用于在耕作操作期间监测土壤条件的装置、系统和方法以及耕作工具的控制制造方法及图纸

一种耕作机具，其包括可操作地支撑耕作工具的框架以及包括仪表设备的土壤监测系统，该仪表设备可操作地由框架进行支撑并且设置成在土壤被耕作工具耕作之前、耕作之后或者耕作之前和之后对土壤条件进行检测。检测到的土壤条件是表面残茬条件、土块尺寸条件和土壤粉碎条件中的至少一种。

Device, system and method for monitoring soil conditions during tillage operations and control of tillage tools

A tillage machine includes a framework that is operable to support a farming tool and a soil monitoring system including instrument equipment, which is operably supported by a frame and is set to detect soil conditions before, after or before and after tillage is cultivated by a tillage tool. The soil conditions detected were at least one of surface residue conditions, soil size conditions and soil crushing conditions.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在耕作操作期间监测土壤条件的装置、系统和方法以及耕作工具的控制
技术介绍
对于适当的种子萌发和植物生长而言，苗床准备至关重要。播种沟内的或者覆盖的作物残茬过多，会对种子萌发产生不利影响并且会干扰植物生长。另外，如果苗床表面存在大颗土块并且因根区内的压实层而导致土壤密度发生变化，可能会对种子萌发和植物生长带来不利影响。因此，需要一种能够在耕作操作期间监测土壤特性或条件的装置、系统和方法，以便在不停移动时对耕作机具以及其它机具进行调整，从而改善土壤条件和苗床准备情况。附图说明图1是耕作机具的实施例的侧视图。图2是图1的耕作机具的俯视图。图3是耕作工具的一个实施例上的土壤监测装置的一个实施例的示意图。图4是装备的用于检测土壤粉碎条件的柄部耕作工具的一个实施例的图示。图5A是用于检测土块尺寸条件的感测臂的一个实施例的图示。图5B是用于检测土块尺寸条件的感测臂的另一个实施例的图示。图6是装备的用于检测土壤粉碎条件的S形耙齿耕作工具的一个实施例的图示。图7是具有电导率仪的柄状耕作工具的另一个实施例的图示。图8是标识着可以测量或检测的土壤条件类型的图表。具体实施方式深耕是以超过十二英寸的深度进行耕作操作的做法，旨在粉碎该深度处的压实土壤。深耕机具的示例包括：美国专利第4,703,810号中公开的机具，例如CaseIH870凿式犁/松土机之类的市售机具，以及本领域技术人员公认的其它品牌和型号的市售深耕机具。浅耕用于调节苗床并将养分掺入深度通常介于2英寸到6英寸之间的土壤深度。浅耕机具的示例包括：例如在美国专利第5,161,622号中所公开的农田耕作机，如CaseIH200之类的市售农田耕作机，以及本领域技术人员公认的其它品牌和型号的市售农田耕作机。其它浅耕机具可以包括圆盘耙，如CaseIHTru-TandemTM345圆盘耙以及本领域技术人员公认的其它品牌和型号的市售圆盘耙。其它类型的浅耕机具还包括土壤修整机，例如本领域技术人员公认的直齿耙、钉齿耙、滚笼耙等。深耕机具和浅耕机具在本文中普遍被称为“耕作机具”10。图1是示出了耕作机具10的一个示例的侧视图。图2是图1的耕作机具10的俯视图。无论是何种类型的机具(即松土机，农田耕作机，圆盘耙，土壤修整机等类型)，耕作机具10通常包括连接到拖拉机14牵引杆上的主框架12。主框架12可操作地支撑多个耕作工具20。根据耕种机具10的类型，耕作工具20可以包括：柄部、带有扫杆或尖端的耙齿、圆盘组、滚笼、坚钉、螺旋耙齿或者本领域技术人员公认的任何其它类型的耕作工具。如本领域所公知的，主框架12包括联接至轮组件32的高度调节致动器30，用于相对于主框架12升高或降低轮组件32以便对耕作工具20的工作深度进行调节，并且用于将耕作工具20升高到地面以上以便长途行驶。进一步地，耕作机具10可以包括分开的工具深度调节致动器40和联接到支撑各组耕作工具(例如，圆盘组)的副框架42的相关装配系统，以便相对于主框架12降低副框架42，从而增加仅由副框架42支撑的那些耕作工具的穿透深度。美国专利第5,462,123号中公开了一种具有工具深度调节致动器40和相关装配系统的耕作机具10的示例，该专利在此通过引用并入本文。进一步地，耕作机具10可以包括角度调节致动器50和联接在主框架12和副框架42之间的相关装配系统，用于相对于主框架12和耕作机具10的行进方向调节副框架42的角度。美国专利第5,161,622号中公开了一种具有角度调节致动器50和相关装配系统的耕作机具10的示例，该专利在此通过引用并入本文。进一步地，耕作机具10可以包括下压力调节致动器60(图3)和联接在主框架12和副框架42之间的相关装配系统，用于调节由耕作工具20(例如滚笼)施加的向下的力或向下的压力。耕作机具10装备有土壤监测系统100(图3)，用于监测刚刚耕作的土壤的某一土壤条件200。具有土壤监测系统100的仪表设备110可以安装到耕作工具20后方的耕作机具10上，以便仅在耕作之后对土壤进行监测、仅在耕作之前对土壤进行监测，或者作为可替换的选择方式，如图3所示，土壤监测系统100可以包括前后仪表设备110-1、110-2，用于检测或测量耕作机具10之前和之后的土壤条件200，以便提供土壤条件200的前后比较，从而检测或测量耕作机具10的效用，如土壤条件200的百分比差异。土壤监测系统100包括安装在拖拉机14驾驶室内的显示监测器112。仪表设备110电耦合到显示监测器112，以便将由仪表设备110生成的输出信号传送到显示监测器112，由显示监测器112向操作者现场或实时以可视的方式显示所测量或检测到的土壤条件200。显示监测器112与全球定位系统114接口连接，并且包括用户界面(如图形用户界面(GUI))和用于存储包括与GPS坐标有关的土壤条件200的数据的存储器，以便对整块田地的土壤条件200进行绘图。显示监测器112还可以电耦合至高度调节致动器30、工具深度调节致动器40、角度调节致动器50和下压力致动器60，用于后文中所述的自动致动。应当可以理解，为实现自动致动，致动器30、40、50、60将连接到电磁阀以接收由显示监测器112产生的信号，以响应于由测量或检测土壤条件200的仪表设备110所产生的信号。电磁阀对到致动器30、40、50、60的液压流体的流量进行控制，使得致动器柱塞伸出和缩回。仪表设备110可以是任何适合用于测量或检测土壤条件200的仪表设备，例如激光雷达(LiDar)、分光光度计、相机、飞行时间相机、探地雷达、声纳仪、X射线仪、光学测高仪、电导率仪和电磁感应仪。所监测或测量的土壤条件200可以包括：土壤表面残茬条件200-1，例如作物残茬覆盖的土壤的百分比。用来监测或测量表面残茬条件200-1的仪表设备110可以包括：照相机、红外传感器或探地雷达(GPR)，例如以下市售系统中的任一种：(1)可从新罕布什尔州纳舒厄的GSSI公司购得的StructureScanTMMiniHR；(2)与3d-RadarVX系列和/或DX系列多通道天线耦合的3d-RadarGeoScopeTMMkIV(全部可从挪威特隆赫姆的3d-Radar公司购得)；或者(3)可从瑞典Mala的MALAGeoscience购得的MALA成像雷达阵列系统。可以使用市售软件生成来自GPR传感器的信号输出，该市售软件例如可以是从德国博尔肯的GeoHiResInternational公司购得的GPR-SLICE(例如，版本7.0)。因此，仪表设备110将会测量田地中每个位置处的表面残茬的百分比，从而绘制出整块田地上的残茬。所监测或测量的另一种土壤条件200可以包括土块尺寸条件200-3。用于监测或测量土块尺寸条件200-3的仪表设备110可以包括表面扫描仪，例如设置成对耕作机具10后面的土壤表面进行扫描的激光雷达(LiDar)系统。用来监测或测量土块尺寸条件200-3的其它仪表设备110可以包括光学高度传感器，该光学高度传感器设置成检测土块相对于预定高度的变化高度，从而基于变化的距离表明土块的尺寸。其它仪表设备110可以是分光光度计、相机、飞行时间相机、探地雷达、声纳仪、X射线仪、电导率仪和电磁感应仪。用于监测或测量土块尺寸条件20本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耕作机具，其包括：框架，其可操作地支撑耕作工具；以及土壤监测系统，其包括仪表设备，所述仪表设备可操作地由所述框架进行支撑并且设置成在所述土壤被所述耕作工具耕作之前、耕作之后或者耕作之前和之后对土壤条件进行检测，其中，所述检测到的土壤条件是表面残茬条件、土块尺寸条件和土壤粉碎条件中的至少一种。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.18 US 62/220,8961.一种耕作机具，其包括：框架，其可操作地支撑耕作工具；以及土壤监测系统，其包括仪表设备，所述仪表设备可操作地由所述框架进行支撑并且设置成在所述土壤被所述耕作工具耕作之前、耕作之后或者耕作之前和之后对土壤条件进行检测，其中，所述检测到的土壤条件是表面残茬条件、土块尺寸条件和土壤粉碎条件中的至少一种。2.如权利要求1所述的耕作机具，其特征在于：进一步包括至少一个高度调节致动器，所述高度调节致动器用于相对于土壤表面升高和降低所述主框架，以便调节所述耕作工具进入所述土壤表面的穿透深度，其中，所述的至少一个致动器被调节以响应于所述检测到的土壤条件。3.如权利要求1或2中任一项所述的耕作机具，其特征在于：所述土壤监测系统在所述土壤被所述耕作工具耕作之前和之后检测土壤条件，包括：可操作地由所述耕作工具前方的所述框架进行支撑并且设置成在土壤被所述耕作工具耕作之前对土壤条件进行检测的仪表设备，以及可操作地由所述耕作工具后方的所述框架进行支撑并且设置成在土壤被所述耕作工具耕作之后对土壤条件进行检测的仪表设备。4.如权利要求1所述的耕作机具，其特征在于：所述检测到的土壤条件是表面残茬条件。5.如权利要求1所述的耕作机具，其特征在于：所述检测到的土壤条件是土块尺寸条件。6.如权利要求2所述的耕作机具，其特征在于：所述检测到的土壤条件是表面残茬条件和土块尺寸条件中的至少一种。7.如权利要求3所述的耕作机具，其特征在于：所述检测到的土壤条件是表面残茬条件和土块尺寸条件中的至少一种。8.如权利要求1、2、4、5、6或7中任一项所述的耕作机具，其特征在于：所述仪表设备是选自激光雷达、分光光度计、相机、可测深度摄像头、探地雷达、声纳仪、X射线仪、光学测高仪、电导率仪和电磁感应仪中的至少一种仪表。9.如权利要求3所述的耕作机具，其特征在于：所述仪表设备是选自激光雷达、分光光度计、相机、可测深度摄像头、探地雷达、声纳仪、X射线仪、光学测高仪、电导率仪和电磁感应仪中的至少一种仪表。10.如权利要求5所述的耕作机具，其特征在于：所述仪表设备包括旋转传感器或角度偏转传感器，所述旋转传感器或角度偏转传感器通过臂连接到接合所述土壤表面的轮件或弹性构件。11.如权利要求1或2中任一项所述的耕作机具，其特征在于：所述检测到的土壤条件是土壤粉碎条件，所述仪表设备是X射线、声纳仪、探地雷达、电导率仪和电磁感应仪中的至少一种。12.如权利要求3所述的耕作机具，其特征在于：所述检测到的土壤条件是土壤粉碎条件，所述仪表设备是X射线仪、声纳仪、探地雷达、电导率仪和电磁感应仪中的至少一种。13.如权利要求11所述的耕作机具，其特征在于：所述仪表设备是X射线仪。14.如权利要求11所述的耕作机具，其特征在于：所述仪表设备是声纳仪。15.如权利要求11所述的耕作机具，其特征在于：所述仪表设备是探地雷达。16.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹森·斯托勒，贾斯丁·麦克梅纳米，马修·摩根，黛尔·科赫，
申请(专利权)人：精密种植有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US