吊機(jī)式變量施肥系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種吊機(jī)式變量施肥系統(tǒng)，涉及一種聯(lián)合作業(yè)機(jī)械領(lǐng)域，尤其涉及一種可以進(jìn)行變量施肥的施肥機(jī)械，它包括支撐桿、旋轉(zhuǎn)臂、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、水平移動(dòng)系統(tǒng)、上下移動(dòng)系統(tǒng)、變量施肥單元和肥料配制系統(tǒng)；支撐桿垂直固定在施肥區(qū)域，旋轉(zhuǎn)臂在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用下繞著支撐桿旋轉(zhuǎn)；變量施肥單元連接上下移動(dòng)系統(tǒng)，上下移動(dòng)系統(tǒng)通過水平移動(dòng)系統(tǒng)連接旋轉(zhuǎn)臂；肥料配制通過管道連接變量施肥單元。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊自動(dòng)化程度高，每個(gè)過程都可以做到精確控制且無(wú)需人為操作；攝像頭對(duì)施肥區(qū)域的單位面積的作物進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝分析，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)分析，通過計(jì)算機(jī)控制施肥參數(shù)，使得施肥更加精確。
【專利說明】吊機(jī)式變量施肥系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種聯(lián)合作業(yè)機(jī)械領(lǐng)域，尤其涉及一種可以進(jìn)行變量施肥的施肥機(jī)械。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)，合理的施肥是保持土地養(yǎng)分充足、農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)、產(chǎn)量穩(wěn)定的基本保障。對(duì)于大面積耕種農(nóng)田來說更是如此。由于土地廣闊，不同地區(qū)的土質(zhì)差別較大，土壤中養(yǎng)分含量也相差較大，因此，需要采用能夠根據(jù)土壤質(zhì)量進(jìn)行變量施肥的設(shè)備，達(dá)到平衡土壤養(yǎng)分的目的。
[0003]精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)變量施肥技術(shù)(簡(jiǎn)稱精確施肥或變量施肥)是以作物成長(zhǎng)模型、作物養(yǎng)羊?qū)＜蚁到y(tǒng)為支持，以高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保為目的的施肥技術(shù)，要求對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行養(yǎng)分平衡研究，從而可以實(shí)現(xiàn)在每一操作單元上因作物營(yíng)養(yǎng)水平的差異而按需施肥，有效控制物質(zhì)循環(huán)中養(yǎng)分的輸入和輸出，減少化肥對(duì)環(huán)境的污染和破壞，大大提高了肥料的利用率，降低生產(chǎn)成本,增加農(nóng)民收入。
[0004]基于全球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感技術(shù)(RS)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制等技術(shù)，國(guó)內(nèi)外已對(duì)農(nóng)作物變量施肥技術(shù)開展了大量研究工作，取得一些研究成果，如中國(guó)專利 ZL02149019.8，ZL200910095897.X、ZL200710175341.2，日本專利 JP20030154427、JP19980080779等。這些施肥技術(shù)大多應(yīng)用GPS、GIS技術(shù)，通過測(cè)定往年土壤養(yǎng)分、地形地貌、作物產(chǎn)量等信息，獲取土壤變量施肥處方圖，知道當(dāng)季作物生長(zhǎng)施肥，往往只變量控制一種肥料的施用量(比如氮肥)，而作物生長(zhǎng)期土壤養(yǎng)分已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，而且單位面積的N、P、K兀素的需求比例不同，需要實(shí)時(shí)精確控制。
[0005]因此，需要一種適合作物成長(zhǎng)全周期的變量施肥機(jī)械，尤其是一種可是進(jìn)行單位面積施肥的且無(wú)需在田中行走的即可施肥的變量施肥機(jī)械。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)現(xiàn)有變量施肥機(jī)器在進(jìn)行大面積土地變量施肥作業(yè)中所存在的問題提供一種吊機(jī)式變量施肥系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)挝幻娣e的作物根據(jù)其需要進(jìn)行精確施肥，同時(shí)可以根據(jù)作物需要進(jìn)行澆水、噴灑農(nóng)藥等操作。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:吊機(jī)式變量施肥系統(tǒng)，包括支撐桿、旋轉(zhuǎn)臂、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、水平移動(dòng)系統(tǒng)、上下移動(dòng)系統(tǒng)、變量施肥單元和肥料配制系統(tǒng)；所述支撐桿垂直固定在施肥區(qū)域，所述旋轉(zhuǎn)臂與支撐桿通過軸承連接，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連接支撐桿和旋轉(zhuǎn)臂，旋轉(zhuǎn)臂在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用下繞著支撐桿旋轉(zhuǎn)；所述變量施肥單元連接上下移動(dòng)系統(tǒng)，所述上下移動(dòng)系統(tǒng)通過水平移動(dòng)系統(tǒng)連接旋轉(zhuǎn)臂；所述肥料配制系統(tǒng)設(shè)置在支撐桿的下部，所述肥料配制系統(tǒng)通過管道連接變量施肥單元；
[0008]所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括固定在旋轉(zhuǎn)臂上的同步帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)、固接在支撐桿上的大齒輪，通過蝸輪蝸桿減速器連接同步帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)的小齒輪；所述大齒輪連接小齒輪；
[0009]所述水平移動(dòng)系統(tǒng)包括設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臂上的同步傳送帶、直線導(dǎo)軌和固定在旋轉(zhuǎn)臂上驅(qū)動(dòng)同步傳送帶運(yùn)動(dòng)的同步帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)，上下移動(dòng)系統(tǒng)連接同步傳送帶和直線導(dǎo)軌，上下移動(dòng)系統(tǒng)在同步傳送帶和直線導(dǎo)軌的共同作用下水平方向移動(dòng)；
[0010]所述上下移動(dòng)系統(tǒng)包括連接傳動(dòng)連接機(jī)構(gòu)、豎直放置的傳動(dòng)齒條和齒條驅(qū)動(dòng)電機(jī)，齒條驅(qū)動(dòng)電機(jī)固接傳動(dòng)連接機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)齒條連接傳動(dòng)連接機(jī)構(gòu)和齒條驅(qū)動(dòng)電機(jī)，齒條驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)齒條的上下運(yùn)動(dòng)；
[0011]所述變量施肥單元包括噴頭和攝像頭，所述攝像頭和噴頭裝在傳動(dòng)齒條的底部；
[0012]所述噴頭通過管道連接肥料配制系統(tǒng)；
[0013]進(jìn)一步的，所述肥料配制系統(tǒng)包括流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、多光譜儀、PWM控制器、計(jì)算機(jī)、液體肥料箱、液體肥液壓泵和調(diào)節(jié)閥，流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)裝在液體肥料箱上，所述流量調(diào)劑機(jī)構(gòu)連接PWM控制器，所述PWM控制器連接計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)連接多光譜儀，所述多光譜儀與攝像頭通過數(shù)據(jù)線連接；
[0014]進(jìn)一步的，所述流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括裝在液體肥料箱內(nèi)的液體肥液壓泵和設(shè)置在液體肥料箱的出口處的調(diào)節(jié)閥。
[0015]進(jìn)一步的，所述上下移動(dòng)系統(tǒng)、水平移動(dòng)系統(tǒng)、變量施肥單元設(shè)有左右對(duì)稱的一對(duì)，分別裝在旋轉(zhuǎn)臂的兩臂上。
[0016]進(jìn)一步的，所述噴頭通過管道連接農(nóng)藥箱。
[0017]進(jìn)一步的，所述噴頭通過管道連接水箱。
[0018]變量施肥的工作過程為:利用攝像頭拍攝單位面積的作物，傳輸給光譜儀，利用光譜儀采集作物的光譜信息輸入給計(jì)算機(jī)，建立光譜特征信息與作物營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)(氮素、鉀素含量)的數(shù)學(xué)模型；然后依據(jù)作物的實(shí)測(cè)營(yíng)養(yǎng)數(shù)據(jù)建立施肥量模糊推理表，并利用氮、鉀含量估測(cè)模型診斷出變量施肥小區(qū)六個(gè)地塊的生長(zhǎng)水平，對(duì)照施肥推理表確定各個(gè)地塊的氮、鉀肥追施量即占空比，按照其高低不同將試驗(yàn)地塊劃分為氮高低兩個(gè)等級(jí)，鉀優(yōu)、良好、好、中和差五個(gè)等級(jí)；最后，利用研制的變量施肥噴霧機(jī)完成田間試驗(yàn)，變量施肥控制系統(tǒng)生成占空比的PWM信號(hào)并由計(jì)算機(jī)的RS232串口輸出到PWM控制器，PWM控制器按照每個(gè)等級(jí)不同的PWM信號(hào)控制電磁閥的開閉時(shí)間來完成噴頭的流量調(diào)節(jié)，也就是調(diào)節(jié)了施肥量，從而完成了變量施肥。
[0019]噴頭和攝像頭裝在上下移動(dòng)系統(tǒng)的底部，上下移動(dòng)系統(tǒng)連接水平移動(dòng)系統(tǒng)上的同步傳送帶，上下移動(dòng)系統(tǒng)裝在可繞支撐桿旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)臂上，三者在協(xié)同作用下可以保證攝像頭在一定范圍內(nèi)自由的運(yùn)動(dòng)。
[0020]流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)方式有三種:第一種是通過液體肥液壓泵來調(diào)節(jié)流量大??；在液體肥泵的入口處設(shè)置的調(diào)節(jié)閥為壓力調(diào)節(jié)閥，通過控制壓力調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)液體肥泵的入口處液體壓力，從而控制液體肥流量；第二種是通過控制液體肥泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量大小，即通過馬達(dá)或電控?zé)o級(jí)變速器來控制液體肥泵的轉(zhuǎn)速，達(dá)到控制液體肥泵流量的目的。第三種是通過通過調(diào)節(jié)閥的開度或開閉狀態(tài)來調(diào)節(jié)流量的大小。
[0021]當(dāng)噴頭直接連接農(nóng)藥箱和水箱的時(shí)候可以直接對(duì)作物進(jìn)行噴農(nóng)藥和澆水的操作，同樣可以在攝像頭的作用下進(jìn)行精確噴農(nóng)藥和精確灌溉。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0023]I)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自動(dòng)化程度高，每個(gè)過程都可以做到精確控制且無(wú)需人為操作，節(jié)省了勞動(dòng)力。
[0024]2)攝像頭對(duì)施肥區(qū)域的單位面積的作物進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝分析，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)分析，通過計(jì)算機(jī)控制施肥參數(shù)，使得施肥更加精確。
[0025]3)使用頂部噴撒農(nóng)藥的方式，使得施肥更加均勻。
[0026]4)噴頭可以通過管道直接連接水箱和農(nóng)藥箱，即可實(shí)現(xiàn)噴水噴農(nóng)藥噴肥料的三重功能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明吊機(jī)式變量施肥系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)臂部分的局部放大圖。
[0029]

【具體實(shí)施方式】
[0030]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對(duì)公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。
[0031]結(jié)合圖1、圖2，一種吊機(jī)式變量施肥系統(tǒng)，包括支撐桿10、旋轉(zhuǎn)臂1、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、水平移動(dòng)系統(tǒng)、上下移動(dòng)系統(tǒng)、變量施肥單元和肥料配制系統(tǒng)；支撐桿10垂直固定在施肥區(qū)域，旋轉(zhuǎn)臂I與支撐桿10通過軸承5連接，軸承5套裝在支撐桿10上，軸承5外設(shè)有軸承安裝座4，旋轉(zhuǎn)臂I與軸承安裝座4通過螺栓固定。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連接支撐桿10和旋轉(zhuǎn)臂1，旋轉(zhuǎn)臂I在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用下繞著支撐桿10旋轉(zhuǎn)；變量施肥單元連接上下移動(dòng)系統(tǒng)，上下移動(dòng)系統(tǒng)通過水平移動(dòng)系統(tǒng)連接旋轉(zhuǎn)臂I ;肥料配制系統(tǒng)設(shè)置在支撐桿10的下部，肥料配制系統(tǒng)通過管道連接變量施肥單元.。
[0032]旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括固定在旋轉(zhuǎn)臂I上的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)電機(jī)6、固接在支撐桿上的大齒輪9，通過蝸輪蝸桿減速器7連接轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)電機(jī)6的小齒輪8 ;大齒輪9與小齒輪8齒合，轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)電機(jī)6驅(qū)動(dòng)小齒輪8轉(zhuǎn)動(dòng)，小齒輪8與大齒輪9齒合，因?yàn)榇簖X輪9固接在支撐桿10上，所以小齒輪8會(huì)繞著大齒輪9轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)整個(gè)旋轉(zhuǎn)臂I繞著支撐桿10轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0033]水平移動(dòng)系統(tǒng)包括設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臂上的同步傳送帶2、直線導(dǎo)軌和固定在旋轉(zhuǎn)臂上驅(qū)動(dòng)同步傳送帶2運(yùn)動(dòng)的同步帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)3,上下移動(dòng)系統(tǒng)連接同步傳送帶2和直線導(dǎo)軌，上下移動(dòng)系統(tǒng)在同步傳送帶2和直線導(dǎo)軌的共同作用下水平方向移動(dòng)，直線導(dǎo)軌的作用是導(dǎo)向并防止上下移動(dòng)系統(tǒng)的擺動(dòng)。
[0034]上下移動(dòng)系統(tǒng)包括傳動(dòng)連接機(jī)構(gòu)11、豎直放置的傳動(dòng)齒條15和齒條驅(qū)動(dòng)電機(jī)14，齒條驅(qū)動(dòng)電機(jī)14固接傳動(dòng)連接機(jī)構(gòu)11，傳動(dòng)齒條15連接傳動(dòng)連接機(jī)構(gòu)11和齒條驅(qū)動(dòng)電機(jī)14，齒條驅(qū)動(dòng)電機(jī)14帶動(dòng)傳動(dòng)齒條15的上下運(yùn)動(dòng)。
[0035]變量施肥單元包括噴頭12和攝像頭13，攝像頭13和噴頭12裝在傳動(dòng)齒條15的底部。
[0036]噴頭12通過管道連接肥料配制系統(tǒng)。
[0037]肥料配制系統(tǒng)包括流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、多光譜儀、PWM控制器、計(jì)算機(jī)、液體肥料箱、液體肥液壓泵和調(diào)節(jié)閥，流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)裝在液體肥料箱上，流量調(diào)劑機(jī)構(gòu)連接PWM控制器，PWM控制器連接計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)連接多光譜儀，多光譜儀與攝像頭通過數(shù)據(jù)線連接；
[0038]流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括裝在液體肥料箱內(nèi)的液體肥液壓泵和設(shè)置在液體肥料箱的出口處的調(diào)節(jié)閥。
[0039]上下移動(dòng)系統(tǒng)、水平移動(dòng)系統(tǒng)、變量施肥單元均設(shè)有左右對(duì)稱的一對(duì)，對(duì)稱安裝在旋轉(zhuǎn)臂I的兩臂上。兩者之間同時(shí)工作，防止了僅有一臂工作時(shí)對(duì)支撐桿10產(chǎn)生的過大的負(fù)荷。
[0040]應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的上述【具體實(shí)施方式】?jī)H僅用于示例性說明或解釋本發(fā)明的原理，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。因此，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。此外，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內(nèi)的全部變化和修改例。
【權(quán)利要求】
1.吊機(jī)式變量施肥系統(tǒng)，其特征在于:包括支撐桿、旋轉(zhuǎn)臂、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、水平移動(dòng)系統(tǒng)、上下移動(dòng)系統(tǒng)、變量施肥單元和肥料配制系統(tǒng)；所述支撐桿垂直固定在施肥區(qū)域，所述旋轉(zhuǎn)臂與支撐桿通過軸承連接，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連接支撐桿和旋轉(zhuǎn)臂，旋轉(zhuǎn)臂在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用下繞著支撐桿旋轉(zhuǎn)；所述變量施肥單元連接上下移動(dòng)系統(tǒng)，所述上下移動(dòng)系統(tǒng)通過水平移動(dòng)系統(tǒng)連接旋轉(zhuǎn)臂；所述肥料配制系統(tǒng)設(shè)置在支撐桿的下部，所述肥料配制系統(tǒng)通過管道連接變量施肥單元； 所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括固定在旋轉(zhuǎn)臂上的同步帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)、固接在支撐桿上的大齒輪，通過蝸輪蝸桿減速器連接同步帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)的小齒輪；所述大齒輪連接小齒輪； 所述水平移動(dòng)系統(tǒng)包括設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臂上的同步傳送帶、直線導(dǎo)軌和固定在旋轉(zhuǎn)臂上驅(qū)動(dòng)同步傳送帶運(yùn)動(dòng)的同步帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)，上下移動(dòng)系統(tǒng)連接同步傳送帶和直線導(dǎo)軌，上下移動(dòng)系統(tǒng)在同步傳送帶和直線導(dǎo)軌的共同作用下水平方向移動(dòng)； 所述上下移動(dòng)系統(tǒng)包括連接傳動(dòng)連接機(jī)構(gòu)、豎直放置的傳動(dòng)齒條和齒條驅(qū)動(dòng)電機(jī)，齒條驅(qū)動(dòng)電機(jī)固接傳動(dòng)連接機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)齒條連接傳動(dòng)連接機(jī)構(gòu)和齒條驅(qū)動(dòng)電機(jī)，齒條驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)齒條的上下運(yùn)動(dòng)； 所述變量施肥單元包括噴頭和攝像頭，所述攝像頭和噴頭裝在傳動(dòng)齒條的底部； 所述噴頭通過管道連接肥料配制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吊機(jī)式變量施肥系統(tǒng)，其特征在于:所述肥料配制系統(tǒng)包括流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、多光譜儀、PWM控制器、計(jì)算機(jī)、液體肥料箱、液體肥液壓泵和調(diào)節(jié)閥，流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)裝在液體肥料箱上，所述流量調(diào)劑機(jī)構(gòu)連接PWM控制器，所述PWM控制器連接計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)連接多光譜儀，所述多光譜儀與攝像頭通過數(shù)據(jù)線連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吊機(jī)式變量施肥系統(tǒng)，其特征在于:所述流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括裝在液體肥料箱內(nèi)的液體肥液壓泵和設(shè)置在液體肥料箱的出口處的調(diào)節(jié)閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吊機(jī)式變量施肥系統(tǒng)，其特征在于:所述上下移動(dòng)系統(tǒng)、水平移動(dòng)系統(tǒng)、變量施肥單元設(shè)有左右對(duì)稱的一對(duì)，分別裝在旋轉(zhuǎn)臂的兩臂上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吊機(jī)式變量施肥系統(tǒng)，其特征在于:所述噴頭通過管道連接農(nóng)藥箱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吊機(jī)式變量施肥系統(tǒng)，其特征在于:所述噴頭通過管道連接水箱。
【文檔編號(hào)】A01G25/02GK104221566SQ201410423863
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】陳洪立, 喬欣, 武傳宇 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)