CN117281103A - 一种农业用激光除草机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种农业用激光除草机，包括动力车体和除草装置，除草装置包括箱体、水平伸缩装置、间距调节装置、杂草识别装置、激光发射装置以及控制***；水平伸缩装置包括伸缩驱动器、伸缩执行机构和承载结构件；间距调节装置包括调距动力器和调距执行机构；控制***分别与伸缩驱动器、调距动力器、识别单元和激光除草单元电控连接。本发明通过设置水平伸缩装置，可使除草装置不使用时收缩，缩小除草装置的宽度，以便于绕过障碍物和通过狭窄空间，除草装置使用时展开，可扩大作业面积，进而提升除草效率，通过设置间距调节装置可调节相邻激光发射器的间距，以实现快速清除不同农作物间的杂草和同一农作物不同时期的杂草。

Description

一种农业用激光除草机

技术领域

本发明涉及除草设备领域，具体涉及一种农业用激光除草机。

背景技术

在农作物生长初期，由于农作物的植株较小，未形成致密冠层，此时杂草反而具有较强的生长能力，杂草的生长会抑制农作物的生长，导致农作物不能达到预期的生长状态。

为此，目前多采用人工除草、化学除草和机械除草以抑制杂草的生长，其中，人工除草效果最佳，但费时费力，化学除草对环境和农作物伤害较大，机械除草绿色环保，但容易殃及农作物的根部、同时受限于农作物的间隙、无法清除苗间的杂草。

随着激光技术的不断发展，激光技术已经逐渐应用于农业机械，如中国发明专利公开一种基于机器视觉的智能除草装置及除草方法(公开号：CN116250523A)，其包括支撑辅助单元、杂草识别单元和杂草清除单元三部分；智能除草装置通过深度学***台完成杂草中心点的精确定位和杂草边界框长度和宽度测量，采用激光振镜进行杂草区域扫描清除，可实现在作物种植苗期的精确除草作业，同时尽量降低除草作业对作物幼苗的影响，但该基于机器视觉的智能除草装置在使用时存在如下不足：杂草清除单元的数量较少，导致无法大规模实现激光清除杂草，同时杂草清除单元除草时需要移动较长的距离，而杂草清除单元移动速率较慢，使得激光除草效率较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种农业用激光除草机，以提高激光除草机的除草效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种农业用激光除草机，包括动力车体和除草装置，所述除草装置包括箱体、水平伸缩装置、间距调节装置、杂草识别装置、激光发射装置以及控制***；

所述箱体安装在动力车体的后侧，所述箱体沿动力车体宽度方向的两端设有开口；

所述水平伸缩装置包括伸缩驱动器、伸缩执行机构和承载结构件，所述伸缩驱动器固定在箱体的内顶面，所述伸缩驱动器的动力输出端与伸缩执行机构的动力输入端驱动连接，所述承载结构件安装在伸缩执行机构的移动部上，伸缩驱动器驱动伸缩执行机构伸缩，进而带动承载结构件从开口处伸出/伸入箱体；

所述间距调节装置包括调距动力器和调距执行机构，所述调距动力器和调距执行机构由上至下安装在承载结构件的侧壁，且所述调距动力器和调距执行机构驱动连接，所述调距执行机构包括多个滑座，所述调距动力器驱动调距执行机构运行以改变多个滑座之间的间距；

所述杂草识别装置包括固定安装在每个滑座上的识别单元；

所述激光发射装置包括以可旋转并可锁定的方式安装在每个滑座上的激光除草单元；

所述控制***分别与伸缩驱动器、调距动力器、识别单元和激光除草单元电控连接。

为更好的实现上述技术方案，可选的，所述伸缩执行机构包括主动齿轮、被动齿条和第一水平轨，所述伸缩驱动器竖向固设于箱体内顶面的中心，所述第一水平轨为相对设置的两条，每根第一水平轨均水平滑动设有一被动齿条，所述主动齿轮固定装设在伸缩驱动器的输出轴上且分别与两条被动齿条同时啮合，所述主动齿轮转动时驱动两条被动齿条沿第一水平轨相反的方向移动。

可选的，所述调距执行机构包括竖轨、升降立板和第二水平轨，所述竖轨为两条，且平行固设于承载结构件背离主动齿轮的侧壁，所述升降立板与竖轨竖向滑动配合，所述调距动力器装设于承载结构件上部的中心，所述调距动力器的动力输出端与升降立板的顶端中心固接，所述第二水平轨平行于升降立板并固设于承载结构件的下部，所述滑座滑动设于第二水平轨上，所述升降立板开设有与滑座一一对应的条形倾斜孔，每个滑座的顶端均固设有连接杆，所述连接杆的顶端设有调节部，所述调节部位于条形倾斜孔内并可沿条形倾斜孔的长度方向移动。

可选的，所述箱体的底面开设有供滑座与激光除草单元连接部穿设的滑槽。

可选的，所述激光除草单元包括顶板、第一竖板、第二竖板、第一旋转电机、第二旋转电机和激光发射器，所述顶板固设在滑座的底面，所述第一竖板和第二竖板的顶端均固设在顶板的底面，且第一竖板与第二竖板相互垂直，所述第一旋转电机和第二旋转电机分别设于第一竖板和第二竖板相背的端面，所述第一旋转电机的输出轴可转动穿设第一竖板并固接有第一安装架，所述第一安装架具有第一连接端，所述第二旋转电机的输出轴可转动穿设第二竖板并固接有第二安装架，所述第二安装架具有两个相对设置的第二连接端，所述第一连接端、第二连接端分别可旋转连接在激光发射器的同一环壁，且第一连接端、激光发射器中轴线以及两个第二连接端形成的夹角为90°，使激光发射器在相互垂直的竖向均可旋转。

可选的，所述第一安装架包括第一架杆和第二架杆，所述第一架杆的一端具有第一弯折部，所述第一弯折部固定套接在第一旋转电机的输出轴上，所述第一架杆的另一端具有第二弯折部，所述第二架杆的一端具有第三弯折部，所述第二弯折部和第三弯折部同轴转动连接，所述第二架杆的另一端为第一连接端，所述第一连接端与激光发射器同轴转动配合。

可选的，所述第二安装架为平底U形架，所述第二安装架闭合端的中心固接在第二旋转电机的输出轴上，所述第二安装架开口端的两侧为第二连接端，两个第二连接端同轴且均与激光发射器连接。

可选的，所述激光发射器为二氧化碳激光器或半导体激光器。

可选的，所述杂草识别单元包括摄像识别***和传感器识别***。

可选的，还包括定位和导航***，所述定位和导航***与控制***电连接，所述定位和导航***用于确定激光发射器的位置。

本发明的有益效果：

本发明的一种农业用激光除草机，通过设置水平伸缩装置，可使除草装置不使用时收缩，以便于绕过障碍物和通过狭窄空间，以便于绕过障碍物，除草装置使用时展开，可扩大作业面积，进而提升除草效率，通过设置间距调节装置可调节相邻激光发射器的间距，以实现快速清除不同农作物间的杂草和同一农作物不同时期的杂草。

附图说明

图1为本发明实施例一种农业用激光除草机的俯视图；

图2为本发明实施例一种农业用激光除草机的侧视图；

图3为图1中除草装置的立体示意图；

图4为图3中除草装置部分结构的立体示意图；

图5为本发明实施例一种农业用激光除草机中伸缩执行机构的结构示意图；

图6是本发明实施例一种农业用激光除草机中激光发射装置的结构示意图；

附图标记：

动力车体10、箱体20、滑槽21、门体22、伸缩驱动器31、主动齿轮32、被动齿条33、导向槽331、第一水平轨34、夹板341、承载结构件35、调距动力器41、竖轨42、升降立板43、条形倾斜孔431、滑动部432、第二水平轨44、滑座45、连接杆46、调节部461、固定座47、顶板51、第一竖板52、第二竖板53、第一旋转电机54、第二旋转电机55、激光发射器56、第一架杆571、第二架杆572、第二安装架573。

具体实施方式

以下结合附图以及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细描述。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。

请参阅图1至图6，本发明实施例公开一种农业用激光除草机，包括动力车体10和除草装置，除草装置安装在动力车体10的后侧，除草装置随动力车体10前进不断清除田间杂草。

其中，除草装置包括箱体20、水平伸缩装置、间距调节装置、杂草识别装置、激光发射装置以及控制***；

如图2和图3所示，箱体20安装在动力车体10的后侧，箱体20作为水平伸缩装置、间距调节装置、杂草识别装置、激光发射装置以及控制***的承载单元，优选长方体结构，箱体20的长度方向与动力车体10的宽度方向同向，箱体20沿动力车体10宽度方向的两端设有开口，开口处铰接有门体22，当水平伸缩装置全部位于箱体20内时，门体22闭合在开口处，当水平伸缩装置向外扩展时，门体22受水平伸缩装置推挤向外旋转开启。

如图4和图5所示，水平伸缩装置包括伸缩驱动器31、伸缩执行机构和承载结构件35，伸缩驱动器31优选伺服电机，伸缩驱动器31固定安装在箱体20内顶面的中心，伸缩驱动器31的动力输出端与伸缩执行机构的动力输入端驱动连接，具体的，伸缩执行机构包括主动齿轮32、被动齿条33和第一水平轨34，第一水平轨34为相对设置的两条，每根第一水平轨34均水平滑动设有一被动齿条33，主动齿轮32固定装设在伸缩驱动器31的输出轴上且分别与两条被动齿条33同时啮合，主动齿轮32转动时驱动两条被动齿条33沿第一水平轨34相反的方向移动。

如图5所示，两条被动齿条33等长，被动齿条33的长度与箱体20的长度一致，被动齿条33向外移动达到最大长度时，两条被动齿条33同向长度之和接近于箱体20的两倍长度，使被动齿条33两边能够各向外伸展一半长度的被动齿条33。

如图4和图5所示，第一水平轨34为工型结构，被动齿条33的长度方向上开设有与第一水平轨34竖部相匹配的导向槽331，第一水平轨34竖部在导向槽331的上下侧分别设有上下夹板341，通过上下夹板341、导向槽331以及第一水平轨34竖部相配合可对被动齿条33水平方向进行导向，使被动齿条33只能沿箱体20长度方向移动，承载结构件35安装在伸缩执行机构的移动部(移动部是指被动齿条33背离其齿部的一侧)上，使伸缩驱动器31驱动伸缩执行机构伸缩，进而带动承载结构件35从开口处伸出/伸入箱体20；

更具体的，承载结构件35优选立板结构，承载结构件35与被动齿条33形成T形结构，由于承载结构件35与被动齿条33为一体结构，因此，承载结构件35随被动齿条33同步移动。

如图4所示，间距调节装置包括调距动力器41和调距执行机构，调距动力器41优选伺服电机，调距动力器41和调距执行机构由上至下安装在承载结构件35的侧壁，且调距动力器41和调距执行机构驱动连接，调距执行机构包括多个滑座45，调距动力器41作为动力源驱动调距执行机构运行使多个滑座45之间的间距改变。

具体的，如图4所示，间距调节装置包括竖轨42、升降立板43和第二水平轨44，竖轨42为两条，且平行固设于承载结构件35背离主动齿轮32的侧壁，升降立板43与竖轨42滑动配合，具体的，升降立板43具有与竖轨42滑动配合滑动部432，滑动部432优选U形夹板，通过U形夹板与竖轨42相配合，使升降立板43在调距动力器41的推动下沿竖轨42高度方向上下移动。

具体的，调距动力器41装设于承载结构件35上部的中心，调距动力器41的动力输出端与升降立板43顶端的中心固接，第二水平轨44平行于升降立板43并固设于承载结构件35的下部，滑座45滑动设于第二水平轨44上，升降立板43开设有与滑座45一一对应的条形倾斜孔431，每个滑座45的顶端均固设有连接杆46，连接杆46的顶端设有调节部461，调节部461位于条形倾斜孔431内并可沿条形倾斜孔431的长度方向移动。

由于滑座45只能沿第二水平轨44长度方向水平移动，当调距动力器41推动升降立板43升降时，条形倾斜孔431的孔壁推动调节部461左右移动，进而带动滑座45水平移动，实现相邻的两个滑座45的间距可调节。

在本发明的实施例中，第二水平轨44的中心固设有固定座47，固定座47和滑座45的功能一样，均为用于安装杂草识别装置和激光发射器56。

杂草识别装置包括固定安装在每个滑座45和每个固定座47上的识别单元(图中未示出)，杂草识别单元包括摄像识别***和传感器识别***，摄像识别***和传感器识别***均为现有技术中的计算机视觉***，通过计算机视觉***能够准确地识别杂草，并提供坐标信息，识别单元的具体结构不在赘述。

在本发明的实施例中，除草装置包括以可旋转并可锁定的方式安装在每个固定座47和每个滑座45上的激光除草单元；

如图6所示，激光除草单元包括顶板51、第一竖板52、第二竖板53、第一旋转电机54、第二旋转电机55和激光发射器56，顶板51固设在滑座45的底面，第一竖板52和第二竖板53的顶端均固设在顶板51的底面，且第一竖板52与第二竖板53相互垂直，在本发明的实施例中，第一竖板52和第二竖板53均与顶板51为一体结构，第一旋转电机54和第二旋转电机55分别设于第一竖板52和第二竖板53相背的端面，第一旋转电机54的输出轴可转动穿设第一竖板52并固接有第一安装架，第一安装架具有第一连接端。

更具体的，第一安装架包括第一架杆571和第二架杆572，第一架杆571的一端具有第一弯折部，第一弯折部固定套接在第一旋转电机54的输出轴上，第一架杆571的另一端具有第二弯折部，第二架杆572的一端具有第三弯折部，第二弯折部和第三弯折部同轴转动连接，第二架杆572的另一端为第一连接端，第一连接端与激光发射器56同轴转动配合，即第一旋转电机54通过第一架杆571和第二架杆572驱动激光发射器56围绕第一旋转电机54的输出轴转动，第二旋转电机55的输出轴可转动穿设第二竖板53并固接有第二安装架573，第二安装架573具有两个相对设置的第二连接端，第一连接端、第二连接端分别可旋转连接在激光发射器56的同一环壁，且第一连接端、激光发射器56中轴线以及两个第二连接端形成的夹角为90°，使激光发射器56在相互垂直的竖向均可旋转，具体的，第二安装架573为平底U形架，第二安装架573闭合端的中心固接在第二旋转电机55的输出轴上，第二安装架573开口端的两侧为第二连接端，两个第二连接端同轴且均与激光发射器56连接，第二旋转电机55通过第二安装架573驱动激光发射器56围绕第二旋转电机55输出轴转动，由于第二架杆572、第二安装架573均与激光发射器56铰接，第一连接端、激光发射器56中轴线以及两个第二连接端形成的夹角为90°、第一架杆571和第二架杆572相互转动配合，因此，激光发射器56能够在多个方向旋转，从而实现激光发射器56的角度可调，以方便精准对准杂草的根部，实现快速杀死杂草。

在本发明的实施例中，箱体20的底面开设有供滑座45与激光除草单元连接部穿设的滑槽21，开设滑槽21便于激光除草单元来回移动。

在本发明的实施例中，还包括定位和导航***，定位和导航***与控制***电连接，定位和导航***用于确定激光发射器56的位置，控制***分别与伸缩驱动器31、调距动力器41、识别单元和激光除草单元电控连接。

本发明实施例的一种农业用激光除草机，通过设置水平伸缩装置，可使除草装置不使用时收缩，可缩小除草装置的宽度，以便于绕过障碍物和通过狭窄空间，除草装置使用时展开，可扩大作业面积，进而提升除草效率，通过设置间距调节装置可调节相邻激光发射器56的宽度，以实现快速清除不同农作物间的杂草和同一农作物不同时期的杂草。

以上，结合具体实施例对本发明的技术方案进行了详细介绍，所描述的具体实施例用于帮助理解本发明的思想。本领域技术人员在本发明具体实施例的基础上做出的推导和变形也属于本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种农业用激光除草机，包括动力车体(10)，其特征在于：还包括除草装置，所述除草装置包括箱体(20)、水平伸缩装置、间距调节装置、杂草识别装置、激光发射装置以及控制***；

所述箱体(20)安装在动力车体(10)的后侧，所述箱体(20)沿动力车体(10)宽度方向的两端设有开口；

所述水平伸缩装置包括伸缩驱动器(31)、伸缩执行机构和承载结构件(35)，所述伸缩驱动器(31)固定在箱体(20)的内顶面，所述伸缩驱动器(31)的动力输出端与伸缩执行机构的动力输入端驱动连接，所述承载结构件(35)安装在伸缩执行机构的移动部上，所述伸缩驱动器(31)驱动伸缩执行机构伸缩，进而带动承载结构件(35)从开口处伸出/伸入箱体(20)；

所述间距调节装置包括调距动力器(41)和调距执行机构，所述调距动力器(41)和调距执行机构由上至下安装在承载结构件(35)的侧壁，且所述调距动力器(41)和调距执行机构驱动连接，所述调距执行机构包括多个滑座(45)，所述调距动力器(41)驱动调距执行机构运行以改变多个滑座(45)之间的间距；

所述杂草识别装置包括固定安装在每个滑座(45)上的识别单元；

所述激光发射装置包括以可旋转并可锁定的方式安装在每个滑座(45)上的激光除草单元；

所述控制***分别与伸缩驱动器(31)、调距动力器(41)、识别单元和激光除草单元电控连接。

2.根据权利要求1所述的一种农业用激光除草机，其特征在于，所述伸缩执行机构包括主动齿轮(32)、被动齿条(33)和第一水平轨(34)，所述伸缩驱动器(31)竖向固设于箱体(20)内顶面的中心，所述第一水平轨(34)为相对设置的两条，每根第一水平轨(34)均水平滑动设有一被动齿条(33)，所述主动齿轮(32)固定装设在伸缩驱动器(31)的输出轴上且分别与两条被动齿条(33)同时啮合，所述主动齿轮(32)转动时驱动两条被动齿条(33)沿第一水平轨(34)相反的方向移动。

3.根据权利要求2所述的一种农业用激光除草机，其特征在于，所述调距执行机构包括竖轨(42)、升降立板(43)和第二水平轨(44)，所述竖轨(42)为两条，且平行固设于承载结构件(35)背离主动齿轮(32)的侧壁，所述升降立板(43)与竖轨(42)竖向滑动配合，所述调距动力器(41)装设于承载结构件(35)上部的中心，所述调距动力器(41)的动力输出端与升降立板(43)的顶端中心固接，所述第二水平轨(44)平行于升降立板(43)并固设于承载结构件(35)的下部，多个滑座(45)滑动设于第二水平轨(44)上，所述升降立板(43)开设有与滑座(45)一一对应的条形倾斜孔(431)，每个滑座(45)的顶端均固设有连接杆(46)，所述连接杆(46)的顶端设有调节部(461)，所述调节部(461)位于条形倾斜孔(431)内并可沿条形倾斜孔(431)的长度方向移动。

4.根据权利要求3所述的一种农业用激光除草机，其特征在于，所述箱体(20)的底面开设有供滑座(45)与激光除草单元连接部穿设的滑槽(21)。

5.根据权利要求4所述的一种农业用激光除草机，其特征在于，所述激光除草单元包括顶板(51)、第一竖板(52)、第二竖板(53)、第一旋转电机(54)、第二旋转电机(55)和激光发射器(56)，所述顶板(51)固设在滑座(45)的底面，所述第一竖板(52)和第二竖板(53)的顶端均固设在顶板(51)的底面，且第一竖板(52)与第二竖板(53)相互垂直，所述第一旋转电机(54)和第二旋转电机(55)分别设于第一竖板(52)和第二竖板(53)相背的端面，所述第一旋转电机(54)的输出轴可转动穿设第一竖板(52)并固接有第一安装架，所述第一安装架具有第一连接端，所述第二旋转电机(55)的输出轴可转动穿设第二竖板(53)并固接有第二安装架(573)，所述第二安装架(573)具有两个相对设置的第二连接端，所述第一连接端、第二连接端分别可旋转连接在激光发射器(56)的同一环壁，且第一连接端、激光发射器(56)中轴线以及两个第二连接端形成的夹角为90°，使激光发射器(56)在相互垂直的竖向均可旋转。

6.根据权利要求5所述的一种农业用激光除草机，其特征在于，所述第一安装架包括第一架杆(571)和第二架杆(572)，所述第一架杆(571)的一端具有第一弯折部，所述第一弯折部固定套接在第一旋转电机(54)的输出轴上，所述第一架杆(571)的另一端具有第二弯折部，所述第二架杆(572)的一端具有第三弯折部，所述第二弯折部和第三弯折部同轴转动连接，所述第二架杆(572)的另一端为第一连接端，所述第一连接端与激光发射器(56)同轴转动配合。

7.根据权利要求6所述的一种农业用激光除草机，其特征在于，所述第二安装架(573)为平底U形架，所述第二安装架(573)闭合端的中心固接在第二旋转电机(55)的输出轴上，所述第二安装架(573)开口端的两侧为第二连接端，两个第二连接端同轴且均与激光发射器(56)可转动连接。

8.根据权利要求1所述的一种农业用激光除草机，其特征在于，所述激光发射器(56)为二氧化碳激光器或半导体激光器。

9.根据权利要求1所述的一种农业用激光除草机，其特征在于，所述杂草识别单元包括摄像识别***和传感器识别***。

10.根据权利要求6所述的一种农业用激光除草机，其特征在于，还包括定位和导航***，所述定位和导航***与控制***电连接，所述定位和导航***用于确定激光发射器(56)的位置。