CN212753427U - 一种树干精确施药设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种树干精确施药设备，其特征在于，包括爬树机构和附着在爬树机构上的施药装置。本实用新型施药设备在检测过程中，由爬树机构提供动力，带动施药装置围绕树干螺旋上升，根据病虫害发生位置和严重程度的不同，既可以通过电钻等机构直接对树干钻孔注入药剂，也可以通过对树干表面进行局部密封，输入药剂，同时兼容液态、气态和粉态（粉态接近于气态，但颗粒大小不同），在实际应用中，可以灵活组合和切换，适合现场实际情况，对树干病虫害进行直接、有效的防治，并且能够节约农药，降低成本，减少污染，具有效率高，实用性强的优点。同时本实用新型结构规划合理，构思新颖，易于制造和维护，适合推广使用。

Description

一种树干精确施药设备

技术领域

本实用新型属于植保机械领域，具体为一种树干精确施药设备。

背景技术

目前在林业生产领域，常常需要对树木进行病虫防治，尤其是在病虫繁殖期，为防止害虫危害树木造成经济损失，就需要对树干进行病虫防治。

传统的树干病虫害防治方式包括：1）表面直接喷洒式；2）树干注射式。关于第2）种方式，通过树干钻孔的方式注射施药，该方式目前只能用于离地较低位置，对于高处病害严重的部位无法有效解决，且人工成本高，作业效率低。关于第1)种方式，由于是将药液直接在喷洒到树干及树叶部位上，用药量大，挥实用新型显，且农药弥漫在树叶表面和树木周围，容易造成浪费和较大面积化学污染，且针对过高的树干，也无法有效解决其高处病虫害防治问题。

实用新型内容

本实用新型的技术目的提供一种新型的树干精确施药设备，以改善现有技术的不足，实现精确施药和高处的病虫害防治。

本实用新型的技术方案为：

一种树干精确施药设备，其特征在于，包括爬树机构和附着在爬树机构上的施药装置，所述施药装置包括机架、输药机构和定位调节机构，所述机架固定安装在爬树机的顶部；

所述输药机构包括输药系统和一个以上的密封压紧单元：

所述输药系统包括储药模块、农药喷嘴、水封式电钻和动力模块，所述储药模块设有一个以上独立的储药空间，用于储存相同或不同类型的农药；所述水封式电钻用于在树干上打孔，以及向打孔位置注入液体药液；所述动力模块与储药模块连接，负责提供将储药模块中农药输送至农药喷嘴或水封式电钻进水口的动力；

所述密封压紧单元安装在机架上，设有壳体；所述壳体上安装有采集树干图像的图像传感器，所述图像传感器的信号输出端与图像处理器或外部的图像显示设备连接；壳体朝向树干的内侧端面开有窗口，农药喷嘴安装在所述窗口的旁侧，窗口通过多条密封带遮挡，防止农药喷嘴喷洒的农药进入壳体内部；

同时，所述壳体的内侧端面安装有充气式压紧带，所述充气式压紧带为回形结构，布置在所述窗口和农药喷嘴的外围，将二者圈在中间，充气式压紧带充气后膨胀，可与树干表面紧密贴合，与周围结构表面形成密闭空间，防止农药喷嘴喷洒的农药向外扩散；

所述水封式电钻设置在所述密封压紧单元的壳体内，所述定位调节机构包括带动水封式电钻做直线运动的伸缩机构上，水封式电钻在所述伸缩机构的带动下，其钻头部分可从相邻的密封带之间穿过，与树干接触，进行打孔注药。

在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：

所述机架为环形结构，由多片弧形板体合围构成，安装时，所述多片弧形板体分布在树干周围。

本实用新型施药设备设有电锯构成的清障机构，所述爬树机构为螺旋式上升的爬树机构，将电锯竖直安装在机架上，使其顶部高出施药设备的其它机构。

所述电锯的底部固定在一径向滑块B上，所述机架上设有沿树干径向布置的卡槽导轨，电锯底部的径向滑块B限位安装所述卡槽导轨中，仅具有径向的活动自由度，同时，所述卡槽导轨的尾部凹槽内设有复位弹簧，所述复位弹簧抵触在径向滑块B的外侧，在复位弹簧的放松状态下，径向滑块B有部分被向内推出机架，利用复位弹簧的弹性，使电锯在一定范围内适应树干直径的变化。

所述密封压紧单元设有多个农药喷嘴，用于喷射不同物质形态的农药。

相邻的密封带之间设有重叠的区域，以提高壳体的密封性。

进一步的，所述定位调节机构包括粗调节系统：

所述粗调节系统设有与密封压紧单元一一对应的粗调节单元，所述粗调节单元包括一径向直线导轨A和一竖向直线导轨A，所述径向直线导轨A安装固定在机架上，沿其径向方向布置，竖向直线导轨A安装固定在径向直线导轨A的径向滑块A上，可随滑块沿着径向直线导轨A前后移动，靠近或远离树干，竖向滑块A安装在所述竖向直线导轨A朝向树干的一侧，密封压紧单元固定在所述竖向滑块A上，可随其升降。

进一步的，所述定位调节机构还设有细调节系统：

所述细调节系统包含与密封压紧单元一一对应的细调节单元，所述细调节单元设置在密封压紧单元的壳体内；

所述细调节单元包括一弧形导轨和一竖向直线导轨B，所述弧形导轨的圆心落在所述机架的中轴线上，弧形导轨与密封压紧单元的壳体内壁固定连接，所述竖向直线导轨B安装固定在弧形导轨的周向滑块上，可沿树干周向移动；所述伸缩机构的底座则安装在竖向直线导轨B的竖向滑块B上，可随其升降。

有益效果：

本实用新型树干精准施药设备施药检测的过程中，由爬树机构提供动力，带动施药装置围绕树干螺旋上升。本实用新型设备具有多种输药方式，根据病虫害发生位置和严重程度的不同，既可以通过电钻等机构直接对树干钻孔注入药剂，也可以通过对树干表面进行局部密封，输入药剂。同时兼容液态、气态和粉态（粉态接近于气态，但颗粒大小不同），在实际应用中，可以灵活组合和切换，适合现场实际情况，对树干病虫害进行直接、有效的防治，并且能够节约农药，降低成本，减少污染，具有效率高，实用性强的优点。同时本实用新型设备结构规划合理，构思新颖，易于制造和维护，且可利用现有爬树机构进行改装，适合推广使用。

附图说明

图1为本实用新型施药设备的整体结构示意图；

图2为本实用新型施药设备的工作状态示意图；

图3为密封压紧单元的待工作状态示意图；

图4为密封压紧单元的工作状态的示意图；

图5为弧形导轨及竖向直线导轨B的示意图；

图6为微型气缸的结构示意图；

图7为水封式电钻的结构示意图：

图8为水封式电钻的结构剖视图；

图9为水封结构的示意图。

其中，密封压紧单元101、竖向滑块A102、竖向直线导轨A103、径向滑块104、径向直线导轨105、机架106、爬树轮107、下环支架108、补液泵109、补气泵110、储药模块111、卡槽导轨112、电锯113、壳体114、充气式压紧带115、密封带116、高压喷头117、进气口118、出气口119、图像传感器120、微型气缸121、竖向直线导轨B122、竖向滑块B123、弧形导轨124、周向滑块125、电机126、进水口127、电钻轴128、水封外壳129、空心钻130、水封结构131、树干201。

具体实施方式

为了阐明本实用新型的技术方案和工作原理，下面结合附图与具体实施例对本实用新型做详细的介绍。

实施例一：

如图1所示的一种树干精确施药设备，包括电控系统、爬树机构和附着在爬树机构上的施药装置，所述施药装置包括机架106、输药机构、定位调节机构等组件。

所述爬树机构可采用现有技术。本实施例中采用的爬树机包括支架结构和安装在所述支架结构上的若干爬树轮107，所述支架结构包括上环支架、下环支架和连接两个环支架的多个立柱，所述上环支架和下环支架以同心同轴的方式布置，立柱沿环支架周向均匀分布，上下两端与对应的环支架固定连接。所述爬树轮107以轮毂驱动，轮毂通过轮体支架与上环支架或下环支架连接。所述上环支架和下环支架均由两个可以打开的半圆连接组成，工作时，将上环支架、下环支架套在树干上，通过电控系统控制轮毂转动，爬树轮带动整体爬树机构沿树干向上呈螺旋式攀升。所述爬树轮107的数量和轮胎类型可根据负重做出调整，以保证爬树机构有足够的抓紧力。

所述机架106由多片弧形板体合围构成，将其固定连接在所述上环支架的顶部。

所述输药机构包括输药系统和三个密封压紧单元101，如图2所示，三个密封压紧单元101均匀分布在树干周侧。

所述输药系统包括储药模块111、农药喷嘴117、水封式电钻和动力模块，本实施例以农药喷嘴117喷射气态农药，水封式电钻注射液态农药为例进行说明。所述储药模块111包括至少两个独立的储药空间，用于分别储存液态和气态的农药。储药模块111的药箱与所述平面机构106的下表面固定连接。所述动力模块与储药模块111连接，负责提供将储药模块中农药输送至农药喷嘴117或水封式电钻进水口127的动力，故所述动力模块包括至少一个补液泵109和至少一个补气泵110，所述补气泵110和补液泵109分别固定安装在爬树机构的下环支架上，其运行受控于电控系统，以控制药液及气态农药输送的通断。所述农药喷嘴117优选采用高压喷嘴。

所述定位调节机构包括粗调节系统、细调节系统和一伸缩机构。

如图1所示，所述粗调节系统设有三个粗调节单元，与上述密封压紧单元101一一对应。所述粗调节单元包括一径向直线导轨A105和配套的径向滑块A104、一竖向直线导轨A103和配套的竖向滑块A102。其中，径向直线导轨A105安装固定在机架106上，沿着爬树机构环支架的径向方向布置，径向滑块A104安装在所述径向直线导轨A105上，竖向直线导轨A103竖立固定在所述径向滑块A104上，可沿着径向直线导轨A105前后移动，靠近或远离树干。所述竖向滑块A102安装在所述竖向直线导轨A103朝向树干的一侧，密封压紧单元101固定在所述竖向滑块A102上，可随其升降。

所述细调节系统包含三个细调节单元，各自设置在对应的密封压紧单元101的壳体内。所述细调节单元包括一段弧形导轨124和配套的周向滑块125、一竖向直线导轨B122和配套的竖向滑块B123。所述弧形导轨125的圆心落在上述上/下环支架的中轴线上，弧形导轨124通过支撑结构与密封压紧单元101的壳体内壁固定连接，而所述竖向直线导轨B122则安装固定在弧形导轨124的周向滑块125上，可沿树干周向移动。

所述定位调节机构的各导轨优选采用气动导轨（配套的滑块即为气动滑块），所述伸缩机构优选采用微型气缸121，均由气泵驱动，由电控系统控制行程，但也可采用其它形式的用于自动控制的运动机构代替，如电动滑轨，电动缸等。

所述密封压紧单元101的壳体呈扇形，设有呈圆弧形的内侧端面，所述内侧端面开有一窗口，所述窗口的上方安装有一图像传感器120，窗口的下方安装有多个农药喷嘴117，而所述窗口通过多条平行的密封带116遮挡，且相邻的密封带116之间有重叠的区域。

所述密封压紧单元101壳体的内侧端面还设有充气式压紧带115，所述充气式压紧带115为回形结构，设置在所述窗口、图像传感器120和高压喷嘴117的外围。充气式压紧带115上设有进气口117和排气口119，充气后膨胀，可与树干表面紧密贴合，利用气体的流动性和可压缩性来适应不同形状和直径的树干，形成密封空间。

所述充气式压紧带115可以根据情况选择在设备工作前提前充好气，或者利用气泵，在充气式压紧带115执行工作时临时充气，完成工作后放气。所述压紧带115、密封带116均采用防农药腐蚀的橡胶材料制成，具有满足使用需求的弹性和韧性。而给压紧带115充气的气泵与连接农药喷嘴117的补气泵可以是同一个，也可以分别配置。所述充气式压紧带115内若充入的是空气，排气时，可通过排气口119将气体直接排入外部空间；若充入的是气态农药，则排气口119需通过回流管路与储存气态农药的储药空间连接。

所述水封式电钻设置在所述密封压紧单元101的壳体内，安装固定在所述微型气缸121的活塞杆上，所述微型气缸121的缸体安装固定在所述细调节单元的竖向滑块B123上，其活塞杆沿径向方向布置。所述微型气缸121由电控系统控制其行程，水封式电钻在微型气缸121活塞杆的带动下，其钻头部分可从相邻的密封带间穿过，伸出窗口，以基本垂直于树干的状态与树干接触，进行打孔注药。所述细调节单元可在小范围内实现对打孔位置的调节。

所述水封式电钻为现有设备，包括电机126、电钻轴128、水封外壳129、空心钻130和水封结构131等组件，所述电钻轴128位于水封外壳129内的部分设有进液孔132，水封外壳129上设有电钻进水口127，所述电钻进水口127与补液泵109连接，本实用新型利用其设有出水管道的空心钻130，向树干内注入药液。

所述电锯113为安装在机架106上的清障机构，处理在爬升阶段遇到的树枝障碍，可根据树干的情况选择性设置。电锯113与竖向导轨A103平行，顶部高于竖向导轨A103和施药设备的其它所有组件，竖直安装在机架106上，位于两个相邻密封压紧单元101之间。电锯113底部固定在一径向滑块B上，所述机架106上设有一径向布置的卡槽导轨112，电锯113底部的径向滑块B限位安装所述卡槽导轨112中，仅具有径向的直线活动自由度，同时，所述卡槽导轨112的尾部凹槽内设有复位弹簧，所述复位弹簧抵触在径向滑块B的外侧。在复位弹簧的放松状态下，径向滑块B有部分被向内推出机架106，利用复位弹簧的弹性，使电锯113可在一定范围内适应树干直径的变化。

本实施例施药设备中，补气泵110、补液泵109、控制输气/输液管路通断的阀件、水封式电钻、电锯113、爬树轮107、定位调节机构的各导轨、微型气缸121等元器件的驱动电路以及图像传感器120均受控于所述电控系统，由电控系统控制启闭。所述电控系统安装在所述平面支架106上，包括控制器和电源系统所述电源系统为施药设备上的耗电元器件供电，控制器根据图像处理器的反馈的信号或外部输出的指令，控制施药设备各执行机构动作。

所述图像传感器120可将其采集的图像信号通过无线传输装置传输给外部的图像显示设备，由人工识别图像是否存在病虫害，由人工以遥控的方式向电控系统控制器发送控制指令，控制爬树机构在树干患病位置停止，施药装置执行施药动作。

或者，作为优选的，直接在电控系统中设置图像处理器，通过图像处理器对图像传感器120采集的图像进行病虫害识别处理，由控制器根据图像处理器反馈的信号自动控制施药设备开执行施药动作。其中，可完成病虫害识别的图像处理器为现有技术，此处不再赘述。

本实施例施药设备的工作原理和使用方法如下：

1）将爬树机构安装在直径尺寸合适的树干201上，之前可通过人工对树干进行去除较粗树枝的预处理，如图2所示，通过定位调节机构控制各密封压紧单元101均处于初始位置，即位于对应的径向直线导轨A105的最外端，安装好后，电锯113底部的径向滑块B在复位弹簧作用下抵在树干上；之后，启动电控系统，使爬树机构动作，沿着树干以螺旋式上升的姿态向上攀爬，在其攀爬的过程中，电锯113启动，可去除余下的枝条；

2）通过设置在各密封压紧单元上的图像传感器120，沿树干圆周持续采集树干图像，并发送给图像处理器或外部的图像显示设备，由图像处理器或人工识别树干发生病虫害的位置；

3）当图像处理器或人工识别到树干上有病虫害的区域时，通过电控系统控制爬树机构停留在树干的患病部位，关闭电锯113，启动施药装置，根据病虫害信息，选择驱动水封式电钻或农药喷嘴117向树干患病部位施药，具体包括以下几种施药模式：

A、水封式电钻施药

通过电控系统控制粗调节系统，对对应所述患病区域的密封压紧单元101进行大致的高度定位，并使其靠近树干，之后通过所述细调节系统对其水封式电钻进行高度和周向位置的精细定位，使其钻头对准该区域；之后驱动微型气缸121，使钻头伸出，在树干上打孔，最好在已有虫孔的基础上进行打孔，以降低打孔对树干造成的二次伤害，同时启动补液泵109，向孔内输入药液，之后关闭补液泵109，停留数秒，完成施药后，控制钻头缩回密封压紧单元101的壳体内，使密封压紧单元101远离树干，回到初始位置；

B、农药喷嘴施药

通过粗调节系统对密封压紧单元101进行定位，使农药喷头117对准发生病虫害的患病区域，控制密封压紧单元101向靠近树干的位置移动，使密封压紧单元101内侧端面贴上树干表面，充气膨胀的压紧带115与树干表面紧密贴合（避免因树干不规则造成密封不完全的问题）；之后启动农药喷头117，向病虫害区域喷施气态农药并保持数秒，此过程中，农药喷头117喷出的气态农药被封闭在一密闭空间内，避免气态农药向外逸出，影响用药效果和污染空气，所述密闭空间由膨胀的压紧带115、密封带116和树干的表面等结构合围构成，密封带116的设置可避免气态农药进入密封压紧单元101内部，污染电路；施药完成后，控制密封压紧单元101远离树干，回到初始位置；

C、组合式施药

当利用农药喷嘴117施药，但还需要增加施药孔洞时，可先执行模式A，在该过程不必开始补液泵109，利用水封式电钻在需要打孔的位置钻孔后，再执行模式B通过农药喷头117施药；

实践中，上述模式A主要针对病虫害较轻的部位，模式B主要针对病虫害较重的部位（患病面积大），模式C则是针对一些复杂的患病情况。三个密封压紧单元101独立运行，可同时分别执行不同模式；

4）完成一次施药后，控制爬树机构继续攀升，在攀升过程中持续进行检测和施药，直至达到树干预设的高度；

5）在完成对树干的整体检测后，控制爬树机构下降，回收设备或安装到另一树干上，补充药剂，继续进行检测和施药。

实施例二：

在实施例一的基础上，将设置在密封压紧单元101上的农药喷嘴117，全部或部分改为喷射粉态药剂，故动力模块中设有向农药喷嘴117输送粉态农药的鼓风机。所述鼓风机的运行受控于电控系统，以控制粉态农药输送的通断。

在通过农药喷嘴117喷射粉态药剂时，可参考执行模式B，为了避免粉态药剂沉积在图像传感器120上，可将图像传感器120设置在充气式压紧带115的外侧，但需保障图像传感器120的视界范围包括农药喷嘴117正对的位置，即图像传感器120实时反馈的图像包括农药喷嘴117正对的位置，以避免配合误差。

或者，通过农药喷嘴117喷射粉态药剂时，通过粗调节系统使密封压紧单元101靠近树干施药即可，无需压紧带115紧贴树干。

实施例三：

在实施例一的基础上，将设置在密封压紧单元101上的农药喷嘴117，全部或部分改为喷射气雾状态的农药，农药喷嘴117内设有雾化结构，通过补液泵与储药模块连接。在通过农药喷嘴117喷射气雾农药时，可参考执行模式B，为了避免气雾农药沉积在图像传感器120上，可将图像传感器120设置在充气式压紧带115的外侧，但需保障图像传感器120的视界范围包括农药喷嘴117正对的位置，即图像传感器120实时反馈的图像包括农药喷嘴117正对的位置，以避免配合误差。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种树干精确施药设备，其特征在于，包括爬树机构和附着在爬树机构上的施药装置，所述施药装置包括机架（106）、输药机构和定位调节机构，所述机架（106）固定安装在爬树机的顶部；

所述输药机构包括输药系统和一个以上的密封压紧单元（101）：

所述输药系统包括储药模块、农药喷嘴（117）、水封式电钻和动力模块，所述储药模块设有一个以上独立的储药空间，用于储存相同或不同类型的农药；所述水封式电钻用于在树干上打孔，以及向打孔位置注入液体药液；所述动力模块与储药模块连接，负责提供将储药模块中农药输送至农药喷嘴（117）或水封式电钻进水口（127）的动力；

所述密封压紧单元（101）安装在机架（106）上，设有壳体；所述壳体上安装有采集树干图像的图像传感器（120），所述图像传感器（120）的信号输出端与图像处理器或外部的图像显示设备连接；壳体朝向树干的内侧端面开有窗口，农药喷嘴（117）安装在所述窗口的旁侧，窗口通过多条密封带（116）遮挡，防止农药喷嘴（117）喷洒的农药进入壳体内部；

同时，所述壳体的内侧端面安装有充气式压紧带（115），所述充气式压紧带（115）为回形结构，布置在所述窗口和农药喷嘴（117）的外围，将二者圈在中间，充气式压紧带（115）充气后膨胀，可与树干表面紧密贴合，与周围结构表面形成密闭空间，防止农药喷嘴（117）喷洒的农药向外扩散；

所述水封式电钻设置在所述密封压紧单元（101）的壳体内，所述定位调节机构包括带动水封式电钻做直线运动的伸缩机构上，水封式电钻在所述伸缩机构的带动下，其钻头部分可从相邻的密封带（116）之间穿过，与树干接触，进行打孔注药。

2.根据权利要求1所述的一种树干精确施药设备，其特征在于，所述机架（106）为环形结构，由多片弧形板体合围构成，安装时，所述多片弧形板体分布在树干周围。

3.根据权利要求1所述的一种树干精确施药设备，其特征在于，设有电锯（113）构成的清障机构，所述爬树机构为螺旋式上升的爬树机构，将电锯（113）竖直安装在机架（106）上，使其顶部高出施药设备的其它组件。

4.据权利要求3所述的一种树干精确施药设备，其特征在于，所述电锯（113）的底部固定在一径向滑块B上，所述机架（106）上设有沿树干径向布置的卡槽导轨，电锯（113）底部的径向滑块B限位安装所述卡槽导轨（112）中，仅具有径向的活动自由度，同时，所述卡槽导轨的尾部凹槽内设有复位弹簧，所述复位弹簧抵触在径向滑块B的外侧，在复位弹簧的放松状态下，径向滑块B有部分被向内推出机架（106），利用复位弹簧的弹性，使电锯（113）在一定范围内适应树干直径的变化。

5.根据权利要求1所述的一种树干精确施药设备，其特征在于，所述密封压紧单元（101）设有多个农药喷嘴（117），用于喷射不同物质形态的农药。

6.根据权利要求1所述的一种树干精确施药设备，其特征在于，相邻的密封带（116）之间设有重叠的区域。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种树干精确施药设备，其特征在于，所述定位调节机构包括粗调节系统：

所述粗调节系统设有与密封压紧单元（101）一一对应的粗调节单元，所述粗调节单元包括一径向直线导轨A（105）和一竖向直线导轨A（103），所述径向直线导轨A（105）安装固定在机架（106）上，沿其径向方向布置，竖向直线导轨A（103）安装固定在径向直线导轨A（105）的径向滑块A（104）上，可随滑块沿着径向直线导轨A（105）前后移动，靠近或远离树干，竖向滑块A（102）安装在所述竖向直线导轨A（103）朝向树干的一侧，密封压紧单元（101）固定在所述竖向滑块A（102）上，可随其升降。

8.根据权利要求7所述的一种树干精确施药设备，其特征在于，所述定位调节机构还设有细调节系统：

所述细调节系统包含与密封压紧单元（101）一一对应的细调节单元，所述细调节单元设置在密封压紧单元（101）的壳体内；

所述细调节单元包括一弧形导轨（124）和一竖向直线导轨B（122），所述弧形导轨（124）的圆心落在所述机架（106）的中轴线上，弧形导轨（124）与密封压紧单元（101）的壳体内壁固定连接，所述竖向直线导轨B（122）安装固定在弧形导轨（124）的周向滑块（125）上，可沿树干周向移动；所述伸缩机构的底座则安装在竖向直线导轨B（122）的竖向滑块B（123）上，可随其升降。

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