一种基于超声波的手扶式智能施肥机械及施肥方法技术

一种基于超声波的手扶式智能施肥机械及施肥方法，该施肥机械包括车体，车体上设置电源、动力模块、施肥装置、控制模块和机械手模块，所述动力模块、施肥装置、机械手模块分别与控制模块相连，动力模块、控制模块、机械手模块分别与电源相连；本发明专利技术具有自动控制且控制精准、震动小、噪音小、尾气污染小、操作简单等特点，通过对开沟位置与作物之间距离及开沟深度的精准控制，可以实现对肥料的充分使用，减少了不必要的浪费，施肥效果更佳，适用于不同的作业环境，可应用在一般开沟机械无法进入的果园、茶园和桑园等环境，可以针对不同的作物进行施肥，使用范围更广，实用性更强。

A Hand-held Intelligent Fertilizer Applying Machine and Method Based on Ultrasound

A hand-held intelligent fertilization machine and fertilization method based on ultrasonic wave includes a car body with power supply, power module, fertilization device, control module and manipulator module. The power module, fertilization device and manipulator module are respectively connected with the control module, and the power module, control module and manipulator module are respectively connected with the power supply. It has the characteristics of automatic control, precise control, small vibration, low noise, little pollution of tail gas and simple operation. By precise control of the distance between ditching position and crop and the depth of ditching, the full use of fertilizer can be realized, unnecessary waste can be reduced, and the effect of fertilization is better. It is suitable for different working environments and can be applied in orchards which are not accessible by general ditching machinery. Tea plantation, mulberry plantation and other environments can be fertilized for different crops, with a wider range of use and stronger practicability.

【技术实现步骤摘要】
一种基于超声波的手扶式智能施肥机械及施肥方法
本专利技术属于农业机械
，涉及一种基于超声波和PLC处理器的犁地与施肥的结合装置，更具体地说，涉及一种基于超声波的手扶式智能施肥机械及施肥方法。
技术介绍
农业是我国第一产业，农业生产关乎国家和人民生存发展大计。为了丰收，农民需要在农作物种植的时候翻土进行播种，犁地机是完成这项工作必不可少的农业机械，但是由于种植农作物的不同需要犁地的深度也不同，现在虽然有可以改变深度的犁地机，但是其均是人工操作，误差太大，太难根据种植物的特性合理控制犁地深度，同时也没有在犁地的同时精确的施肥。目前，节能环保是世界能源发展的主题。而有机肥施肥方法通常采用开沟机械进行开沟施肥，由于开沟方式破土体积大，需要开沟机械功率大，体积和重量也相应较大，作业时能耗高、噪音大。由于开沟机械体积重量大，不适合山区、丘陵等坡度较大地区作业，也不适用于空间有限的作业环境，如果园、茶园和桑园等，目前这些地方主要以人力开沟施肥为主，效率较低，劳动繁重。现有的手持式打洞机械也可作施肥机械用，一般是以两冲程汽油机为动力源，但是该类机械启动时采用手拉绳方式，操作较难，而且由于钻头暴露，也存在安全隐患；工作时汽油机震动和噪音强烈，手持操作时对操作者影响很大，加上汽油机尾气排放，长时间连续工作对操作者健康有不良影响，同时也不符合当今世界节能环保的主题。所以，急需探索一种低功耗、操作方便的施肥机械。
技术实现思路
有鉴于此，为解决上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于超声波的手扶式智能施肥机械及施肥方法，具有自动控制且控制精准、震动小、噪音小、尾气污染小、操作简单等特点，通过对开沟位置与作物之间距离及开沟深度的精准控制，可以实现对肥料的充分使用，减少了不必要的浪费，施肥效果更佳，适用于不同的作业环境，可应用在一般开沟机械无法进入的果园、茶园和桑园等环境，可以针对不同的作物进行施肥，使用范围更广，实用性更强。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于超声波的手扶式智能施肥机械，包括车体，所述车体包括车轴、设置在车体一端的扶手，车体上设置电源、动力模块、施肥装置、控制模块和机械手模块，所述动力模块、施肥装置、机械手模块分别与控制模块相连，动力模块、施肥装置、控制模块、机械手模块分别与电源相连；所述控制模块包括PLC处理器、PLC控制器和超声波测距传感器，超声波测距传感器分别与PLC处理器、PLC控制器连接，PLC处理器与PLC控制器连接，所述车体前端的两侧分别设有PLC处理器、电源和机械手模块，任意一侧的PLC处理器处设置PLC控制器；所述机械手模块设在车体的前端，机械手模块包括机械手、第一伺服电动机、第一伺服电动机驱动器、第二伺服电动机、第二伺服电动机驱动器、第三伺服电动机和第三伺服电动机驱动器，所述机械手包括承重柱、上支撑板、下支撑板、气缸体和滑台，承重柱的底端与车体连接且设置下支撑板，承重柱的顶端通过上支撑板设置气缸体和滑台，滑台边缘设有相连的第二伺服电动机和第二伺服电动机驱动器，滑台的上部设有与滑台啮合滑动的卡槽，卡槽上方连接Y向底座、Y向气缸、Y向导杆以及Y向气缸导杆，在所述Y向导杆的顶部设有第一底座，第一底座上设有相连的第二伺服电动机和第二伺服电动机驱动器，所述第一底座的另一侧设有Z向底座、Z向气缸、Z向导杆以及Z向气缸导杆，Z向导杆的底部连接第二底座，第二底座的边缘设有相连的第三伺服电动机和第三伺服电动机驱动器，第三伺服电动机的下方设置位于开沟器上方前端的超声波测距传感器；所述施肥装置包括肥料箱和开沟器，位于第四电动机的前方在车体中部设置所述肥料箱，位于肥料箱的前方在钳臂的底部设置所述开沟器；所述动力模块包括第四电动机、大齿轮、中齿轮和小齿轮，所述车体的后端设置第四电动机，所述第四电动机、大齿轮、中齿轮、小齿轮依次相连，所述小齿轮连接车轴。进一步的，所述肥料箱的底部设有漏肥孔。进一步的，所述机械手为三轴机械手。进一步的，所述开沟器通过钳臂设在第二底座的下方。进一步的，所述Y向底座上设置Y向气缸，Y向气缸连接有Y向气缸导杆，Y向气缸导杆上设有相配合的Y向气缸导杆槽，Y向导杆与Y向气缸导杆相平行设置，Y向导杆上设有相配合的Y向导杆槽。进一步的，所述Z向底座上设置Z向气缸，Z向气缸连接有Z向气缸导杆，Z向气缸导杆上设有相配合的Z向气缸导杆槽，Z向导杆与Z向气缸导杆相平行设置，Z向导杆上设有相配合的Z向导杆槽。进一步的，所述Y向气缸、Z向气缸均与气缸体相连。进一步的，所述第一伺服电动机驱动器、第二伺服电动机驱动器、第三伺服电动机驱动器、第四电动机、漏肥孔、气缸体、Y向气缸、Z向气缸均与PLC控制器相连。一种基于超声波的手扶式智能施肥机械的施肥方法，包括以下步骤：S1：启动电源，PLC控制器控制并启动第四电动机，该施肥机械启动；S2：作业前，根据作物的种类，在PLC控制器上输入信号，PLC处理器根据输入信号发出命令，并控制第二伺服电动机驱动器的启动；S3：同时，在第二伺服电动机的作用下，机械手在Y向导杆上滑动，PLC控制器通过控制机械手在Y向导杆上的运动状态，进而精准控制开沟器与作物之间的距离；S4：作业时，首先打开肥料箱底部漏肥孔的开关，同时，开沟器上方前端的超声波测距传感器实时检测作物根系在土壤中的深度，并将探测信号传输给PLC处理器，PLC处理器根据接收到的探测信号发出命令，并控制第三伺服电动机驱动器的启动；S5：同时，在第三伺服电动机的作用下，机械手在Z向导杆上滑动，PLC控制器通过控制机械手在Z向导杆上的运动状态，进而精准控制开沟器的开沟深度；S6：作业结束时，关闭肥料箱底部漏肥孔的开关，随后关闭电源。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的开沟器由机械手控制，适用于多种地形及农作物区域，本专利技术的施肥机械与一般开沟施肥机械相比，可应用在一般开沟机械无法进入的果园、茶园和桑园等环境；与其他手扶式柴油机动力打洞机械相比，具有震动小、噪音小、尾气污染小、操作简单且自动控制等特点；2、本专利技术的机械手模块，通过对开沟位置与作物之间距离及开沟深度的精准控制，可以实现对肥料的充分使用，减少了不必要的浪费，施肥效果更佳；3、本专利技术的施肥方法，通过超声波测距传感器测量距离后，通过PLC处理器处理并结合人输入的指令，发出命令，再通过控制三个伺服电动机进而控制机械手的运动，从而达到精确的自动控制开沟器的效果，机械手能保证作业的准确性并具有在各种环境中作业的能力；4、本专利技术重量没有传统施肥机重量大，对土地保护更好；5、本专利技术因为是电动机带动，噪音更小，使声音对人身体的害处降到极低。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的整体结构示意图；图2为机械手的主视图；图3为机械手的左视图；图4为车体的局部结构示意图；图5为肥料箱的局部结构示意图；图中标记：1、扶手，2、中齿轮，3、大齿轮，4、第四电动机，5、肥料箱，6、PLC处理器，7、开沟器，8、下支撑板，9、承重柱，10、上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超声波的手扶式智能施肥机械，包括车体，所述车体包括车轴、设置在车体一端的扶手（1），其特征在于：车体上设置电源（13）、动力模块、施肥装置、控制模块和机械手模块，所述动力模块、施肥装置、机械手模块分别与控制模块相连，动力模块、施肥装置、控制模块、机械手模块分别与电源（13）相连；所述控制模块包括PLC处理器（6）、PLC控制器（12）和超声波测距传感器（24），超声波测距传感器（24）分别与PLC处理器（6）、PLC控制器（12）连接，PLC处理器（6）与PLC控制器（12）连接，所述车体前端的两侧分别设有PLC处理器（6）、电源（13）和机械手模块，任意一侧的PLC处理器（6）处设置PLC控制器（12）；所述机械手模块设在车体的前端，机械手模块包括机械手、第一伺服电动机（16）、第一伺服电动机驱动器（15）、第二伺服电动机（18）、第二伺服电动机驱动器（17）、第三伺服电动机（26）和第三伺服电动机驱动器（25），所述机械手包括承重柱（9）、上支撑板（10）、下支撑板（8）、气缸体（19）和滑台（20），承重柱（9）的底端与车体连接且设置下支撑板（8），承重柱（9）的顶端通过上支撑板（10）设置气缸体（19）和滑台（20），滑台（20）边缘设有相连的第二伺服电动机（18）和第二伺服电动机驱动器（17），滑台（20）的上部设有与滑台（20）啮合滑动的卡槽，卡槽上方连接Y向底座、Y向气缸、Y向导杆（21）以及Y向气缸导杆（22），在所述Y向导杆（21）的顶部设有第一底座，第一底座上设有相连的第二伺服电动机（18）和第二伺服电动机驱动器（17），所述第一底座的另一侧设有Z向底座、Z向气缸、Z向导杆（27）以及Z向气缸导杆（28），Z向导杆（27）的底部连接第二底座，第二底座的边缘设有相连的第三伺服电动机（26）和第三伺服电动机驱动器（25），第三伺服电动机（26）的下方设置位于开沟器（7）上方前端的超声波测距传感器（24）；所述施肥装置包括肥料箱（5）和开沟器（7），位于第四电动机（4）的前方在车体中部设置所述肥料箱（5），位于肥料箱（5）的前方在钳臂（23）的底部设置所述开沟器（7）；所述动力模块包括第四电动机（4）、大齿轮（3）、中齿轮（2）和小齿轮（11），所述车体的后端设置第四电动机（4），所述第四电动机（4）、大齿轮（3）、中齿轮（2）、小齿轮（11）依次相连，所述小齿轮（11）连接车轴。...

【技术特征摘要】
1.一种基于超声波的手扶式智能施肥机械，包括车体，所述车体包括车轴、设置在车体一端的扶手（1），其特征在于：车体上设置电源（13）、动力模块、施肥装置、控制模块和机械手模块，所述动力模块、施肥装置、机械手模块分别与控制模块相连，动力模块、施肥装置、控制模块、机械手模块分别与电源（13）相连；所述控制模块包括PLC处理器（6）、PLC控制器（12）和超声波测距传感器（24），超声波测距传感器（24）分别与PLC处理器（6）、PLC控制器（12）连接，PLC处理器（6）与PLC控制器（12）连接，所述车体前端的两侧分别设有PLC处理器（6）、电源（13）和机械手模块，任意一侧的PLC处理器（6）处设置PLC控制器（12）；所述机械手模块设在车体的前端，机械手模块包括机械手、第一伺服电动机（16）、第一伺服电动机驱动器（15）、第二伺服电动机（18）、第二伺服电动机驱动器（17）、第三伺服电动机（26）和第三伺服电动机驱动器（25），所述机械手包括承重柱（9）、上支撑板（10）、下支撑板（8）、气缸体（19）和滑台（20），承重柱（9）的底端与车体连接且设置下支撑板（8），承重柱（9）的顶端通过上支撑板（10）设置气缸体（19）和滑台（20），滑台（20）边缘设有相连的第二伺服电动机（18）和第二伺服电动机驱动器（17），滑台（20）的上部设有与滑台（20）啮合滑动的卡槽，卡槽上方连接Y向底座、Y向气缸、Y向导杆（21）以及Y向气缸导杆（22），在所述Y向导杆（21）的顶部设有第一底座，第一底座上设有相连的第二伺服电动机（18）和第二伺服电动机驱动器（17），所述第一底座的另一侧设有Z向底座、Z向气缸、Z向导杆（27）以及Z向气缸导杆（28），Z向导杆（27）的底部连接第二底座，第二底座的边缘设有相连的第三伺服电动机（26）和第三伺服电动机驱动器（25），第三伺服电动机（26）的下方设置位于开沟器（7）上方前端的超声波测距传感器（24）；所述施肥装置包括肥料箱（5）和开沟器（7），位于第四电动机（4）的前方在车体中部设置所述肥料箱（5），位于肥料箱（5）的前方在钳臂（23）的底部设置所述开沟器（7）；所述动力模块包括第四电动机（4）、大齿轮（3）、中齿轮（2）和小齿轮（11），所述车体的后端设置第四电动机（4），所述第四电动机（4）、大齿轮（3）、中齿轮（2）、小齿轮（11）依次相连，所述小齿轮（11）连接车轴。2.根据权利要求1所述的一种基于超声波的手扶式智能施肥机械，其特征在于：所述肥料箱（5）的底部设有漏肥孔（14）。3.根据权利要求1所述的一种基于超声波的手...

【专利技术属性】
技术研发人员：姬江涛，陈凯康，金鑫，苑严伟，赵赫，程群，孙经纬，周召刚，刘莉莉，程博，王小飞，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南,41