一种设施现代农业水培蔬菜智能无人收获系统及方法与流程

1.本发明涉及生态设施现代农业技术领域，具体为一种设施现代农业水培蔬菜智能无人收获系统及方法。


背景技术：

2.设施农业，是在环境相对可控条件下，采用工程技术手段，进行动植物高效生产的一种现代农业方式。设施农业涵盖设施种植、设施养殖和设施食用菌等。
3.水培蔬菜，是指大部分根系生长在营养液液层层中，只通过营养液为其提供水分、养分、氧气的有别于传统土壤栽培形式下进行栽培的蔬菜。水培蔬菜生长周期短，富含多种人体所必需的维生素和矿物质。
4.在水培芹菜、叶菜等蔬菜时，使用定植板进行培养种植，大约在25天左右，进行收获采摘。目前蔬菜收获时，需要人工将定植板从水中拿出来，放到指定地点，人工用剪刀沿定植板上表面剪切收获，由于水培大棚内一次性水培的蔬菜量大，通过人工的方式进行蔬菜的收割效率低，并且需要大量的人力，增加了蔬菜的生产成本，为此我们提出一种设施现代农业水培蔬菜智能无人收获系统及方法用于解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种设施现代农业水培蔬菜智能无人收获系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种设施现代农业水培蔬菜智能无人收获系统，包括定植板输送装置，所述定植板输送装置包括机架和相互平行安装在机架两侧的两个定植板输送带，两个定植板输送带之间具有等间距的空隙，两个所述定植板输送带共用同一个传动轴，所述传动轴端部与安装在机架一侧的第一电机驱动轴固接；
7.所述机架的两侧还固定安装有多个并排设置地侧部限位组件，所述侧部限位组件包括多个并列设置地滚动轮，多个所述滚动轮平行的位于定植板输送带的外侧；
8.所述定植板输送装置中部上方架设有收割装置，所述收割装置包括斜面输送装置和通过电机驱动的蔬菜输送带，所述蔬菜输送带横向架设在定植板输送装置上方，且蔬菜输送带的输出端安装有蔬菜收集箱，蔬菜输送带侧面架体上固定安装有所述斜面输送装置，所述斜面输送装置朝向定植板输送装置输入端方向并向下倾斜；
9.所述斜面输送装置的输入端安装有拨禾组件，所述拨禾组件由多个并列安装地拨禾轮构成，所述拨禾轮包括安装块和转动位于安装块上的拨禾叶片，相邻两个拨禾轮上的拨禾叶片交错设置，且拨禾叶片通过安装在安装块上的马达驱动；
10.所述拨禾组件的下方设置有一个切割刀组件，所述切割刀组件安装在斜面输送装置的架体上，切割刀组件包括平行安装地定锯盘和动锯盘，所述动锯盘相对于定锯盘做往复运动；
11.所述定植板输送装置的输出端横向放置有根系输送带，根系输送带的输出端下方
放置一个根系收集箱，所述根系输送带的架体上安装一个切割刀组件；
12.所述根系输送带的架体上朝向定植板输送装置的一侧安装有多个并列设置的定植板定位装置，所述定植板定位装置与定植板上任意一排种植孔一一对应，所述定植板定位装置包括第二气缸和弹性安装在第二气缸驱动端的定位帽，所述定位帽可活动卡接到种植孔内，定位帽的底部设有一个弧形凸出部，且定位帽的侧部和边缘处均安装一个接触开关，所述接触开关串联连接在延时继电器的供电电路上，所述延时继电器控制定植板输送带暂停运动后再启动；
13.根系输送带顶部架设有夹持移动装置。
14.优选的，所述侧部限位组件还包括与机架侧面固定连接地固定座，所述固定座上滑动安装有滑移座，且固定座外端通过第一气缸与滑移座连接，所述第一气缸推动或拉动滑移座向垂直于定植板输送带方向往复运动，所述滑移座上朝向定植板输送带的一侧转动安装有多个所述滚动轮；
15.所述滑移座顶部安装有水平设置地限位板，所述限位板的两端设有向上弯曲的弧形边。
16.优选的，所述滑移座底部固定安装有燕尾块，所述固定座顶部设有与燕尾块配合的燕尾槽。
17.优选的，所述斜面输送装置包括斜传送带和驱动斜传送带自下向上运动的第二电机，斜传送带的输出端位于蔬菜输送带的上方，所述斜传送带表面上沿着其输送方向固定安装有多个相互平行、且间隔相等的间隔软板。
18.优选的，所述拨禾轮与间隔软板的数量、位置一一对应，且拨禾轮正对着间隔软板下侧端部。
19.优选的，所述安装块上设有一个贯穿的安装腔，所述安装腔内顶部和底部均安装一个所述拨禾叶片，两个所述拨禾叶片分别通过两个独立的马达驱动，两个拨禾叶片之间交错设置。
20.优选的，所述切割刀组件还包括安装架，所述定锯盘固定安装在安装架内，所述安装架内还设有一个锯盘滑轨，所述动锯盘滑动卡接在锯盘滑轨内，所述安装架的其中一个端部固定安装有侧立架，所述侧立架顶部吊装一个第三电机，所述第三电机的驱动轴向下延伸、并固定连接一个转盘，所述转盘上偏心转动连接推杆的端部，所述推杆的另一端部与动锯盘一端转动连接。
21.优选的，所述定植板定位装置还包括固定连接在第二气缸驱动端的连接板，所述连接板的外端固定连接外导向杆，所述外导向杆内活动插接有内导向杆，所述定位帽的内端与内导向杆端部固接，所述外导向杆和内导向杆上同时套接有弹簧，所述弹簧的两端分别与连接板和定位帽连接。
22.优选的，所述夹持移动装置包括设备顶架和相互垂直交叉设置的上滑移导轨和下滑移导轨，所述下滑移导轨与上滑移导轨的上气缸滑块固接，所述下滑移导轨的下气缸滑块上安装多个第三气缸，所述第三气缸的驱动端连接气动夹，所述气动夹与定植板上任意一排种植孔一一对应。
23.一种设施现代农业水培蔬菜智能无人收获方法，包括以下步骤：
24.通过机械臂将种植有蔬菜的定植板放置于定植板输送装置上，其中定植板的两侧
位于两个定植板输送带上，种植有蔬菜的种植孔位于两个定植板输送带之间的空隙内；
25.通过第一气缸调节两侧滚动轮向外伸出的长度，使得滚动轮滚动挤压在定植板两侧，同时定植板顶部与限位板接触；
26.定植板在定植板输送带的带动下向收割装置方向运动，利用切割刀组件将经过的蔬菜根茎剪断，蔬菜经过拨禾组件时，受到两侧的拨禾叶片作用，倒在斜传送带上，并在斜传送带带动下，将已剪去根茎的蔬菜输送到蔬菜输送带上，并于蔬菜收集箱中集中处理；
27.已经完成蔬菜收割后的定植板由定植板输送装置向根系输送带方向输送，蔬菜收割后根茎残留在定植板的种植孔内；当定植板的前端面触碰到定位帽侧部的接触开关时，通过延时继电器控制定植板输送装置停止运动一段时间后再运动，在定植板停止运动的时间内，气动夹在上气缸和下气缸的驱动下运动到定植板上第一排种植孔上方，此时连接气动夹的第三气缸伸出，使得气动夹将种植孔内剩余的根茎夹起；
28.当气动夹对根茎夹起后，在夹持移动装置带动下将其根茎底部移动到切割刀组件上，对定植篮底部的根须进行切割，剪断后的根须通过根系输送带集中输送到根系收集箱内收集。
29.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
30.本发明中收割设备能够自动完成对定植板的连续输送，并在输送过程中对定植板上的蔬菜进行收割，节省人工，降低蔬菜的生产成本，提高蔬菜收割的效率。
31.在定植板输送装置的侧部设置滚动轮，对定植板限位的同时，还能对定植板输送，滑移座顶部的限位板对定植板上下方向限位，上限位板两侧设置成弧形边可以避免刮坏定植板。
32.通过拨禾叶片使得蔬菜向固定方向倒下，保证蔬菜收集箱内的蔬菜呈方向一致的摆放整齐。
附图说明
33.图1为本发明去除设备顶架后立体结构示意图；
34.图2为本发明主视图；
35.图3为本发明中局部结构示意图；
36.图4为本发明中定植板输送装置立体示意图；
37.图5为本发明中定植板输送装置侧视图；
38.图6为本发明中侧部限位组件示意图；
39.图7为本发明中侧部限位组件剖视图；
40.图8为本发明中收割装置立体示意图；
41.图9为本发明中收割装置侧视图；
42.图10为本发明中斜传送带结构示意图；
43.图11为本发明中切割刀组件结构示意图；
44.图12为本发明中切割刀组件局部结构示意图；
45.图13为本发明中拨禾轮结构示意图；
46.图14为本发明中拨禾轮剖视图；
47.图15为本发明中定植板定位装置结构示意图；
48.图16为本发明中定植板定位装置主视图；
49.图17为本发明中夹持移动装置立体示意图；
50.图18为本发明中夹持移动装置主视图；
51.图19为本发明中气动夹结构示意图。
52.图中：1定植板输送装置：11机架、12定植板输送带、13传动轴、14第一电机；
53.15侧部限位组件：151固定座、151a燕尾槽、152滑移座、152a燕尾块、153滚动轮、154第一气缸、155限位板、155a弧形边；
54.2收割装置：
55.21斜面输送装置：211斜传送带、212第二电机、213间隔软板；
56.22切割刀组件：221动锯盘、222定锯盘、223安装架、223a锯盘滑轨、224侧立架、225第三电机、226转盘、227推杆；
57.23拨禾组件：230拨禾轮：231安装块、231a安装腔、232拨禾叶片、234马达；
58.24蔬菜输送带、25蔬菜收集箱；
59.3根系输送带、301根系收集箱；
60.302定植板定位装置：3021第二气缸、3022连接板、3023定位帽、3024弧形凸出部、3025外导向杆、3026内导向杆、3027弹簧、3028接触开关；
61.4夹持移动装置：41设备顶架、42上滑移导轨、42a上气缸滑块、42b上气缸、43下滑移导轨、43a下气缸滑块、43b下气缸、44气动夹、45第三气缸。
具体实施方式
62.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
63.请参阅图1
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14，本发明提供一种技术方案：一种设施现代农业水培蔬菜智能无人收获系统，包括定植板输送装置1，定植板输送装置1包括机架11和相互平行安装在机架11两侧的两个定植板输送带12，两个定植板输送带12之间具有等间距的空隙，两个定植板输送带12共用同一个传动轴13，传动轴13端部与安装在机架11一侧的第一电机14驱动轴固接。
64.种植有蔬菜的定植板放置在两个定植板输送带12上，蔬菜的根系穿过定植板上的种植孔并向下伸出，并保证根系在两个定植板输送带12的空隙处，便于对定植板上的根系集中切割。
65.请参阅图4
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7，机架11的两侧还固定安装有多个并排设置地侧部限位组件15，侧部限位组件15包括与机架11侧面固定连接地固定座151，固定座151上滑动安装有滑移座152，且固定座151外端通过第一气缸154与滑移座152连接，第一气缸154推动或拉动滑移座152向垂直于定植板输送带12方向往复运动，滑移座152上朝向定植板输送带12的一侧转动安装有多个滚动轮153，多个滚动轮153平行的位于定植板输送带12的外侧，第一气缸154可以调节滚动轮153和定植板侧面的距离，保证滚动轮153接触在定植板侧面，对定植板起到限位的作用。
66.进一步的，为了便于滑移座152在固定座151上滑动，滑移座152底部固定安装有燕尾块152a，固定座151顶部设有与燕尾块152a配合的燕尾槽151a。
67.滑移座152顶部安装有水平设置地限位板155，限位板155的两端设有向上弯曲的弧形边155a，定植板顶部与限位板155接触，通过限位板155可减少定植板在输送以及蔬菜的切割过程中发生的晃动。
68.请参阅图3和图8，定植板输送装置1中部上方架设有收割装置2，收割装置2包括斜面输送装置21和通过电机驱动的蔬菜输送带24，蔬菜输送带24横向架设在定植板输送装置1上方，且蔬菜输送带24的输出端安装有蔬菜收集箱25，蔬菜输送带24侧面架体上固定安装有斜面输送装置21，斜面输送装置21朝向定植板输送装置1输入端方向并向下倾斜。
69.斜面输送装置21包括斜传送带211和驱动斜传送带211自下向上运动的第二电机212，斜传送带211的输出端位于蔬菜输送带24的上方，斜传送带211表面上沿着其输送方向固定安装有多个相互平行、且间隔相等的间隔软板213。
70.请参阅图13
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14，斜面输送装置21的输入端安装有拨禾组件23，拨禾组件23由多个并列安装地拨禾轮230构成，拨禾轮230包括安装块231和转动位于安装块231上的拨禾叶片232，相邻两个拨禾轮230上的拨禾叶片232交错设置，且拨禾叶片232通过安装在安装块231上的马达233驱动。
71.如图13所示，安装块231上设有一个贯穿的安装腔231a，安装腔231a内顶部和底部均安装一个拨禾叶片232，两个拨禾叶片232分别通过两个独立的马达233驱动，两个拨禾叶片232之间交错设置。
72.进一步的，拨禾轮230与间隔软板213的数量、位置一一对应，且拨禾轮230正对着间隔软板213下侧端部，
73.请参阅图11
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13，拨禾组件23的下方设置有一个切割刀组件22，切割刀组件22安装在斜面输送装置21的架体上，切割刀组件22位于定植板的上方，定植板在定植板输送装置1的带动下，向切割刀组件22方向运动，蔬菜经过相邻的拨禾轮230时，先由切割刀组件22将蔬菜割断，然后在拨禾叶片232的作用下，蔬菜一侧朝前被拨到在斜传送带211上，斜传送带211将剪掉根茎后的蔬菜输送到蔬菜输送带24上，并掉落到蔬菜收集箱25内，由于拨禾叶片232使得蔬菜向固定方向倒下，蔬菜收集箱25内的蔬菜呈方向一致的摆放整齐。
74.切割刀组件22包括平行安装地定锯盘222和动锯盘221，动锯盘221相对于定锯盘222做往复运动，定锯盘222固定安装在安装架223内，安装架223内还设有一个锯盘滑轨223a，动锯盘221滑动卡接在锯盘滑轨223a内，安装架223的其中一个端部固定安装有侧立架224，侧立架224顶部吊装一个第三电机225，第三电机225的驱动轴向下延伸、并固定连接一个转盘226，转盘226上偏心转动连接推杆227的端部，推杆227的另一端部与动锯盘221一端转动连接，第三电机225启动时，带动转盘226转动，使得偏心安装在转盘226上的推杆227跟随运动，其中动锯盘221在锯盘滑轨223a的限制下，只做平行于定锯盘222的直线运动，从而使得定锯盘222和动锯盘221上的锯齿交错运动，对蔬菜根茎进行切割。此外，切割刀组件22还可以采用本领域中贯穿的电动切割刀设备。
75.如图1
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2所示，设备的顶部设置夹持移动装置4，夹持移动装置4包括设备顶架41和相互垂直交叉设置的上滑移导轨42和下滑移导轨43，下滑移导轨43与上滑移导轨42的上气缸滑块42a固接，下滑移导轨43的下气缸滑块43a上安装多个第三气缸45，第三气缸45的驱
动端连接气动夹44，气动夹44与定植板上任意一排种植孔一一对应，通过气动夹44对定植板上残留的根茎进行夹持，且气动夹44每次夹持一排根茎，定植板也在定植板定位装置302的作用下，间断式输送。
76.如图17
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19所示，上滑移导轨42和下滑移导轨43分别通过上气缸42b和下气缸43b驱动，上气缸42b的驱动端连接上气缸滑块42a，下气缸43b的驱动端连接下气缸滑块43a，上气缸滑块42a的运动方向与定制板输送带12的输送方向平行，下气缸滑块43a的运动方向与定制板输送带12的输送方向垂直。
77.请参阅图1
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3以及6
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7，根系输送带3的架体上朝向定植板输送装置1的一侧安装有多个并列设置的定植板定位装置302，定植板定位装置302与定植板上任意一排种植孔一一对应，定植板定位装置302包括第二气缸3021和弹性安装在第二气缸3021驱动端的定位帽3023，定位帽3023可活动卡接到种植孔内，定位帽3023的底部设有一个弧形凸出部3024，弧形凸出部3024可以插接到定植板上的种植孔内，且定位帽3023的侧部和边缘处均安装一个接触开关3028，接触开关3028串联连接在延时继电器的供电电路上，延时继电器控制定植板输送带12暂停运动后再启动。
78.进一步的，如图15
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16所示，定植板定位装置302还包括固定连接在第二气缸3021驱动端的连接板3022，连接板3022的外端固定连接外导向杆3025，外导向杆3025内活动插接有内导向杆3026，定位帽3023的内端与内导向杆3026端部固接，外导向杆3025和内导向杆3026上同时套接有弹簧3027，弹簧3027的两端分别与连接板3022和定位帽3023连接。
79.一种设施现代农业水培蔬菜智能无人收获方法，包括以下步骤：
80.通过机械臂将种植有蔬菜的定植板放置于定植板输送装置1上，其中定植板的两侧位于两个定植板输送带12上，种植有蔬菜的种植孔位于两个定植板输送带12之间的空隙内；
81.通过第一气缸154调节两侧滚动轮153向外伸出的长度，使得滚动轮153滚动挤压在定植板两侧，同时定植板顶部与限位板155接触；
82.定植板在定植板输送带12的带动下向收割装置2方向运动，利用切割刀组件22将经过的蔬菜根茎剪断，蔬菜经过拨禾组件23时，受到两侧的拨禾叶片232作用，倒在斜传送带211上，并在斜传送带211带动下，将已剪去根茎的蔬菜输送到蔬菜输送带24上，并于蔬菜收集箱25中集中处理；
83.已经完成蔬菜收割后的定植板由定植板输送装置1向根系输送带3方向输送，蔬菜收割后根茎残留在定植板的种植孔内；
84.当定植板的前端面触碰到定位帽3023侧部的接触开关3028时，通过延时继电器控制定植板输送装置1停止运动一段时间后再运动，在定植板停止运动的时间内，气动夹44在上气缸42b和下气缸43b的驱动下运动到定植板上第一排种植孔上方，此时连接气动夹44的第三气缸45伸出，使得气动夹44将种植孔内剩余的根茎夹起；
85.当气动夹44对根茎夹起后，在夹持移动装置4带动下将其根茎底部移动到切割刀组件22上，对定植篮底部的根须进行切割，剪断后的根须通过根系输送带3集中输送到根系收集箱301内收集。
86.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换
和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。