一种基于视觉辅助的大蒜幼苗自动破膜机及破膜方法与流程

本发明涉及大蒜种植设备技术领域，尤其涉及到一种基于视觉辅助的大蒜幼苗自动破膜机及破膜方法。

背景技术：

近年来，随着大蒜种植面积不断扩大，采用覆膜栽培大蒜的农户也越来越多，在覆膜栽培的过程中，大蒜出土后会有一些蒜芽无法自行拱出地膜，如果不将其尽快放出，就会出现烧坏幼苗的现象。

为了防止烧坏幼苗，目前常用的方式是人工放苗，需要弓腰劳作，劳动强度大，耗费时间长，而且还很容易造成破口过大，严重影响了地膜的保温性能。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于视觉辅助的大蒜幼苗自动破膜机及破膜方法，该破膜机代替人工进行放苗，提高了作业效率，降低了劳动强度。

本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种基于视觉辅助的大蒜幼苗自动破膜机，包括安装有行走装置的车架和安装在机架上的压轮装置，所述行走装置包括至少三组独立驱动转向装置，所述压轮装置包括沿宽度方向延伸的安装杆和沿安装杆的轴向安装在安装杆上的若干压轮，所述安装杆与车架铰接，且安装杆连接有带动其绕与车架的铰接点向上转动的推动装置。

本方案的行走装置通过设置的独立驱动转向装置实现各车轮的独立转向和独立驱动，提高了前进动力，并实现了设备整体横移，解决了田间转弯不方便的问题；通过沿安装杆轴向设置若干压轮，使本设备在行驶中可以同时完成多行蒜芽的放苗，提高了作业效率，在换畦时，通过推动装置将安装杆向上转动抬起，实现压轮的抬升，避免设备横移时损坏幼苗或薄膜。

作为优化，所述压轮通过弹簧连接有套设在安装杆上的横管，所述横管上固接有连接器，所述连接器与车架铰接，且与推动装置连接。本优化方案通过设置弹簧，避免了压轮将薄膜压坏，同时保证了压轮在工作时始终对薄膜施加压力，并且保证地膜受力均匀；通过设置连接器增大了安装杆的转动范围，适应更多的薄膜高度，并且方便了安装。

作为优化，所述连接器包括套设固定在横管上的外套管，以及与外套管固接且向上延伸的立管，所述立管与车架通过沿宽度方向延伸的横轴铰接。本优化方案连接器的结构简单，外套管套设在横管上，降低了安装难度，方便横管位置的调整，满足不同间距蒜芽的使用要求。

作为优化，所述推动装置包括与车架铰接的电动推杆和后支撑杆，以及与立管铰接的前支撑杆，电动推杆的推杆、前支撑杆和后支撑杆通过铰轴铰接。本优化方案的推动装置采用电动推杆提供动力，实现了安装杆角度的连续调增，从而实现了压轮高度的连续调整，满足更多的使用要求，前支撑杆和后支撑杆的设置提高了电动推杆工作时的稳定性。

作为优化，所述独立驱动转向装置为四组，呈矩形分布，每组独立驱动转向装置包括安装有轮毂电机的车轮、安装所述车轮的车轮架，以及输出轴与车轮架固接的舵机。本优化方案通过在车轮上分别设置轮毂电机，实现车轮的独立驱动，提高了行驶动力，通过舵机实现各车轮的独立转向，实现了设备的整体横移，避免在田间转弯带来的麻烦，提高了设备移动的灵活性，提高了作业效率。

作为优化，所述舵机通过调整架与车架连接，所述调整架包括沿宽度方向穿设固定在车架上的调节杆、与调节杆固接的顶板，以及通过立柱与顶板固接的底板，所述底板与舵机固接，舵机的输出轴向下穿过底板。本优化方案通过将调节杆穿设在车架上，可以根据薄膜的宽度调整调节杆的穿入深度，满足了不同宽度薄膜的需求，避免车轮在薄膜上行走；通过设置底板，增加了舵机固定的稳定性，通过设置顶板，形成对舵机的防护，减小了雨水对舵机的损害。

作为优化，所述车轮通过减震装置与车轮架连接。本优化方案通过设置减震装置保证了车轮与地面持续产生摩擦力，增强了操控稳定性。

作为优化，所述车架上还设有摄像头，以及与摄像头、推动装置、行走装置电连接的车载控制器，所述车载控制器与带有显示屏的手持终端无线连接。本优化方案通过摄像头拍摄实时路况，通过车载控制器的视频模块以数字信号的形式将影像信号发出，地头操作人员手中的手持终端接收信号并将其转换后显示在显示屏上，方便操作人员实时掌握作业情况；操作人员通过向车载控制器发送无线电信号，进行对整机的控制，提高了作业效率。

作为优化，所述压轮的轮面包覆有弹性海绵。通过设置弹性海绵避免压轮划破薄膜，保证了薄膜的保温效果。

一种基于视觉辅助的大蒜幼苗破膜方法，包括如下步骤：

（1）根据地膜宽度调整破膜机车身的宽度，使车轮位于地膜两侧盖覆的土上；

（2）启动破膜机，对车轮进行定位，使各车轮的初始角度相同；

（3）放下压轮装置，使各压轮分别与各排蒜芽之间的间隙对应，随着破膜机的行驶，压轮将薄膜压下，在薄膜被压下时，蒜芽的芽尖顶破薄膜而完成该畦的放苗，放苗结束后将压轮装置提起，各舵机分别带动各车轮旋转90°，轮毂电机带动车轮转动，使破膜机整体横移至下一畦对应位置，各舵机分别带动各车轮旋转-90°，进行下一畦的放苗作业；

（4）在破膜机作业过程中，操作人员通过遥控器向车载控制器发送无线电信号，车载控制器根据接收的信号控制各部分动作，车架上的摄像头拍摄实时路况，并通过车载控制器的视频模块以数字信号的形式将影像信号发出，操作人员手中的手持终端接收信号并在显示屏上显示。

本方案的破膜方法采用破膜机代替人工进行破膜放苗，减轻了劳动强度，操作人员遥控控制破膜机作业，并可通过手持终端掌握作业情况。

本发明的有益效果为：通过设置独立驱动转向装置，实现车轮的独立驱动和独立转向，在地头可以通过整机横移完成换行，提高了作业的连续性和作业效率，实现了整机360°无死角任意转向，适合田间较复杂路况的作业与行走；利用压轮将薄膜压下时，蒜芽穿破薄膜，大幅缩小了薄膜上的开口，保证了保温效果，同时节省了大量的劳动力。

附图说明

图1为本发明大蒜幼苗自动破膜机的结构示意图；

图2为本发明大蒜幼苗自动破膜机的侧视图；

图3为压轮装置结构示意图；

图4为压轮结构示意图；

图5为连接器结构示意图；

图6为本发明大蒜幼苗自动破膜机工作状态示意图，图中箭头表示设备前进方向；

图7为本发明大蒜幼苗自动破膜机横移时状态示意图；

图8为本发明大蒜幼苗自动破膜机工作流程图；

图中所示：

1、车轮，2、车轮架，3、舵机，4、底板，5、顶板，6、调节杆，7、摄像头，8、控制箱，9、电池组，10、压轮，11、连接器，12、安装杆，13、推动装置。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

如图1所示一种基于视觉辅助的大蒜幼苗自动破膜机，包括安装有行走装置的车架和安装在机架上的压轮装置，所述行走装置包括四组独立驱动转向装置，且四组独立驱动转向装置呈矩形分布，保证了整机的稳定性。每组独立驱动转向装置包括安装有轮毂电机的车轮1、安装所述车轮的车轮架2，以及输出轴与车轮架固接的舵机3。前后车轮的轮轴间距为110厘米，在保证车子稳定性的前提下缩短了前后轮间距，这样可以在更窄的路面上完成整机平移，增强适用性。车轮通过减震装置与车轮架连接，此处减震装置为悬挂速弹减震器，用以保证四个驱动轮与地面持续产生摩擦力，增强操控稳定性。

舵机3通过调整架与车架连接，所述调整架包括沿宽度方向穿设固定在车架上的调节杆6、与调节杆6固接的顶板5，以及通过立柱与顶板固接的底板4，所述底板4与舵机3固接，舵机的输出轴向下穿过底板。调节杆为方管，通过紧定螺栓与车架固定连接，松动紧定螺栓即可调整调节杆伸入车架的长度，达到调整两侧车轮跨度的目的。本结构的设置，使得在舵机转动时，可以带动车轮1原地转动，使四个车轮实现0~180°间任意角度的转向，大幅提高了转向的灵活性。

压轮装置包括沿宽度方向延伸的安装杆12和沿安装杆的轴向安装在安装杆上的若干压轮10，所述安装杆12与车架铰接，且安装杆连接有带动其绕与车架的铰接点向上转动的推动装置13，安装杆为方管。如图4所示，压轮10通过弹簧连接有套设在安装杆上的横管，横管的上表面开设有两孔，用于穿设螺栓，下表面焊接两个铁柱，铁柱下端伸至压轮轮架内，并在压轮轮架内的铁柱上穿设开口销，实现压轮轮架与铁柱的连接，铁柱上套设弹簧，利用弹簧的弹力使压轮持续压紧薄膜。压轮两侧与压轮轮架间各设有一个塑料箍，以限定压轮位置，防止其沿轴向移动。压轮的材质为软橡胶，且在压轮的轮面包覆有弹性海绵。

横管上固接有连接器11，所述连接器11与车架铰接，且与推动装置连接。所述连接器11包括套设固定在横管上的外套管，以及与外套管固接且向上延伸的立管，所述立管与车架通过沿宽度方向延伸的横轴铰接，外套管为方管，通过紧钉螺栓与横管、安装杆固接。

本实施例的推动装置13包括与车架铰接的电动推杆和后支撑杆，以及与立管铰接的前支撑杆，电动推杆的推杆、前支撑杆和后支撑杆通过铰轴铰接，均可绕铰轴转动。

车架上还设有摄像头7，以及与摄像头、推动装置、行走装置电连接的车载控制器，所述车载控制器与带有显示屏的手持终端无线连接，车架上设有放置车载控制器的控制箱8。

车架上还设有钣金盒，钣金盒内设有给各部分供电的电池组9。

一种基于视觉辅助的大蒜幼苗破膜方法，包括如下步骤：

1、根据地膜宽度调整破膜机车身的宽度，使车轮位于地膜两侧盖覆的土上，当车身宽度调窄时可卸下部分压轮；当车身宽度调宽时可在压轮安装杆上外接两段方管，然后再增加压轮的个数，满足不同规格地膜的作业条件；

2、启动破膜机，对车轮进行定位，使各车轮的初始角度相同；

3、放下压轮装置，使各压轮分别与各排蒜芽之间的间隙对应，随着破膜机的行驶，压轮将薄膜压下，在薄膜被压下时，蒜芽的芽尖顶破薄膜而完成该畦的放苗，放苗结束后将压轮装置提起，各舵机分别带动各车轮旋转90°，轮毂电机带动车轮转动，使破膜机整体横移至下一畦对应位置，各舵机分别带动各车轮旋转-90°，进行下一畦的放苗作业，周而复始直到完成所有作业地块的工作；

4、在破膜机作业过程中，操作人员通过遥控器向车载控制器发送无线电信号，车载控制器根据接收的信号控制各部分动作，车架上的摄像头拍摄实时路况，并通过车载控制器的视频模块以数字信号的形式将影像信号发出，操作人员手中的手持终端接收信号并在显示屏上显示。

在压膜放苗过程中操作者通过显示器可了解工作区域、工作路况、工作效果、机器状态，可通过改变压轮下放高度来调节压轮压地膜的力度使蒜芽顶破地膜以达最佳放苗效果，操作者结合具体情况作出判断遥控机器作业。到达地头时阻断向控制器发送前进信号，同时启动刹车泵的信号实现刹车制动，电动推杆收缩将压轮提起，防止换畦时压轮阻碍整机平移。

作为优选方案，当蒜苗出土2~2.5厘米顶起地膜时进行破膜作业，趁蒜芽尖锐时通过该破膜机的作业完成放苗工作。

通过本破膜机进行放苗，避免了放苗时的躬身弯腰之苦，且薄膜破口为最理想状态，保证了地膜的保温性能。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。