一种树苗自主种植系统论文和设计

全文摘要

本实用新型涉及一种树苗自主种植系统，包括车体、自动送苗机构、自动种植机构、导航模块和施肥模块，通过车体携带树苗，工控机控制小车移动的距离，使小车挖好土坑后刚好移动至下苗口对准土坑位置，随后工控机发出指令控制拨苗电机工作，将树苗拨到下苗口中，直至下落到种苗机构挖好的土坑中，再通过自动种植机构压土板将土压实，随后自动施药装置施药，完成种植过程，小车由已经规划好的路径结合导航模块行走，使种植过程变得高效。

主设计要求

1.一种树苗自主种植系统，其特征在于：包括车体、自动送苗机构、自动种植机构、导航模块、施肥模块和供电系统；所述自动送苗机构固定于车体底板上方，所述自动种植机构固定于车体底板下方，所述导航模块和施肥模块设于车体上；所述车体包括外壳、底板、轮胎和驱动转向系统，所述轮胎固定于驱动转向系统的转向架上，所述驱动转向系统包括电动伸缩缸、连接臂、转向电机、转向架和驱动电机；所述自动送苗机构包括送苗鼓和拨苗架，所述送苗鼓包括送苗轨道、沿送苗轨道向外进给的树苗苗管、推动树苗苗管向外进给的送苗转盘；树苗放置于树苗苗管内，所述送苗轨道布置于送苗鼓底板上，所述送苗转盘分为上下两部分并被若干隔板分隔，在送苗鼓的中心设有涡卷簧，涡卷簧与送苗转盘连接；所述涡卷簧内端固定于转轴上，转轴与送苗鼓底部连接，可带动涡卷簧绕转轴中心转动，推动树苗进入送苗轨道的引导片；所述送苗轨道底部开设有下苗口，所述下苗口与树苗之间有楔形弹簧压块，所述弹簧压块底部与弹簧连接固定于送苗轨道下方；所述拨苗架包括电机与拨苗片，所述电机固定于送苗轨道外侧，所述拨苗片位于电机上方；所述自动种植机构包光谱仪、气缸、挖坑机、下苗通道和压土机构，所述光谱仪固定于小车底板下侧；所述挖坑机与气缸活塞杆相连，所述下苗通道固定于小车底板下侧，所述下苗通道底部设有气缸，所述气缸的活塞杆与压土机构上端固定；所述导航模块包括GPS模块、工控机、红外测距仪和超声波测距仪，所述GPS模块固定于车体外壳上方，所述工控机固定于电池和药箱上方，所述红外测距仪对称固定于小车底板上侧，所述超声波测距仪固定于小车前方；所述GPS模块、红外测距仪及超声波测距仪连接至工控机；所述施肥模块包括施药喷头和药箱，所述施药喷头固定于小车底板下侧，所述药箱位于小车底板上侧，且处于喷头正上方。

设计方案

1.一种树苗自主种植系统，其特征在于：包括车体、自动送苗机构、自动种植机构、导航模块、施肥模块和供电系统；所述自动送苗机构固定于车体底板上方，所述自动种植机构固定于车体底板下方，所述导航模块和施肥模块设于车体上；

所述车体包括外壳、底板、轮胎和驱动转向系统，所述轮胎固定于驱动转向系统的转向架上，所述驱动转向系统包括电动伸缩缸、连接臂、转向电机、转向架和驱动电机；

所述自动送苗机构包括送苗鼓和拨苗架，所述送苗鼓包括送苗轨道、沿送苗轨道向外进给的树苗苗管、推动树苗苗管向外进给的送苗转盘；树苗放置于树苗苗管内，所述送苗轨道布置于送苗鼓底板上，所述送苗转盘分为上下两部分并被若干隔板分隔，在送苗鼓的中心设有涡卷簧，涡卷簧与送苗转盘连接；所述涡卷簧内端固定于转轴上，转轴与送苗鼓底部连接，可带动涡卷簧绕转轴中心转动，推动树苗进入送苗轨道的引导片；所述送苗轨道底部开设有下苗口，所述下苗口与树苗之间有楔形弹簧压块，所述弹簧压块底部与弹簧连接固定于送苗轨道下方；所述拨苗架包括电机与拨苗片，所述电机固定于送苗轨道外侧，所述拨苗片位于电机上方；

所述自动种植机构包光谱仪、气缸、挖坑机、下苗通道和压土机构，所述光谱仪固定于小车底板下侧；所述挖坑机与气缸活塞杆相连，所述下苗通道固定于小车底板下侧，所述下苗通道底部设有气缸，所述气缸的活塞杆与压土机构上端固定；

所述导航模块包括GPS模块、工控机、红外测距仪和超声波测距仪，所述GPS模块固定于车体外壳上方，所述工控机固定于电池和药箱上方，所述红外测距仪对称固定于小车底板上侧，所述超声波测距仪固定于小车前方；所述GPS模块、红外测距仪及超声波测距仪连接至工控机；

所述施肥模块包括施药喷头和药箱，所述施药喷头固定于小车底板下侧，所述药箱位于小车底板上侧，且处于喷头正上方。

2.根据权利要求1所述的树苗自主种植系统，其特征在于：所述拨苗片转动半径大于树苗到使拨苗片转动的电机中心的距离，使得拨苗片转动恰好能拨动离下苗口最近的树苗落入下苗口。

3.根据权利要求1所述的树苗自主种植系统，其特征在于：所述下苗通道与下苗口对齐，所述下苗通道的内径大于下苗口直径，所述压土机构包含若干块压土板，所述压土板间连接成一个整体，底部为敞口的圆环喇叭形。

4.根据权利要求1所述的树苗自主种植系统，其特征在于：所述送苗鼓外形为鼓形，内部有涡线形送苗轨道，树苗沿送苗轨道向外进给。

5.根据权利要求1所述的树苗自主种植系统，其特征在于：所述自动种植机构具有四块对称开孔整体连接的压土板，所述压土板具有良好的强度及弹性，材料为硬质橡胶，自然状态下为向外扩张的状态，在压土板外筒内收紧。

6.根据权利要求1所述的树苗自主种植系统，其特征在于：所述电动伸缩缸底部非伸缩端与连接臂焊接固定，连接臂可绕转向电机自由转动，活塞杆与小车底板下侧固定，小车底板安装固定电动伸缩缸活塞杆。

7.根据权利要求1所述的树苗自主种植系统，其特征在于：所述送苗鼓由定位板固定在车体底板上侧，使树苗由引导片引导运动至鼓外送苗轨道时，其运动方向与所述光谱仪、第一气缸、第二气缸、挖坑机、下苗口、施药喷头，下苗通道和压土机构处于同一直线上；所述引导片为弹性钢片，位于送苗鼓内部送苗轨道与外部送苗轨道之间，所述引导片固定于送苗鼓鼓体内表面，且位于送苗转盘上方。

8.根据权利要求1所述的树苗自主种植系统，其特征在于：所述供电系统包括电池和太阳能电池板，所述电池固定于小车底板上侧，所述太阳能电池板固定于小车外壳上表面。

9.根据权利要求1所述的树苗自主种植系统，其特征在于：所述送苗转盘外形由实心圆盘状和镂空格栅状构成，其外边缘运动轨迹为圆形，且该圆形半径小于送苗鼓鼓体内形成的圆面半径，送面转盘可在鼓体内涡卷簧作用下绕鼓体内转轴转动。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及农林种植领域，具体涉及一种树苗自主种植系统。

背景技术

树木有益于净化空气、美化环境，对建设生态文明社会有着极大的好处，产生的直接经济效益和间接生态效益巨大，对于社会发展有着巨大的促进作用。

传统树苗种植一般是采取人工和半机械种植的方法，但是存在许多问题，例如：劳动强度大，种植质量不高、费时费力等，存在很大的改进空间。自动种植装置，一般包括挖坑装置，投苗装置，压土装置与行走装置，相互协调实现自动种植，投苗装置的结构特点决定了种植的效率，行走装置的结构特点决定了适应种植的地形，现有的自动种植缺乏有效地施肥环节以保证种植的成活率。

因此通过设计，优化送苗装置与行走装置，实现精确定位，通过合理的药物施肥，能够使自主种植过程更加高效和智能。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种树苗自主种植系统，通过自动种植树苗的方式，最大化提高实际生产效率。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案是：

一种树苗自主种植系统包括车体、自动送苗机构、自动种植机构、导航模块、施肥模块和供电系统；所述自动送苗机构固定于车体底板上方，所述自动种苗机构固定于车体底板下方，所述导航模块和施肥模块设于车体上；

所述自动种植机构包光谱仪、气缸、挖坑机、下苗通道和压土机构，所述光谱仪固定于小车底板下侧，用于检测地面以判断是否要进行种植；所述挖坑机与气缸活塞杆相连，所述下苗通道固定于小车底板下侧，所述下苗通道底部设有气缸，所述气缸的活塞杆与压土机构上端固定；

所述导航模块包括GPS模块、工控机、红外测距仪和超声波测距仪，所述GPS模块固定于车体外壳上方，所述工控机固定于电池和药箱上方，所述红外测距仪对称固定于小车底板上侧，所述超声波测距仪固定于小车前方；所述GPS模块、红外测距仪与超声波测距仪连接至工控机。

所述施肥模块包括施药喷头和药箱，所述施药喷头固定于小车底板下侧，所述药箱位于小车底板上侧，且处于喷头正上方；

所述供电系统包括电池和太阳能电池板，所述电池固定于小车底板上侧，所述太阳能电池板固定于小车外壳上表面。

所述拨苗片转动半径大于树苗到使拨苗片转动的电机中心的距离，使得拨苗片转动恰好能拨动离下苗口最近的树苗落入下苗口。

所述树苗苗管为可自行降解新型材料，其材料可选自：PLA聚乳酸或是PVA聚乙烯醇。

所述下苗通道与下苗口对齐，所述下苗通道的内径大于下苗口直径，所述压土机构包含若干块压土板，所述压土板间连接成一个整体，底部为敞口的圆环喇叭形。

所述送苗鼓外形为鼓形，内部有涡线形送苗轨道，树苗沿送苗轨道向外进给。

所述自动种植机构具有四块对称开孔整体连接的压土板，所述压土板具有良好的强度及弹性，材料为硬质橡胶，自然状态下为向外扩张的状态，在压土板外筒内收紧。

所述电动伸缩缸底部非伸缩端与连接臂焊接固定，连接臂可绕转向电机自由转动，活塞杆与小车底板下侧固定，小车底板安装固定电动伸缩缸活塞杆，控制小车升降，使之能够针对不同种类，不同高度的树苗进行种植。

所述送苗鼓由定位板固定在车体底板上侧，使树苗由引导片引导运动至鼓外送苗轨道时，其运动方向与所述光谱仪、第一气缸、第二气缸、挖坑机、下苗口、施药喷头，下苗通道和压土机构处于同一直线上。

所述引导片为弹性钢片，位于送苗鼓内部送苗轨道与外部送苗轨道之间，所述引导片固定于送苗鼓鼓体内表面，且位于送苗转盘上方。

所述送苗转盘外形由实心圆盘状和镂空格栅状构成，其外边缘运动轨迹为圆形，且该圆形半径小于送苗鼓鼓体内形成的圆面半径，送面转盘可在鼓体内涡卷簧作用下绕鼓体内转轴转动；所述送苗转盘由上下两层组成，下层与送苗鼓留有一定间隙，送苗盘有一定厚度，以保证单个树苗局部不会受到太大压力而破坏。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的结构简单可靠，通过弹簧蓄能即可工作至送苗作业过程结束，耗费能量少，一次性能够携带的树苗数量大大增加，通过工控机控制小车移动的距离，使小车挖好土坑后刚好移动至下苗口对准土坑位置，随后工控机发出指令控制拨苗电机工作，将树苗拨到下苗口中，直至下落到种苗机构挖好的土坑中，再通过自动种植机构压土板将土压实，随后自动施药装置施药，完成种植过程，小车由已经规划好的路径结合导航模块行走，使种植过程变得高效。

附图说明

图1为本专利总体结构示意图。

图2为本专利完整装配示意图。

图3为本专利送苗机构示意图。

图4为本专利送苗机构分解图。

图5为本专利送苗机构剖视图。

图6为本专利挖坑机示意图。

图7为本专利种植机构正视图。

图8为本专利种植机构俯视及剖视图。

图9为本专利行走结构示意图。

图10为本专利施肥装置示意图。

图11为本专利具体工作示意图。

图12为本专利种植路线示意图。

图中：1-红外测距仪，2-光谱仪，3-拨苗电机，4-第一气缸，5-送苗鼓，6-储气罐，7-气泵，8-工控机，9-拨苗片，10-药箱，11-电池，12-挖坑钻头，13-压土板外筒，14-喷头，15-GPS模块，16-超声波测距仪，17-太阳能电池板，18-电机，19-弹簧压块，20-下苗口，21-定位板，22-引导片，23-转轴连接杆，24-送苗转盘，25-树苗苗管，26-送苗轨道，27-电动伸缩缸，28-转向电机，29-连接臂，30-转向架，31-轮胎，33-第二气缸，34-涡卷簧，35-压土板，36-压土板外伸杆，37-压土板工艺孔，38-压土板外伸杆滑槽，141-输药管，142-外伸杆，143-喷头。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1、2所示一种树苗自主种植系统，包括：红外测距仪1，光谱仪2，拨苗电机3，第一气缸4，送苗鼓5，储气罐6，气泵7，工控机8，拨苗片9，药箱10，电池11，挖坑钻头12，压土板外筒13，喷头14，GPS模块15，超声波测距仪16，太阳能电池板17，电机18，弹簧压块19，下苗口20，定位板21，引导片22，转轴连接杆23，送苗转盘24，树苗苗管25，送苗轨道26，电动伸缩缸27，转向电机28，连接臂29，转向架30，轮胎31，驱动电机32，第二气缸33，涡卷簧34，压土板35，压土板外伸杆36，压土板工艺孔37，压土板外伸杆滑槽38。所述驱动电机32为自动种植树苗小车提供动力，所述电机18使挖坑钻头转动，所述第一气缸4推动所述挖坑钻头12向下运动，完成挖坑工作，所述红外测距仪1与所述超声波测距仪16用于自主小车的避障，所述GPS模块15用于精确定位与实现路径规划，所述拨苗电机3转动使所述拨苗片9拨动树苗苗管25中包含的树苗进入所述下苗口20然后从下苗通道35下落至土坑，所述送苗鼓5实现树苗的储存与进给，所述储气罐6为气缸提供工作介质，所述气泵7使压缩气体进入气缸，所述电动伸缩缸27为用于适应不同种类树苗的种植并且可实现种植小车底盘的升降，所述药箱10通过所述喷头14喷洒药物可保证树苗成活率，所述电池11为小车供电，所述光谱仪2为检测地面信息以判断是否进行种植，所述弹簧压块19为阻挡最外处树苗由于在扭力弹簧作用下无控制的进入下苗口，所述定位板21用于送苗鼓的定位与固定，所述引导片22用于引导树苗离开送苗鼓，所述转轴23带动涡卷簧34旋紧后为树苗的进给提供动力，所述送苗轨道26用于引导树苗离开送苗鼓，所述太阳能电池板17为小车长时间在外工作提供能量储存与电池当中，所述压土机构23为压实树苗下落后周围的土壤，所述第二气缸33推动压土机构使树苗周围土壤被压实所述，所述转向电机28通过差速使小车转向，所述连接臂29用于连接多级伸缩缸与转向电机和转向架，所述转向架30用于连接转向电机与车轮实现转向，所述工控机8起到控制小车的作用。

所述GPS模块15完成数据的读取、解析、转换处理，通过串行线传输到工控机8上，工控机8根据设定好的线路修正路线；红外测距仪1与超声波测距仪16工作收集到信号后，通过串行线将数据传输到工控机处理，得出障碍物距离后，工控机8发出指令控制电机躲避障碍物。

如图3所示，所述送苗机构包括所述自动送苗机构包括送苗鼓5和拨苗架，所述拨苗架包括电机与拨苗片，所述电机固定于送苗轨道外侧，所述拨苗片位于电机上方。送苗鼓5驱动拨苗片转动的拨苗电机3使树苗被拨入下苗口的拨苗片9。如图4所示所述送苗鼓5内包括下苗口20、定位板21、引导片22、转轴23、送苗转盘24，树苗苗管25和送苗轨道26。所述转轴23与所述送苗转盘24连接，所述送苗转盘24与所述转轴23可一起绕轴心转动，从而推动包含树苗的所述树苗苗管25向外进给，当所述树苗苗管25运动到所述引导片22时，所述引导片22引导树苗苗管25向外进给，所述定位板21与车底板固定方便送苗鼓定位与固定。如图5所示，所述转轴23与涡卷簧34连接，所述涡卷簧34置于送苗鼓底部，通过旋转转轴23，使涡卷簧储蓄能量，以推动送苗转盘24。

如图6-8所示，为所述自动种苗机构包括挖坑机、第一气缸，压土机构，所述挖坑机包括挖坑钻头12，电机18；所述压土机构包括第二气缸33，压土板外筒13，压土板35，压土板外伸杆36，压土板外伸杆滑槽38，所述压土板35为一个整体结构，所述压土板35上有压土板工艺孔37，所述压土板35采用弹性硬质橡胶做成，所述压土板35整体为喇叭形，外壁开有四道槽，分为四块压土板，配合压土板上的工艺孔，可使压土板在不工作时收回所述压土板外筒13内，所述压土板外筒13内部呈喇叭状，以配合压土板，所述压土板35工艺性能能够支持其强度及弹性。所述第一气缸4活塞杆朝下，缸体固定于小车底板上，活塞杆与挖坑机电机外壳固定，所述第二气缸33活塞杆朝下，上端与下苗口对准固定。工作时，所述挖坑机旋转挖坑所述第一气缸4活塞杆向下推动挖坑机向下挖坑，挖坑结束后活塞杆连同挖坑机回复初始位置，小车前进适当位置，使下苗口对准挖好的坑，树苗下落至土坑后，压土机构压实树苗周围的土壤。

如图10所示，所述施药装置包括输药管141，固定杆142和喷头143，种植结束后，小车先前进一段喷头与土坑之间的距离，随后所述喷头143由工控机控制施药与结束施药，小车继续有规律的进行种植作业。

如图11所示为小车具体工作示意图，所述自动送苗机构、自动种植机构、导航模块和施肥模块相互配合使自主种植变的有规律，高效。

如图12所示为小车种植路线示意图，人为判断需要种植的区域提前对小车进行路径规划，随后由小车自主导航模块工作实现避障与导航，所示箭头方向为小车具体前进方向。

光谱仪能够实时监测地面具体土壤情况，将地面信息传输至工控机处理，做出合理化、全面化、数据化的分析反馈，使自动种苗小车较为精确地找到适合种植树苗的地带，并且完成挖坑种植的全过程，通过工控机发出的指令使自主种植系统和方法完成挖坑，种植和施肥作业，对于不同种类的树苗的种植，以及复杂环境下的行驶，由电动伸缩缸工作，以达到自动调节小车底板高度，实现自动种植的目的。

可以利用太阳能电池板供电拥有较强的续航能力，方便实现野外自动种植；送苗机构的创新，使自主种植系统和方法一次性携带的树苗大大增加，提高了自动种植的的效率；自动种植过后，小车对刚种植的树苗进行喷洒施肥，以提高树苗成活率。通过车载导航模块使种植小车精确导航，极大地提高了自动化程度，节省了人力物力。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，依据本实用新型的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围之内。

设计图

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