CN112715077B - 一种甘蔗分蘖间苗及种植管理机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及甘蔗种植管理机械技术领域，具体公开一种甘蔗分蘖间苗及种植管理机，包括机架，所述机架前部设有视觉相机、两侧设有机械手，机械手端部设有剪切机构，所述视觉相机、机械手和剪切机构分别与PLC控制器电连接；视觉相机识别甘蔗分蘖苗，并将图形传送至PLC控制器，PLC控制器根据识别到的甘蔗分蘖苗数下达分蘖苗摘除指令，并控制机械手及剪切机构工作，摘除多余的甘蔗分蘖苗。本发明可实现甘蔗分蘖的间苗和定苗，构建单位面积合理群体结构，促进甘蔗分蘖成茎的比例，提高有效茎数，同时可兼具深耕开行、施肥、除草和培土一体化功能，且在宿根蔗管理时还能破垄松蔸，可与甘蔗种植机相配套，实现甘蔗的全程机械化管理，提高甘蔗的产量。

Description

一种甘蔗分蘖间苗及种植管理机

技术领域

本发明涉及甘蔗种植管理机械技术领域，特别涉及一种甘蔗分蘖间苗及种植管理机。

背景技术

甘蔗的产量来源于单茎重和有效茎数，促进分蘖和提高分蘖成茎的比例决定了甘蔗有效茎数，同时分蘖也是甘蔗理想株型建成的关键，由此可见，合理的甘蔗群体结构对其产量意义重大。甘蔗基本苗数和分蘖共同决定甘蔗有效茎数，其中分蘖的贡献最大。在甘蔗种植生产中，难免出现死苗、缺苗和缺蔸等普遍问题，而这些问题除了与蔗芽质量和种性（即品种种性）息息相关，更是甘蔗分蘖能力的直接体现，而分蘖的多少与种植管理措施/技术密不可分。甘蔗分蘖可分为有效分蘖和无效分蘖，有效分蘖一般可长成原料蔗蔗茎，而无效分蘖一部分会消亡，一部分以生长受抑制的形式与有效分蘖共存于整个甘蔗生长期，在营养、水分和糖分分配上也与有效分蘖存在着极大的竞争，进一步限制有效分蘖的成长空间，从而影响甘蔗品质和产量。不管如何，无效分蘖在生产上会与有效分蘖存在资源竞争，包括水分、养分、光合物质分配等，极其不利于有效分蘖后期生长和糖分积累；此外，分蘖强的甘蔗品种还存在有效分蘖过多，彼此间的竞争也会影响分蘖的成茎率、蔗茎后期生长和节间糖分积累。因此，合理控制甘蔗分蘖有助于甘蔗高产栽培，也对甘蔗理想群体结构建成意义重大。

目前，甘蔗的种植已经逐渐实现机械化种植，而尚未配套有机械化的甘蔗分蘖间苗装置，仅依靠人工移除甘蔗的分蘖进行间苗和定苗，工作量大，且农村青壮年劳动力大都进城务工，在甘蔗管理期很难找到适量的劳动力对甘蔗进行有效管理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种甘蔗分蘖间苗及种植管理机，从而克服现有移除甘蔗分蘖苗实现间苗和定苗需要大量人工操作的缺陷，与甘蔗种植机相配套，实现甘蔗的全程机械化管理，提高甘蔗的产量。

为实现上述目的，本发明提供了一种甘蔗分蘖间苗及种植管理机，包括带轮子的机架，所述机架前部设有视觉相机，所述机架设有机械手，所述机械手远离所述机架一端设有剪切机构，所述视觉相机、机械手和剪切机构分别与PLC控制器电连接；所述视觉相机用于识别甘蔗分蘖苗，并将图形传送至PLC控制器，所述PLC控制器根据识别到的甘蔗分蘖数下达分蘖摘除指令，并控制机械手及剪切机构工作，摘除多余的甘蔗分蘖苗。可根据不同甘蔗品种保留不同数量的甘蔗分蘖苗，如每株甘蔗保留2-4株健壮的甘蔗分蘖苗。通过机械手进行甘蔗分蘖摘除，可降低人工操作的劳动强度，提高作业效率，并能解决劳动力短缺的问题。优选的，所述视觉相机采用360°全景视觉相机。

优选的，所述机械手包括X轴导轨、Y轴导轨、Z轴导轨和R转轴，所述X轴导轨上驱动连接有X滑块，所述X滑块与Z轴导轨固定连接，所述Z轴导轨驱动连接有Z滑块，所述Z滑块固定连接有Y轴导轨，所述Y轴导轨上驱动连接有Y滑块，所述Y滑块上设有所述剪切机构和R转轴；所述X滑块、Y滑块和Z滑块分别由伺服电机驱动所述R转轴由R轴电机驱动，并与所述剪切机构传动连接。所述X滑块、Y滑块和Z滑块可分别有三个不同的伺服电机驱动，与同步电机相比，控制精度更高。

优选的，所述X轴导轨设于所述机架的一侧，所述X轴导轨通过间隔设置的调整臂和调整油缸与所述机架相连。即所述调整臂和调整油缸两端分别与机架和X轴导轨铰接，所述调整油缸由PLC控制，通过控制调整油缸的伸缩调整X轴导轨和机架间的距离，满足不同行距甘蔗的作业需求。

优选的，所述剪切机构包括刀刃相向的第一剪切刃和第二剪切刃，所述第一剪切刃和第二剪切刃的一端分别固定在第一从动轮和第二从动轮上，所述第一从动轮和第二从动轮分别通过立轴与所述Y滑块固定；所述第二从动轮与转向轮传动连接，所述转向轮设于所述R转轴上；所述第一从动轮与主动轮传动连接，所述主动轮由转动电机驱动，所述转动电机还与行星减速器相连，所述转动电机正转或反转，带动所述第一剪切刃与第二剪切刃打开或闭合。

优选的，所述转动电机及行星减速器通过防尘罩与所述Y滑块固定；所述转向轮、主动轮、第一从动轮和第二从动轮均位于所述防尘罩内，所述防尘罩一侧还设有供所述第一剪切刃和第二剪切刃伸出的剪切口。防尘罩的设置，可更好地保护剪切机构。

优选的，还包括施肥机构，所述施肥机构包括肥料斗、分蘖回收装置、粉碎混料机和施肥管；所述肥料斗和所述分蘖回收装置分别与所述粉碎混料机的进料口相连；所述施肥管与所述粉碎混料机的输出口相连；所述分蘖回收装置包括分蘖回收管和真空输送器，所述分蘖回收管的一端端口设于所述剪切机构下方，另一端与所述粉碎混料机相连，所述真空输送器与设于所述机架上的储气罐相连。所述真空输送器形成的负压将所述剪切机构剪切下来的多余甘蔗分蘖回收至所述粉碎混料机中进一步粉碎并再与肥料混合后经由施肥管施入蔗蔸旁边，实现甘蔗多余分蘖的生态回收和利用，减少蔗田清洁环境的秸秆污染，也有利于甘蔗的生长。

优选的，所述机架前方还设有开沟犁或旋耕犁，所述开沟犁或旋耕犁与所述机架可拆卸式相连。可根据甘蔗的种植行距调整开沟犁/旋耕犁安装的间隔。

优选的，所述机架后方还设有培土犁或旋耕犁；所述培土犁或旋耕犁上部分别通过升降油缸和铰接杆与所述机架相连。通过控制升降油缸可调整培土犁或旋耕犁的培土或旋耕深度，当不需要培土或旋耕时，还可以将其升起，方便行走和其他作业。

优选的，所述机架前方还设置有圆盘切刀。圆盘切刀可用于将甘蔗茎和叶、杂草等切断与粉碎。

优选的，所述视觉相机、机械手和剪切机构均有两个，分别设于所述机架的两侧。即可以同时对两行甘蔗进行多余分蘖苗的摘除，实现间苗和定苗，达到合理密植效果，也提高工作效率。

与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本管理机通过设置由PLC控制器控制的视觉相机、机械手和剪切机构等，可对甘蔗分蘖苗数进行可视化自动识别，并控制机械手和剪切机构进行摘除作业。通过机械摘除多余分蘖或者无效分蘖，实现间苗和定苗以构建甘蔗合理分蘖群体，形成合理种植密度，促进甘蔗分蘖成茎的比例，提高有效茎数，有利于提高甘蔗的产量。同时，机械摘除分蘖可降低人工操作的劳动强度，提高作业效率，并能解决劳动力短缺的问题。

2、本管理机的机械手采用四轴设计，并由伺服电机和R轴电机驱动，可实现精准、灵活定位，使甘蔗分蘖苗的机械摘除可实现精准作业。

3、本管理机通过设置肥料斗、分蘖回收管、真空输送器、粉碎混料机和施肥管等施肥机构，可利用负压将所述剪切机构剪切下来的多余甘蔗分蘖回收至所述粉碎混料机中进一步粉碎并再与肥料混合后经由施肥管施入蔗蔸旁边，实现甘蔗多余分蘖的生态回收和利用，减少蔗田清洁环境的秸秆污染，也有利于甘蔗的生长。

4、本管理机在进行甘蔗分蘖摘除，实现间苗和定苗以构建甘蔗合理分蘖群体的同时，可兼具深耕开行、施肥、机械除草和培土一体化功能，在宿根蔗管理时还能破垄松蔸，可更好地满足甘蔗中耕管理需求，减少管理操作的次数，降低甘蔗种植成本。

5、本管理机通过在机架两侧分别设置360°全景视觉相机、机械手和剪切机构，每台管理机可同时对两行甘蔗进行多余分蘖的摘除，提高工作效率。

附图说明

图1是根据本发明的结构示意图。

图2是本发明机械手的结构示意图。

图3是本发明剪切机构的结构示意图。

图4是本发明机架的结构示意图。

图5是本发明施肥机构的结构示意图。

图6是本发明分蘖回收装置的结构示意图。

主要附图标记说明：

1、机架；2、视觉相机；3、机械手；31、X轴导轨；32、Y轴导轨；33、Z轴导轨；34、R转轴；35、X滑块；36、Y滑块；37、Z滑块； 4、剪切机构；41、第一剪切刃；42、第二剪切刃；5、PLC控制器；6、调整臂；7、调整油缸；8、X轴伺服电机；9、Y轴伺服电机；10、Z轴伺服电机；11、R轴电机；12、第一从动轮；13、第二从动轮；14、转向轮；15、主动轮；16、转动电机；17、行星减速器；18、防尘罩；19、肥料斗；20、分蘖回收装置；201、分蘖回收管；202、真空输送器；21、粉碎混料机；22、施肥管；23、储气罐；24、开沟犁；25、培土犁；26、升降油缸；27、铰接杆。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如图1-6所示，一种甘蔗分蘖间苗及种植管理机，包括带轮子的机架1，所述机架1前部的左右两端分别设有视觉相机2，所述机架1两侧分别设有机械手3，所述机械手3远离所述机架1一端设有剪切机构 4，所述视觉相机2、机械手3和剪切机构分别与PLC控制器5电连接。所述视觉相机2用于识别甘蔗分蘖，并将图形传送至PLC控制器5，PLC控制器5根据识别到的甘蔗分蘖秒数下达分蘖摘除指令，并控制机械手3及剪切机构 4工作，摘除多余的甘蔗分蘖。所述PLC控制器可装在拖拉机上。优选的，所述视觉相机采用360°全景视觉相机。

如图2所示，所述机械手3包括X轴导轨31、Y轴导轨32、Z轴导轨33和R转轴34，所述X轴导轨31设于所述机架1的一侧，所述X轴导轨31通过间隔设置的调整臂6和调整油缸7与所述机架1相连，即所述调整臂6和调整油缸7两端分别与机架1和X轴导轨31铰接，所述调整油缸7由PLC控制，通过控制调整油缸7的伸缩调整X轴导轨31和机架1间的距离，满足不同行距甘蔗的作业需求。所述X轴导轨31上驱动连接有X滑块35，所述X滑块35与Z轴导轨33固定连接，所述Z轴导轨33驱动连接有Z滑块37，所述Z滑块37固定连接有Y轴导轨32，所述Y轴导轨32上驱动连接有Y滑块36，所述Y滑块36上设有剪切机构和R转轴34，所述R转轴34与所述剪切机构传动连接。所述X滑块35、Y滑块36和Z滑块37分别由X轴伺服电机8、Y轴伺服电机9和Z轴伺服电机10驱动，与同步电机相比，可更好地控制滑块移动的精度，更好地实现机械手3的位置控制。所述R转轴34由R轴电机11驱动其转动，所述R轴电机11还与谐波减速器相连，通过控制R轴的转动可以控制剪切机构的转动。X轴、Y轴、Z轴和R转轴34，共四个轴的机械手3设计，有利于剪切机构的精准定位。

如图3所示，所述剪切机构包括刀刃相向的第一剪切刃41和第二剪切刃42，所述所述第一剪切刃41和第二剪切刃42可以设置凹槽，可更好地卡住甘蔗茎秆。所述第一剪切刃41和第二剪切刃42的一端分别固定在第一从动轮12和第二从动轮13上，所述第一从动轮12和第二从动轮13分别通过立轴与所述Y滑块36固定。所述第二从动轮13与转向轮14传动连接，所述转向轮14设于所述R转轴34上并由所述R轴电机11驱动其转动。所述第一从动轮12与主动轮15传动连接，所述主动轮15由转动电机16驱动，所述转动电机16还与行星减速器17相连，所述转动电机16正转或反转，带动所述第一剪切刃41与第二剪切刃42打开或闭合。所述转动电机16及行星减速器17通过防尘罩18与所述Y滑块36固定。所述转向轮14、主动轮15、第一从动轮12和第二从动轮13均位于所述防尘罩18内，所述防尘罩18一侧还设有供所述第一剪切刃41和第二剪切刃42伸出的剪切口。防尘罩18的设置，可更好地保护剪切机构。

如图5-6所示，所述机架1上还设有施肥机构，所述施肥机构包括肥料斗19、分蘖回收装置20、粉碎混料机21和施肥管22。所述肥料斗19通过输肥管与所述粉碎混料机21中部的进料口相连。所述施肥管22与所述粉碎混料机21的输出口相连。所述分蘖回收装置20与所述粉碎混料机21的端部（远离输出口的一端）进料口相连。所述分蘖回收装置20包括分蘖回收管201和真空输送器202，所述分蘖回收管201一端端口设于所述剪切机构下方，所述分蘖回收管201另一端通过伸缩性波纹管与所述粉碎混料机21的进料口相连。所述真空输送器202与设于所述机架1上的储气罐23相连。所述真空输送器202形成的负压将所述剪切机构剪切下来的多余甘蔗分蘖回收至所述粉碎混料机21中进一步粉碎并再与肥料混合后经由施肥管22施入蔗蔸旁边，实现甘蔗多余分蘖的生态回收和利用，减少蔗田清洁环境的秸秆污染，也有利于甘蔗的生长。所述粉碎混料机21由市面采购，其主要结构包括机架1和水平设置的粉碎搅拌轴，所述粉碎搅拌轴上设置有螺旋状粉碎刀，一边粉碎甘蔗分蘖，一边与肥料混合并传输至施肥管22。

进一步地，所述机架1前方还设有开沟犁24，所述开沟犁24有两个，间隔设置。所述开沟犁24与所述机架1可拆卸式相连，可根据甘蔗种植行距的大小调整开沟犁24的安装位置。当然，也可以根据需要将所述开沟犁24可替换成旋耕犁，实现甘蔗地的深耕开行作业。所述开沟犁24与所述施肥管22的位置前后对应，即开沟松土后再将肥料施入行沟中。进一步地，所述机架1后方还设有培土犁25。所述培土犁25上部分别通过升降油缸26和铰接杆27与所述机架1相连。所述升降油缸26与所述PLC控制器5电连接，PLC控制器5通过控制升降油缸26可调整培土犁25的培土深度，当不需要培土时，还可以将培土犁25升起来，方便行走。在其它实施例中，所述机架1前方及所述开沟犁24前方还设置有圆盘切刀，用于将甘蔗茎和叶、杂草等切断，实现机械耕除杂草。

将本甘蔗分蘖间苗及种植管理机用于甘蔗分蘖期的中耕管理。使用时，将本管理机与160匹拖拉机连接，并由拖拉机带动其在甘蔗种植行间行走。所述开沟犁24输送甘蔗行间的土壤，并形成两条浅的行沟。视觉相机2识别管理机两侧每株甘蔗的分蘖数，PLC控制器5根据甘蔗的分蘖数作出是否摘除分蘖（如可以设置大于3株则摘除）判断，若需摘除，确定摘除分蘖的位置，并发送作业信号给机械手3，机械手3到达指定位置后，启动剪切机构对多余的甘蔗分蘖进行剪切，同时，启动施肥机构，分蘖回收管201利用负压将摘除的甘蔗分蘖输送至粉碎混料机21中进行粉碎并与肥料进行混合后由施肥管22排至开沟犁24开出的小沟中。机械手3和剪切机构根据指令往复工作。施肥机构持续作业，机架1移动过程中，培土犁25对甘蔗进行培土。即本管理机可同时进行甘蔗分蘖摘除，并能回收利用分蘖，同时进行中耕施肥和松蔸培土作业，提高甘蔗对肥料的利用效率。

综上所述，本发明的管理机可摘除多余或者无效的甘蔗分蘖，实现间苗和定苗，以构建甘蔗合理分蘖群体，实现合理密植，同时可兼具深耕开行、施肥、机械除草和培土一体化功能，在宿根蔗管理时还能破垄松蔸，可与甘蔗种植机相配套，实现甘蔗的全程机械化管理，提高甘蔗的产量。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (5)

1.一种甘蔗分蘖间苗及种植管理机，包括带轮子的机架，其特征在于，所述机架前部设有视觉相机，所述机架设有机械手，所述机械手远离所述机架一端设有剪切机构，所述视觉相机、机械手和剪切机构分别与PLC控制器电连接；所述视觉相机用于识别甘蔗分蘖苗，并将图形传送至PLC控制器，所述PLC控制器根据识别到的甘蔗分蘖苗数下达分蘖摘除指令，并控制机械手及剪切机构工作，摘除多余的甘蔗分蘖苗；

所述机械手包括X轴导轨、Y轴导轨、Z轴导轨和R转轴，所述X轴导轨上驱动连接有X滑块，所述X滑块与Z轴导轨固定连接，所述Z轴导轨驱动连接有Z滑块，所述Z滑块固定连接有Y轴导轨，所述Y轴导轨上驱动连接有Y滑块，所述Y滑块上设有所述剪切机构和R转轴；所述X滑块、Y滑块和Z滑块分别由伺服电机驱动，所述R转轴由R轴电机驱动，并与所述剪切机构传动连接；

所述X轴导轨设于所述机架的一侧，所述X轴导轨通过间隔设置的调整臂和调整油缸与所述机架相连；

所述剪切机构包括刀刃相向的第一剪切刃和第二剪切刃，所述第一剪切刃和第二剪切刃的一端分别固定在第一从动轮和第二从动轮上，所述第一从动轮和第二从动轮分别通过立轴与所述Y滑块固定；所述第二从动轮与转向轮传动连接，所述转向轮设于所述R转轴上；所述第一从动轮与主动轮传动连接，所述主动轮由转动电机驱动，所述转动电机还与行星减速器相连，所述转动电机正转或反转，带动所述第一剪切刃与第二剪切刃打开或闭合；

所述转动电机及行星减速器通过防尘罩与所述Y滑块固定；所述转向轮、主动轮、第一从动轮和第二从动轮均位于所述防尘罩内，所述防尘罩一侧还设有供所述第一剪切刃和第二剪切刃伸出的剪切口；

还包括施肥机构，所述施肥机构包括肥料斗、分蘖回收装置、粉碎混料机和施肥管；所述肥料斗和所述分蘖回收装置分别与所述粉碎混料机的进料口相连；所述施肥管与所述粉碎混料机的输出口相连；所述分蘖回收装置包括分蘖回收管和真空输送器，所述分蘖回收管的一端端口设于所述剪切机构下方，另一端与所述粉碎混料机相连，所述真空输送器与设于所述机架上的储气罐相连。

2.根据权利要求1所述的甘蔗分蘖间苗及种植管理机，其特征在于，所述机架前方还设有开沟犁或旋耕犁，所述开沟犁或旋耕犁与所述机架可拆卸式相连。

3.根据权利要求1所述的甘蔗分蘖间苗及种植管理机，其特征在于，所述机架后方还设有培土犁或旋耕犁；所述培土犁或旋耕犁上部分别通过升降油缸和铰接杆与所述机架相连。

4.根据权利要求1所述的甘蔗分蘖间苗及种植管理机，其特征在于，所述机架前方还设置有圆盘切刀。

5.根据权利要求1所述的甘蔗分蘖间苗及种植管理机，其特征在于，所述视觉相机、机械手和剪切机构均有两个，分别设于所述机架的两侧。

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