立体水培装置的制作方法

本发明涉及植物种植领域，具体涉及一种立体水培装置。

背景技术

随着科学技术的不断进步和发展，各种植物由原来的土地种植被慢慢被移入室内进行种植，因而出现了越来越多的植物工厂，这些植物工厂可以进行高密度种植，利用各种科学技术可以培植出各种反季节的蔬菜、水果、花卉等等，以满足人们在不同季节的不同需求，从而为满足人们的物质需求提供了很大的便利。

现有的室内种植技术一般通过模拟光照环境进行无土栽培，作物通过营养液获取，例如申请号为2017210836269的中国专利，通过倾斜设置的种植槽与水泵的配合形成营养液循环系统，但是这种循环系统随着作物对营养液中营养成分以及离子的吸收，营养液中的营养成分和离子浓度变小，并且随着营养液中水分的自然蒸发，营养液中营养成分无法根据作物的生长需求进行调节，严重影响作物的正常生长。因此，亟需一种可根据作物生长阶段自动调节营养液浓度的立体水培装置。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于一种可根据作物生长阶段自动调节营养液浓度的立体水培装置。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种立体水培装置，包括：

支架；

管道栽培机构,管道栽培机构包括设置于支架的种植管道组件、与种植管道组件出口通过管道连通的水箱和用于抽取水箱中液体的水泵，水泵的出水口与水培管入口通过管道连通；水箱上设有至少一个与水箱相通的营养液罐，营养液罐设有水流量调节阀；水箱内设有电导率传感器和ph传感器；

控制系统，控制系统分别与水流量调节阀、电导率传感器、ph传感器通信连接。

优选的，种植管道组件包括至少两根自上而下依次横向设置于支架的水培管和种植篮，水培管侧壁上边缘设有通孔，种植蓝上端卡设于通孔上端面，种植蓝下端位于水培管的内腔；各水培管出口与对应下方相邻的水培管入口通过连接管连通。

优选的，连接管的中轴线平行于纵向方向。

优选的，还包括执行机构和用于驱动执行机构运动的移动机构，执行机构包括电磁铁、轴向方向开设有第一安装孔的主安装盘、轴向方向开设第二安装孔的副安装盘和执行组件；电磁铁一端贯穿第一安装孔，电磁铁侧面与第一安装孔内壁固定连接，第二安装孔内固定有磁铁，磁铁与第二安装孔内壁围合成第一凹槽，一端凸出第一安装孔的部分电磁铁可嵌合于第一凹槽内，执行组件安装于副安装盘远离第一凹槽的一端。

优选的，执行组件包括播种部、喷洒部和收获部，主安装盘开设有第一通孔；副安装盘对应第一通孔处设有第二通孔，第二通孔远离执行组件的一端设有向外凸出的密封接头，密封接头凸出部分可嵌合于第一通孔内；播种部包括输气管和通过管道连接于输气管一端开口处的吸盘，输气管另一端开口与第二通孔通过管道连接；喷洒部包括输液管和通过管道连接于输液管一端开口处的喷嘴，输液管另一端开口与第二通孔通过管道连接；收获部包括收获铲，收获铲与副安装盘连接，收获铲远离副安装盘的一端设有开口。

优选的，还包括机械手架，机械手架上设有与副安装盘侧面配合的弧形缺口，弧形缺口两侧设有卡块；副安装盘侧面设有与卡块配合的第二凹槽。

优选的，水箱侧面设有种子盒。

优选的，移动机构包括设置于支架的驱动组件和第一移动组件，支架包括底板、两个下端安装于底板的纵向框边和连接两个纵向框边的横向框边；纵向框边沿纵向方向设有第一滑轨；驱动组件包括通过轴承连接于横向框边的传动轴、同轴套设于传动轴的第一同步轮、通过轴承连接于纵向框边下端的第二同步轮、绕设于两个第一同步轮和第二同步轮的第一同步带和用于驱动传动轴转动的第一步进电机，第一同步带沿纵向方向设置；第一移动组件包括固定于第一同步带的第一滑车主体、设置于第一滑车主体的第一安装轴和套设于第一安装轴的第一滚轮，第一滚轮以第一安装轴的中轴线为轴转动，第一滚轮沿第一滑轨滚动。

优选的，移动机构还包括与第一滑车主体固定连接的横梁和第二移动组件，横梁沿横向方向设有第三滑轨；第二移动组件包括固定于第三滑轨两端的第三同步带、第二滑车主体、设置于第二滑车主体的第三安装轴和套设于第三安装轴的第三滚轮、设置于第二滑车主体的第二步进电机和同轴套设于第二步进电机输出轴的第五同步轮；第三同步带经第三滚轮下方绕设于第五同步轮，第五同步轮与第三同步带啮合，第三滚轮沿第三滑轨滚动。

优选的，还包括用于采集作物图像的图像采集机构，图像采集机构与控制系统信号连接。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

水箱、管道栽培机构和水泵形成营养液循环系统，通过电导率传感器、ph传感器监控水箱中营养液中由于营养成分以及离子引起的电导率变化、ph变化，通过控制系统控制水流量调节阀的开闭，精准地向水箱中补充营养成分以及相关的离子，以便适用于作物各个生长阶段的养分需求。

附图说明

图1为本发明的具体实施方式的立体水培装置结构示意图一。

图2为本发明的具体实施方式的立体水培装置结构示意图二。

图3为本发明的具体实施方式的管道栽培机构结构示意图。

图4为本发明的具体实施方式的水箱结构示意图一。

图5为本发明的具体实施方式的水箱结构示意图二。

图6为本发明的具体实施方式的移动机构与支架连接示意图。

图7为本发明的具体实施方式的驱动组件局部示意图一。

图8为本发明的具体实施方式的驱动组件局部示意图二。

图9为本发明的具体实施方式的第一移动组件爆炸图。

图10为本发明的具体实施方式的横梁和第二移动组件连接结构示意图。

图11为本发明的具体实施方式的第二移动组件爆炸图。

图12为本发明的具体实施方式的横梁、第二移动组件和执行机构连接结构示意图。

图13为本发明的具体实施方式的主安装盘结构示意图。

图14为本发明的具体实施方式的副安装盘和播种部连接结构示意图。

图15为本发明的具体实施方式的喷洒部结构示意图。

图16为本发明的具体实施方式的收获部结构示意图。

图17为本发明的具体实施方式的机械手架结构示意图。

图18为本发明的具体实施方式的收获部结构示保鲜机构意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的具体实施方式，具体实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要特别指出的是，本发明的纵向平平行于纵向框边1021的中轴线，本发明的横向平行于横向框边1022的中轴线。

如图1-5所示，本具体实施方式提供的一种立体水培装置，包括：

支架；管道栽培机构、管道栽培机构包括设置于支架的种植管道组件、与种植管道组件出口通过管道连通的水箱202和用于抽取水箱202中液体的水泵203，水泵203的出水口与水培管2011入口通过管道连通；水箱202上设有两个与水箱202相通的营养液罐204，营养液罐204设有水流量调节阀205；水箱202内设有电导率传感器206和ph传感器207；控制系统30，控制系统30分别与水流量调节阀205、电导率传感器206、ph传感器207通信连接。

控制系统30为现有技术。

工作原理：种植管道、水箱202和水泵203通过管道形成营养液循环系统，营养液通过循环系统不断地将营养成分以及对应的离子提供给种植于种植篮2012中的作物，在一个生长阶段中，为稳定营养液成分，通过电导率传感器206、ph传感器207检测营养液中的营养成分以及离子浓度导致的导电率、ph变化，通过控制系统30控制水流量调节阀205开闭补充营养液，维持营养液浓度的稳定，保证作物的生长；作物生长过程中，可根据作物生长的需要，控制对应营养种类的营养液灌精确地添加营养液，适用于作物整个种植过程。

为提高支架空间的利用率，具体的，如图3所示，种植管道组件包括五根自上而下依次横向设置于支架的水培管2011和种植篮2012，水培管2011侧壁上边缘设有通孔，种植蓝上端卡设于通孔上端面，种植蓝下端位于水培管2011的内腔；各水培管2011出口与对应下方相邻的水培管2011入口通过连接管2013连通。

现有的水培过程为防止待种植物被营养液冲走，一般采用较大植株，通过设置种植篮2012，本发明立体水培装置可以从作物的种子阶段开始栽种，种植放置于种植篮2012，种子吸收营养成分，种植篮2012的镂空结构避免种子被营养液冲走。

为节省缩短连接管2013的长度，连接管2013的中轴线平行于纵向方向。

具体的，支架设有卡座，连接管2013与卡座卡扣连接。

如图13-14所示，还包括执行机构和用于驱动执行机构运动的移动机构，执行机构包括电磁铁401、轴向方向开设有第一安装孔4021的主安装盘402、轴向方向开设第二安装孔的副安装盘403和执行组件；电磁铁401一端贯穿第一安装孔4021，电磁铁401侧面与第一安装孔4021内壁固定连接，第二安装孔内固定有磁铁404，磁铁404与第二安装孔内壁围合成第一凹槽4031，一端凸出第一安装孔4021的部分电磁铁401可嵌合于第一凹槽4031内，执行组件安装于对应副安装盘403远离第一凹槽4031的一端。

通过向外凸出的电磁铁401通电产生磁性并嵌合于第一凹槽4031内，实现主安装盘402和副安装盘403的连接固定，更换执行组件时，只需停止向电磁铁401通电，电磁铁401的磁性消失，电磁铁401无法吸引磁铁404，主安装盘402与副安装盘403分离；安装执行组件时，将主安装盘402移动至待更换的执行组件附件，电磁铁401嵌合于待更换执行组件的第一凹槽4031内，外界电源向电磁铁401通电，电磁铁401产生磁性，吸引磁铁404，完成更换。

具体的，如图14-16所示，执行组件包括播种部、喷洒部和收获部，主安装盘402开设有第一通孔4022；副安装盘403对应第一通孔4022处设有第二通孔4032，第二通孔4032远离执行组件的一端设有向外凸出的密封接头406，密封接头406凸出部分可嵌合于第一通孔4022内；播种部包括输气管4051和通过管道连接于输气管4051一端开口处的吸盘4052，输气管4051另一端开口与第二通孔4032通过管道连接；喷洒部包括输液管4053和通过管道连接于输液管4053一端开口处的喷嘴4054，输液管4053另一端开口与第二通孔4032通过管道连接；收获部包括收获铲4056，收获铲4056与副安装盘403连接，收获铲4056远离副安装盘403的一端设有开口。

外界真空装置与第一通孔4022管道连接，对第一通孔4022内产生负压，第二通孔4032通过嵌合于第一通孔4022内的密封接头406与第一通孔4022管道连接，进而第二通孔4032通过管道接头对输气管4051产生负压，吸盘4052通过负压吸取作物种子，执行组件将种子移至对应的种植篮2012上方，取消负压，种子受重力下落至种植篮2012内，实现播种功能。

外界输液装置与第一通孔4022管道连接，药剂依次经过第一通孔4022、密封接头406、第二通孔4032、输液管4053，最后经喷嘴4054喷出，实现浇灌功能，具体的，输液管4053设有流量调节阀门4055。

收获铲4056的开口处铲断对应的植株枝条完成产物的收取。

通过可快速更换的播种部、喷洒部和收获部，完整作物生长过程针对作物的操作，实现自动化种植。

进一步的，第一安装孔4021为三个，第一安装孔4021以主安装盘402的中轴线为轴等角度分布；第一通孔4022的数量与第一安装孔4021的数量相等，第一通孔4022以主安装盘402的中轴线为轴等角度分布，第一通孔4022到与第一通孔4022相邻的两个第一安装孔4021的距离相等。

第一安装孔4021与第一通孔4022均以主安装盘402的中轴线为轴等角度分布，且第一通孔4022到其相邻的两个第一安装孔4021的距离相等，三个第一安装孔4021和三个第一通孔4022均形成一个等边三角形，只要保证电磁铁401与第一安装孔4021嵌合，第二通孔4032的密封接头406均能嵌合于第一通孔4022内，第一通孔4022与第二通孔4032相通，主安装盘402沿其中轴线旋转120°后仍能完成密封接头406与第一通孔4022的嵌合，主安装盘40220和副安装盘40330有更多的结合角度。

具体的，还包括用于采集作物图像的图像采集机构60，图像采集机构60与控制系统30信号连接，图像采集机构60固定于临近主安装盘402的气缸输出轴处。

采用了图像识别技术，能够实现对植物生长状况的视觉检测。

为实现播种部、喷洒部和收获部的自动更换，如图17所示，还包括机械手407架，机械手407架上设有与副安装盘403侧面配合的弧形缺口，弧形缺口两侧设有卡块408；副安装盘403侧面设有与卡块408配合的第二凹槽4033。

机械手407架上设置弧形缺口以及卡块408，执行组件按照特定的方位以及角度放置，只需将主安装盘402移动至对应的区域即可完成电磁铁401与磁铁404的对准，无需转动主安装盘402；副安装盘403的特定安装方式与主安装盘402的特定移动路径相匹配，使播种部、喷洒部和收获部的自动更换得以实现。

为定点吸取种子，水箱202侧面设有种子盒208。

作为本发明的又一具体实施方式，如图7-9所示，移动机构包括设置于支架的驱动组件和第一移动组件，支架包括底板、两个下端安装于底板的纵向框边1021和连接两个纵向框边1021的横向框边1022；纵向框边1021沿纵向方向设有第一滑轨；驱动组件包括通过轴承连接于横向框边1022的传动轴5011、同轴套设于传动轴5011的第一同步轮5012、通过轴承连接于纵向框边1021下端的第二同步轮5013、绕设于两个第一同步轮5012和第二同步轮5013的第一同步带5014和用于驱动传动轴5011转动的第一步进电机5015，第一同步带5014沿纵向方向设置；第一移动组502件包括固定于第一同步带5014的第一滑车主体5021、设置于第一滑车主体5021的第一安装轴5022和套设于第一安装轴5022的第一滚轮5023，第一滚轮5023以第一安装轴5022的中轴线为轴转动，第一滚轮5023沿第一滑轨滚动。

通过第一同步带5014带动第一滑车主体5021的第一滚轮5023滚动，第一滑车主体5021沿第一滑轨运动，第一步进电机5015通过正反转控制第一滑车主体5021在第一滑轨上往复运动，相对于机械手407的缸体驱动方式，采用滚动摩擦代替滑动摩擦，第一滑车主体5021运动更加顺畅，动力损耗小；移动机构整体体积小，重量轻、制造成本低，能更好地应用于室内栽培的种植架上。

为实现两个纵向框边1021上第一移动组502件的同步传动，传动轴5011设有两个第一同步轮5012，第一同步带5014绕设于处于同一纵向方向的第一同步轮5012和第二同步轮5013，各第一同步带5014上分别固定有一个第一移动组502件。

第一步进电机5015驱动传动轴5011的两个第一同步轮5012，实现两条纵向设置的第一同步带5014的同步传动。

为防止第一步进电机5015的传动力矩太长，避免细长的传动轴5011发生径向抖动从而影响传动精确性，还包括同轴设置于传动轴5011的第三同步轮、同轴设置与第一步进电机5015输出轴的第四同步轮以及绕设于第三同步轮和第四同步轮的第二同步带5016，第三同步轮的中心位于两个第一同步轮5012中心连线的中点。

第一步进电机5015通过第二同步带5016带动传动轴5011转动，第三同步轮设置在两个第一同步轮5012的中间，减小传动力矩，防止传动轴5011发生径向抖动，保证两条第一同步带5014的同步性。

为保证第一滑车主体5021平稳滑动，防止第一滑车主体5021从纵向框边1021掉落，第一移动组502件还包括与第一滑车主体5021连接的第一附件5024、设置于第一附件5024的第二安装轴5025和套设于第二安装轴5025的第二滚轮，第二滚轮以第二安装轴5025的中轴线为轴转动，第二安装轴5025的中轴线与第一安装轴5022的中轴线相互平行；纵向框边1021远离第一滑轨的一面设有第二滑轨，第二滚轮沿第二滑轨滚动。

第一滑轨、第二滑轨分别位于纵向框边1021的两个相对的面，第一移动组502件通过与第一滑轨配合的第一滚轮5023、与第二滑轨配合的第二滚轮之间的配合，将纵向框边1021夹紧于第一滚轮5023和第二滚轮之间，防止第一移动组502件从纵向框边1021掉落，保证第一移动组502件移动过程中与纵向框边1021连接的稳定性。

为实现不同尺寸纵向框边1021的夹紧，第一移动组502件还包括第一螺钉5026，第一附件5024两端设有第一滑块5027，第一滑车主体5021设有与第一滑块5027配合的第一滑槽5028，第一滑块5027可沿第一滑槽5028滑动，第一附件5024设有第三通孔5029，第三通孔5029沿第一滑块5027的滑动方向贯穿第一附件5024；第一螺钉5026尾端通过第一通孔4022并与第一滑车主体5021螺栓连接。

旋入第一螺钉5026，第一螺钉5026的钉帽推动第一滑块5027沿第一滑槽5028滑动，第一滚轮5023和第二滚轮之间的距离变小；反向旋转第一螺钉5026，则第一滚轮5023和第二滚轮之间的距离变大。通过第一螺钉5026的旋转调节第一滚轮5023和第二滚轮之间的距离以适用于不同尺寸的纵向框边1021。

为防止第一移动组502件移动过程中第一螺钉5026转动导致反松，第一螺钉5026套设有第一弹簧50210，第一弹簧50210的一端与第一通孔4022端面相抵，第一弹簧50210另一端与第一滑车主体5021相抵。

第一弹簧50210受第一滑车主体5021和第一附件5024的压缩，第一弹簧50210对第一附件5024具有作用力经第一附件5024传递作用于第一螺钉5026钉帽，防止第一移动组502件移动过程中第一螺钉5026松动导致第一滚轮5023和第二滚轮之间的距离增大，影响第一移动组502件移动的精准性。

具体的，第一移动组502件包括设置于第一滑车主体5021的固定夹50211，固定夹50211用于夹住第一同步带5014。

进一步的，如图10-12所示，移动机构还包括与第一滑车主体5021固定连接的横梁503和第二移动组件504，横梁503沿横向方向设有第三滑轨；第二移动组件504包括固定于第三滑轨两端的第三同步带5041、第二滑车主体5042、设置于第二滑车主体5042的第三安装轴5043和套设于第三安装轴5043的第三滚轮5044、设置于第二滑车主体5042的第二步进电机5045和同轴套设于第二步进电机5045输出轴的第五同步轮；第三同步带5041经第三滚轮5044下方绕设于第五同步轮5046，第五同步轮5046与第三同步带5041啮合，第三滚轮5044沿第三滑轨滚动。

第五同步轮5046对第三同步带5041具有张紧力的同时，通过第二步进电机5045的正反转带动第五同步轮5046转动，与第三同步带5041啮合的第五同步轮5046相对第三同步带5041发生运动，从而使第二移动组件504通过第三滚轮5044沿第三滑轨移动，规避为使第三同步带5041转动而在纵向框边1021安装对应的驱动结构带来的空间干涉对第一移动组502件移动的影响。

进一步的，第二移动组件504还包括与第二滑车主体5042连接的第二附件5047、设置于第二附件5047的第四安装轴5048和套设于第四安装轴5048的第四滚轮5049，第四滚轮5049以第四安装轴5048的中轴线为轴转动，第四安装轴5048的中轴线与第三安装轴5043的中轴线相互平行；纵向框边1021远离第三滑轨的一面设有第四滑轨，第四滚轮5049沿第四滑轨滚动，第四滚轮5049、第二步进电机5045分别位于第三滚轮5044的两侧。

原理同第一移动组502件。

进一步的，第二移动组件504还包括第二螺钉50410，第二附件5047两端设有第二滑块50411，第二滑车主体5042设有与第二滑块50411配合的第二滑槽50412，第二滑块50411可沿第二滑槽50412滑动，第二附件5047设有第四通孔50413，第四通孔50413沿第二滑块50411的滑动方向贯穿第二附件5047；第二螺钉50410尾端通过第四通孔50413并与第二滑车主体5042螺栓连接。

原理同第一移动组502件。

为防止第二移动组件504移动过程中第二螺钉50410转动导致反松，第二螺钉50410套设有第二弹簧50414，第二弹簧50414的一端与第二通孔4032端面相抵，第二弹簧50414另一端与第二滑车主体5042相抵。

第二弹簧50414受第二滑车主体5042和第二附件5047的压缩，第二弹簧50414对第二附件5047的作用力经第二附件5047传递作用于第二螺钉50410钉帽，防止第二移动组件504移动过程中第二螺钉50410松动导致第三滚轮5044和第四滚轮5049之间的距离增大，影响第二移动组件504移动的精准性。

作为本发明的又一具体实施方式，如图18所示，还包括保鲜机构，保鲜机构包括用保鲜柜70和用于向保鲜柜70输送收获物的输送组件80，保鲜柜70内设有制冷装置，保鲜柜70的柜门与丝杆螺纹连接，丝杆通过第三步进电机驱动，丝杆的旋入和旋出控制柜门的升降。

具体的，输送组件80包括平面输送部和倾斜输送部，倾斜输送部一端与平面输送部一端铰接，平面输送部侧面设有调节板，调节板设有弧形槽，倾斜输送部侧面设有卡条，卡条可沿弧形槽运动。

上述实施方式仅为本发明的部分优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。