一种环形电热刀的破膜引苗机

1.本发明创造属于农业机械。主要涉及一种在棉花幼苗出苗时，在棉苗位置的正上方将地膜破孔，以保证棉苗正常生长的破膜引苗的农业机具。


背景技术：

2.中国是棉花总产量最多的国家。近5年平均，全世界棉花总产为1925.4万t，中国431万t，占22.4%。中国总产量最多的年份是1984年和1991年，分别为626万t和567万t，占全世界的32.5%和27.4%。在先播种覆膜后破膜的棉花种植方式中，当棉苗从土壤中发芽出土之后，需要将棉苗正上方的地膜破洞，来保证棉苗的正常生长。如果没有破膜或破膜工作不及时，可能导致棉苗在生长过程中碰到地膜时烫伤或高温曝晒而死。在我国的大部分棉花种植地区，破膜引苗的工作大多依靠人工，人工手持自制的简单破膜工具在行间行走完成破膜工作。在人工工作时需要工作人员一蹲一起，非常的费力，而且工作效率低，作业条件艰苦等问题。目前的棉花破膜机设备的常见的有：机械式破膜，人工辅助工具。这些设备的大部分问题主要有：机械式破膜结构，容易出现接触棉苗，可能会出现损伤棉苗的情况；人工辅助工具的效率提升不高，工作人员的劳动强度依然很高。本发明使用电热刀破膜结构，避免工作结构接触棉苗，减少破坏棉苗的可能性，同时提升工作效率，减轻劳动强度。整机采用创新型设计，在不影响正常作业要求的情况下，降低了整机的质量，达到易拆卸、造价成本低等优势，可以达到大面积的棉花破膜工作。


技术实现要素：

3.本发明的目的就是针对目前放苗环节依靠于人工的问题，研制出了一种环形电热刀的破膜引苗机。其功能在于代替人力及时的破膜，保证棉苗生长，防止棉苗烫伤，提高工作效率与工作质量。该破膜引苗机由车架、车轮支架、车轮、电机、丝杠、导轨、破膜机械手、地膜振荡器、摄像头支架、摄像头等组成。其特征在于在丝杠上面安装有破膜机械手，破膜机械手的工作精度高，工作效率相较于人工快，且工作质量高；导轨上面安装有地膜振荡器，方便将地膜下层的水雾清除，使摄像头的识别更加准确。摄像头安装在摄像头支架上面，摄像头支架为直角形支架，两个直角边均可以伸缩，方便摄像头位置的调整，保证图像回传的清晰，以及拍摄的棉苗的位置合适。摄像头的识别精度高，避免了工作时工作结构接触棉苗，减少破坏棉苗的可能性。该设备自动化作业程度高、作业质量好、可以达到降低劳动强度与劳动成本的目的。适合棉花种植的大规模使用。
4.本发明解决其技术问题所采取的方案是：在车架上安装有车轮支架、电机、车轮、丝杠、导轨、摄像头、摄像头支架、破膜机械手、地膜振荡器。其中丝杠与导轨水平安装，摄像头支架在整机的后方，摄像头安装在摄像头支架上面，整体位于整机的正上方。
5.所述的车架上面安装有车轮支架、电机、车轮、摄像头支架、棉苗识别器、单片机控制器、破膜机械手、地膜振荡器。其中破膜机械手安装在丝杠上面，并且可以水平横向移动。地膜振荡器安装在导轨上面，且可以水平横向移动。破膜机械手与地膜振荡器连接在单片
机控制器上，并由其控制。摄像头安装在摄像头支架上，连接在棉苗识别器上，并由其控制。棉苗识别器识别棉苗的信号经过处理与单片机控制器控制破膜机械手在丝杠上的横向移动，地膜振荡器在导轨上的横向移动与作业。在工作前，地膜振荡器会先工作将地膜下层的水雾振开，来方便棉苗识别器的识别。来完成对棉苗的打孔作业任务。
6.所述破膜机的底盘大部分材质采用的是铝材、角码、一字连接件。通过对一字连接件及角码的拆卸实现整机的质量轻便，安全可靠的特征。同时减轻了车身质量，让设备的运输灵活。且更换维修方便，替换与互换性高。
7.作为优选，所述的摄像头上有卡扣，摄像头支架上有卡槽，摄像头与摄像头支架之间通过卡扣卡槽连接，以方便更换、维修、调节。所述棉苗识别器的支架，为直角型支架，在竖直以及水平方向均可以伸缩，用来调整棉苗识别器的高度以及棉苗识别器的水平位置。
8.作为优选，环形电热刀的材料采用铁铬铝合金，铁铬铝合金的使用寿命长，电阻率高。其与推杆电机的推杆的连接部分用的是高温陶瓷以及竹板构成。电热丝的形状为环形，直径为1mm，环形直径为80mm，保证了工作时不会误触棉苗，且不会触碰相邻的棉苗。
9.本发明的有益效果为：该设备结构布局合理，采用棉苗识别器与单片机控制的破膜机械手的位置移动，通过机械手的调整，将环形电热刀移动到棉苗的正上方，再通过推杆电机来控制环形电热刀破孔，完成破膜引苗的工作。在破膜的过程中，破膜执行机构不会接触棉苗，环形电热刀的直径为80mm，可以完全的容纳棉苗，没有误伤棉苗的危险。在破膜机械手工作之前，地膜震荡器先将地膜震动处理，将地膜下层的水层震掉，提升摄像头捕捉到的图像的质量，提升棉苗识别器识别结果的准确性。整个设备具有结构紧凑、新颖、自动化程度高、工作效率高、工作质量高、节省人力、成本的特点。破膜结构采用的环形电热刀，可以避免接触棉苗，减少由于结构引起的破坏棉苗的危险。同时工作效率高，工作质量好。该设备的材型选择满足使用要求，在达到使用的承受强度的同时又节约了成本
附图说明
10.图1是一种环形电热刀的破膜引苗机的总体结构图。
11.图2是图1的俯视图。
12.图3是图1的左视图。
13.图4是破膜机械手的结构示意图。
14.图5是地膜振荡器的结构示意图。
15.图6是控制流程图。
16.图7是一种环形电热刀的破膜引苗机的总体示意图。
17.其中：1.车轮、 2.电机、 3.车架、 4.单片机控制器、 5.摄像头、 6.摄像头支架、 7.棉苗识别器、8.车轮支架、 9.地膜振荡器、 10.破膜机械手、 11.丝杠、 12.导轨、 1001.环形电热刀、1002.推杆电机、 1004.连杆、1003.机械手连接座、 901.振荡器连接座、902.往复电机、 903.钩针。
具体实施方式
18.下面结合具体实例对本发明的技术方案进行介绍。
19.实例1，结合本发明的图1至图5，一种环形电热刀的解放棉苗机，包括动力机构、行走机构以及执行机构，在车架3的下方安装有车轮1，电机2，车轮支架8。在车架3上面安装有丝杠11，导轨12，摄像头支架。在丝杠11上面安装有破膜机械手10，在导轨12上面安装有地膜振荡器9，在摄像头支架上面安装有摄像头。
20.本发明的实施方案主要是由自走式底盘完成小车的行走功能，自走式地盘由车架，车轮，车轮支架，电机以及动力机构组成。小车将以预先设定的速度，定速定距的方式移动。整机的驱动模式为四驱，转向方式为车速转向，保证了整机在田间的通过性。小车的离地间隙为60cm，轮距为76cm，保证了小车在棉花地里工作时的通用性，以及小车自身的平稳性，可靠性。
21.所述的小车的摄像头在整机的正上方，实时捕捉棉花地地面的图像。其与棉苗识别器相连接，所述的棉苗识别器为工控机里搭载了棉苗的深度学习模型，首先人工采集棉苗的图片，然后在labelimg中标注出棉苗的位置完成voc2007数据集的制作、darknet的配置之后，将权重文件转为tensorflow，使用tensorflow进行训练模型。训练出的模型部署在工控机上，等摄像头拍摄的图像传给棉苗识别器，棉苗识别器通过深度学习训练出的棉苗模型自动识别出棉苗，并标记处棉苗的位置。通过棉苗识别器输出的棉苗位置再输入给单片机控制器，再由单片机控制器控制破膜机械手破膜。
22.所述的破膜机械手由机械手连接座，连杆，推杆电机，环形电热刀组成。摄像头拍摄图片之前，单片机控制器先控制地膜振荡器，将工作范围内的地膜进行去水处理，方便棉苗识别器识别棉苗。在棉苗识别器识别到棉苗位置并且将棉苗位置传送给单片机控制器后，单片机控制器控制丝杠与破膜机械手配合工作，先将破膜机械手移动到棉苗位置的正方，然后推杆电机利用环形电热刀将地膜破孔。单株棉苗的平均破膜时间大约为5s，整机的作业效率为720株/h。
23.所述的地膜振荡器的构成主要包括振荡器连接座，往复电机，钩针组成。钩针是一个带有倒钩的小针，方便挑起地膜。在小车行驶到工作区域时，地膜振荡器会定距的移动用钩针将地膜震荡，以此来将地膜下方的水雾震掉，方便提高棉苗识别器的识别准确性。
24.所述的动力机构主要由电机与轮胎与电池组组成。所述的电池组为行走机构的专用电池组，安装在底盘下方。其中，电池组采用日常的48v电池组规格，减轻重量，节省成本，使用且更换维修方便。
25.所述的丝杠与导轨，采用螺栓连接固定在车底盘上，方便维修更换与安装。丝杠主要控制破膜机械手的横向移动，在接收到棉苗的位置之后，由丝杠先将破膜机械手移动到棉苗的横向位置，之后由破膜机械手破膜。导轨采用的是螺栓连接，主要控制地膜振荡器的横向水平移动，控制其位置，达到均匀震荡地膜的效果。
26.所述的摄像头支架为直角形支架，两个直角边采用碳管嵌套式，均可以自由的伸缩，方便摄像头采集到的图片信息全面，清晰，大小合适。其中两个直角边的伸缩紧固方式采用螺钉螺旋压紧。所述的摄像头上面有卡扣，所述的摄像头支架与摄像头连接的位置上面有卡槽，摄像头与支架之间采用卡口卡槽连接，方便摄像头的更换与维修。