一种自适应环状开沟施肥覆土装置及其控制方法

本发明涉及农业机械，具体涉及一种自适应环状开沟施肥覆土装置及其控制方法。

背景技术：

1、果园产业已成为我国第三大的农作物产业，我国的水果产量，种植面积都已处于世界顶尖水平，果园产业作为典型的劳动、密集类型的产业，需要投入较多的劳动力。果园施肥的理想方式是环状沟施肥覆土。环沟施肥围绕果树根系分布边际进行曲线开沟，并施肥覆土。但是，长期以来我国果园的施肥作业现今还是主要仍靠人工进行；随着农业机械化的推广，越来越多的施肥机械应用于果园施肥，但是目前市面上较少能够实现环状沟施肥覆土的连续性作业机械,而且智能自适应化程度也较低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自适应环状开沟施肥覆土装置，所述自适应环状开沟施肥覆土装置可以一体完成环状开沟、环状施肥和肥土混合的工作，自动化和智能化程度更高。

2、本发明的第二个目的在于提供一种自适应环状开沟施肥覆土装置的控制方法。

3、本发明解决上述技术问题的技术方案是：

4、一种自适应环状开沟施肥覆土装置，包括环状开沟施肥覆土装置以及用于驱动所述环状开沟施肥覆土装置运动的动力装置，其中，所述动力装置与所述环状开沟施肥覆土装置之间通过悬挂装置连接；所述环状开沟施肥覆土装置包括支撑装置、设置在支撑装置中的开沟装置、覆土装置和施肥装置，其中，所述开沟装置包括开沟架、设置在所述开沟架上的开沟机构以及用于驱动所述开沟机构完成开沟动作的开沟驱动机构；所述施肥装置包括肥料箱、槽轮排肥器和输肥槽，其中，所述槽轮排肥器用于将肥料箱内的肥料输送到所述输肥槽内，所述输肥槽则将肥料输送到所述开沟装置所开出的沟槽内；所述覆土装置则是将沟槽两侧的泥土重新覆盖在所述沟槽中。

5、优选的，所述开沟机构为两组，两组开沟机构对称设置；对应的，所述开沟驱动机构也为两组；每组开沟机构包括设置在所述开沟架上的开沟刀盘以及设置在所述开沟刀盘上的多组开沟刀，其中，多组开沟刀在所述开沟刀盘上呈圆周阵列；所述开沟驱动机构包括设置在所述开沟架上的开沟电机，所述开沟电机的主轴通过联轴器与所述开沟刀盘连接。

6、优选的，所述支撑装置包括上支撑架、下支撑架以及用于调节所述上支撑架和所述下支撑架之间的间距以调节所述下支撑架的高度的剪叉式升降机构，其中，所述剪叉式升降机构为两组，两组剪叉式升降机构对称设置在所述上支撑架和所述下支撑架的两侧。

7、优选的，所述开沟装置还包括用于驱动所述开沟架自转的开沟自转驱动机构以及用于驱动所述开沟架竖向摆动的开沟摆动驱动机构，其中，

8、所述开沟摆动驱动机构包括设置在所述下支撑架上的固定座、设置在所述固定座上的摆动臂以及用于驱动所述摆动臂转动的摆动气缸，其中，所述摆动臂铰接在所述固定座上；所述摆动气缸的缸体安装在所述固定座上，活塞杆则与所述摆动臂铰接；

9、所述开沟自转驱动机构包括设置在所述摆动臂上的自转电机，所述自转电机的主轴与所述开沟架连接。

10、优选的，所述覆土装置包括侧板和覆土板，其中，所述侧板为两组，两组侧板分别对称安装在两组开沟刀盘上，用于保证抛起的土壤飞至沟槽的两侧；所述覆土板安装在所述下支撑架上，该覆土板采用两组对称设置的圆盘覆土机构，所述圆盘覆土机构在前进方向和竖直方向上均设置有倾角，用于将所述开沟装置工作抛起的土壤推落至该开沟装置所开设的沟槽中，以完成覆土作业。

11、优选的，所述肥料箱和所述槽轮排肥器设置在所述上支撑架上，所述输肥槽上端安装在所述上支撑架上，且位于所述槽轮排肥器的出口下方，下端则倾斜向下延伸至所述覆土板和所述开沟机构之间的上方。

12、优选的，所述动力装置包括车体以及设置在车体上的用于驱动所述车体移动的行走机构，其中，所述行走机构采用履带式行走机构；所述悬挂装置包括设置在所述车体上的连接座、设置在所述连接座上的转动臂以及用于驱动所述转动臂转动的驱动气缸，其中，所述转动臂一端转动连接在所述连接座上，另一端则与所述上支撑架连接；所述驱动气缸的缸体安装在所述车体上，活塞杆则与所述转动臂铰接。

13、优选的，所述车体与所述悬挂装置之间还设置有用于驱动所述悬挂装置沿着垂直于所述车体的运动方向运动的纵向驱动装置，其中，所述连接座与所述车体之间设置有纵向滑动机构，所述纵向滑动机构为两组，两组纵向滑动机构并列设置，每组纵向滑动机构包括设置在所述车体上的滑轨以及设置在所述滑轨上的滑块，所述滑轨与所述连接座连接；所述纵向驱动装置包括驱动电机以及丝杆传动机构，其中，所述驱动电机的主轴与所述丝杆传动机构中的丝杆连接，所述丝杆传动机构中的丝杆螺母则与所述连接座连接。

14、一种自适应环状开沟施肥覆土装置的控制方法，包括以下步骤：

15、s1：在开沟施肥覆土作业前，所述自适应环状开沟施肥覆土装置先在果园行间直线行驶；通过设置在车体上的激光雷达进行实时定位，当到达果树树冠边际投影处时，所述自适应环状开沟施肥覆土装置停止运动；

16、s2：当完成开沟深度的调整后，所述自适应环状开沟施肥覆土装置围绕果树根系分布边际进行环状开沟：

17、s3：所述自适应环状开沟施肥覆土装置完成单株果树的单侧环沟施肥作业后；在激光雷达实时获取树干距离的前提下，控制系统接收激光雷达反馈的树干距离信号，再通过控制系统操纵环状开沟施肥覆土装置做纵向运动和开沟架做自转运动，从而合成为开沟环状轨迹，进而实现自适应环状开沟施肥覆土；

18、s4：所述自适应环状开沟施肥覆土装置继续直线行驶到达下一株果树树冠边际投影处，接下来的环沟施肥作业将不断重复步骤s2和步骤s3；所述自适应环状开沟施肥覆土装置沿树行作业，在单侧根区边际开设连续的曲线沟，并同步将有机肥料分散到沟槽中，相邻行掉头作业后，树行两侧的施肥曲线将每棵果树的根区包围，形成完整的环状施肥轨迹。

19、优选的，所述环状开沟的轨迹基圆以树干点作为圆心，半径取0.7～1.2m，具体为：

20、s21：环状开沟的第一段为折线开沟，在调整好开沟深度后，通过激光雷达实时获取树干距离信号，控制系统接收到激光雷达反馈的树干距离信号后，控制系统操纵纵向驱动装置带动环状开沟施肥覆土装置做纵向运动，从而促使开沟装置伸出到距离树干合适的位置处，同时，控制系统操纵开沟自转驱动机构中的自转电机带动开沟架转动45度，随后，控制系统操纵开沟架两侧镜像对称安装的开沟电机带动开沟刀盘和开沟刀同步转动，同时纵向驱动装置带动开沟装置匀速伸出，从而在地面上开设出沟槽，所开出的沟槽与树行线形成的夹角为45°，同时有机肥料通过输肥槽分散到所述沟槽中；当达到目标深度时，所述自适应环状开沟施肥覆土装置以恒定速度匀速直线继续行驶，覆土板把开沟装置上一阶段开沟工作抛起的土壤推落至所述开沟装置所开设的沟槽中，完成覆土作业；

21、s22：所述环状开沟的第二段为直线开沟；当完成环形开沟的第一段折线开沟后，控制系统操纵自转电机带动开沟架转动-45度，纵向驱动装置保持静止不动的状态，所述自适应环状开沟施肥覆土装置保持直线行进，控制系统操纵开沟架两侧镜像对称安装的开沟电机带动开沟刀盘和开沟刀同步转动，完成环形开沟中的第二段直线开沟作业，所开出的沟槽与树行线形成的夹角为0°；

22、s23：所述环状开沟的第三段为折线开沟；当所述自适应环状开沟施肥覆土装置在直线作业过程中收到激光雷达反馈的伸出状态信号时，控制系统操纵自转电机带动开沟架转动45°，同时纵向驱动装置带动开沟装置匀速缩回，控制系统操纵开沟架两侧镜像对称安装的开沟电机带动开沟刀盘和开沟刀同步转动，完成环形开沟的第三段折线开沟作业，所开出的沟槽与树行线形成的夹角为-45°。

23、本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

24、1、本发明的自适应环状开沟施肥覆土装置通过开沟装置实现环状开沟，通过施肥装置实现环状施肥，通过覆土装置实现沟槽覆土，自动化和智能化程度更高。

25、2、本发明的自适应环状开沟施肥覆土装置围绕果树根系分布边际完成环状开沟开沟，实现土壤和肥料有效混合，增加果树根系与肥料的空间接触面积，提高肥料利用效率，减少肥料的浪费和环境的污染。