一种农作物间苗机的制作方法

[0001]
本发明属于农用设备技术领域，特别是涉及一种农作物间苗机。


背景技术：

[0002]
农业是提供支撑国民经济建设与发展的基础产业，随着科学技术的发展，种植方式也在变化，逐渐由传统的人工种植方式向机械化、现代化农业转变，在农作物的播种、施肥、护理、收割等各方面都可以应用机械化装备。但种植问题远远不止这几类，在露地播种时由于种子的发苗率以及生长率参差不齐，导致大部分农作物在播种期间播种量要远远大于留苗量。由此也引发了幼苗生长拥挤，为了使幼苗能够得到良好的土壤养分和充足的日照必须进行间苗。间苗又称疏苗，其意义及作用在于择优留存，提高生产率。
[0003]
目前国内外对于农作物的间苗方法多数处于人工间苗、精量播种、机械式间苗和化学间苗这四方面。
[0004]
第一种，人工间苗。采用人工方式间苗会造成极大的劳动量，劳动效率低，强度高，成本高。
[0005]
第二种，精量播种。精量播种是通过单粒种子进行有间距性种植的方式解决间苗的问题。但这种方式也有弊端，如果种子对于环境的适应性差就需要后期进行补苗，因此此种方式主要适用于在一些大概率发芽的农作物上，对农作物种子性能要求高。
[0006]
第三种，机械式间苗。机械式间苗相对于人工间苗减少了农民的工作量，提高了工作效率，且可以减少对土地的化学污染。目前的机械式间苗主要是根据设定一定的距离然后间苗机的锄刀装置定时进行工作，有规律性的去除一定量的幼苗，使得剩余部分的幼苗正常成长。但其缺点是机器不会识别幼苗的优劣，只是以固定的株距铲除幼苗，极有可能将优质幼苗去除，而留下的劣质幼苗又无法正常成长，这样就必须后期再进行补苗。
[0007]
第四种，化学间苗。化学间苗的原理是将农作物的种子进行化学加工，加工之后的种子和没有加工过的种子按一定比例进行搭配种植。这样生长出的幼苗就有一部分可以抵抗除草剂，不能抵抗除草剂的幼苗就会被除草剂除掉。此方法也可以实现幼苗时期的间苗，且效果良好。但化学间苗会带来作物药害和环境污染等弊端。
[0008]
为此，提出一种能够自动识别相对劣质的幼苗，并对劣质幼苗进行机械间苗的农作物间苗机，对于我国农业方面发展规模化和智能化具有重大意义。


技术实现要素：

[0009]
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种能够通过视觉识别自动鉴别相对劣质的幼苗，进而驱动电机使得锄刀装置进行平移、升降等动作逼近劣质幼苗，再通过电机驱动锄刀装置的夹除功能进行机械间苗的农作物间苗机。
[0010]
本发明是这样实现的，一种农作物间苗机，包括：
[0011]
机架，所述机架包括水平机架和位于水平机架一侧的竖直机架，用于支撑其他各部分机构；
[0012]
行走机构，所述行走机构安装于水平机架的下方，用于间苗机的行走运动，所述行走机构为车轮式行走机构；
[0013]
平移机构，所述平移机构安装于竖直机架上，用于锄刀装置在间苗机机身上进行平移运动，所述平移机构为丝杠螺母-导轨式平移机构；
[0014]
升降机构，所述升降机构安装于平移机构的平移滑板上，用于锄刀装置在间苗机机身上进行升降运动，所述升降机构为丝杠螺母-导轨式升降机构；
[0015]
锄刀装置，所述锄刀装置安装于升降机构的升降工作台底部，用于与平移机构、升降机构配合进行劣质幼苗夹除工作；
[0016]
视觉识别传感器，所述视觉识别传感器安装于竖直机架上部的两侧，用于检测劣质的幼苗，并将检测到的信号发送给上位机，进而控制平移机构、升降机构和锄刀装置各自的电机进行相应工作；
[0017]
和充电电池组，所述充电电池组安装在水平机架上，用于为各个机构的电机和视觉识别传感器提供电源。
[0018]
在上述技术方案中，优选的，所述行走机构包括车轮、车轮支架、主动带轮三、从动带轮三、传动带三和行走电机，所述车轮通过车轮支架安装于水平机架下方，所述行走电机通过支撑板安装在水平机架上，所述行走电机的输出轴与主动带轮三相连，所述主动带轮三通过传动带三与从动带轮三相连，所述从动带轮三与车轮的车轮轴一端相连。
[0019]
在上述技术方案中，进一步优选的，所述车轮为麦克纳姆轮，沿间苗机行走方向左右两侧的麦克纳姆轮采用旋向不同的麦克纳姆轮。
[0020]
在上述技术方案中，优选的，所述丝杠螺母-导轨式平移机构包括平移工作台、平移电机、主动带轮一、从动带轮一、传动带一、丝杠一、支撑座一、支撑座二、丝杠螺母一、螺母固定座一和平移滑板，所述平移工作台安装于竖直机架的前侧，所述平移电机安装于竖直机架的后侧，所述平移电机的输出轴与主动带轮一相连，所述主动带轮一通过传动带一与从动带轮一相连，所述从动带轮一与丝杠一的一端相连，所述丝杠一的两端分别通过轴承支撑在支撑座一、支撑座二内，所述支撑座一和支撑座二固定在平移工作台上，所述丝杠螺母一套设于丝杠一上并与丝杠一螺纹连接配合，所述丝杠螺母一固定在螺母固定座一上，所述螺母固定座一的前侧安装平移滑板。
[0021]
在上述技术方案中，进一步优选的，所述丝杠螺母-导轨式平移机构还包括与丝杠一平行设置的导向轴一、与导向轴一滑动配合的滑动组件一，所述导向轴一的两端分别固定在导向轴固定座内，所述导向轴固定座固定在平移工作台上，所述滑动组件一的前侧与平移滑板连接固定。
[0022]
在上述技术方案中，优选的，所述丝杠螺母-导轨式升降机构包括升降电机、主动带轮二、从动带轮二、传动带二、丝杠二、支撑座三、支撑座四、丝杠螺母二、螺母固定座二和升降工作台，所述丝杠螺母-导轨式平移机构的平移滑板顶部设置有平移支撑板，所述升降电机安装在平移支撑板上且位于平移工作台的后侧，所述升降电机的输出轴与主动带轮二相连，所述主动带轮二通过传动带二与从动带轮二相连，所述从动带轮二与丝杠二的一端相连，所述丝杠二的两端分别通过轴承支撑在支撑座三、支撑座四内，所述支撑座三和支撑座四固定在平移滑板上，所述丝杠螺母二套设于丝杠二上并与丝杠二螺纹连接配合，所述丝杠螺母二固定在螺母固定座二上，所述螺母固定座二的前侧安装升降工作台。
[0023]
在上述技术方案中，进一步优选的，所述螺母固定座二和丝杠螺母-导轨式平移机构的平移滑板之间设置有两组滚动轴承，两组所述滚动轴承分别位于螺母固定座二的左右两侧、并分别通过轴安装在螺母固定座二上，所述平移滑板上对应设置有分别与两组滚动轴承配合的滑槽。在上述技术方案中，优选的，所述锄刀装置包括锄刀座、锄刀电机、直齿锥齿轮机构、蜗轮蜗杆机构和两组双摇杆机构；所述锄刀电机安装在锄刀座上，所述直齿锥齿轮机构包括两个啮合的直齿锥齿轮，所述蜗轮蜗杆机构包括蜗杆和两个蜗轮；所述锄刀电机的输出轴与直齿锥齿轮一相连，直齿锥齿轮二与蜗杆一端相连，所述蜗杆通过轴承安装在锄刀座上，两个蜗轮分别位于蜗杆另一端两侧并分别与蜗杆啮合；每个所述双摇杆机构包括摇杆一、摇杆二、连杆和夹头，所述摇杆一的一端与蜗轮采用两点固定连接，其中一固定点位于蜗轮中心，摇杆一的另一端与连杆一端转动连接，所述摇杆二的一端与锄刀座转动连接，摇杆二的另一端与连杆转动连接，所述连杆另一端与夹头固定连接。
[0024]
在上述技术方案中，进一步优选的，两个啮合的直齿锥齿轮为一组相对垂直啮合的直齿锥齿轮。
[0025]
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
[0026]
1、本发明通过在间苗机主机身上加装平移机构与升降机构，实现在横纵方向上规定行程中的升降和平移，通过在平移、升降机构上加装锄刀装置，使得锄刀装置可随着平移、升降机构随意运行至范围内的任意一点，再通过加装的行走机构，整体配合实现锄刀装置在田地内的三维转换；各个机构既要并联完成，而每个机构的功能均由其主导机构完成，与其他机构互不干扰，使得整个间苗机运行可靠，维护方便；通过设计视觉识别传感器实现了在间苗过程中的全自动。
[0027]
2、本发明的平移机构与升降机构均采用丝杠螺母-导轨式，既具有自锁性，又能保证在间苗机平移、升降行程范围内的可靠运行；行走机构的车轮采用麦克纳姆轮，通过麦克纳姆轮可使其配合机械在任意方向随意转向，且当间苗机在工作时行至田地底线时，可直接利用麦克纳姆轮的功能进行自动返程无需人工操作，提高了间苗效率。
[0028]
3、本发明可以实现自动识别劣质幼苗，且可在田地中随意行走的智能间苗机，提高间苗精度，提高生产率，增强智能机械在农业方面的发展。
附图说明
[0029]
图1是本发明的实施例提供的农作物间苗机的立体图一；
[0030]
图2是本发明的实施例提供的农作物间苗机的立体图二；
[0031]
图3是本发明的实施例提供的农作物间苗机的立体图三；
[0032]
图4是本发明的实施例提供的农作物间苗机的主视图；
[0033]
图5是本发明的实施例提供的农作物间苗机的左视图；
[0034]
图6是本发明的实施例提供的农作物间苗机的俯视图；
[0035]
图7是图4的a-a剖视图；
[0036]
图8是图4的b-b剖视图。
[0037]
图中：10、机架；101、水平机架；102、竖直机架；
[0038]
20、平移机构；201、平移工作台；202、平移电机；203、主动带轮一；204、传动带一；205、从动带轮一；206、丝杠一；2071、支撑座一；2072、支撑座二；208、丝杠螺母一；209、螺母
固定座一；210、平移滑板；211、导向轴一；212导向轴固定座；213、直线轴承一；214、轴承座一；
[0039]
30、升降机构；301、升降电机；302、主动带轮二；303、传动带二；304、从动带轮二；305、丝杠二；3061、支撑座三；3062、支撑座四；307、丝杠螺母二；308、螺母固定座二；309、升降工作台；310、滚动轴承；311、滑槽；312、平移支撑板；313、导向轴二；314、直线轴承二；315、轴承座二；
[0040]
40、锄刀装置；401、锄刀座；402、锄刀电机；4031、直齿锥齿轮一；4032、直齿锥齿轮二；404、蜗杆；405、蜗轮；406、摇杆一；407、摇杆二；408、连杆；409、夹头；
[0041]
50、行走机构；501、车轮；502、车轮支架；503、主动带轮三；504、传动带三；505、从动带轮三；506、行走电机；507、支撑板；
[0042]
60、视觉识别传感器；
[0043]
70、充电电池组。
具体实施方式
[0044]
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
[0045]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，术语“一”、“二”、“三”、“四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
[0046]
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“相连”、“连接”、“安装”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。
[0047]
实施例
[0048]
请参阅图1～8，本发明的实施例提供一种农作物间苗机，包括：
[0049]
机架10，所述机架10包括水平机架101和位于水平机架101一侧的竖直机架102，用于支撑其他各部分机构；本实施例中的机架10均采用铝型材组装制作而成；
[0050]
行走机构50，所述行走机构50安装于水平机架101的下方，用于间苗机的行走运动，所述行走机构50为车轮式行走机构；
[0051]
平移机构20，所述平移机构20安装于竖直机架102上，用于锄刀装置40在间苗机机身上进行平移运动，所述平移机构20为丝杠螺母-导轨式平移机构；
[0052]
升降机构30，所述升降机构30安装于平移机构20的平移滑板210上，用于锄刀装置40在间苗机机身上进行升降运动，所述升降机构30为丝杠螺母-导轨式升降机构；
[0053]
锄刀装置40，所述锄刀装置40安装于升降机构30的升降工作台309底部，用于与平移机构20、升降机构30配合进行劣质幼苗夹除工作；
[0054]
视觉识别传感器60，所述视觉识别传感器60安装于竖直机架102上部的两侧，用于检测劣质的幼苗，并将检测到的信号发送给上位机，进而控制平移机构20、升降机构30和锄刀装置40各自的电机进行相应工作；本实施例安装两组视觉识别传感器60，实现双目识别，可以更有效地检测幼苗的优劣。
[0055]
和充电电池组70，所述充电电池组70安装在水平机架101上，充电电池组70置于充电箱内，用于为各个机构的电机和视觉识别传感器60提供电源。
[0056]
优选的，所述丝杠螺母-导轨式平移机构包括平移工作台201、平移电机202、主动带轮一203、从动带轮一205、传动带一204、丝杠一206、支撑座一2071、支撑座二2072、丝杠螺母一208、螺母固定座一209和平移滑板210，所述平移工作台201安装于竖直机架102的前侧，所述平移电机202安装于竖直机架102的后侧，所述平移电机202的输出轴与主动带轮一203相连，所述主动带轮一203通过传动带一204与从动带轮一205相连，所述从动带轮一205与丝杠一206的一端相连，所述丝杠一206的两端分别通过轴承支撑在支撑座一2071、支撑座二2072内，所述支撑座一2071和支撑座二2072固定在平移工作台201上，所述丝杠螺母一208套设于丝杠一206上并与丝杠一206螺纹连接配合，所述丝杠螺母一208固定在螺母固定座一209上，所述螺母固定座一209的前侧安装平移滑板210。丝杠螺母-导轨式平移机构是依靠平移电机202的正反转，通过主动带轮一203、传动带一204、从动带轮一205带动丝杠一206转动，进而带动丝杠一206上的螺母固定座一209左右移动。在此需要说明的是，本发明的平移机构20也可采用电/气/液动伸缩杆式、曲柄滑块式或链轮链条式等平移机构20，使得间苗锄刀能够进行平移变换锄刀的位置。
[0057]
进一步优选的，所述丝杠螺母-导轨式平移机构还包括与丝杠一206平行设置的导向轴一211、与导向轴一211滑动配合的滑动组件一，本实施例中设置两根导向轴一211，并对称设置于丝杠一206的两侧，每根所述导向轴一211的两端分别固定在导向轴固定座212内，所述导向轴固定座212固定在平移工作台201上，所述滑动组件一的前侧与平移滑板210连接固定。本实施例中的滑动组件一包括直线轴承一213、及固定直线轴承一213的轴承座一214，所述轴承座一214的前侧与平移滑板210连接固定。
[0058]
优选的，所述丝杠螺母-导轨式升降机构包括升降电机301、主动带轮二302、从动带轮二304、传动带二303、丝杠二305、支撑座三3061、支撑座四3062、丝杠螺母二307、螺母固定座二308和升降工作台309，所述丝杠螺母-导轨式平移机构的平移滑板210顶部设置有平移支撑板312，所述升降电机301安装在平移支撑板312上且安装在平移工作台201的后侧，所述升降电机301的输出轴与主动带轮二302相连，所述主动带轮二302通过传动带二303与从动带轮二304相连，所述从动带轮二304与丝杠二305的一端相连，所述丝杠二305的两端分别通过轴承支撑在支撑座三3061、支撑座四3062内，所述支撑座三3061和支撑座四3062固定在平移滑板210上，所述丝杠螺母二307套设于丝杠二305上并与丝杠二305螺纹连接配合，所述丝杠螺母二307固定在螺母固定座二308上，所述螺母固定座二308的前侧安装升降工作台309。丝杠螺母-导轨式升降机构是依靠升降电机301的正反转，通过主动带轮二302、传动带二303、从动带轮二304带动丝杠二305转动，进而带动丝杠二305上的螺母固定座二308和升降工作台309上下移动。本实施例中，为保证升降机构30在平移时的稳定性，在竖直机架102之间安装导向轴二313、与导向轴二313滑动配合的滑动组件二，导向轴二313两端固定在竖直机架102上，此处的滑动组件二采用直线轴承二314、及固定直线轴承二314
的轴承座二315，轴承座二315与平移支撑板312连接固定，使得升降电机301能够平稳运行。
[0059]
间苗机运行行走过程中，如果锄刀装置40一直处于机器的最下端可能会碰触到优良农作物，造成农作物的损害；设置升降机构30，在间苗机没有确定劣质幼苗时，锄刀装置40始终处于最高处，直到确定后进行下降运动，由锄刀装置40夹紧幼苗根部，同时与升降机构30配合进行提升运动将幼苗连根拔起。在此需要说明的是，本发明的升降机构30也可采用电/气/液动伸缩杆式、曲柄滑块式或链轮链条式等升降机构30，使得间苗锄刀能够进行升降变换锄刀的位置。
[0060]
进一步优选的，所述螺母固定座二308和丝杠螺母-导轨式平移机构的平移滑板210之间设置有两组滚动轴承310，两组所述滚动轴承310分别位于螺母固定座二308的左右两侧、并分别通过轴安装在螺母固定座二308上，所述平移滑板210上对应设置有分别与两组滚动轴承310配合的滑槽311。滚动轴承310的轴承外缘与平移滑板210接触且在平移滑板210上的滑槽311中滚动，滚动轴承310的作用是防止螺母固定座二308在丝杠二305上发生相对平移滑板210转动的运动，使螺母固定座二308保持在与平移滑板210平行的状态。
[0061]
本实施例中的平移机构20和升降机构30的丝杠可选用梯形丝杠或滚珠丝杠。
[0062]
锄刀装置40是间苗机的执行装置。它的作用在于夹住幼苗根部并与升降机构30并联运动将幼苗拔除。优选的，所述锄刀装置40包括锄刀座401、锄刀电机402、直齿锥齿轮机构、蜗轮蜗杆机构和两组双摇杆机构；所述锄刀电机402安装在锄刀座401上，所述直齿锥齿轮机构包括两个啮合的直齿锥齿轮，所述蜗轮蜗杆机构包括蜗杆404和两个蜗轮405；所述锄刀电机402的输出轴与直齿锥齿轮一4031相连，直齿锥齿轮二4032与蜗杆404一端相连，所述蜗杆404通过轴承安装在锄刀座401上，两个蜗轮405分别位于蜗杆404另一端两侧并分别与蜗杆404啮合；每个所述双摇杆机构包括摇杆一406、摇杆二407、连杆408和夹头409，所述摇杆一406的一端与蜗轮405采用两点固定连接，其中一固定点位于蜗轮405中心，摇杆一406的另一端与连杆408一端转动连接，所述摇杆二407的一端与锄刀座401转动连接，摇杆二407的另一端与连杆408转动连接，所述连杆408另一端与夹头409固定连接。
[0063]
进一步优选的，两个啮合的直齿锥齿轮为一组相对垂直啮合的直齿锥齿轮，实现装置中驱动机构的传动角度的改变以及夹头409进给换向的作用。
[0064]
优选的，所述行走机构50包括车轮501、车轮支架502、主动带轮三503、从动带轮三505、传动带三504和行走电机506，所述车轮501通过车轮支架502安装于水平机架101下方，所述行走电机506通过支撑板507安装在水平机架101上，所述行走电机506的输出轴与主动带轮三503相连，所述主动带轮三503通过传动带三504与从动带轮三505相连，所述从动带轮三505与车轮501的轴一端相连。本实施例分别在水平机架101左右两侧、前后位置设置有四组行走机构50。
[0065]
进一步优选的，所述车轮501为麦克纳姆轮，沿间苗机行走方向左右两侧的麦克纳姆轮采用旋向不同的麦克纳姆轮。通过两组旋向不同的麦克纳姆轮的配合可以使间苗机全方位移动。
[0066]
间苗机通过行走机构50在田地内行走，机架10上安装的视觉识别传感器60检测到需要间苗的幼苗后，视觉识别传感器60将信号发送到上位机，上位机进行判断后，发出信号，间苗机的平移机构20、升降机构30会将锄刀装置40进行平移升降运行到指定的位置，然后再发出信号使锄刀装置40所用电机进行工作，由锄刀电机402输出轴带动齿轮组，再通过
锥齿轮将动力传递到蜗杆404上，蜗杆404运动时同时带动两个蜗轮405，蜗轮405蜗杆404在装置中起到减速的作用且具有自锁性质，再由双蜗轮405带动两组双摇杆机构运动，通过蜗轮405的旋转运动带动摇杆以及与两摇杆连接的连杆408运动夹住幼苗根部，同时与升降机构30配合进行幼苗夹除动作。
[0067]
在间苗机没有确定劣质幼苗时，锄刀装置40始终处于最高处。直到确定劣质幼苗后进行下降运动下降锄刀装置40，升降机构30要将锄刀装置40送至离地距离5-20mm处，由锄刀装置40夹紧幼苗根部同时配合升降机构30进行提升运动共同将幼苗连根拔起。非工作位时，升降机构30应将锄刀装置40提升在300mm以上处，以防锄刀装置40太低在运行过程中将优质幼苗损伤、夹除。
[0068]
此外，当将本发明中的锄刀装置40替换为加装种苗，施肥，收割等装置，这台单一属性的间苗机就会变成一台综合性的农作物智能机械，这样一来这台多属性“间苗机”就可以实现农作物的耕地、种苗、施肥、间苗、除草、收割等多种功能。像这样的多功能机械农民对其的购买力度会大大增加，且可以增强智能机械在农业方面的发展。
[0069]
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。