一种棉花快速补种作业机动车及补种作业方法

摘要

本发明公开了一种棉花快速补种作业机动车及补种作业方法，包括补种执行机构和用于带动补种执行机构沿栽种方向移动的车身平台，在车身平台上设有用于对棉花出芽情况进行识别的视觉检测系统，补种执行机构根据视觉检测系统反馈的结果进行补种操作；所述补种执行机构包括外套管和播种机构，播种机构位于外套管的下端，在外套管内设有用于推动播种机构沿外套管的轴线方向移动的伸缩机构；在伸缩机构与播种机构内设有用于种子移动的通路，车身平台上对应设有用于种子供给的供种设备；本发明能够在保持机动车持续移动的过程中，自动进行补种操作，可以连续作业，提高效率。

说明书

技术领域

本发明涉及农用机动车技术领域，具体涉及一种棉花快速补种作业机动车及补种作业方法。

背景技术

棉花种植过程中，田间种子平均出芽率，大约在90%左右，而且不发芽种子的分布非常不平均，因此如果能在棉花种子发芽阶段，及时将没有发芽的种穴补种棉花种子，将大大改善棉花的株距分布，对提高产量有重大意义，

由于补种工作需要在棉花出苗后数日内完成，如果补种过晚会使补种苗成为弱势苗，而达不到补充效果，因此棉花补种窗口期短，对补种的效率要求非常高，采取人工补种的方式，一方面效率无法满足要求，随着人力成本的不断提高，补种的消费比也越来越差，以致有些情况下不得不放弃补种。

发明内容

技术目的：针对现有补种方法是采用人工识别未发芽种子空穴，用手持补种器点播的方法进行补种，人工成本较高，作业效率低，且补种窗口期比较短，人员组织困难，效率很难满足要求的不足，本发明公开了一种能够自动识别未发芽的空穴进行补种作业，提高补种效率的棉花快速补种作业机动车及补种作业方法。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：

一种棉花快速补种作业机动车，包括补种执行机构和用于带动补种执行机构沿栽种方向移动的车身平台，车身平台通过设置在下方的驱动轮带动车身平台移动，在车身平台上设有用于对棉花出芽情况进行识别的视觉检测系统，补种执行机构根据视觉检测系统反馈的结果进行补种操作；所述补种执行机构包括外套管和播种机构，外套管安装在车身平台上，下端朝向地面方向，播种机构位于外套管的下端，在外套管内设有用于推动播种机构沿外套管的轴线方向移动的伸缩机构，通过伸缩机构带动播种机构移动进行补种与收回；在伸缩机构与播种机构内设有用于种子移动的通路，车身平台上对应设有用于种子供给的供种设备，通过伸缩机构带动播种机构移动进行补种与收回。

优选地，本发明的播种机构包括播种支架，在播种支架上设有播种嘴，播种嘴包括相互对称的两个开合块，开合块的中部与播种支架铰接，开合块的内侧面采用钝角形状，在开合块受力时绕与播种支架铰接处进行转动，实现下端的开合。

优选地，本发明的开合块在相互背离的侧面设有弧形挡板，弧形挡板位于开合块的下部，弧形挡板的凸面朝向地面所在一侧，在弧形挡板与播种支架之间设有用于使播种嘴在自然状态下处于闭合状态的播种嘴弹簧，播种嘴弹簧一端与播种支架连接，另一端连接在弧形挡板的凹面，播种嘴弹簧始终处于压缩状态，对弧形挡板施加压力。

优选地，本发明的播种支架内设有用于在播种嘴打开时进行锁紧的锁止块，锁止块采用中空结构，锁止块的上端通过拉簧与播种支架连接，拉簧处于拉伸状态，对锁止块施加向上的拉力，开合块的上部位于锁止块内，在播种嘴闭合状态下，开合块的上部与锁止块的内壁之间通过凹凸结构咬合，凹凸结构包括设置在锁止块上的凸块，以及设置在开合块上的凹槽，在播种嘴打开状态，凸块与凹槽脱开，凸块卡接在开合块位于凹槽上方的部分，保持开合块处于打开状态，在外套管的下端口设有用于对伸缩机构移动进行导向并在收缩时将锁止块下推重新与开合块上的凹槽咬合的限位导向块。

优选地，本发明的伸缩机构的驱动端通过导向杆与播种支架连接，伸缩机构的端部伸入导向杆内并与导向杆滑动连接，在导向杆上端设有用于防止与伸缩机构驱动端脱开的导向滑块，导向滑块与导向杆同步移动，在外套管的管身上设有用于对导向滑块进行固定的电磁铁，在进行补种时，电磁铁松开导向滑块，导向杆和播种机构相对于伸缩机构的驱动端向下滑动，破入地面进行播种，播种完成后，伸缩机构带动导向杆与播种机构上升，导向滑块重新被电磁铁固定。

优选地，本发明的导向滑块包括前滑块与后滑块，前滑块与后滑块的配合面采用凹凸状的结构相互咬合为一体，前滑块与后滑块均在与导向杆的配合面上设有定位凸台，在导向杆的杆身上设有与定位凸台相对应的限位槽。

优选地，本发明的外套管内部在导向滑块的上方设有用于辅助导向滑块下滑的弹性蓄能机构，所述弹性蓄能机构包括弹簧座、推力弹簧，弹簧座固定在外套管内部，推力弹簧连接弹簧座与导向滑块，在导向滑块被电磁铁定时，推力弹簧处于压缩状态，对导向滑块施加向下的推力。

优选地，本发明的伸缩机构包括驱动电机、丝杠、丝杠螺母，驱动电机通过电机支架固定，丝杠穿设在外套管内，丝杠的上端与驱动电机的驱动端通过联轴器连接，丝杠螺母螺接在丝杠上，在丝杠螺母与外套管的内壁之间设有用于对丝杠螺母滑动进行导向并限制丝杠螺母周向转动的导向挡片，导向挡片对称置于丝杠螺母的两侧，导向挡片的长度与丝杆螺母在丝杠上的移动行程相匹配；丝杠螺母下端通过拉杆与导向滑块配合连接，拉杆下端设有T型限位块，导向滑块对应设有用于卡住T型限位块的卡槽。

优选地，本发明的电机支架与设置在车身平台上的固定座通过摆动铰链连接，外套管与固定座之间通过复位拉簧连接，复位拉簧、固定座和外套管的上部共同形成三角形结构，外套管的下端朝车身平台的移动方向倾斜，在补种过程中，播种机构进入泥土中并与地面的相对位置不变，外套管与上端的电机支架绕摆动铰链转动，在播种完成后，伸缩机构带动播种机构上升并与地面脱离，复位拉簧带动外套管复位。

本发明还提供一种基于上述棉花快速补种作业机动车的补种作业方法，包括步骤：

S01、驱动轮带动车身平台在棉花种植土地上沿种植的方向持续移动，视觉检测系统对田地进行拍照，识别未发芽的空穴位置，电磁铁将导向滑块松开，弹性蓄能机构推动导向滑块和导向杆在外套管内滑动，在重力与弹性蓄能机构的推力作用下，播种机构端部破入泥土中进行补种；

S02、补种过程中，播种机构端部始终处于泥土内，外套管与上端的电机支架绕摆动铰链转动；同时弧形挡板受力使播种嘴打开，锁止块与开合块的凹槽脱开，拉簧拉动锁止块上升，将开合块的上端卡紧，位置播种嘴的开启；

S03、车身平台上的供种设备将种子通过伸缩机构、播种机构内的通路送入播种嘴下端，完成播种，播种机构在地面的作用力下推动导向杆和导向滑块向上滑动，伸缩机构向上提升拉杆，带动导向滑块、导向杆和播种机构上移，播种机构与地面脱开后，复位弹簧拉动外套管绕摆动铰链转动，使外套管复位；

S04、在播种机构上移复位过程中，位于外套管下端的限位导向块将锁止块下推，锁止块与开合块重新通过凸块、凹槽咬合，在播种嘴弹簧的推力下，带动开合块绕中部的铰接处转动重新将播种嘴闭合，等待进行下一空穴的补种。

有益效果：本发明所提供的一种棉花快速补种作业机动车及补种作业方法具有如下有益效果：

1、本发明的补种执行机构能够相对固定座进行摆动，并由复位弹簧复位以适应在补种过程中巡田机器人平台相对地面持续移动的需求，不需要停车补种，可以连续作业，提高效率，同时便于控制。

2、本发明实用弹簧蓄能机构预先储能，并由推力弹簧推动播种机构插入土壤进行补种，该机构可以提高补种的动作速度，保证播种机构的端部可以有效破入泥土，同时播种机构与导向杆可以沿外套管进行滑动，以适应因车身平台移动造成的相对移动。

3、本发明采用固定在外套管上的电磁铁阻挡或放开导向滑块来释放储能弹簧的释放结构，结构简单可靠，同时相较于夹持等固定方式，电磁铁吸附的形式实用的频次更多，满足补种作业的频繁使用需求。

4、本发明播种嘴的开合块可以分别绕着其中部的铰接处旋转，在开合块的外侧装有弧形挡板，通过弧形挡板可以控制播种嘴插入土壤的深度，同时配合播种嘴弹簧可以实现控制播种嘴开闭。

5、本发明的锁止块与开合块通过凸凹结构咬合，并可以在播种支架内侧上下滑动，锁止块通过拉簧与播种支架连接，当播种嘴触地打开后，锁止块卡紧播种嘴尾段，防止播种嘴在离开土壤后自行闭合的结构，保持持续打开的状态

6、本发明的通过限位导向块推动锁止块复位，可以在播种完成后重新将播种嘴闭合，并且利用伸缩机构回缩的动力自动进行，简化了播种机构的结构。

7、本发明的后滑块、前滑块通过凹凸结构咬合在一起，并且前后滑块，通过定位凸台与导向杆咬合在一起，在外套管的包裹下，前后限位块和播种机构导向杆，咬合后相当于一体的结构，大大简化了管内运动件的安装工艺，便于组装与拆卸更换。

8、本发明的播种机构通过拉杆向上运动至T型限位块与滑块限位面接触时，拉杆会拖拽播种机构导向杆向上运动，当播种机构拉杆向下运动时，与滑块限位面脱离则可以在播种滑动时，导向杆与拉杆之间自由运动，不会造成阻碍。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。

图1为本发明整体结构图；

图2为本发明播种机构结构图；

图3为本发明播种机构剖视图；

图4为本发明播种嘴打开状态图；

图5为本发明伸缩机构结构图；

图6为本发明导向滑块结构图；

图7为本发明种子移动通路示意图；

图8为本发明补种执行机构播种状态变化示意图；

其中，1-外套管、2-播种机构、3-伸缩机构、4-播种支架、5-开合块、6-弧形挡板、7-播种嘴弹簧、8-锁止块、9-拉簧、10-凸块、11-凹槽、12-限位导向块、13-导向杆、14-导向滑块、15-电磁铁、16-前滑块、17-后滑块、18-定位凸台、19-限位槽、20-弹簧座、21-推力弹簧、22-驱动电机、23-丝杠、24-丝杠螺母、25-电机支架、26-联轴器、27-导向挡片、28-拉杆、29-T型限位块、30-固定座、31-摆动铰链、32-复位拉簧、33-破土片、34-种子导管。

具体实施方式

下面通过一较佳实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1-图6所示为本发明所公开的一种棉花快速补种作业机动车，包括补种执行机构和用于带动补种执行机构沿栽种方向移动的车身平台，车身平台通过设置在下方的驱动轮带动车身平台移动，在车身平台上设有用于对棉花出芽情况进行识别的视觉检测系统，补种执行机构根据视觉检测系统反馈的结果进行补种操作；所述补种执行机构包括外套管1和播种机构2，外套管2安装在车身平台上，下端朝向地面方向，播种机构2位于外套管1的下端，在外套管1内设有用于推动播种机构沿外套管的轴线方向移动的伸缩机构3，通过伸缩机构3带动播种机构2移动进行补种与收回；在伸缩机构3与播种机构2内设有用于种子移动的通路，车身平台上对应设有用于种子供给的供种设备。

本发明的补种作业机动车在移动时，可以采用现有的北斗导航系统进行移动路径的规划与导航，也可以直接将补种执行机构固定在原有的巡田机器人上，由巡田机器人带动补种执行机构移动进行补种操作。视觉检测反馈系统，可以采用相机、摄像机等现有设备获取图像，并识别出未发芽的空穴位置，识别方式可以对图像进行处理，由于播种都是沿直线进行种植，发芽和未发芽区域的像素点等情况不同，并由间距得出未发芽的空穴位置，以此来实现对空穴位置的识别。同时，由于播种的间距都一致，也可以将摄像机正对初始棉花发芽位置，这样车身平台移动一个栽种距离，那么摄像机就会同步移动到下一棉花种植位置，可以依次来判断每个栽种位置的棉花发芽情况，确认是否需要栽种。为了提高补种效率，对于多列种植的情形，可以将本发明的补种执行机构结合巡田机器人，每个补种执行机构对应一列苗行，实现多列同时作业，进一步提高补种效率，使得在窗口期内可以完成补种作业。

在一个具体的实施例中，本发明的播种机构2包括播种支架4，在播种支架4上设有播种嘴，播种嘴包括相互对称的两个开合块5，开合块5的中部与播种支架4铰接，开合块5的内侧面采用钝角形状，在开合块5受力时绕与播种支架4铰接处进行转动，实现下端的开合；为了提高播种嘴开合的可控性，本发明的开合块5在相互背离的侧面设有弧形挡板6，弧形挡板6位于开合块5的下部，弧形挡板6的凸面朝向地面所在一侧，在弧形挡板6与播种支架4之间设有用于使播种嘴在自然状态下处于闭合状态的播种嘴弹簧7，播种嘴弹簧7一端与播种支架4连接，另一端连接在弧形挡板6的凹面，播种嘴弹簧7始终处于压缩状态，对弧形挡板6施加压力。

通过弧形挡板6的设置，一方面在播种机构破入土壤使，可以限制进入深度，控制播种深度，另外，通过弧形挡板6带动开合块绕铰接中心转动，是播种嘴打开，种子可以进入土壤内，完成播种操作；而播种嘴弹簧7在弧形挡板6未受力时，可以维持播种嘴的闭合状态。

由于播种嘴弹簧的存在，在播种机构2被伸缩机构3收起时，播种嘴弹簧腿推动弧形挡板6将播种嘴闭合，容易将泥土或者播种下的种子夹起，导致播种失败，为此本发明在播种支架4内设有用于在播种嘴打开时进行锁紧的锁止块8，锁止块8采用中空结构，锁止块8的上端通过拉簧9与播种支架4连接，拉簧9处于拉伸状态，对锁止块8施加向上的拉力，开合块5的上部位于锁止块8内，在播种嘴闭合状态下，开合块5的上部与锁止块8的内壁之间通过凹凸结构咬合，凹凸结构包括设置在锁止块8上的凸块10，以及设置在开合块5上的凹槽11，在播种嘴打开状态，凸块10与凹槽11脱开，凸块10卡接在开合块5位于凹槽11上方的部分，保持开合块5处于打开状态，在外套管1的下端口设有用于对伸缩机构移动进行导向并在收缩时将锁止块8下推重新与开合块5上的凹槽咬合的限位导向块12。

锁止块8可以在播种嘴打开时，在拉簧9的拉力作用下上移，将两个凸块10卡接在开合块5的上部，这样即使没有地面对弧形挡板6的作用力，播种嘴也无法闭合，在播种机构脱离地面时，可以保持播种嘴打开，避免将播种的种子夹出，在播种机构继续上升，限位导向块12将锁止块8下压，锁止块8重新与开合块5上的凹槽11卡合，播种嘴在播种嘴弹簧的作用下重新闭合。

由于仅靠伸缩机构3带动播种机构2下移，动作速度慢，并且破入土壤的动力需要由伸缩机构3提供，需要承受较大的压力，影响使用寿命；为此本发明利用播种机构的重力作用产生的冲击力破入土壤，伸缩机构的驱动端通过导向杆13与播种支架4连接，伸缩机构3的端部伸入导向杆13内并与导向杆13滑动连接，在导向杆13上端设有用于防止与伸缩机构驱动端脱开的导向滑块14，导向滑块14与导向杆13同步移动，在外套管1的管身上设有用于对导向滑块14进行固定的电磁铁15，在进行补种时，电磁铁15松开导向滑块14，导向杆13和播种机构2相对于伸缩机构3的驱动端向下滑动，破入地面进行播种，播种完成后，伸缩机构3带动导向杆13与播种机构2上升，导向滑块14重新被电磁铁15固定。导向滑块14包括前滑块16与后滑块17，前滑块16与后滑块17的配合面采用凹凸状的结构相互咬合为一体，前滑块16与后滑块17均在与导向杆13的配合面上设有定位凸台18，在导向杆13的杆身上设有与定位凸台18相对应的限位槽19，前后限位块和导向杆咬合后相当于一体结构，这大大简化了管内运动件的安装工艺。

本发明的外套管1内部在导向滑块14的上方设有用于辅助导向滑块下滑的弹性蓄能机构，所述弹性蓄能机构包括弹簧座20、推力弹簧21，弹簧座20固定在外套管1内部，推力弹簧21连接弹簧座20与导向滑块14，在导向滑块14被电磁铁15定时，推力弹簧21处于压缩状态，对导向滑块14施加向下的推力。弹性蓄能机构可以增加播种机构破入土壤的动力，保证播种深度符合要求，同时为了播种机构能够顺利破入土壤，可以在播种支架4的前端单独设置破土片33，破土片33可以承担部分破开土壤的冲击和车辆前进过程中土壤带来的阻力，并防止过多的土壤进入播种嘴，影响播种深度。

本发明的伸缩机构3包括驱动电机22、丝杠23、丝杠螺母24，驱动电机22通过电机支架25固定，丝杠23穿设在外套管1内，丝杠23的上端与驱动电机22的驱动端通过联轴器26连接，丝杠螺母24螺接在丝杠23上，在丝杠螺母24与外套管1的内壁之间设有用于对丝杠螺母24滑动进行导向并限制丝杠螺母24周向转动的导向挡片27，导向挡片27对称置于丝杠螺母24的两侧，导向挡片27的长度与丝杆螺母24在丝杠23上的移动行程相匹配；丝杠螺母24下端通过拉杆28与导向滑块14配合连接，拉杆28采用中空结构，丝杠23的下端可以伸入拉杆28内，使得拉杆28可以随丝杠螺母24沿丝杠的轴向进行移动，拉杆28下端设有T型限位块29，导向滑块14对应设有用于卡住T型限位块29的卡槽，通过滑动连接的拉杆与导向杆，在播种机构被释放时，拉杆不会对播种机构以及导向杆的滑动产生阻碍，在进行播种机构的回收时，随着伸缩机构带动拉杆上升，拉杆下端的T型限位块29与导向滑块14接触，将导向滑块14、导向杆13和播种机构2向上提起，直至导向滑块14到达电磁铁的位置，再次被吸附固定。

本发明的电机支架25与设置在车身平台上的固定座30通过摆动铰链31连接，外套管1与固定座30之间通过复位拉簧32连接，复位拉簧32、固定座30和外套管1的上部共同形成三角形结构，外套管1的下端朝车身平台的移动方向倾斜，在补种过程中，播种机构2进入泥土中并与地面的相对位置不变，外套管1与上端的电机支架25绕摆动铰链31转动，在播种完成后，伸缩机构3带动播种机构2上升并与地面脱离，复位拉簧32带动外套管1复位。如图8所示，在进行补种作业的过程中，不需要机动车停止，可以在持续移动过程中完成补种作业，在初始补种时，播种机构以倾斜方向破入土壤，随着车辆的前移，固定座30与播种点之间的距离缩短，导向杆13会在地面作用力下，向外套管内滑动，同时外套管1与固定座30之间的夹角会增大，在此过程中，播种机构2端部的位置不会移动，可以留有充分的播种时间，在车辆越过播种点时，导向杆13会再次向下移动，可以实现在播种过程中，车辆不停止移动，同时完成补种作业，不需要频繁停车，提高补种效率。

由于播种机构2在播种过程中会沿外套管1的轴向方向进行移动，供种设备的供种管路如果直接与播种机构2连接进行种子供给，那么管路需要随播种机构同步移动，这增加的管路的设计难度，同时，播种机构2在进行播种时，在弹力的作用下，下移速度更快，导致会对供给管路造成牵拉，连接处容易脱开，使用寿命低，本发明供给通路如图7所示，将供种设备的供给管路与限位导向块12连通，限位导向块12在播种过程中，与外套管1的轴向位置保持相对静止，能够保持供给管路的稳定，在限位导向块12上装有种子导管34，种子导管分为两段，一段位于定位限位导向块12上，另一段位于导向杆13的端部，并与播种机构的播种嘴上部连通，在构成播种嘴的开合块上部的内侧面设有与对应的种子导管形状相匹配的凹槽，在播种嘴打开时，开合块5相对一侧的表面贴在种子导管外侧，种子从种子导管下端掉落。

具体的供种设备可以选用现有的气吹式供种设备来实现，当播种机构2处于收回的状态时，两段种子导管相互连通，供种设备将种子通过供给管路送入种子导管内，进入播种机构的播种嘴上部，由于播种嘴此时处于闭合状态，种子不会掉落，在进行播种时，播种机构2被推力弹簧21下推，播种嘴下端进入土壤内，在地面的作用力下，弧形挡板6带动播种嘴打开，种子掉落进入土壤内，探后伸缩机构3带动播种机构2上升。

本发明还提供一种棉花快速补种作业机动车的补种作业方法，包括步骤：

S01、驱动轮带动车身平台在棉花种植土地上沿种植的方向持续移动，视觉检测系统对田地进行拍照，识别未发芽的空穴位置，供种设备将棉花种子送入播种嘴的上部，电磁铁将导向滑块松开，弹性蓄能机构推动导向滑块和导向杆在外套管内滑动，在重力与弹性蓄能机构的推力作用下，播种机构端部破入泥土中进行补种；

S02、补种过程中，播种机构端部始终处于泥土内，外套管与上端的电机支架绕摆动铰链转动；同时弧形挡板受力使播种嘴打开，锁止块与开合块的凹槽脱开，拉簧拉动锁止块上升，将开合块的上端卡紧，位置播种嘴的开启；

S03、车身平台上的供种设备将种子通过伸缩机构、播种机构内的通路送入播种嘴下端，完成播种，播种机构在地面的作用力下推动导向杆和导向滑块向上滑动，伸缩机构向上提升拉杆，带动导向滑块、导向杆和播种机构上移，播种机构与地面脱开后，复位弹簧拉动外套管绕摆动铰链转动，使外套管复位；

S04、在播种机构上移复位过程中，位于外套管下端的限位导向块将锁止块下推，锁止块与开合块重新通过凸块、凹槽咬合，在播种嘴弹簧的推力下，带动开合块绕中部的铰接处转动重新将播种嘴闭合，供种设备重新送入棉花种子，等待进行下一空穴的补种。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。