CN216146847U - 设施温室多垄环形落蔓装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了设施温室多垄环形落蔓装置，包括环形机构、传动机构、集绳放线机构和控制器，环形机构连接在温室棚架上，用来传递和承受整个装置及植株的重力，多个环形机构可实现多垄植株同时落蔓作业；传动机构连接集绳放线机构，用来传递并转换电机的动力与运动，集绳放线机构安装在环形机构上，配合传动机构实现落蔓作业，控制器安装在距离地面一定高度温室棚架上，控制器连接传动机构，通过控制传动机构，带动集绳放线机构完成自动落蔓作业。具有以下优点：解决多垄植株藤蔓落蔓、藤蔓根部整理费工费时的问题，实现了温室多垄植株同时自动化落蔓，从而保护植株不受损伤，提高了工作效率，降低劳动强度。

Description

设施温室多垄环形落蔓装置

技术领域

本实用新型属于设施装备领域，涉及一种适用于设施温室的多垄环形落蔓装置及控制方法，尤其适用于黄瓜、番茄等藤蔓类作物的落蔓作业。

背景技术

温室具有一定的高度，使得黄瓜、番茄等藤蔓类植株不可能向上无节制的生长，同时植株长得过高也不便于工作人员或采摘机器人采摘果实。在实际的生产作业中，对黄瓜、番茄等藤蔓类作物进行落蔓，可使植株叶片均匀分布且保持合理的采光位置，通过提高光合效率使作物的长势更好、结瓜期更长。然而，由于人工落蔓劳动量大、劳动强度高、效率低且易损伤植株，使得落蔓在温室管理中成为一项繁琐且重要的生产任务，而温室自动化落蔓是温室生产、管理自动化的一个重要组成部分。

经文献检索发现，“一种温室落蔓装置与控制方法”、申请号201510757857.2的实用新型专利，提供了一种基于手机APP的多垄式落蔓装置，在落蔓时，打开手机APP应用程序，通过对APP的操作来完成多垄植株落蔓。虽然，该装置极大降低了劳动强度，提高了落蔓效率。但是，落蔓过程仍需要人的参与，对于藤蔓粗大的植株来说，藤蔓不易落下，即使落下也会落到该种植行或种植垄的外侧，影响工人或采摘机器采摘果实。而且，当落下的藤蔓都盘在根部时，影响根部呼吸，从而使根部腐烂。

“一种温室自动落蔓装置”、申请号201810736345.1的发明专利，通过环形传动件上的多个集绳绕线机构可以在一次运动中完成一垄两行多个植株的落蔓作业，并且通过穿线部件和集绳绕线机构的引导作用，可以使落蔓后的植株藤蔓沿种植行方向铺放趋于一致，但是，该发明专利装置未涉及多垄植株同时落蔓和根据作物长势自动落蔓的相关论述。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是针对以上不足，提供设施温室多垄环形落蔓装置，解决多垄植株藤蔓落蔓、藤蔓根部整理费工费时的问题，实现了温室多垄植株同时自动化落蔓，从而保护植株不受损伤，提高了工作效率，降低劳动强度。

为解决以上技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

设施温室多垄环形落蔓装置，包括环形机构、传动机构、集绳放线机构和控制器，环形机构连接在温室棚架上，用来传递和承受整个装置及植株的重力，多个环形机构可实现多垄植株同时落蔓作业；传动机构连接集绳放线机构，用来传递并转换电机的动力与运动，集绳放线机构安装在环形机构上，配合传动机构实现落蔓作业，控制器安装在距离地面一定高度温室棚架上，控制器连接传动机构，通过控制传动机构，带动集绳放线机构完成自动落蔓作业。

进一步的，所述环形机构包括吊索和滑轨，吊索一端固定连接温室棚架，另一端连接到滑轨，滑轨通过多条吊索悬于空中，使其呈环形分布置于一垄两行植株的正上方。

进一步的，所述环形机构还包括铁丝，铁丝一端连接滑轨，另一端固定连接到温室立柱、支架或墙体，使环形机构悬于空中不晃动。

进一步的，所述传动机构包括若干动滑轮和连接线绳，动滑轮安装在滑轨中，每棵植株上方放置一个动滑轮，并通过连接线绳将动滑轮全部连接在一起，当滑轨中任意一动滑轮运动时，会带动所有动滑轮在滑轨中运动。

进一步的，所述传动机构还包括驱动线绳、定滑轮和电机，驱动线绳一端固定在动滑轮上，另一端经过定滑轮连接电机，电机安装在滑轨上方的一侧，用来为整个装置的运行提供动力，每个电机可连接多条驱动线绳。

进一步的，所述集绳放线机构包括圆环，圆环安装在对应动滑轮的底部，用来控制落蔓方向和轨迹。

进一步的，所述集绳放线机构还包括落蔓绳，落蔓绳一端连接植株，另一端穿过位于植株上方的圆环并间隔一定距离固定在滑轨上，间隔的距离为植株一个生命周期中所能生长的最长距离。

进一步的，所述控制器包括摄像头、处理器、按钮开关、遥控器和驱动器，处理器连接摄像头、按钮开关、遥控器和驱动器，按钮开关能够控制驱动器电源的通断，按钮开关有正反停三个按钮用于实现现场控制电机正反转与停止；遥控器与处理器采用无线通信方式连接，有正反停三个按键用于实现近程控制电机正反转与停止；驱动器连接电机，将处理器输入的微弱电信号转换成较强的电信号输出，用来控制电机运转。

本实用新型采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

1、本实用新型的设施温室多垄环形落蔓装置，能够使多垄植株的藤蔓同时整齐的落在各垄种植方向的环形区域，避免植株的藤蔓都聚集在根部，影响根部的呼吸使其腐烂；对于藤蔓粗大不易下落的植株，可使其在该垄两行形成的环形区域整齐落蔓，避免植株的藤蔓落在该种植行或种植垄的外侧，影响工作人员或采摘机器采摘果实。

2、本实用新型的设施温室多垄环形落蔓装置的控制方法，能够实现无人化、自动化落蔓，不仅极大的降低了工人的劳动强度，节省了工作时间，而且推动了温室种植管理的自动化发展。

3、本实用新型的设施温室多垄环形落蔓装置，能够通过控制圆环沿滑轨的运动距离使藤蔓倾斜生长，果实在自重作用下自然下垂，便于后期机器完成采摘作业。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本实用新型中环形机构的结构示意图；

图2为本实用新型中集绳放线机构的结构示意图；

图3为本实用新型中控制流程图；

图4为本实用新型中摄像头拍摄的原始图片与切割图片；

图5为本实用新型中二值图像中落蔓高度提取示意图；

图中：1-棚架，2-吊索，3-连接线绳，4-动滑轮，5-圆环，6-落蔓绳，7-电机，8-摄像头，9-滑轨，10-驱动线绳，11-定滑轮，12-铁丝。

具体实施方式

实施例1，如图1至图5所示，设施温室多垄环形落蔓装置，包括环形机构、传动机构、集绳放线机构和控制器，环形机构连接温室棚架1上，用来传递和承受整个装置及植株的重力，多个环形机构可实现多垄植株同时落蔓作业；传动机构连接集绳放线机构，用来传递并转换电机的动力与运动；集绳放线机构安装在环形机构上，配合传动机构实现落蔓作业；控制器安装在距离地面一定高度温室棚架1上，通过控制传动机构，带动集绳放线机构完成自动落蔓作业。

所述环形机构包括吊索2、滑轨9和铁丝12，吊索2悬于空中，吊索2一端固定连接到温室棚架1上，另一端连接到滑轨9，滑轨9通过多条吊索2悬于空中，使其呈环形分布置于一垄两行植株的正上方，铁丝12一端连接滑轨9，另一端固定连接到温室立柱、支架或墙体，使环形机构悬于空中不晃动。

所述传动机构包括若干动滑轮4、连接线绳3、驱动线绳10、定滑轮11和电机7，动滑轮4安装在滑轨9中，每棵植株上方放置一个动滑轮4，并通过连接线绳3将动滑轮4全部连接在一起，当滑轨9中任意一动滑轮4运动时，会带动所有动滑轮4在滑轨9中运动；驱动线绳10一端固定在动滑轮4上，另一端经过定滑轮11连接电机7，用于将电机7的扭力转为拉力，将回转运动转成直线运动；电机7安装在滑轨9上方的一侧，用来为整个装置的运行提供动力，每个电机7可连接多条驱动线绳10，用于带动多个环形机构中的动滑轮4移动。

所述集绳放线机构包括圆环5和落蔓绳6，圆环5安装在对应动滑轮4的底部，用来控制落蔓方向和轨迹；落蔓绳6一端连接植株，另一端穿过位于植株上方的圆环5并间隔一定距离固定在滑轨9上，间隔的距离为植株一个生命周期中所能生长的最长距离。

所述控制器包括摄像头8、处理器、按钮开关、遥控器和驱动器，处理器连接摄像头8、按钮开关、遥控器和驱动器，处理器能够获取摄像头8采集的图像信息，并能够对图像信息进行处理，转换成电信号，并将电信号输送给驱动器；摄像头8安装在距离地面一定高度的棚架上，用来获取植株生长信息，将获取的图像信息传输给处理器；处理器安装在棚架上，将摄像头8采集的图像信息进行处理得到落蔓控制信号；按钮开关能够控制驱动器电源的通断，按钮开关有正反停三个按钮用于实现现场控制电机7正反转与停止；遥控器与处理器采用无线通信方式连接，有正反停三个按键用于实现近程控制电机正反转与停止；驱动器连接电机7，将处理器输入的微弱电信号转换成较强的电信号输出，用来控制电机7运转。

所述设施温室多垄环形落蔓装置的控制方法，具体如下过程：

所述控制方法包括人工作业模式和自动作业模式，进入人工作业模式，如果10min之内没有操作，自动进入自动作业模式。

(1)人工作业模式

进入人工作业模式：按下按钮开关的正向按钮或者遥控器的正向按键，处理器将落蔓信号传输给驱动器，驱动器将信号放大后，控制电机7运转，电机7同时带动多个环形机构中的驱动线绳10拉着滑轨9中的动滑轮4运动，当动滑轮4带着圆环5沿着滑轨9运动时，落蔓绳6就会在植株重力作用下完成多垄植株同时落蔓，位于种植行末端的植株藤蔓会在滑轨9、动滑轮4、圆环5和落蔓绳6的配合下落到该垄的另一行上，当藤蔓下降到指定高度时，按下按钮开关的停止按钮或者遥控器的停止按键，电机7停止，完成落蔓作业。

(2)自动作业模式

进入自动作业模式，首先每天固定时间，摄像头采集藤蔓类作物图像，并将采集到的图像信息传输给处理器；其次对图像分割(图像上边界和下边界分别为落蔓高度上限和下限，图像左边界和右边界不变)；再次利用超绿色算法分离图像中的植株与背景，将图形转化为灰度图像；接着计算灰度图像的直方图，根据灰度直方图来设置一个合理的阈值，将低于这个阈值的干扰像素去除，得到二值图像，其中植株像素为1，背景为0；

定义二值图像(m×n)上任一点的像素值为p(x,y)0≤x＜m,0≤y＜n；其中m,n为二值图像的宽度和高度，(x,y)表示像素点在二值图像中坐标。

构造函数

表示二值图像中同一高度下植株像素点个数随高度变化关系。假设目前植株顶端处于二值图像中时，在二值图像中植株高度范围内，二值图像中同一高度下植株像素点的个数f(y)比较大，在二值图像中植株高度范围之外(即植株顶端向上的区域)，二值图形中同一高度下植株像素点的个数f(y)为0。

计算目前二值图像中植株高度为y₀＝min(y)|f(y)＝0。

则本次落蔓高度为h＝k(y₀-y₁),其中k为单位像素代表的距离，y₁为植株藤蔓下降到指定高度时二值图像中植株高度。

将上述落蔓高度转化为驱动电机7转动的指令信号；最后处理器将落蔓信号传输给驱动器，驱动器将信号放大后，控制电机7运转，电机7同时带动多个环形机构中的驱动线绳10拉着滑轨9中的动滑轮4运动，当动滑轮4带着圆环5沿着滑轨9运动时，落蔓绳6就会在植株重力作用下完成多垄植株同时落蔓，位于种植行末端的植株藤蔓会在滑轨9、动滑轮4、圆环5和落蔓绳6的配合下落到该垄的另一行上，当藤蔓下降到指定高度时，处理器发出信号，电机停止，完成落蔓作业。

本实用新型的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好的说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.设施温室多垄环形落蔓装置，其特征在于：包括环形机构，环形机构连接在温室棚架(1)上，多个环形机构可实现多垄植株同时落蔓作业；

所述落蔓装置还包括传动机构，传动机构安装在环形机构上；

所述落蔓装置还包括集绳放线机构，集绳放线机构安装在环形机构上，集绳放线机构与传动机构连接；

所述落蔓装置还包括控制器，控制器安装在距离地面一定高度温室棚架(1)上，控制器连接传动机构；

所述环形机构包括滑轨(9)，滑轨(9)悬空固定在温室棚架(1)上，滑轨(9)呈环形分布置于一垄两行植株的正上方。

2.如权利要求1所述的设施温室多垄环形落蔓装置，其特征在于：所述环形机构还包括吊索(2)，吊索(2)一端固定连接温室棚架(1)，另一端连接到滑轨(9)，滑轨(9)通过多条吊索(2)悬于空中。

3.如权利要求1所述的设施温室多垄环形落蔓装置，其特征在于：所述环形机构还包括铁丝(12)，铁丝(12)一端连接滑轨(9)，另一端固定连接到温室立柱、支架或墙体，使环形机构悬于空中不晃动。

4.如权利要求1所述的设施温室多垄环形落蔓装置，其特征在于：所述传动机构包括若干动滑轮(4)，动滑轮(4)安装在滑轨(9)中，每棵植株上方放置一个动滑轮(4)。

5.如权利要求4所述的设施温室多垄环形落蔓装置，其特征在于：所述传动机构还包括连接线绳(3)，连接线绳(3)将动滑轮(4)全部连接在一起，当滑轨(9)中任意一动滑轮(4)运动时，会带动所有动滑轮(4)在滑轨(9)中运动。

6.如权利要求4所述的设施温室多垄环形落蔓装置，其特征在于：所述传动机构还包括驱动线绳(10)、定滑轮(11)和电机(7)，驱动线绳(10)一端固定在动滑轮(4)上，另一端经过定滑轮(11)连接电机(7)。

7.如权利要求6所述的设施温室多垄环形落蔓装置，其特征在于：所述电机(7)安装在滑轨(9)上方的一侧，用来为整个装置的运行提供动力，每个电机(7)可连接多条驱动线绳(10)。

8.如权利要求6所述的设施温室多垄环形落蔓装置，其特征在于：所述集绳放线机构包括圆环(5)，圆环(5)安装在对应动滑轮(4)的底部，用来控制落蔓方向和轨迹。

9.如权利要求8所述的设施温室多垄环形落蔓装置，其特征在于：所述集绳放线机构还包括落蔓绳(6)，落蔓绳(6)一端连接植株，另一端穿过位于植株上方的圆环(5)并间隔一定距离固定在滑轨(9)上，间隔的距离为植株一个生命周期中所能生长的最长距离。

10.如权利要求6所述的设施温室多垄环形落蔓装置，其特征在于：所述控制器包括摄像头(8)、处理器、按钮开关、遥控器和驱动器，处理器连接摄像头(8)、按钮开关、遥控器和驱动器，按钮开关能够控制驱动器电源的通断，按钮开关有正反停三个按钮用于实现现场控制电机(7)正反转与停止；遥控器与处理器采用无线通信方式连接，有正反停三个按键用于实现近程控制电机正反转与停止；驱动器连接电机(7)，将处理器输入的微弱电信号转换成较强的电信号输出，用来控制电机(7)运转。

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