[发明专利]一种多自由度多功能精量施肥装置

说明书

本发明公开了一种多自由度多功能精量施肥装置，包括车体、车体驱动装置、施肥罐、液压站、机械手和工作端；所述车体驱动装置驱动车体移动，所述施肥罐和液压站放置在车体上，所述机械手一端固定在车体上，机械手的中间部位和/或另一端安装工作端；所述工作端通过管道与施肥罐连接，所述施肥罐内存放有灌溉水、肥或者药的一种或者几种组合，所述工作端包括施肥器或/和喷头；所述液压站提供驱动机械手运动的动力。采用本发明的技术方案，可以实现自动行走、无人化施肥、效率高；可以实现精量施肥或施药、环保性好、施肥均匀性高；可以直接对根部施肥，肥液利用率高，适用于不同茎秆高度的作物，且能用于生长阶段施肥。

技术领域

本发明涉及到农机设备技术领域，具体涉及到一种多自由度多功能的精量施肥装置。

背景技术

我国是农业大国，随着耕地逐年减少、农村劳动力转移，土地适度规模经营日益普遍，以机械化作业为基础的高效农业的发展成为必然趋势。同时，随着人民生活质量的提高以及乡村振兴战略的提出，对农产品的品质提出了更高的要求。传统的农作物施肥、打药等工作一般由人工完成，劳动强度大且施肥不均匀，人工打药则易危害人体健康。目前已有学者研究出固定肥料的变量施肥机械，但这种施肥方式一般只适用于整地播种阶段施肥或密植矮秆作物施肥，如要在作物生长阶段施肥难度较大、茎秆较高的作物施肥难度也较大。从对肥料的利用效率上来考虑，施用溶解后的肥料比施固体肥效率要高，因此灌溉施肥一体化技术逐渐成为发展趋势。

目前采用的施肥器有压差式、文丘里式、比例式以及负压施肥等方法。随水施肥方法作物对肥液的利用效率较高，但由于灌溉时间通常比施肥时间更长，并且由于液体自身的流量性水肥一体化的施肥方法容易导致肥液的浪费和水体的污染。采用无人机打药或施肥在我国部分经济发达地区已有应用，但无人机施肥很大一部分肥液会截留在作物叶片，作物根区能吸收的肥液有限。国外生产的大流量喷雾式行走施肥装置也是如此。因此从绿色农业的角度出发需要更精量的施肥方法。

目前市场上有一种采用金属材质的踏板助力的施肥枪，可以用于硬质土壤的果树根部精量施肥，但每次只能实现单点作业，需要人工移动到下一个工作点，其作业效率有待提高，在农作物的生长和采收全环节中，需要施肥、打药、灌溉、果实采收等作业，要实现机械化如果单独购置相应设备则成本投入相当高，因此需要功能更加集成、更加高效的多功能作业的自动装置来适应不同作业环节的需求。并且目前我国农机多以柴油机为动力，能耗较高、噪音和污染较大，需寻求更加绿色节能的动力配置方法。同时，采用施肥灌溉系统管道较多，系统投资和占地面积较大、运行维护成本较高，并且随着人们的喜好和市场的变化，不同季节农作物的种类变化较大，这要求系统配置不同类型的喷头，因此期待结构更加紧凑、适应性和灵活性更强的施肥和灌溉装置出现。

因此，本发明提供一种多自由度多功能精量施肥装置，以机器人技术为基础、可以实现多自由度、多角度针孔式精量施肥或施药，与灌溉技术相结合，可以实现不同茎秆高度的喷灌、微灌或滴灌，还能用于果实采收；以AGV技术和机器视觉为基础，实现装置的自动行走和无人作业。本专利申请获得了国家自然科学基金资助项目的资助，国家自然科学基金资助项目-轻小型喷灌机组变量运行对肥液输运及沉积的影响机理(项目编号51609104)。

发明内容

本发明的技术方案主要针对现有技术中存在的以下问题：

1)人工施肥或打药效率低、均匀性和安全性差；

2)以拖拉机为载体的下出式自动施肥机用于作物生长阶段或高杆作物的施肥难度较大；

3)无人机施肥受风的影响较大、肥料易被作物冠层截留，肥料利用率不高，且噪音较大；

4)灌溉管道施肥对肥液的浪费较大，易造成水体污染；

5)采用无人机或灌溉管道施肥，肥料从土壤表面运移到作物根区需要一定时间，如能直接对根区施肥，则可使施肥效率有效提升；