一种气力针式播种装置及其控制方法与流程

本发明涉及农业机械及其自动化控制领域，特别是涉及一种气力针式播种装置及其控制方法。

背景技术：

近年来，蔬菜成为继粮食后第二大农作物产业，种植面积逐年上升，尤其是叶菜类植物，已经成为人们生活中必不可少的食物。随着需求量的增加带动了产业的快速发展，叶菜工厂化流水线生产成为蔬菜种植业未来发展的必然趋势。播种作为工厂化流水线生产的首步，也是最关键的一步，播种效率直接影响生产效率；种苗质量将直接影响作物的生长和产量。

目前用于叶菜类种子播种的设备主要以气力式为主，气力式又可分为气吸滚筒式、气吸针式和气吸板式：气力针式播种设备具有重播率与漏播率较低，运动机构简单，播种作业稳定的优点，但气力针式播种设备的播种效率偏低。

因此，亟需开发一种适合叶菜类粒径小、质量轻且形状不规则的种子且在保证播种精量化的前提下，播种效率更高的设备，以适应工厂化流水线生产的需求。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种气力针式播种装置及其控制方法，解决现有技术中针式播种装置的播种效率低的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种气力针式播种装置，包括：传送机构、机架、吸嘴、负压机构和翻转机构，所述传送机构用于输送穴盘，所述机架固定于所述传送机构的上方，所述吸嘴为多排且多排所述吸嘴分布在一个旋转轴的外周，所述旋转轴能够带动所述吸嘴一同旋转，所述吸嘴设置于种盘的上方，所述负压机构与每排所述吸嘴一一对应连接，以提供所述吸嘴从种盘中吸取种子的负压动力，所述翻转机构与所述旋转轴连接。

其中，所述负压机构包括负压分流管，所述负压分流管包括位于其两端的负压入口和位于其底部的多个负压出口，所述负压入口与所述负压机构连接，所述吸嘴一一对应连接在所述负压出口。

其中，还包括排种器外壳，所述排种器外壳与所述翻转机构连接，所述排种器外壳包括多排用于固定所述负压分流管的支架，且所述支架可绕所述排种器外壳的轴向旋转。

其中，所述翻转机构包括曲柄连杆机构和气缸，所述气缸的一端固定于所述机架，所述气缸的另一端通过所述曲柄连杆机构与所述排种器外壳连接。

其中，还包括导种支撑板和导种管，所述导种管设置于所述吸嘴的下方，所述导种支撑板固定于所述机架，所述导种支撑板上设有多个用于固定所述导种管的通孔。

其中，所述吸嘴的内径由其中部向嘴口方向逐渐缩小，且所述嘴口内径小于或等于1mm；所述吸嘴的嘴口底部套设有罩体，所述罩体由网状柔性材料制成。

其中，所述传送机构包括传送带、主动轮、从动轮和驱动单元，所述驱动单元与所述主动轮转动连接，所述主动轮和所述从动轮分别与所述传送带连接，所述从动轮通过所述传送带与所述主动轮同步转动。

其中，还包括振动装置和种盘支撑板，所述种盘支撑板与所述机架连接，所述振动装置与所述种盘支撑板连接。

其中，还包括距离传感器和负压传感器，所述距离传感器安装于所述传送机构，用于监测穴盘的运动位置，所述负压传感器设于所述负压分流管内。

本发明还公开一种气力针式播种装置的控制方法，包括：

s1、穴盘放置在传送机构上，由传送机构将穴盘输送至机架下方；

s2、启动处于种盘正上方的吸嘴的负压机构，使得处于种盘上方的吸嘴从种盘中吸出种子；

s3、启动翻转机构，使得吸嘴跟随所在的旋转轴一起旋转，带动吸嘴移动到穴盘的上方；

s4、关闭翻转机构和负压机构，并重复步骤s2-s3；

s5、关闭翻转机构和负压机构。

(三)有益效果

本发明提供一种气力针式播种装置，以气力针式播种装置作为基础，利用翻转机构驱动吸嘴绕所在的旋转轴做圆弧往复运动，采用多排吸嘴交替连续完成播种，合理的利用了一排吸嘴完成排种后，返回种盘进行下一次取种的过程，实现进行一次圆弧往复运动完成多次播种，有效利用了排种后返回种盘进行下一次取种过程中所消耗的时间，减小了设备运行能耗，大大提高了播种的效率。

本发明还提供的一种气力针式播种装置的控制方法，将穴盘放置在传送机构上输送到机架下方，气缸驱动曲柄连杆机构使得吸嘴移动到穴盘上方，开启负压机构，吸嘴从穴盘吸取种子，气缸再次驱动曲柄连杆机构使得吸取种子的吸嘴移动到种盘上，关闭负压机构，种子由于重力自由落到种盘内，完成排种；由于多排吸嘴的设计，可实现一次圆周运动完成多次播种。

附图说明

图1为本发明一种气力针式播种装置的结构示意图；

图2为本发明一种气力针式播种装置沿传送机构传送方向的结构示意图；

图3为本发明导种管和导种支撑板的结构示意图；

图4为本发明负压分流管的结构示意图；

图5为本发明吸嘴自由状态下的结构示意图；

图6为本发明吸嘴吸附状态下的结构示意图；

图7为本发明一种气力针式播种装置的控制方法的流程图。

图中，1、传送机构；2、穴盘；3、机架；4、导种支撑板；5、导种管；6、轴承座；7、排种器外壳；8、旋转轴；9、负压分流管；10、吸嘴；11、曲柄连杆机构；12、y型接头；13、气缸；14、气缸固定板；15、距离传感器；16、振动装置；17、振动托架；18、种盘支撑板；19、种盘；20、罩体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

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。

如图1-6所示，本发明实施例公开了一种气力针式播种装置，包括：传送机构1、机架3、吸嘴10、负压机构和翻转机构，所述传送机构用于输送穴盘，所述机架3固定于所述传送机构1的上方，所述吸嘴10为多排且多排所述吸嘴10分布在一个旋转轴8的外周，所述旋转轴8能够带动所述吸嘴10一同旋转，所述吸嘴10设置于种盘19的上方，所述负压机构与每排所述吸嘴10一一对应连接，以提供所述吸嘴从种盘中吸取种子的负压动力，所述翻转机构与所述旋转轴8连接。

具体的，本发明的传送机构1为输送带机构，其包括传送带、主动轮、从动轮和驱动单元，所述驱动单元与所述主动轮转动连接，所述主动轮和所述从动轮分别与所述传送带连接，所述从动轮通过所述传送带与所述主动轮同步转动；驱动单元驱动主动轮转动，带动传送带水平输送、从动轮旋转，将用于育苗的穴盘2放置在传送带上，开启驱动单元，可以使穴盘2移动到机架3下方。

机架3用于支撑和固定本播种装置的吸嘴10、负压机构和翻转机构。

吸嘴10可以为多排，每排设置多个，优选为两排，每排五个吸嘴10。

负压机构为吸嘴10吸取种子提供负压动力，其连接于吸嘴10的一端，吸嘴10的另一端从种盘19中吸取种子。

翻转机构用于给吸嘴提供旋转动力，使吸嘴能够绕所在的旋转轴进行旋转。具体地，翻转机构可以由电机和减速器组成，电机可以通过减速器驱动旋转轴旋转；还可以由曲柄连杆机构和气缸组成，气缸给曲柄连杆提供往复直线运动的驱动力，曲柄连杆机构可以将其转化为旋转轴的旋转运动。

优选地，还包括轴承座6，设置于旋转轴8的两端，用于固定旋转轴8。

本发明提供一种气力针式播种装置，以气力针式播种装置作为基础，利用翻转机构驱动吸嘴绕所在的旋转轴做圆弧往复运动，采用多排吸嘴交替连续完成播种，合理的利用了一排吸嘴完成排种后，返回种盘进行下一次取种的过程，实现进行一次圆弧往复运动完成多次播种，有效利用了排种后返回种盘进行下一次取种过程中所消耗的时间，减小了设备运行能耗，大大提高了播种的效率。

其中，所述负压机构还包括负压分流管9，所述负压分流管9包括位于其两端的负压入口和位于其底部的多个负压出口，所述负压入口与所述负压机构连接，所述吸嘴10一一对应连接在所述负压出口。具体地，如图4所示，负压机构分别与负压分流管9的两端连通，使得负压可以更加均匀稳定的分配到每个吸嘴10，而负压出口的个数与对应排的吸嘴10个数相同，且两者一一对应，本实施例通过负压分流管9绕旋转轴8旋转带动底部的吸嘴10一起旋转。负压分流管9与吸嘴10之间可采用可拆卸连接或不可拆卸连接，不可拆卸连接包括焊接或铆接等，可拆卸连接包括螺纹连接、销或链连接。优选地，负压分流管9与吸嘴10采用模块化设计，两者可以随意拆卸，以针对不同种子类型替换不同的吸嘴10，增加播种装置的使用范围。

其中，还包括排种器外壳7，所述排种器外壳7与所述翻转机构连接，所述排种器外壳7包括多排用于固定所述负压分流管9的支架，且所述支架可绕所述排种器外壳7的轴向旋转。本实施例的排种器外壳7可以为长方体框架或圆柱体框架，绕其轴向旋转，排种器外壳7的旋转轴相当于负压分流管9和吸嘴10的旋转轴8，用于固定负压分流管9并将曲柄连杆机构的旋转力传递给负压分流管9和吸嘴10。

如图1所示，所述翻转机构包括曲柄连杆机构11和气缸13，所述气缸13的一端固定于所述机架3，所述气缸13的另一端通过所述曲柄连杆机构与所述排种器外壳7连接。气缸13用于给曲柄连杆机构11提供往复直线运动的驱动力，并通过曲柄连杆机构11将气缸的直线运动转化为吸嘴10绕旋转轴8转动的圆周运动，使得多排吸嘴10可以绕一个旋转轴8旋转，吸嘴10在穴盘2和种盘19之间往复运动。开启负压机构，吸嘴10在穴盘2中吸取种子以后，通过气缸13驱动曲柄连杆机构11，吸嘴10旋转到种盘19的位置，关闭负压机构，种子由于重力自由落下到种盘19当中。气缸13可以选用笔形气缸13，本气力针式播种装置还包括气缸固定板14，气缸固定板14固定于机架3，气缸13通过气缸固定板14固定于机架3的侧梁上；还包括接头，曲柄连杆机构11通过接头与气缸13连接。优选地，接头可采用y型接头12。

如图3所示，还包括导种支撑板4和导种管5，所述导种管5设置于所述吸嘴10的下方，所述导种支撑板4固定于所述机架3，所述导种支撑板4上设有多个用于固定所述导种管5的通孔。。具体地，导种管5可以为一排，其个数与吸嘴10一排的个数相同，且与吸嘴10一一对应设置。导种管5的下方与穴盘2相对，导种管5起到辅助种子精确落入穴盘2，以完成排种作业，保证种子准确地落入穴盘2中。导种支撑板4的两端固定于机架3。

其中，所述吸嘴10的内径由其中部向嘴口方向逐渐缩小，且所述嘴口内径小于或等于1mm。具体地，本实施例的吸嘴10底部嘴口具有尖端，嘴口具有一定的斜度，由于叶菜种子的粒径范围大多大于1mm，规定嘴口的内径不大于1mm，避免出现种子被吸入吸嘴10内部的情况发生，同时也有效地避免多吸情况的发生。

如图5和6所示，所述吸嘴10的嘴口底部套设有罩体20，所述罩体20由网状柔性材料制成。当吸嘴10吸取种子时，罩体20的柔性材料发生一定的弹性形变出现内凹，起到对种子的包裹保护作用，在排种时取消负压后，罩体20的柔性材料恢复自身的形变力，辅助种子掉入导种管5内，避免种子存在静摩擦，依靠自身重力无法自主掉落，吸附于嘴口处的现象，利用柔性材料自身的恢复形变力克服静摩擦力实现自主掉落。

如图2所示，还包括振动装置16和种盘支撑板18，所述种盘支撑板18与所述机架3连接，所述振动装置16与所述种盘支撑板18连接。本实施例中的种盘支撑板18用于放置和固定种盘19，振动装置16通过种盘支撑板18将振动力传递给种盘19内的种子，翻腾种盘19内的种子。优选地，还包括振动托架17，其分别与振动装置16和种盘支撑板18连接，用于固定振动装置16并传递振动力给种盘支撑板18。具体地，本实施例的振动装置16可以选用振动器，还可以选用压电陶瓷的逆电压效应来代替振动器通过气压产生振动的方案，利用压电陶瓷材料制作压电陶瓷板安装在种盘19底部，种子位于压电陶瓷板上，通过连续改变通入压电陶瓷板的电压大小，使得压电陶瓷板的表面产生高频率的上下弹性形变，带动种子进行上下跳跃，达到翻腾种子的效果。此种方案的优势使整个振动装置16更加简单，对其他部分的干扰影响更小。

其中，还包括距离传感器15和负压传感器，所述距离传感器15安装于所述传送机构1，用于监测穴盘2的运动位置，所述负压传感器设于所述负压分流管9内。本实施例中的距离传感器15可采用红外传感器等，红外传感器设置在机架3的下方，红外传感器可以监测到穴盘2经过吸嘴10下方；负压传感器可以为压力传感器等，用于检测负压分流管9的压力情况。

本发明还公开一种气力针式播种装置的控制方法，包括：

s1、穴盘放置在传送机构上，由传送机构将穴盘输送至机架下方；

s2、启动处于种盘正上方的吸嘴的负压机构，使得处于种盘上方的吸嘴从种盘中吸出种子；

s3、启动翻转机构，使得吸嘴跟随所在的旋转轴一起旋转，带动吸嘴移动到穴盘的上方；

s4、关闭翻转机构和负压机构，并重复步骤s2-s3；

s5、关闭翻转机构和负压机构。

其中步骤s3的描述具体为：启动气缸，带动曲柄连杆机构运动，使得吸嘴跟随所在的旋转轴一起旋转，以调整已吸取种子的吸嘴移动到穴盘的上方；

步骤s4的描述具体为：然后关闭气缸和对应的负压机构，种子从吸嘴的嘴口由于重力作用自由落至穴盘上，此时，启动处于种盘上方的吸嘴的负压机构，使得处于种盘上方的吸嘴从种盘中吸出种子；启动气缸带动曲柄连杆机构运动，使得吸嘴跟随所在的旋转轴一起旋转，以调整已吸取种子的吸嘴移动到穴盘的上方；

步骤s5的描述具体为：然后关闭气缸和对应的负压机构，种子自由落至穴盘上。

本发明还提供的一种气力针式播种装置的控制方法，将穴盘放置在传送机构上输送到机架下方，气缸驱动曲柄连杆机构使得吸嘴移动到穴盘上方，开启负压机构，吸嘴从穴盘吸取种子，气缸再次驱动曲柄连杆机构使得吸取种子的吸嘴移动到种盘上，关闭负压机构，种子由于重力自由落到种盘内，完成排种；由于多排吸嘴的设计，可实现一次圆周运动完成多次播种。

如图7所示为两排吸嘴进行播种操作时的控制方法流程图。在步骤s1和s2之间还包括s11、启动气缸，带动曲柄连杆机构运动，使得吸嘴移动到种盘的上方；

s12、启动振动装置，带动种盘支撑板，翻腾种盘内的种子。

在步骤s2中还包括对利用负压传感器检测负压分流管内的压力值，若符合压力值要求，则表明吸嘴已完成取种；若不符合压力值要求，则返回步骤s2调节负压机构；

在步骤s4中还包括利用距离传感器判断是否有穴盘经过，当穴盘经过吸嘴下方时，才关闭负压机构，否则保持负压机构的开启。

还包括s6、利用距离传感器判断穴盘是否完全从吸嘴下方通过，若穴盘已完全通过，则停止本播种装置，传送机构持续工作，传输穴盘，若穴盘未完全通过，则返回步骤s11。

本发明的一种气力针式播种装置的控制方法，通过振动装置翻腾种子；通过负压传感器对负压分流管中负压值的检测，可以判断出每个吸嘴是否都完成取种，确保每个吸嘴都完成取种；通过距离传感器检测穴盘是否经过，判断何时需要关闭负压机构，使种子落至正确的穴盘位置上；通过plc控制器，根据结果自动进行下一步动作，有效的提高了播种的成功率和播种设备的精量化程度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。