一种多自由度多功能精量施肥装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多自由度多功能精量施肥装置，包括车体、车体驱动装置、施肥罐、液压站、机械手和工作端；所述车体驱动装置驱动车体移动，所述施肥罐和液压站放置在车体上，所述机械手一端固定在车体上，机械手的中间部位和/或另一端安装工作端；所述工作端通过管道与施肥罐连接，所述施肥罐内存放有灌溉水、肥或者药的一种或者几种组合，所述工作端包括施肥器或/和喷头；所述液压站提供驱动机械手运动的动力。采用本发明专利技术的技术方案，可以实现自动行走、无人化施肥、效率高；可以实现精量施肥或施药、环保性好、施肥均匀性高；可以直接对根部施肥，肥液利用率高，适用于不同茎秆高度的作物，且能用于生长阶段施肥。

A Multifunctional Precision Fertilizer Apparatus with Multiple Degrees of Freedom

The invention discloses a multi-degree-of-freedom multi-function precision fertilization device, which comprises a car body, a car body driving device, a fertilization tank, a hydraulic station, a manipulator and a working end; the car body driving device drives the car body to move, the fertilization tank and a hydraulic station are placed on the car body, one end of the manipulator is fixed on the car body, the middle part and/or the other end of the manipulator is installed with a working end. The working end is connected with the fertilizer pot through a pipeline. One or several combinations of irrigation water, fertilizer or medicine are stored in the fertilizer pot. The working end includes a fertilizer applicator or/and a sprinkler. The hydraulic station provides power to drive the movement of the manipulator. The technical scheme of the invention can realize automatic walking, unmanned chemical fertilization, high efficiency, precise fertilization or pesticide application, good environmental protection and high uniformity of fertilization, and can directly fertilize roots with high fertilizer liquid utilization rate, which is suitable for crops with different stem heights, and can be used for fertilization at growth stage.

【技术实现步骤摘要】
一种多自由度多功能精量施肥装置
本专利技术涉及到农机设备
，具体涉及到一种多自由度多功能的精量施肥装置。
技术介绍
我国是农业大国，随着耕地逐年减少、农村劳动力转移，土地适度规模经营日益普遍，以机械化作业为基础的高效农业的发展成为必然趋势。同时，随着人民生活质量的提高以及乡村振兴战略的提出，对农产品的品质提出了更高的要求。传统的农作物施肥、打药等工作一般由人工完成，劳动强度大且施肥不均匀，人工打药则易危害人体健康。目前已有学者研究出固定肥料的变量施肥机械，但这种施肥方式一般只适用于整地播种阶段施肥或密植矮秆作物施肥，如要在作物生长阶段施肥难度较大、茎秆较高的作物施肥难度也较大。从对肥料的利用效率上来考虑，施用溶解后的肥料比施固体肥效率要高，因此灌溉施肥一体化技术逐渐成为发展趋势。目前采用的施肥器有压差式、文丘里式、比例式以及负压施肥等方法。随水施肥方法作物对肥液的利用效率较高，但由于灌溉时间通常比施肥时间更长，并且由于液体自身的流量性水肥一体化的施肥方法容易导致肥液的浪费和水体的污染。采用无人机打药或施肥在我国部分经济发达地区已有应用，但无人机施肥很大一部分肥液会截留在作物叶片，作物根区能吸收的肥液有限。国外生产的大流量喷雾式行走施肥装置也是如此。因此从绿色农业的角度出发需要更精量的施肥方法。目前市场上有一种采用金属材质的踏板助力的施肥枪，可以用于硬质土壤的果树根部精量施肥，但每次只能实现单点作业，需要人工移动到下一个工作点，其作业效率有待提高，在农作物的生长和采收全环节中，需要施肥、打药、灌溉、果实采收等作业，要实现机械化如果单独购置相应设备则成本投入相当高，因此需要功能更加集成、更加高效的多功能作业的自动装置来适应不同作业环节的需求。并且目前我国农机多以柴油机为动力，能耗较高、噪音和污染较大，需寻求更加绿色节能的动力配置方法。同时，采用施肥灌溉系统管道较多，系统投资和占地面积较大、运行维护成本较高，并且随着人们的喜好和市场的变化，不同季节农作物的种类变化较大，这要求系统配置不同类型的喷头，因此期待结构更加紧凑、适应性和灵活性更强的施肥和灌溉装置出现。因此，本专利技术提供一种多自由度多功能精量施肥装置，以机器人技术为基础、可以实现多自由度、多角度针孔式精量施肥或施药，与灌溉技术相结合，可以实现不同茎秆高度的喷灌、微灌或滴灌，还能用于果实采收；以AGV技术和机器视觉为基础，实现装置的自动行走和无人作业。本专利申请获得了国家自然科学基金资助项目的资助，国家自然科学基金资助项目-轻小型喷灌机组变量运行对肥液输运及沉积的影响机理(项目编号51609104)。
技术实现思路
本专利技术的技术方案主要针对现有技术中存在的以下问题：1)人工施肥或打药效率低、均匀性和安全性差；2)以拖拉机为载体的下出式自动施肥机用于作物生长阶段或高杆作物的施肥难度较大；3)无人机施肥受风的影响较大、肥料易被作物冠层截留，肥料利用率不高，且噪音较大；4)灌溉管道施肥对肥液的浪费较大，易造成水体污染；5)采用无人机或灌溉管道施肥，肥料从土壤表面运移到作物根区需要一定时间，如能直接对根区施肥，则可使施肥效率有效提升；6)施肥枪施肥虽能实现精量施肥，但劳动强度较大，作业效率有待提升；7)传统农用机械施肥能耗较高、环保性较差；8)施肥、灌溉等机械装置对作物的适应性较差、集成度不高。本专利技术提供一种多自由度多功能精量施肥装置，可以实现自动行走、无人化施肥、效率高；可以实现精量施肥或施药、环保性好、施肥均匀性高；直接对根部施肥，肥液利用率高，适用于不同茎秆高度的作物，且能用于生长阶段施肥；采用太阳能和蓄电池供电，充分利用田间资源、效率高、系统运行平稳；装置集成度高、适应性强，具备多个自由度，可以用于不同作物的施肥或施药，喷灌、微灌或滴灌，以及果实的采收；装置智能性高，可以对前方路况及施肥对象进行识别，能对动力系统的工作压力以及施肥罐的液位，以及空气的温度和湿度进行监测和显示。本专利技术的技术方案如下：一种多自由度多功能精量施肥装置，包括车体、车体驱动装置、施肥罐、液压站、机械手和工作端；所述车体驱动装置驱动车体移动，所述施肥罐和液压站放置在车体上，所述机械手一端固定在车体上，机械手的中间部位和/或另一端安装工作端；所述工作端通过管道与施肥罐连接，所述施肥罐内存放有灌溉水、肥或者药的一种或者几种组合，所述工作端包括施肥器或/和喷头；所述液压站提供驱动机械手运动的动力。一种多自由度多功能精量施肥装置还包括液位传感器、空气温湿度传感器、无线控制系统与手机客户端等装置。空气温湿度传感器通过T型连接板与车体侧边围栏连接，空气温湿度传感器安装于离地2米处。车体通过无线wifi或ZigBee等无线控制系统与农户控制总站或农技站集中控制室以及用户的手机客户端APP相连，对田间环境参数和多自由度多功能精量施肥装置(的实时运行情况进行监测，必要时进行控制干预，为农业干旱联网预防、政府技术指导统筹、物联网协同管控等数字化农业服务提供硬件、数据和平台基础。施肥罐采用中空圆柱、上方缩口型结构,采用非透明材料，减少光照和室外温度对肥液性质的影响。施肥罐内侧设有液位传感器，当肥液液位低于总高度的1/5时远程控制端或手机APP会发出报警。移动式无人车体采用四轮式结构，车体宽度依据田间垄宽来确定，车体底板高于作物茎秆高度以方便田间作业。四轮式结构的轮毂采用实心结构，避免移动无人车在田间行走过程中与作物枝叶发生卷绕。车体正前方设有第一视觉传感器，感知前方路况；车头为斜面式结构，布设有太阳能电池板，斜面内侧下方设有太阳能蓄电池能量转换装置以及GPS定位模块，太阳能电池板和太阳能蓄电池能量转换装置共同构成太阳能动力装置，太阳能动力装置为液压站、施肥机和移动式无人车体的运行提供动力；车头上方设有矩形挡板，对车内装置起到遮阴、防风、抗干扰的作用；车头两侧采用流线型结构、减少行走过程中的阻力。车身两侧采用栅格式围栏结构，下方实心，上方镂空，一方面保证车身的强度和安全性，同时对车内装置起到通风散热的作用。车后方为车门，可开启和关闭，方便车内装置的装卸。车内设有可移动的机械部件安装定位板，用于车内装置的安装和固定，依据车内装置的底座形状和尺寸来定制，机械部件安装定位板上与每个装置安装位置的对应处设有两个对称的圆孔，各装置的定位板连通，起到相互约束的作用，保证施肥机械手的单位精度，以及各装置在车体行走过程中的安全性。机械手包括升降大臂、横移大臂、升降小臂，腕部和手部，所述升降大臂、横移大臂、升降小臂，手部均采用液压缸结构，所述腕部采用液压式人工肌肉；所述升降大臂通过基座和腰部固定在车体上，所述升降大臂通过第一联接件与横移大臂连接，所述横移大臂通过第二联接件与升降小臂连接，所述升降小臂通过第三联接件与腕部连接，所述腕部通过第四联接件与手部连接；所述腰部可以转动，所述升降大臂和升降小臂可沿高度方向移动，所述横移大臂在与升降大臂相垂直方向且沿水平方向移动，所述腕部可实现任意位姿和角度的调节。基座为圆盘形，其固定在车体上，所述基座上设有基座圆孔，所述腰部上设有腰部圆形凸台，腰部圆形凸台与基座圆孔配合，所述腰部设有进油口和出油口。第一联接件的始端为第一矩形结构，所述第一矩形结构一端连接升降大臂的液压杆，另一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多自由度多功能精量施肥装置，其特征在于，包括车体、车体驱动装置、施肥罐、液压站、机械手和工作端；所述车体驱动装置驱动车体移动，所述施肥罐和液压站放置在车体上，所述机械手一端固定在车体上，机械手的中间部位和/或另一端安装工作端；所述工作端通过管道与施肥罐连接，所述施肥罐内存放有灌溉水、肥或者药的一种或者几种组合，所述工作端包括施肥器或/和喷头；所述液压站提供驱动机械手运动的动力。

【技术特征摘要】
1.一种多自由度多功能精量施肥装置，其特征在于，包括车体、车体驱动装置、施肥罐、液压站、机械手和工作端；所述车体驱动装置驱动车体移动，所述施肥罐和液压站放置在车体上，所述机械手一端固定在车体上，机械手的中间部位和/或另一端安装工作端；所述工作端通过管道与施肥罐连接，所述施肥罐内存放有灌溉水、肥或者药的一种或者几种组合，所述工作端包括施肥器或/和喷头；所述液压站提供驱动机械手运动的动力。2.根据权利要求1所述的一种多自由度多功能精量施肥装置，其特征在于，所述车体为四轮驱动车，所述车体驱动装置为太阳能动力装置，车头为斜面式结构，上布设有太阳能电池板，斜面内侧下方设有太阳能蓄电池能量转换装置，太阳能电池板和太阳能蓄电池能量转换装置共同构成太阳能动力装置。3.根据权利要求1所述的一种多自由度多功能精量施肥装置，其特征在于，所述机械手包括升降大臂、横移大臂、升降小臂，腕部和手部，所述升降大臂、横移大臂、升降小臂，手部均采用液压缸结构，所述腕部采用液压式人工肌肉；所述升降大臂通过基座和腰部固定在车体上，所述升降大臂通过第一联接件与横移大臂连接，所述横移大臂通过第二联接件与升降小臂连接，所述升降小臂通过第三联接件与腕部连接，所述腕部通过第四联接件与手部连接；所述腰部可以转动，所述升降大臂和升降小臂可沿高度方向移动，所述横移大臂在与升降大臂相垂直方向且沿水平方向移动，所述腕部可实现任意位姿和角度的调节。4.根据权利要求3所述的一种多自由度多功能精量施肥装置，其特征在于，所述基座为圆盘形，其固定在车体上，所述基座上设有基座圆孔，所述腰部上设有腰部圆形凸台，腰部圆形凸台与基座圆孔配合，所述腰部设有进油口和出油口。5.根据权利要求3所述的一种多自由度多功能精量施肥装置，其特征在于，所述第一联接件的始端为第一矩形结构，所述第一矩形结构一端连接升降大臂的液压杆，另一端连接第一半开放的凹槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂琴，李红，岳东海，陈超，颜鹏，眭翔，刘光新，易萌，苏沛群，陆冯，
申请(专利权)人：常州信息职业技术学院，江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32