一种多维度土壤采集与环境检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种多维度土壤采集与环境检测装置及方法，用于玉米播种、施肥等阶段的土壤采集及其环境的检测；包括姿态调整机构、传动机构、取土机构和检测机构；所述姿态调整机构包括万向轮、驱动电机、万向轮连接架、调整杆、导轨、调整关节、舵机、调整座导轨杆、导轨梁和滑轮；所述传动机构包括丝杠侧杆、丝杠、丝杠轴承座、连接座、驱动电机、驱动电机、带轮、带轮、连接板、滑轮、法兰、轴承套环、轴承和法兰；本申请可以适应不同的复杂地形，能在水平面和竖直面进行多维度取土，入土、取土方便，能实现对不同深度和维度的土壤采集及其环境的检测。对不同深度和维度的土壤采集及其环境的检测。对不同深度和维度的土壤采集及其环境的检测。

【技术实现步骤摘要】
一种多维度土壤采集与环境检测装置及方法


[0001]本专利技术属于土壤采集及环境检测
，涉及一种多维度土壤采集与环境检测装置及方法。

技术介绍

[0002]玉米是世界上最重要的粮食作物之一，它的种植对于食品安全和农民的经济收入都具有重要意义。在玉米的生长过程中，播种和施肥是关键的阶段，而土壤采集和检测则具有重要的需求和意义。玉米播种阶段是确保种子顺利发芽并建立强壮植株的关键时期，土壤的质量和适宜的水分是玉米种子生长的基础。所以，了解土壤的养分含量、pH值、结构和水分状况等信息，可以指导农民在播种前进行必要的调整和改善，以提高玉米的生长条件和产量。而且，在施肥阶段，合理施肥是保证玉米正常生长和获得高产的重要措施，通过对土壤进行采集和检测，可以准确了解土壤的养分含量，并根据检测结果制定合理的施肥方案，以满足玉米生长过程中对养分的需求。这不仅可以提高玉米的产量和品质，还可以避免养分过量施用导致的环境污染和资源浪费。因此，土壤采集与检测可以提供科学、精确的播种与施肥指导，更好地管理土壤养分、调整土壤pH值和改善土壤结构，及时发现土壤的问题和潜在风险，如土壤酸化、盐碱化等，提前预防和处理，保障土壤的健康和持久利用，从而提高玉米的抗病虫害能力和适应性，降低农药和化肥的使用量，促进农业可持续发展。所以设计一种土壤采集及其环境检测机构具有重要意义。现有的土壤取样机构通常由一根取土管和入土结构组成，可以完成对原状土的采集，但是这样的土壤采集工具存在一下问题：1、现有土壤取样机构缺乏姿态调整装置，难以适应复杂的地形，且只能完成在一个水平二维平面内取土，对于竖直面的土壤难以采集。
[0003]2、取土管为直筒状结构，在入土、取土时取土管受土壤的阻力较大，因此大部分需要液压装置向下压取土管，不能满足轻量化的要求；3、取土管为侧壁闭环结构，即若要将采集的新鲜土样取出，需要一个推杆向取土管的上端面或者下端面施力，而新鲜土样和管壁之间粘滞阻力较大，所以将新鲜土样推出时会对土壤进行压实，从而改变了土样原有的物理特性；4、现有土壤取样工具只能采集土壤样品，缺乏对土壤表层以下的信息检测，这对后续研究无法提供更全面的数据。
[0004]为此，设计了一种多维度土壤采集与环境检测装置及方法，可以用于玉米播种和施肥等阶段的土壤采集及其环境的检测。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是：针对以上技术问题，提供一种多维度土壤采集与环境检测装置及方法，可以适应不同的复杂地形，可以在水平面和竖直面多维度进行取土，传动效率高，入土、取土方便，能实现对不同深度和维度的土壤采集及其环境的检测。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
一种多维度土壤采集与环境检测装置，包括姿态调整机构1、传动机构2、取土机构3和检测机构4；所述传动机构2架构于位姿调整机构1之上，通过位姿调整机构1支撑，取土机构3与传动机构2相连，通过传动机构2传动动力，检测机构4一部分置于传动机构2，另一部分置于取土机构3，两部分协调完成土壤环境检测。
[0007]所述姿态调整机构1包括万向轮101、车轮驱动电机102、万向轮连接架103、调整杆104、导轨105、调整关节106、舵机107、调整座108，导轨杆109、导轨梁110、滑轮111。所述车轮驱动电机102安装于万向轮连接架103，电机输出端与万向轮101轮毂固定连接，所述万向轮连接架103与调整杆104下端转动连接，所述调整杆104上端与调整座108转动连接，所述调整关节106与调整座108转动连接，所述舵机107若干，并与调整杆104下端、调整杆104上端和调整关节106连接，所述调整座108与导轨杆109固定连接，所述导轨梁110与导轨杆109滑动连接，所述滑轮111与导轨梁1110固定连接；进一步的，所述调整杆104可绕万向轮连接架103、调整座108在平面直角坐标系内转动，最大摆角为150
°
，通过舵机107控制调整杆104上端和下端的输出摆角组合，实现装置不同位姿的调整，所述调整关节106可绕调整座108转动，最大摆角为90
°
，一个调整关节106由三个子调整关节组成，子调整关节之间通过舵机107连接，最大摆角为120
°
，通过舵机107控制子调整关节输出摆角组合，实现调整关节106不同的固定姿态。
[0008]进一步的，所述传动机构2包括丝杠侧杆201、丝杠202、丝杠轴承座203、连接座204、第一驱动电机2051、驱动电机2052、第一带轮2061、第二带轮2062、连接板206、滑轮207、第一法兰208、轴承套环209、轴承210、第二法兰211。所述丝杠侧杆201顶端与连接板206固定连接，底端与丝杠轴承座203固定连接，所述丝杠202顶端与第二带轮2062轮毂固定连接，底端与丝杠轴承座203转动连接，所述连接座204与第二法兰211固定连接，所述第一驱动电机2051与连接座204固定连接，所述第一驱动电机2051输出轴与第一带轮2061轮毂固定连接，所述滑轮207与连接板206固定连接，所述第一法兰208与第二法兰211固定连接，所述轴承套环209上表面与带轮转动连接，下表面与轴承210固定连接，所述轴承210与第二法兰211过盈配合；进一步的，所述丝杠202的螺旋线2021螺距为10mm，圈数为30圈，螺旋半径为15mm，扭转角度为15
°
，螺旋线2021的数学表达式为：x =15*cos(15t)，y=15*sin(15t)，z=10t/(2π)，其中x、y、z均为空间直角坐标系中的坐标值，t为参数，且0≤t≤2π。丝杠202的滚珠凹槽2022截面为一种曲线，曲线数学表达式为：x=h+1.5*cos(t)，y=k+0.75sin(t)，其中x、y均为直角坐标系中的坐标值，（h，k）为曲线的中心坐标，t为参数，且3π/2≤t≤2π。
[0009]进一步的，所述取土机构3包括固定螺旋叶片301，滑动螺旋叶片302，外置取土管303，内置取土管304，拨土片305，弹性挡片306，紧定螺钉307，顶环308。
[0010]进一步的，所述滑动螺旋叶片302包含滑块3021，所述外置取土管303含有螺旋槽3031，挡槽3032，滑动槽3033，弹簧槽3034，合页槽3035，挡片槽3036，所述内置取土管304包括合页结构3041，合页立柱3042，滑槽3043，固定弹簧3044。
[0011]进一步的，所述固定螺旋叶片301通过螺旋槽3031与外置取土管303螺旋连接，所述滑动螺旋叶片302通过滑块3021在滑动槽3033内滑动，用于调节固定螺旋叶片301与滑动螺旋叶片302之间的螺距，所述内置取土管304通过合页槽3035在外置取土管303内壁滑动，
所述弹性挡片306通过紧定螺钉307与内置取土管304固定连接，所述弹性挡片306通过挡片槽3036进入挡槽3032，实现外置取土管303与内置取土管304之间的固定连接，所述固定弹簧3044沿弹簧槽3034滑动，实现固本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多维度土壤采集与环境检测装置，包括姿态调整机构（1）、传动机构（2）、取土机构（3）和检测机构（4），其特征在于，所述传动机构（2）架构于位姿调整机构（1）之上，通过位姿调整机构（1）支撑，取土机构（3）与传动机构（2）相连，并通过传动机构（2）传动动力，检测机构（4）一部分置于传动机构（2），另一部分置于取土机构（3），两部分协调完成土壤环境检测；所述姿态调整机构（1）包括万向轮（101）、车轮驱动电机（102）、万向轮连接架（103）、调整杆（104）、导轨（105）、调整关节（106）、舵机（107）、调整座（108）、导轨杆（109）、导轨梁（110）、第一滑轮（111），所述车轮驱动电机（102）安装于万向轮连接架（103），车轮驱动电机（102）输出端与万向轮（101）轮毂固定连接，所述万向轮连接架（103）与调整杆（104）下端转动连接，所述调整杆（104）上端与调整座（108）转动连接，导轨（105）设置于调整杆（104）侧部，所述调整关节（106）上端与调整座（108）转动连接，所述舵机（107）若干，并与调整杆（104）下端、调整杆（104）上端和调整关节（106）连接，一个调整关节（106）由三个子调整关节组成，子调整关节之间通过舵机（107）连接，所述调整座（108）上端与导轨杆（109）固定连接，所述导轨梁（110）与导轨杆（109）通过第一滑轮（111）滑动连接，所述第一滑轮（111）与导轨梁（110）端部固定连接，所述调整杆（104）可绕万向轮连接架103、调整座108在平面直角坐标系内转动，通过舵机（107）控制调整杆（104）和调整关节（106）输出多种摆角组合。2.根据权利要求1所述的多维度土壤采集与环境检测装置，其特征在于，所述取土机构（3）包括固定螺旋叶片（301），滑动螺旋叶片（302），外置取土管（303），内置取土管（304），拨土片（305），弹性挡片（306），紧定螺钉（307），顶环（308）；所述滑动螺旋叶片（302）包括滑块（3021），所述外置取土管（303）包括螺旋槽（3031）、挡槽（3032）、滑动槽（3033）、弹簧槽（3034）、合页槽（3035）、挡片槽（3036），所述内置取土管（304）包括合页结构（3041）、合页立柱（3042）、滑槽（3043）、固定弹簧（3044），内置取土管（304）为侧壁开环结构，两部分通过合页结构（3041）连接，可绕合页立柱（3042）开闭，外置取土管（303）外壁周侧设置有螺旋槽（3031），顶部设置有滑动槽（3033）和挡槽（3032），所述固定螺旋叶片（301）通过螺旋槽（3031）设置于外置取土管（303）周侧，所述滑动螺旋叶片（302）通过滑块（3021）在滑动槽（3033）内滑动，用于调节固定螺旋叶片（301）与滑动螺旋叶片（302）之间的螺距，外置取土管（303）内壁设置有合页槽（3035）和挡片槽（3036），所述内置取土管（304）通过合页槽（3035）在外置取土管（303）内壁滑动，所述弹性挡片（306）通过紧定螺钉（307）与内置取土管（304）固定连接，所述弹性挡片（306）通过挡片槽（3036）进入挡槽（3032），实现外置取土管（303）与内置取土管（304）之间的卡合连接，内置取土管（304）外壁上设置有固定弹簧（3044），所述固定弹簧（3044）沿弹外置取土管（303）内壁的弹簧槽（3034）滑动，实现固定弹簧（3044）弹性势能的储存与释放，内置取土管（304）上设置有滑槽（3043），含有刻度的拨土片（305）在滑槽（3043）内滑动，实现将内置取土管（304）内壁土壤推出，所述顶环（308）与外置取土管（303）端部过盈配合。3.根据权利要求2所述的多维度土壤采集与环境检测装置，其特征在于，所述传动机构（2）包括丝杠侧杆（201）、丝杠（202）、丝杠轴承座（203）、连接座（204）、第一驱动电机（2051）、第二驱动电机（2052）、第一带轮（2061）、第二带轮（2062）、连接板（206）、第二滑轮（207）、第一法兰（208）、轴承套环（209）、轴承（210）、第二法兰（211）；所述丝杠侧杆（201）顶端与连接板（206）固定连接，底端与丝杠轴承座（203）固定连接，所述丝杠（202）顶端与第二
带轮（2062）轮毂固定连接，底端与丝杠轴承座（203）转动连接，所述连接座（204）与第二法兰（211）固定连接，所述第一驱动电机（2051）与连接座（204）固定连接，第一驱动电机（2051）通过第一带轮（2061）与取土机构（3）传动连接，第二驱动电机（2052）通过第二带轮（2062）与丝杠（202）传动连接，所述第二滑轮（207）与连接板（206）固定连接，所述第一法兰（208）与第二法兰（211）固定连接，所述轴承套环（209）上表面与第二带轮（2062）转动连接，下表面与轴承（210）固定连接，所述（210）与第二法兰（211）过盈配合。4.根据权利要求3所述的多维度土壤采集与环境检测装置，其特征在于，所述丝杠（202）的螺旋线的螺距为10mm，圈数为30圈，螺旋半径为15mm，扭转角度为15
°
，丝杠螺旋线的数学表达式为：x =15*cos(15...

【专利技术属性】
技术研发人员：王天一，张星山，惠云婷，王德成，尤泳，王海翼，李思标，王恒缘，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：