电力推进的农业缆索牵引系统的制作方法

专利名称：电力推进的农业缆索牵引系统的制作方法
电力推进的农业缆索牵引系统本发明涉及一种电力推进的农业缆索牵引系统。更具体地说，本发明涉及的上述类型的系统，包括两部分机器组成，对每一部分具体地研究和实现，以能够采用最好的技术特性应用于农业缆索牵引机械。至少从十九世纪末就已知有缆索牵引犁地。通过观察与现代农业技术相关的附属现象，这些现象总是更多地是危害农田的生态系统，申请人了解到应用缆索牵引犁地可以解决许多与现代农业相关的问题。特别是，已经发现，重型机械在地面上的反复通过是对造成地面土壤结构的破坏 起较大作用的因素，它导致地面下的土壤结构被压实，破坏细菌的微观动物区系，这对地面上的生物是至关重要的，改变其水文特征。如前所述，用于对田地进行工作的农具(如犁，f巴，播种机，肥料，喷雾器等等)，在一定的历史时期(从约1850年到约1940年)内是有缆索牵引系统操作。当蒸汽动力发展到有足够的动力推动内燃牵引机械，也考虑到其重量是必要的以确保足够的粘附力，且同时牵引上述农机具时，上述技术开始发展。对上述技术的放弃是与现代牵引机械的轮式动力的发展以及新轮胎相一致，且与相适应，其中后者已被成功采用，放弃了缆索牵引系统。至于缆索牵引，其主要应用于已被开发采用蒸汽推进的缆索牵引机械(也被称为“fables”)。一些迹象表明在意大利自 1890 年(在 Fraforeano 的 Conte Eng. De Asarta,Barone Traves di Boinfigli,Verona,Doct. Cattadori,Piacenza(皮亚琴察)这些地方)起仍然在应用缆索牵引系统的。在这种情况下，它们为螺旋系统，即，带有环绕地面的绳子的系统。换句话说，老式的霍华德(old Howard)设备被使用，带有鼓式卷扬卷扬机，如由在Ariano Polesine (阿里亚诺波莱西)的Violati Tescari所制造的,其于1913年实现了原型，并在Parma (帕尔马)的单一种植(Monocoltura)竞赛中出现。下一代采用了福勒(Fowler)技术，基于向待犁耕地的畦头提供两个相反的卷扬机。而在1914年，制造商的注意力始终更多地基于后一个的系统上，由于它们相对于前几代提高了机械效率。所述技术的一个实施例是代表在意大利米兰的Elettriche公司的Brioschi公司所制造的机器。上述技术的主要问题是与推进力的类型相关，特别是与在配置上的可用动力和外部的困难相关的沉重的载重。在上述的基础上，申请人已经认识到了允许对缆索牵引犁地技术的积极和创新性应用的技术方案，利用其积极的特点。本发明的主要目的是通过在缆索牵引犁地中引进电力推进以提供技术解决方案，以避免上面提到的所有技术问题，。本发的其他目的是提供一个解决方案，该方案允许满足京都议定书提出的限制温室气体(CHG)排放要求，以及几乎完全地减低噪声，使得自然环境平衡的改变。
本发明的进一步目的是提供一个解决方案，该方案可大幅修改传统的土地与人的人类学关系，该关系通常基于身体疲劳。本发明的一个进一步目的是提供一个解决方案，该方案保持在工作过程中不使地面物理结构退化，而该退化是通过传统的农业机械(总是动力更强大，更重的以及更多污染的)反复通过而造成的。这些和其他的结果是根据本发明而获得的，本发明提出了一种采用两个机械的系统，这两个机械能够作为自移动的缆索牵引犁地机械来操作，带有自动驾驶和电力推进，能很容易地实现并切实实现，可以安全和有效地操作，并不昂贵。因此，本发明的特定目标是带有电力推进的农业缆索牵引系统，所述系统包括两个农业机械，分别为左手的机械的和右手的机械，作为一对而工作，所述左手和右手的机械在技术上是相同的，每个机械设置有框架，该框架带有四个轮子；驾驶和翻转控制单元； 设置有安全离合器的卷扬机，在其周围有缆索缠绕；用于稳定的支腿，该支腿位于机械的工作侧，朝向所要耕种的土地；以及用于稳定的重量(配重)；用于独立和远程地自动驾驶的设备；所述左手和右手的机械作为一对而进行的工作通过所述的具有适当的弹性和拉伸强度特性的缆索来实现，缆索在这两个机器的各自的卷扬机之间延伸，并在工作中卷绕和退绕，在所述缆索上设置有农具，该农具在所述缆索卷绕在所述卷扬机上的同时在左手和右手的机械之间移动，所述系统的特征在于，对应于所述农具和所述缆索的联接，设置伸缩臂，该伸缩臂能够在机械为定位到下一个工作位而前进的期间提起缆索。 根据本发明，提供有四个驱动和转向轮。尤其地，所述卷扬机设置有发动机和电池，最好是供应有动力的电池，该动力由连接到每一个机器上的电缆和/或太阳能电池阵列上的动力线所提供，用于稳定的支腿为电动支腿。此外，根据本发明，在每个机械上设置有工具载体和倾斜工作表面，以及用于定位独立、远程地自动驾驶设备和/或通信设备的转动架。仍然根据本发明，该系统包括用于所述工具的快速钩挂和释放系统。特别地，所述系统包括至少一个以下的工具一单一或多个铧式翻转犁，一带有弹簧、尖钉或圆盘的翻转耙，一可翻转割草机，一双面自动装填播种机，一双面自动装填施肥机，一双面喷药杆，一底土耕犁机或松土机，一双向辊子，剑桥(Cambridge)型或平滑型，一收割机。最好地，所述用于独立和远程地自动驾驶的装置允许实施有自动驾驶系统，其允许用户一在故障或异常的情况下设定为安全模式(带有停止);—限定工作周界和田地耕作模式；
一两个机械跟随设定的路径；一在两个机器之间保持相同的距离；一按照从设定在工作农具上的可选WSN传感器的输入而放慢或加快工作；一在道路上遇到障碍的情况下紧急停止。特别地，所耕作的土地的周界以边界而具体化，该边界(网、栅栏、围墙、篱笆或相同距离间隔的杆)可由激光扫描仪所显示，从而，通过在控制台上的GIS(地理信息系统)图形的应用程序，用户可定位在物理上 具体化的土地周界，所述用来独立和远程自动驾驶的装置查证具体的边界位置，这通过激光扫描仪和GPS的地域参照显示，与输入(和地图)相符合，在异常(物理边界不存在或与地图不符)的情况下，系统进入安全模式，停止工作并向控制台发送警报。根据本发明，每个机器上的所述独立和远程自动驾驶装置包括—在两个机器上的系统，包括处理单元、通信单元、一个GPS接收器、激光扫描仪、照相机(可选)；一远程控制台，该远程控制台包括控制计算机、图形用户界面和通信单元。现在将为了说明而不是限制性的目的而根据其优选实施例描述本发明，，特别参考附图中的数字，其中图I是根据本发明的系统的(左手)机械的后视立体图；图2是根据本发明的系统的(右手)机械的分解视图；图3显示了带有牵引绳的图I和2的机械；图4显示了根据本发明的系统的机械，带有工具载体和设置有种子容器的倾斜工作表面；图5显示了用于根据本发明的系统的机械的第一工具(带齿的耙);图6显示了用于根据本发明的系统的机械的第二工具(带圆盘或莫尔加诺式(morgano)辦巴)；图7显示了用于根据本发明的系统的机械的第三工具(割草机)；图8显示了用于根据本发明的系统的机械的第四工具(松土机或底土耕犁机)；图9显示了用于根据本发明的系统的机械的第五工具(辊子)；


图10显示了用于根据本发明的系统的机械的第六工具(播种机)；
图11显示了用于根据本发明的系统的机械的第七工具(施肥机)；
图12显示了用于根据本发明的系统的机械的某些工具；
图13和14显示了根据本发明的系统的机械的步骤I和步骤I至步骤2的工作状态；
图15显示了根据本发明的系统的机械的割草工作；
图16显示了根据本发明的系统的机械的工具提升操作；
图17显示了根据本发明的系统的机械的种子装填操作；
图18显示了根据本发明的机械的系统的缆索铺设伸缩臂的详细图。首先参照附图中的图I和2，其中显示了根据本发明的系统的机械，总的由附图标记I表示。显然，根据本发明，需要为缆索牵引犁地提供两个机械1，它们相互工作联接。在任何情况下，对于本发明的目的，仅描述所述的机器中的一个就足够了，因为它们在操作时是完全对称的。机械I设置有框架2，该框架设置有四个转向驱动轮3，驾驶和翻转控制单元4。卷扬机5被安装在所述框架2上，所述卷扬机设置有电机6和电池7，在图中所示的方案中，对电机和电池供应能量，该能量通过由电缆(未显示)所连接的电极所提供，以及作为辅助模式，由8个安装在机械上的太阳能电池板所提供。卷扬机设置有防止破坏缆索13的安全离合器16。每个机械I提供了稳定电动支腿9(设置在机械I的 操作面上，即，朝向所要工作的地面的内部)，和稳定重量10 (配重)。在机械I的背后提供有一个倾斜工作表面11。在上方，机械I设置有转动架12,用于定位独立和远程自动驾驶的设备和/或通信设备。根据本发明的方案提供了电子单元(在驱动单元内，因而在图上不可见)，该电子单元控制机械的操作并管理驾驶和操作程序，该驱动和操作程序通过自动和远程自动驱动，没有司机，并基于也采用并行跟踪系统的算法。机械I也可以由自动驾驶转向手动驾驶，这对于将机械I从一块田地转移到到另一块田地是有用的。为了获得以上功能，提供驾驶单元4。电子单元提供了一个先进的定位系统，其包括一卫星、雷达和激光系统，接收用来管理在各种条件下的自动驾驶、避开障碍物和地面不平整、以及管理机械之间的对准与沿田地的前进的所有必要信息。电子系统进一步还包括基于Wi-Fi的机械之间通讯系统，以及设置在工具上的可选传感器，无线传感器网络(WSN)旨在确保机械之间的同步，并防止工作失误。现在还参照图3，其中还显示了缆索13，该缆索在卷扬机5上卷绕和退绕，并且在缆索上联接土地工作工具(图中未显示)，图5至11中显示了工具的一些类型。具体来说，图5显示了带有齿101的耙，图6显示了带有圆盘102或莫尔加诺式耙，图7显示了割草机103，图8显示了底土耕犁机或松土机104，图9显示了辊子105，
图10显示了收割机106，
图11显示了施肥机107。如已经说过的，当使用根据本发明的系统时，放在要进行工作的田地的相反侧的两个机械I (分别为一个右手的机械和一个左手的机械)，每个机械带有卷扬机5，在卷扬机上缠绕有一根或两根金属缆索，每根缆索的长度至少等于两个机器之间的距离。缆索13的自由端被固定到工具(例如图5所示的带有齿102的耙)的相对的挂钩上。启动卷扬机5中的一个(主动卷扬机)，并使第二个处于空闲模式下(被动卷扬机)，工具102将朝着机械I移动，施加牵引力，从而沿着两个机械I之间的方向(根据箭头)对土地进行工作(在现在的情况下是耙地)。如
图18所示，设置在工具102上的伸缩臂直接根据下一个主动工作位置(如播种和施肥)来放置缆索13，以允许进行工作而甚至不损坏该工作位置。一旦处于路径的末端，如果有必要，工具102将由转换机构翻转，该转换机构将工具设定成根据相反的方向进行工作，或者以该工具的双向构型来使用该工具，例如耙102。现在，根据本发明的使用电子定位系统的机械I将移动一个与工作宽度(如犁地宽度)相等的主动长度，并且对卷扬机5的致动将被反转驱动(主动)机械I将它的卷扬机5置于空闲模式(从而变被动)，而第二(被动)机械将驱动器卷扬机5 (从而变为主动)。前面已经说过，每一个工具的前进方向转换，机械将沿着侧面畦头前进等于工作宽度的距离。为了避免中断工作的需要，位移是交替的，S卩，在每一行程的开始，仅移动工具所移动远离且带有空置卷扬机5的机械。位移的开始经电子控制系统而发生，其中的算法模拟了福勒机械系统，不使用地面上的锚定点。交换和位移速度对于防止缆索摩擦损失以及缆索在地面上的滑动是至关重要的。在对整个田地的工作结束时，工具将通过销子而从缆索上释放，并且缆索13卷绕到卷扬机5,因此允许机械I为后续工作的运动。 机器I的电力供应由一个表面电极(全部或部分地固定的或可移动的)(未显不)确保，该表面电极位于要进行耕作的田地的地头。获得所建议技术的最好的开发，也为邻近进行工作的田地的农场提供可再生能源(如光能，风能或生物质能)。机械I或者为驾驶机器，该驱动机器将农业工具100 (齿耙和/或圆盘或莫尔加诺式耙、播种机、松土机或底土耕犁机，辊子，施肥机)连接到由电动卷扬机5操作的两根钢索13，电动卷扬机5可以是垂直或水平轴线滚筒式。轮子3的电机14、工具提升滑动件15、安全离合器16和开关灯17在各个图中显
/Jn ο根据本发明的机械可进一步包括用于独立和远程自动驾驶的装置，该装置包括硬件和软件部件，在驾驶用于土地耕作的装置的同时，必须确保一高安全水平，同时允许对路径的简单编程，且适当覆盖所要进行工作的表面。独立和远程自动驾驶的装置必须能一在故障或异常情况下设置安全模式(停止)；一允许操作者确定工作周界和对土地的工作模式；一使两个机械跟随设定路径；一保持两个机械之间的距离；一按照来自设置于工作工具上的可选WSN传感器的输入而放慢或加快工作；一在沿道路出现障碍的情况下紧急停止。为了确保安全运行，处于工作状态的田地的周界必须由一个极限来建立，该极限能被激光扫描器检测(网，栅栏，围墙，篱笆，或彼此间隔规定距离的杆)。通过在控制台上的GIS (地理信息系统)图像应用程序，操作者使田地地图的周界具体化。独立和远程自动驾驶的装置确定由激光扫描仪检测并通过GPS进行地理参照的定位极限，对应于从操作控制台接收到的指令(以及地图)。如果检测到异常(没有物理极限或没有与地图对应)，则系统进入安全模式，中断工作并向控制台发送警报。每个机器控制台上的独立和远程的自动驾驶的装置包括一机载系统；
一远程控制台；两个机械的每一个均提供有一个系统，该系统包括一处理单元；一通信单元；一GPS 接收机；—激光扫描仪；一照相机(可选)。控制台上设置有一控制计算机；图形界面；一通信单元。处理单元包括“安全的临界”应用计算机，该应用计算机基于带有通过2002体系结构连接的两个处理器的计算系统。根据2002范例，包括处理单元的两个处理器实施相同的功能，将中间结果进行比较。一旦其中一台计算机检测到不一致，它会将处理单元置于安全模式，在涉及对于整个系统的异常/故障的停止的状态下进行受控制的事务处理，并向控制台发送报警。两个机械和控制台通过安全协议使用Wi-Fi物理信道传输数据实现通信。该安全协议确保一通信的完整性。将拒绝损坏数据并再次发送；一不同单元的同一性。三个单元(两个装置和控制台)明确地与密钥相连，以使其他实体或错误编址的恶意或偶然入侵变得不可能；一确保正确的数据序列，将序列ID和“时间标识”关联于各个数据包。在缺乏通讯或存在数据流异常的情况下，驾驶系统软件进入系统。两个机器中的每一个设置有有一个GPS接收机，用于确定在田地上的工作路径。两种装置中的每一个设置有二维激光扫描仪，用于一个别确定所要进行工作的土地的界限；一个别确定土地上可能的障碍；一评估两个机器的相互位置。两个机器可提供有WSN模块，该WSN模块与工具的机载可选传感器通信，并接收适于修改的信息，和/或使工作参数适应于气候和地面条件。两个机器可提供有照相机，不是驾驶的目的，而使为了可以用于从操作员控制台显现出田地。控制台基于一个适合用于一个开放的环境的“移动PC机”(控制计算机)中，该计算机提供有图形界面来定义工作程序，即，限制机械的路径(地面周界)并定义工作路径和模式。通过通信单元，控制台可以向机械传输工作方案，验证机器的位置，实施诊断活动，中断或修正工作。
自动驾驶装置的流程图
权利要求
1.带有电力推进的农业缆索牵引系统，所述系统包括两个农业机械，分别为一个左手 机械(1)和一个右手机械(1)，它们作为一对而工作，所述左手和右手机械(1)在技术上 相同，每个机械(1)设置有框架(2)，所述框架带有四个轮子(3);驾驶和翻转控制单元 (4);卷扬机(5)，所述卷扬机设置有安全离合器(16)，在所述卷扬机上缠绕有缆索(13);用 于稳定的支腿(9)，所述支腿在机械(1)的工作侧，并朝着待耕田地；以及用于稳定的重量 (10)(配重)；独立和远程自动驾驶的装置，所述左手和右手机械(1)作为一对而进行的工 作通过所述缆索(13)实现，所述缆索具有适当的弹性和拉伸强度特性，在两个机器各自的 卷扬机(5)之间延伸，在工作过程中进行卷绕和退绕，在所述缆索(13)上设置有农业工具 (100)，在所述缆索(13)绕所述卷扬机(5)进行卷绕的同时，该农业工具在所述左手和右手 机械(1)之间移动，所述系统的特征在于，与农业工具(100)和所述的缆索(13)的联接相 对应，设置有伸缩臂，该伸缩臂能够在机械(1)为了在下一个工作位置中定位而前进的期 间提升缆索(13)。
2.根据权利要求1所述的带有电力推进的农业缆索牵引系统，其特征在于，设置有四 个驱动和转向轮(3)。
3.根据前述权利要求所述的带有电力推进的农业缆索牵引系统，其特征在于，所述卷 扬机(5)设置有发动机(6)和电池(7)，优选地，电池供应有电力，该电力由连接到设置在每 个机械⑴上的电力缆索和/或太阳能电池阵列⑶的电源线所提供。
4.根据前述任一权利要求所述的带有电力推进的农业缆索牵引系统，其特征在于，所 述用于稳定的支腿(9)是电动的支腿。
5.根据前述任一权利要求所述的带有电力推进的农业缆索牵引系统，其特征在于，在 每个机械(1)上设置有工具载体和倾斜工作表面(11)。
6.根据前述任一权利要求所述的带有电力推进的农业缆索牵引系统，其特征在于，每 个机械(1)设置有转动架，该转动架用于定位独立和远程自动驾驶设备和/或通信设备 (12)。
7.根据前述任一权利要求所述的带有电力推进的农业缆索牵引系统，其特征在于，其 包括用于所述劳动工具的快速钩挂释放系统。
8.根据前述任一权利要求所述的带有电力推进的农业缆索牵引系统，其特征在于 所述系统包括至少一个以下的工具一单一或多个铧式翻转犁，一带有弹簧、尖钉(101)或圆盘(102)的翻转耙，一可翻转割草机(103)，一双面自动装填播种机(106)，一双面自动装填肥料机(107)，一双面喷药杆，一底土耕犁机或松土机(104)，一双向辊子(105)，剑桥型或光滑型，一收割机。
9.根据前述任一权利要求所述的带有电力推进的农业缆索牵引系统，其特征在于，所 述的独立和远程自动驾驶装置允许实现自动驾驶系统，其允许用户一在故障或异常的情况下设定到安全模式(带有停止的)中； 一定义工作周界和田地耕作模式； 一使两个机械跟随设定的路径； 一在两个机械之间保持相同的距离；一按照来自设定在工作工具上的可选WSN传感器的输入而放慢或加快工作状态； 一在道路上遇到障碍的情况下紧急停止。
10.根据权利要求9所述的带有电カ推进的农业缆索牵引系统，其特征在干，所要耕作 田地的周界以边界而被具体化，该边界(网，栅栏，围墙，篱笛，或相同距离间隔的杆)由激 光扫描仪显示，因此，通过在控制台上的GIS (地理信息系统)图形应用程序，用户定位物理 上具体化的犁地周界。
11.根据权利要求9或10所述的带有电カ推进的农业缆索牵引系统，其特征在干，所述 独立和远程自动驾驶的装置验证具体的边界位置与输入(和地图)相符合，该边界位置通 过激光扫描仪和GPS的地理參照来显示，在异常(物理边界不存在或与地图不符)的情况 下，系统进入安全模式，停止工作并向控制台发送警报。
12.根据权利要求9或10或11所述的带有电カ推进的农业缆索牵引系统，其特征在 于，每个机械(1)上的独立和远程自动驾驶装置包括一两个机械上的系统，包括处理单元、通信単元、GPS接收机、激光扫描仪、照相机(可 选)；一远程控制台，包括控制计算机、图形用户界面和ー个通信単元。
13.根据权利要求9-12所述的带有电カ推进的农业缆索牵引系统，其特征在干，提供 有ー个软件，所述软件执行以下步骤a.工作地理周界的设置b.工作物理周界的划界c.工作验证d.开始工作e.工作。
14.根据权利要求13的带有电力推进的农业缆索牵引系统，其特征在干，在所述的エ 作步骤(e)中，执行下列步骤ー启动条件 从a侧向b侧观察地面；在田地左侧、卷扬机朝向右端开放的第一牵引机，(左手机械)； 在田地右侧、卷扬机朝向左端开放的第二牵引机，(右手机械)； 从而步骤1)第一牵引机释放工作工具；步骤幻第二牵引机将卷扬机放置在空闲模式下，即张カ最小； 步骤幻第二牵引机释放并提升自己的支腿； 步骤4)第二牵引机前进相当于机械长度的距离； 步骤幻第二牵引机将自己的支腿插入田地内，以具有最高阻力； 步骤6)第二牵引机通过它的卷扬机朝向自己拖拽工具；线路进行了工作之后，第二牵引机沿着导轨提升工作工具； 步骤8)第二牵引机释放工作工具；步骤9)第一牵引机将卷扬机放置在空闲模式下，即张力最小；步骤10)第一牵引机释放并提升自己的支腿；步骤11)第一牵引机前进相当于机械长度的距离；步骤12)第一牵引机将自己的支腿插入田地内，以具有最高阻力；步骤13)第一牵引机通过它的卷扬机朝向自己拖拽工具；步骤14)在对路线进行了工作之后，第一牵引机沿着导轨提升工作工具。
全文摘要
本申请涉及一种带有电力推进的农业缆索牵引系统，所述系统包括两个农业机械，分别为左手机械(1)和右手机械(1)，它们作为一对而工作，所述左手和右手机械(1)技术上相同，每个机械(1)设置有框架(2)，带有四个轮子(3)；驾驶和翻转控制单元(4)；卷扬机(5)，提供有安全离合器(16)，在卷扬机上缠绕有缆索(13)；千斤顶(9)，在机械(1)的工作侧、朝着待耕田地，用于稳定；以及用于稳定的重量(10)(配重)；独立和远程自动驾驶的设备，所述左手和右手的机械(1)作为一对而进行的工作通过具有适当的弹性和拉伸强度的所述缆索(13)来实现，该索缆在这两个机器各自的卷扬机(5)之间延伸，在工作过程中卷绕和退绕，所述缆索(13)上设置有农具(100)，在缆索(13)绕所述卷扬机(5)进行卷绕的同时，该农具在所述左手和右手机械(1)之间移动，所述系统的特征在于，与农具(100)和所述的缆索(13)的联接相对应，设置有伸缩臂，该伸缩臂能够在机械(1)为在下一个工作位置进行定位而前进期间提升缆索(13)。
文档编号A01B69/00GK102665384SQ201080036067
公开日2012年9月12日 申请日期2010年8月4日 优先权日2009年8月12日
发明者安德里亚·佐佛利, 罗曼诺·奥兰多 申请人:安德里亚·佐佛利, 罗曼诺·奥兰多