为空心仓,空心仓内部的元件包括电池、水箱、过滤器、电动隔膜泵、单向阀、电磁换向阀、流量传感器、液控顺序阀、蓄能器、Wi-Fi模块、stm32微控制器、步进电机驱动器、电机驱动模块、光耦继电器,车架5-2后部为旋转仓门,与车架通过铰链连接,仓门可打开,便于更换内部的元件。根据供电对象,通过直流降压模块调整电池电压为直流减速电机5-1-4、电动推杆4-3、俯仰用步进电机2-3、旋转用步进电机3-5、风机1-3、加热模块1-4、电动隔膜泵、电磁换向阀、流量传感器、超声波传感器、摄像头、stm32微控制器、步进电机驱动器、电机驱动模块以及光耦继电器进行供电。
所述方向控制机架包括俯仰调节机构2、旋转基座3以及升降机构4,如图2所示,俯仰调节机构2包括旋转轴2-1、U型支架2-2、俯仰用步进电机2-3、从同步带轮2-4、同步带2-5以及主同步带轮2-6,U型支架2-2与支架连接件3-1固连,U型支架2-2上端设有旋转轴2-1,旋转轴2-1与从同步带轮2-4通过键连接,U型支架2-2底部固定俯仰用步进电机2-3,俯仰用步进电机2-3与主同步带轮2-6通过螺钉连接,从同步带轮2-4与主同步带轮2-6通过同步带2-5带传动,主同步带轮2-6、从同步带轮2-4的齿数比为1:2~1:4;旋转基座3包括支架连接件3-1、基座盖3-2、基座3-3、推力轴承3-4以及旋转用步进电机3-5,基座3-3与上平台4-1固连,基座3-3为空心圆筒,内部固定旋转用步进电机3-5,基座盖3-2中心设有通孔,用于安装推力轴承3-4,旋转用步进电机3-5输出轴与支架连接件3-1固连;升降机构4由上平台4-1、伸缩架4-2、电动推杆4-3、移动连接轴4-4、下平台4-5构成,下平台4-5固定车架5-2上,电动推杆4-3水平放置,一端固定于下平台4-5,电动推杆4-3另一端连接移动连接轴4-4,移动连接轴4-4两端连接伸缩架4-2一端,伸缩架4-2另一端与上平台4-1连接,电动推杆4-3控制移动连接轴4-4水平方向移动,从而控制伸缩架4-2改变升降高度。
所述授粉系统1包括防护网1-1、风筒1-2、风机1-3、加热模块1-4、喷嘴、环形喷嘴支架1-5、水箱、过滤器、电动隔膜泵、单向阀、电磁换向阀、流量传感器、液控顺序阀以及蓄能器,防护网1-1尾部与旋转轴2-1固连,风筒1-2卡入防护网1-1内部并固定,风机1-3固定在防护网1-1内部,风筒1-2为锥形圆筒,直径大的一端为进风口,直径小的一端为出风口,出风口处设有环形喷嘴支架1-5,环形喷嘴支架1-5圆周方向上均匀设有若干喷嘴,喷嘴向内倾斜40~60°,加热模块1-4固定在风筒1-2内部,加热模块1-4包括多根圆形电热管以及隔热圆筒,隔热圆筒固定于风筒1-2内壁,圆形电热管固定于隔热圆筒内壁。风机1-3在作业之前会持续工作,使作物发生晃动,从而使作物内部的花朵暴露出来,实现作物内部花朵精确授粉。如图4所示,水箱、过滤器、电动隔膜泵、单向阀、电磁换向阀、流量传感器、喷嘴依次相连,蓄能器外接于单向阀及电磁换向阀之间,液控顺序阀外接于隔膜泵及单向阀之间,液控顺序阀由蓄能器处的压力控制。
所述识别控制系统包括超声波传感器、摄像头、Wi-Fi模块、stm32微控制器、步进电机驱动器、电机驱动模块、光耦继电器、直流降压模块以及上位机,超声波传感器与stm32微控制器进行串口通信,将距离信息传递给stm32微控制器,上平台4-1上安装有两个超声波传感器,分别朝向前进方向的左右两侧,用于探测两垄间隔距离内是否有作物,下平台4-5上安装有一个超声波传感器,朝向上平台4-1,用于对上下平台之间的距离进行测量,识别控制系统根据超声波传感器返回的距离信息对上平台的移动进行控制;车架5-2左、右、前三个方向上分别设有两个超声波传感器,且同侧传感器的间距大于20cm,用于探测车身周围作物及其他障碍的距离。摄像头设置在车架5-2前进方向上,用于拍摄小车前面的图像,配合机器视觉导航信息,实现自主行走;旋转基座上也设有一个摄像头,用于作物图像获取,在作业效率要求较高时,旋转基座上设有两个摄像头,分别朝向前进方向的左右两侧。stm32微控制器通过步进电机驱动器,控制俯仰用步进电机2-3、旋转用步进电机3-5;stm32微控制器通过电机驱动模块控制风机1-3、直流减速电机5-1-4;stm32微控制器通过光耦继电器控制电动隔膜泵、电磁换向阀以及加热模块1-4;上位机与stm32微控制器通过Wi-Fi模块进行通信。
一种温室用风送式自动对靶授粉小车的工作过程:
方向控制机架工作时,电动推杆4-3控制移动连接轴4-4水平方向移动,从而控制伸缩架4-2改变风筒高度;旋转用步进电机3-5通过支架连接件3-1带动U型支架2-2旋转,从而带动风筒水平方向旋转;俯仰用步进电机2-3依次带动主同步带轮2-6、从同步带轮2-4、旋转轴2-1旋转,从而带动风筒1竖直方向旋转,当从、主同步带轮的齿数比为1:3时,俯仰用步进电机2-3主轴旋转360°,风筒旋转120°。
授粉系统进行加热时,stm32微控制器根据当前温度及输入的目标温度,对圆形电热管开启的数量及时间进行控制,对花朵周围环境进行不同程度的加热。授粉系统进行液体授粉工作时,电动隔膜泵开启,通过电磁换向阀实现液体授粉作业的频繁启闭,即:不进行液体授粉时,电磁换向阀左位工作,蓄能器压力不断上升,当压力达到液控顺序阀的设定压力时,液控顺序阀开启,电动隔膜泵卸荷;液体授粉时,电磁换向阀右位工作,蓄能器与电动隔膜泵共同工作。所述实用新型可实现采用小容量液压泵的同时,实现短期大流量喷雾,同时所述液压系统中的能量损失仅由液控顺序阀上的压力损失引起,大大减小了频繁启闭引起的能量损耗。
如图5所示,根据作物授粉特点以及温室环境因素,通过上位机选择作业方式,包括风力授粉/液体授粉、加热/不加热,并输入垄距和垄宽,当进行液体授粉作业时,开启电动隔膜泵;小车开始移动,上平台上的超声波传感器不断进行距离检测,当其中一个传感器连续两次检测到距离小于两垄间隔时,小车停止移动,开启风机,旋转基座旋转使摄像头与该超声波传感器的方向相同,摄像头不断进行拍照并传回上位机,上位机对作物图像进行分析处理,得到花的空间位置,并根据花朵自下而上的顺序,得出方向控制机架依次到达指定位置及角度的控制流程(包括升降机构的竖直方向移动、俯仰调节机构的竖直方向旋转以及旋转基座的水平方向旋转),该控制流程通过Wi-Fi模块传递给stm32微控制器,stm32微控制器通过步进电机驱动器对旋转用步进电机3-5、俯仰用步进电机2-3进行控制,通过电动推杆调节上平台高度,从而调整风筒位置和角度;当需进行加热时,开启加热模块,根据温室当前温度以及作物授粉适宜温度,对圆形电热管开启数量进行控制,并减小风机速度,持续一定时间(根据试验,风送授粉时间持续30s左右),之后若需进行液体授粉,电磁换向阀得电并持续一定时间(根据试验,液体授粉直接对作物进行喷雾,喷雾时间10s左右),最终实现作业目的。
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述,但并非对本实用新型保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本实用新型的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种温室用风送式自动对靶授粉小车,其特征在于,包括自走底盘、方向控制机架、授粉系统以及识别控制系统,所述自走底盘上安装有方向控制机架,方向控制机架顶端安装授粉系统,识别控制系统用于实现小车自主行走,识别控制系统还通过对作物图像进行分析处理,识别花朵的空间位置,控制授粉系统实现精确对靶授粉。
2.根据权利要求1所述的温室用风送式自动对靶授粉小车,其特征在于,所述授粉系统包括防护网(1-1)、风筒(1-2)、风机(1-3)、加热模块(1-4)和环形喷嘴支架(1-5),防护网(1-1)与方向控制机架固连,风筒(1-2)卡入防护网(1-1)内部并固定,风机(1-3)固定在防护网(1-1)内部,风筒(1-2)出风口处设有环形喷嘴支架(1-5),环形喷嘴支架(1-5)圆周方向上均匀设有若干喷嘴,加热模块(1-4)固定在风筒(1-2)内部。
3.根据权利要求2所述的温室用风送式自动对靶授粉小车,其特征在于,所述风筒(1-2)为锥形圆筒,直径大的一端为进风口,直径小的一端为出风口。
4.根据权利要求2所述的温室用风送式自动对靶授粉小车,其特征在于,所述喷嘴向内倾斜40~60°。
5.根据权利要求2所述的温室用风送式自动对靶授粉小车,其特征在于,所述加热模块(1-4)包括多根电热管和隔热圆筒,隔热圆筒固定于风筒(1-2)内壁,电热管固定于隔热圆筒内壁。
6.根据权利要求2所述的温室用风送式自动对靶授粉小车,其特征在于,所述授粉系统还包括依次相连水箱、过滤器、电动隔膜泵、单向阀、电磁换向阀、流量传感器,单向阀及电磁换向阀之间外接蓄能器,隔膜泵及单向阀之间外接液控顺序阀。
7.根据权利要求6所述的温室用风送式自动对靶授粉小车,其特征在于,所述流量传感器与喷嘴相连。
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CN110140655A (zh) * 2019-05-10 2019-08-20 江苏大学 一种温室用风送式自动对靶授粉小车及其作业方法
CN115176698A (zh) * 2022-07-19 2022-10-14 宁夏农林科学院农作物研究所(宁夏回族自治区农作物育种中心) 一种小麦育种专用人工授粉装置

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