专利名称：一种适用于植物工厂化生产的立体式智能育秧机器人平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于现代植物工厂化生产的全自动立体式智能育秧平台，属农业工程领域中轻简型智能育秧装备。
背景技术：
随着人们生活水平的日益提高，人们对温室绿色蔬菜瓜果和优质花卉的需求量不断增长，促进了育秧农业的规模化、集约化和自动化程度的迅速提高。蔬菜花卉秧苗对外界环境的敏感度较大，具有生产管理程序复杂和生长周期短等特点，这对人力资源的质量和育秧管理器具提出了较高的要求。然而，农村人口的城镇化浪潮，使得农业劳动力资源匮 乏，不利于该类劳动密集型农业的发展；另一方面，现有的育秧管理设备因其体积庞大、功能单一、自动化和智能化程度低等诸多弊端，不宜应用于规模化精细化育秧作业；另外粗犷式的传统的浇水、施肥方式，导致了水、化肥的浪费，加重了对温室环境及农产品的污染，不利于人们的身体健康。近年来随着科技的飞速发展，温室物流化生产以其流水线规模化作业模式、自动化智能化水平高、生产质量和效率高和便于统一管理等特点，已成为未来温室育秧生产及管理的必然趋势。针对温室物流化育秧生产模式，借助无线网络技术、机器视觉、自动控制、人工智能等先进技术，发明一种功能齐全、生产效率和自动化水平高的立体式智能育秧管理装备，有望节约人力、减少污染、提高生产效率，以满足未来温室物流化育秧农业的发展要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于现代工厂化育秧的立体式智能秧苗管理装备，该装备由框架式机械平台、分布式多通道数采系统、智能控制系统、自动日迹追踪系统、双翼式秧架推送机构、网状智能精量滴灌系统、智能温控系统、机器视觉系统、气动和电力等辅助系统组成。主体机械平台以太阳能和电力为驱动能源，通过GPS卫星定位技术与日迹追踪控制系统，实现育秧平台及太阳能板的实时向日，以满足秧苗及电池板的全天候光照需求；通过分布式多感传感器和Zigbee无线数据传输模块实时采集光照、温度、湿度、CO2浓度、土壤PH等环境因子数据，并整合秧苗生长视觉信息，分析秧苗长势、杂草、虫害等情况，搭建基于STM32主控系统和GSM技术的物联网平台，驱动智能精量滴灌系统、秧架推送机构、智能温控系统执行相应动作，实现秧苗生长环境的自适应调控。本发明所诉的一种立体式智能育秧装备，该装备由框架式机械平台、分布式多通道数采系统、智能控制系统、自动日迹追踪系统、双翼式苗床推送机构、网状智能精量滴灌系统、智能温控系统、机器视觉系统、气动和电力等辅助系统组成在机械平台主体框架(O的内部由下而上放置双层外拓型苗床(2)，共四层，苗床(2)的前端两侧分别与固定在机械平台主体框架(I)上的立式带座轴承固定，机械平台框架(I)的各层后部中间分别固定电动推杆(21)，电动推杆(21)的前端与双层苗床(2)的底部固定，机械平台框架(I)的前下方固定略微倾斜放置的排水导槽(3)，右侧与固定于机械平台框架(I)前右侧的串联型储水罐(4)进水口相连，储水罐(4)的出水管通过电磁阀接入固定于机械平台框架(I)底面的储水箱(8)的回水口，苗床(2)中各育秧盘的溢水口通过管道分别接入排水导槽(3)，机械平台框架(I)的两侧前端分别安装可沿滑槽上下移动的多自由度视频采集摄像头(19)，机械平台框架(I)各层后上方正对各组育秧盘位置分别固定补光灯(5)，机械平台框架(I)中间两层左侧放置多感传感器套装(18)，机械平台框架(I)底层紧贴苗床(2)固定双翼式苗床推送机构(12)，苗床推送机构(12)两侧连接一对反向滚珠丝杠(17)，双层苗床(2)的上层两侧分别固定苗床连接架(6 )，苗床连接架(6 )向内部延伸与固定在滚珠丝杠(17 )上的法兰螺母固定，苗床连接架(6)上部通过双关节轴承连杆与上层苗床伸出端固定，机械平台框架(I)底面右侧分别固 定储水箱(8)、气动系统(9)和营养液箱(10)，水箱(8)和营养液箱(10)的出水口分别接入气动系统(9)的入水口，气动系统(9)的出水口与分布于苗床
(2)各层底部的网状滴灌系统(20)相连接，机械平台框架(I)底面中部分别固定原地转向机构(11)和电动千斤顶(13)，原地转向机构(11)上部固定旋转平台(14)，旋转平台(14)底部固定电动千斤顶(13)的底面，机械平台框架(I)底面左侧分别固定控制驱动系统(15)和热循环系统(16)，机械平台框架(I)底端两侧和中间分别固定万向脚轮(7)。智能育秧管理装备是以分布式多感传感器和机器视觉系统采集的环境因子数据和秧苗视频信息为基础，将日迹追踪、状态监控、空间外拓、精量滴灌和循环温控集于一体，形成一种立体式智能育秧装备；反向苗床推送机构(12)由一根电机输出轴带动并排安置的一个主动齿轮和两个转向相反的从动齿轮，并通过底部并排放置的一组光电传感器精确控制苗床(2)的停放位置，最终实现苗床(2)的空间外拓和收回功能；自动日迹追踪系统由电动推杆(21)、原地转向机构(11)、旋转平台(14)和电动千斤顶(13)四部分组成，苗床姿态调整的动作顺序为首先电动千斤顶(13)顶出推杆与地面接触，这时机械平台框架(I)只有部分重量加于地面，然后原地转向机构(11)驱动旋转平台(14)实现机械主体平台水平角调整，电动推杆(21)实现各层苗床高度角在一定范围内调整，最后执行机构根据三轴角度传感器反馈信号再次对苗床姿态进行微调，使得自动日迹追踪系统能够满足各层秧苗对光照的实时需求；应用两级流量可控气动装置(9)，一级气动装置将水泵入主通道，二级气动装置将营养液经由支路通道汇入主通道，主、支路通道分别接入流量控制阀，水肥按一定配比输入滴灌系统末端，使得该装置能根据秧苗对生长环境的多样化需求合理配置水肥比例。
参见附图
图I为本发明结构示意图
图2为原地转向机构主视图
图3为双翼式苗床推出机构轴侧视图
图I中，I、机械平台主体框架；2、外拓型双层苗床；3、排水导槽；4、小型储水罐；5、补光灯；6、苗床连接架；7、万向脚轮；8、水箱；9、两级流量可控气动装置；10、营养液箱；11、原地转向机构；12、双翼式苗床推出机构；13、电动千斤顶；14、旋转平台；15、控制及驱动系统；16、热循环系统；17、反向滚珠丝杠；18、分布式多感传感器；19、多自由度可移动摄像头；20、滴灌系统末端；21、电动推杆。
具体实施例方式 以下结合附图进一步描述并给出实施例
本发明所诉的一种立体式智能育秧装备，该装备由框架式机械平台、分布式多通道数采系统、智能控制系统、自动日迹追踪系统、双翼式苗床推送机构、网状智能精量滴灌系统、智能温控系统、机器视觉系统、气动和电力等辅助系统组成在机械平台主体框架(I)的内部由下而上放置双层外拓型苗床(2)，共四层，苗床(2)的前端两侧分别与固定在机械平台主体框架(I)上的立式带座轴承固定，机械平台框架(I)的各层后部中间分别固定电动推杆(21)，电动推杆(21)的前端与双层苗床(2)的底部固定，机械平台框架(I)的前下方固定略微倾斜放置的排水导槽(3 )，右侧与固定于机械平台框架(I)前右侧的串联型储水罐
(4)进水口相连，储水罐(4)的出水管通过电磁阀接入固定于机械平 台框架(I)底面的储水箱(8)的回水口，苗床(2)中各育秧盘的溢水口通过管道分别接入排水导槽(3)，机械平台框架(I)的两侧前端分别安装可沿滑槽上下移动的多自由度视频采集摄像头(19)，机械平台框架(I)各层后上方正对各组育秧盘位置分别固定补光灯(5)，机械平台框架(I)中间两层左侧放置多感传感器套装(18)，机械平台框架(I)底层紧贴苗床(2)固定双翼式苗床推送机构(12)，苗床推送机构(12)两侧连接一对反向滚珠丝杠(17)，双层苗床(2)的上层两侧分别固定苗床连接架(6 )，苗床连接架(6 )向内部延伸与固定在滚珠丝杠(17 )上的法兰螺母固定，苗床连接架(6)上部通过双关节轴承连杆与上层苗床伸出端固定，机械平台框架
(I)底面右侧分别固定储水箱(8 )、气动系统(9 )和营养液箱(10 )，水箱(8 )和营养液箱(10 )的出水口分别接入气动系统(9 )的入水口，气动系统(9 )的出水口与分布于苗床(2 )各层底部的网状滴灌系统(20)相连接，机械平台框架(I)底面中部分别固定原地转向机构(11)和电动千斤顶(13 )，原地转向机构(11)上部固定旋转平台(14 )，旋转平台(14 )底部固定电动千斤顶(13)的底面，机械平台框架(I)底面左侧分别固定控制驱动系统(15)和热循环系统(16 )，机械平台框架(I)底端两侧和中间分别固定万向脚轮(7 )。在使用前，将蓄电池充满电后接入装备系统中，经入肥口填装适量的一定浓度的营养液到营养液箱(10)中，并启动自动日迹追踪系统初始化程序，使机械平台框架(I)中各苗床(2)处于最佳光照位置。在育秧管理过程中，由分布式多感传感器(18)采集光强、温度、湿度、CO2浓度、PH值等环境因子数据信息，并经由Zigbee无线传输模块将数据发往基于STM32处理器的主控系统，主控系统将对不同区域内秧苗生长环境作统筹分析并生成初步决策参数；同时安置于机械主体框架(I)前端两侧的多自由度可移动摄像头(19)沿滑槽移动，获取秧苗所处生长周期、长势情况、虫害情况等视频信息，经由无线串口发往上位机进行相应的图像处理及模式识别，提取秧苗生长信息并生成相应决策参数，并将决策参数发往主控系统，然后主控系统将初步决策参数与之进行有效整合，进一步生成最终决策参数，STM32王控系统将指令传输给控制驱动系统(15),控制系统发射相应脉冲指令驱动原地转向机构(11)、电动推杆(21)、两级气动系统(9 )、热循环系统(16 )和补光灯(5 )相应动作，分别用以调整苗床(2)水平角、高度角、土壤湿度、空气温度和光照，等到传感器(18)检测到某环境参数处于秧苗理想生长参数范围，主控系统(15)将发送终止信号停止相应动作；双翼式苗床推出机构(12)可根据秧苗实际需求相应动作,减速直流电机驱动主动齿轮，并带动两个从动齿轮反向转动，滚珠丝杠(17)则反向旋转，双层苗床(2)的上层分别被拉出来，这样就拓展了秧苗的生长空间；借助传感器(18)和摄像头(19)采集的数据，可获得秧苗的健康状况信息，应用两级流量可控气动装置(9)，一级气动装置将水泵入主通道，二级气动装置将营养液经由支路通道汇入主通道，主、支路通道分别接入流量控制阀，水肥 按一定配比输入滴灌系统末端，使得该装置能根据秧苗对生长环境的多样化需求合理配置水肥比例。
权利要求
1.本发明所诉的一种立体式智能育秧装备，该装备由框架式机械平台、分布式多通道数采系统、智能控制系统、自动日迹追踪系统、双翼式苗床推送机构、网状智能精量滴灌系统、智能温控系统、机器视觉系统、气动和电力等辅助系统组成在机械平台主体框架(I)的内部由下而上放置双层外拓型苗床(2)，共四层，苗床(2)的前端两侧分别与固定在机械平台主体框架(I)上的立式带座轴承固定，机械平台框架(I)的各层后部中间分别固定电动推杆(21)，电动推杆(21)的前端与双层苗床(2)的底部固定，机械平台框架(I)的前下方固定略微倾斜放置的排水导槽(3 )，右侧与固定于机械平台框架(I)前右侧的串联型储水罐(4)进水口相连，储水罐(4)的出水管通过电磁阀接入固定于机械平台框架(I)底面的储水箱(8)的回水口，苗床(2)中各育秧盘的溢水口通过管道分别接入排水导槽(3)，机械平台框架(I)的两侧前端分别安装可沿滑槽上下移动的多自由度视频采集摄像头(9)，机械平台框架(I)各层后上方正对各组育秧盘位置分别固定补光灯(5)，机械平台框架(I)中间两层左侧放置多感传感器套装(8)，机械平台框架(I)底层紧贴苗床(2)固定双翼式苗床推 送机构(12)，苗床推送机构(12)两侧连接一对反向滚珠丝杠(17)，双层苗床(2)的上层两侧分别固定苗床连接架(6 )，苗床连接架(6 )向内部延伸与固定在滚珠丝杠(17 )上的法兰 螺母固定，苗床连接架(6)上部通过双关节轴承连杆与上层苗床伸出端固定，机械平台框架(I)底面右侧分别固定储水箱(8 )、气动系统(9 )和营养液箱(10 )，水箱(8 )和营养液箱(10 )的出水口分别接入气动系统(9)的入水口，气动系统(9)的出水口与分布于苗床(2)各层底部的网状滴灌系统(20)相连接，机械平台框架(I)底面中部分别固定原地转向机构(11)和电动千斤顶(13 )，原地转向机构(11)上部固定旋转平台(14 )，旋转平台(14 )底部固定电动千斤顶(13)的底面，机械平台框架(I)底面左侧分别固定控制驱动系统(15)和热循环系统(16 )，机械平台框架(I)底端两侧和中间分别固定万向脚轮(7 )。
2.根据权利要求I所诉的立体式智能育秧装备，其特征在于，反向苗床推送机构(12)的空间外拓和收回功能，由一根电机输出轴带动并排安置的一个主动齿轮和两个转向相反的从动齿轮。
3.根据权利要求I所诉的立体式智能育秧装备，其特征在于，自动日迹追踪系统的苗床姿态自动矫正功能，该系统由电动推杆(21)、原地转向机构(11)、旋转平台(14 )和电动千斤顶(13)四部分组成，电动千斤顶(13)顶出推杆与地面接触，原地转向机构(11)驱动旋转平台(14)实现机械主体平台水平角调整，电动推杆(21)实现各层苗床高度角在一定范围内调整，并根据三轴角度传感器反馈信号对苗床姿态进行微调，使得自动日迹追踪系统能够满足各层秧苗对光照的实时需求。
4.根据权利要求I所诉的立体式智能育秧装备，其特征在于，两级气动装置(9)及流量控制阀的水肥精量配比功能，一级气动装置将水泵入主通道，二级气动装置将营养液经由支路通道汇入主通道，主、支路通道分别接入流量控制阀，水肥按一定配比输入滴灌系统末端，使得该装置能根据秧苗对生长环境的多样化需求合理配置水肥比例。
全文摘要
本发明涉及一种适用于现代工厂化育秧的立体式智能秧苗管理装备，该系统以轻质铝合金和角钢为框架材料，以太阳能和电力为驱动能源；通过GPS卫星定位技术与日迹追踪控制系统，以满足秧苗及电池板的全天候光照需求；通过分布式多感传感器和Zigbee无线数据传输模块实时采集光照、温度、湿度、CO2浓度、土壤PH等环境因子数据，并整合秧苗生长视觉信息，分析秧苗长势、杂草、虫害等情况；搭建基于STM32主控系统和GSM技术的物联网平台，执行相应智能动作，实现秧苗生长环境的自适应调控。该系统可应用于现代温室物流化生产，能够省时省力，提高作业质量，降低污染，是未来温室物流化生产装备的发展方向。
文档编号A01G9/20GK102960197SQ201210546989
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者权龙哲, 曹众, 申静朝, 刘俊良, 王昊 申请人:东北农业大学