摆动式水稻株间除草装置及除草方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种摆动式水稻株间除草装置及除草方法，所述装置包括气源、电磁阀、气缸、连杆、摆杆、除草部件和控制系统，所述气源与电磁阀的进气口连接，所述电磁阀的两个出气口分别与气缸的两个进气口连接，所述气缸的气缸杆、连杆和摆杆依次铰接，所述除草部件与摆杆固定连接，且除草部件的前方设有镜头朝向水田的智能相机，所述控制系统分别与电磁阀、智能相机连接。本发明专利技术在前期水稻植株定位的基础上，通过控制系统控制电磁阀动作，使气缸杆、连杆和摆杆带动除草部件完成除草和避苗动作，其结构简单、使用方便，能够广泛应用于水田拖拉机中。

【技术实现步骤摘要】
摆动式水稻株间除草装置及除草方法
本专利技术涉及一种除草装置及除草方法，尤其是一种摆动式水稻株间除草装置及除草方法，属于机械除草领域。
技术介绍
稻田杂草对水稻的生长具有有抑制作用，增加病虫害的发生几率，是影响水稻产量和品质的主要原因。因此，有效的稻田杂草防控是水稻安全生产的重要保障。近年来，机械除草作为一种环境友好型的除草技术被广泛的应用于水稻机械化生产中，多用于去除行间杂草。与行间杂草相比，水稻株间杂草多为近株杂草，对水稻生长的影响更大。然而由于作物行的干扰，避开稻苗去除株间杂草是水稻机械化除草技术的难点。国内外现有的水稻株间机械除草装置多利用移栽稻和杂草的生物力学特性、苗草根系深浅差异设计柔性除草部件或控制除草深度实现株间除草。日本三菱农机株式会社研制的水田用除草机，采用柔性毛刷除去株间杂草，田间试验表明该类型除草机能有效提高水稻产量和品质。欧莱克株式会社研制了一种四轮乘坐式除草机，行间采用滚轮除草，株间则采用弹性钢丝除草。美善株式会社研制了一种独轮的手扶式除草机，行间采用滚轮除草，株间则使用从动转动式的羽轮除草，兼备除草和开沟的功能。国内王金武等人研制的3ZS-150型水稻中耕除草机采用耕耘锄去除行间杂草，采用软轴驱动立式除草装置旋转，利用弹性钢丝去除株间杂草。以上水稻株间除草装置不具备稻株和杂草的识别与定位功能，对水稻和杂草统一处理，株间除草率仅为60％左右，需多次作业才能完成除草率的要求。然而多次作业不仅降低了生产效率，而且又增加机具对秧苗的碾压几率。为了降低伤苗率，提高除草效果，株间除草技术常采用传感器定位作物或杂草位置，选择性地避开秧苗、去除杂草。有研究采用实时差分GPS技术定位作物位置并精确地控制除草装置避开作物，然而该技术的硬件成本相对较高，而且不适用于水稻等小株距作物。日本石井农机株式会社研制的水稻株间除草机采用距离传感器识别稻株并控制电磁阀通断，喷射高压液体除草。采用机器视觉识别植株的避苗技术具有成本较低和控制系统相对简单的优点，蒋郁等根据水田环境特点设计了基于机器视觉的稻株定位系统，用以引导除草机构避开稻苗实现株间除草。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种摆动式水稻株间除草装置，该装置在前期水稻植株定位的基础上，通过控制系统控制电磁阀动作，使气缸杆、连杆和摆杆带动除草部件完成除草和避苗动作，其结构简单、使用方便，能够广泛应用于水田拖拉机中。本专利技术的另一目的在于提供一种基于上述装置的除草方法。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种摆动式水稻株间除草装置，包括气源、电磁阀、气缸、连杆、摆杆、除草部件和控制系统，所述气源与电磁阀的进气口连接，所述电磁阀的两个出气口分别与气缸的两个进气口连接，所述气缸的气缸杆、连杆和摆杆依次铰接，所述除草部件与摆杆固定连接，且除草部件的前方设有镜头朝向水田的智能相机，所述控制系统分别与电磁阀、智能相机连接。进一步的，所述控制系统包括上位机、输入/输出模块和可编程逻辑控制器，所述智能相机和上位机分别与输入/输出模块连接，所述输入/输出模块的输出端与可编程逻辑控制器的输入端连接，所述可编程逻辑控制器的输出端与电磁阀的电输入端连接。进一步的，所述装置还包括第一调速阀和第二调速阀，所述第一调速阀连接在电磁阀的一个出气口与气缸的一个进气口之间，所述第二调速阀连接在电磁阀的另一个出气口与气缸的另一个进气口之间。进一步的，所述装置还包括挂接部件，所述气缸设置在挂接部件上，所述挂接部件用于连接水田拖拉机。进一步的，所述挂接部件包括主梁、支承板、第一滑动杆、第二滑动杆、第一竖直连接杆和第二竖直连接杆，所述第一滑动杆和第二滑动杆与主梁的两端滑动连接，所述第一竖直连接杆与第一滑动杆固定连接，所述第二竖直连接杆与第二滑动杆固定连接，所述支承板分别与第一竖直连接杆、第二竖直连接杆铰接，所述气缸设置在支承板上。进一步的，所述摆杆包括水平段、第一竖直段和第二竖直段，所述气缸杆的第一端与连杆的第一端铰接，所述连杆的第二端与第一竖直段的第一端铰接，所述第一竖直段的第二端与水平段的第一端固定连接，所述水平段的第二端与第二竖直段的第一端固定连接，所述第二竖直段的第二端与除草部件固定连接。进一步的，所述除草部件包括固定架和多片刀具，所述多片刀具并排设置在固定架上，所述固定架与摆杆固定连接。进一步的，所述刀具为弯齿刀具，其倾角为0～20°，最优角度为10°。进一步的，所述装置的前进速度为0.25m/s，气缸的伸缩速度为0.45m/s，除草深度范围为1.0～3.0cm。本专利技术的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：一种基于上述装置的除草方法，所述方法包括：装置随水田拖拉机沿水平方向前进，使除草部件进入株间土壤执行除草动作；当除草部件到达秧苗保护区域内时，控制系统控制电磁阀动作使气路换向，气缸杆伸出推动连杆带动摆杆转动，使除草部件随摆杆转动离开株间土壤执行避苗动作；当绕过秧苗后，控制系统再次控制电磁阀动作使气路换向，气缸杆回缩拉动连杆带动摆杆，使除草部件进入株间土壤继续执行除草动作。本专利技术相对于现有技术具有如下的有益效果：1、本专利技术装置先使除草部件进入株间土壤执行除草动作，当根据智能相机采集的稻株图像判断除草部件到达秧苗保护区域内时，控制电磁阀动作使气路换向，气缸杆伸出推动连杆带动摆杆转动，使除草部件随摆杆转动离开株间土壤执行避苗动作，绕过秧苗后再次控制电磁阀动作使气路换向，气缸杆回缩拉动连杆带动摆杆，使除草部件进入株间土壤继续执行除草动作，即通过电磁阀切换气路，可以完成除草和避苗的切换，其结构简单、使用方便，能够广泛应用于水田拖拉机中。2、本专利技术装置的除草部件包括固定架和多片刀具，且多片刀具并排设置在固定架上，其中刀具可以采用弯齿刀具，经过仿真结果试验表明，弯齿刀具与土壤相互作用时产生的阻力较小、土壤扰动程度较大。3、本专利技术装置在电磁阀与气缸之间的两条气路设置了两个调速阀，其中一个调速阀调节除草的速度，另一个调速阀调节避苗的速度。4、本专利技术装置经过田间试验表明，在装置前进速度为0.25m/s，气缸伸缩速度为0.45m/s，除草深度范围为1.0～3.0cm时，满足除草率大于80％，伤苗率小于4％的要求。附图说明图1为本专利技术实施例的摆动式水稻株间除草装置的结构图。图2为本专利技术实施例的连杆、摆杆和除草部件连接的立体图。图3为本专利技术实施例的连杆、摆杆和除草部件连接的正视图。图4为本专利技术实施例的连杆、摆杆和除草部件连接的右视图。图5为本专利技术实施例的除草部件的立体图。图6为本专利技术实施例的气缸设置在挂接部件上的示意图。图7为本专利技术实施例的挂接部件的立体图。图8为本专利技术实施例的挂接部件的正视图。图9为本专利技术实施例的挂接部件的俯视图。图10为本专利技术实施例的挂接部件的左视图。图11为本专利技术实施例的智能相机的安装示意图。图12为本专利技术实施例的摆动式水稻株间除草装置的除草状态图。图13为本专利技术实施例的摆动式水稻株间除草装置的避苗状态图。图14为本专利技术实施例的控制系统的电路图。图15为本专利技术实施例的控制系统的工作流程图。图16为本专利技术实施例的摆动式水稻株间除草装置的运动简图。图17为本专利技术实施例的连杆长度和摆杆长度的关系曲线图。图18为本专利技术实施例的土壤阻力仿真值-时间折线图。图19为本专利技术实施例的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种摆动式水稻株间除草装置，其特征在于，包括气源、电磁阀、气缸、连杆、摆杆、除草部件和控制系统，所述气源与电磁阀的进气口连接，所述电磁阀的两个出气口分别与气缸的两个进气口连接，所述气缸的气缸杆、连杆和摆杆依次铰接，所述除草部件与摆杆固定连接，且除草部件的前方设有镜头朝向水田的智能相机，所述控制系统分别与电磁阀、智能相机连接。

【技术特征摘要】
1.一种摆动式水稻株间除草装置，其特征在于，包括气源、电磁阀、气缸、连杆、摆杆、除草部件和控制系统，所述气源与电磁阀的进气口连接，所述电磁阀的两个出气口分别与气缸的两个进气口连接，所述气缸的气缸杆、连杆和摆杆依次铰接，所述除草部件与摆杆固定连接，且除草部件的前方设有镜头朝向水田的智能相机，所述控制系统分别与电磁阀、智能相机连接。2.根据权利要求1所述的摆动式水稻株间除草装置，其特征在于，所述控制系统包括上位机、输入/输出模块和可编程逻辑控制器，所述智能相机和上位机分别与输入/输出模块连接，所述输入/输出模块的输出端与可编程逻辑控制器的输入端连接，所述可编程逻辑控制器的输出端与电磁阀的电输入端连接。3.根据权利要求1所述的摆动式水稻株间除草装置，其特征在于，所述装置还包括第一调速阀和第二调速阀，所述第一调速阀连接在电磁阀的一个出气口与气缸的一个进气口之间，所述第二调速阀连接在电磁阀的另一个出气口与气缸的另一个进气口之间。4.根据权利要求1所述的摆动式水稻株间除草装置，其特征在于，所述装置还包括挂接部件，所述气缸设置在挂接部件上，所述挂接部件用于连接水田拖拉机。5.根据权利要求4所述的摆动式水稻株间除草装置，其特征在于，所述挂接部件包括主梁、支承板、第一滑动杆、第二滑动杆、第一竖直连接杆和第二竖直连接杆，所述第一滑动杆和第二滑动杆与主梁的两端滑动连接，所述第一竖直连接杆与第一滑动杆固定连接，所述第二竖直连接杆与第二滑动杆固定连接，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐龙，蒋郁，马旭，龚浩，刘闯，陶明，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44