CN212184829U - 一种自动喷药装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动喷药装置，包括底盘机构、喷药机构和电气控制机构，底盘机构包括底盘、驱动机构和转向机构，驱动机构包括有第一电机，转向机构包括有第二电机，喷药机构包括平台、第三电机、第四电机、第一转盘以及第二转盘，第一电机固接在底盘上实现驱动，第二电机固接在底盘上实现转向，第三电机、第四电机实现喷药功能。本实用新型的自动喷药装置，可以实现喷杆在180°范围内喷药，可以实现远程控制喷药装置，操作简便，经济高效。

Description

一种自动喷药装置

技术领域

本实用新型涉及农业喷药设备技术领域，特别是涉及一种自动喷药装置。

背景技术

我国是一个农业大国，虽然农业人口众多，但随着工业化进程的不断加速，可以预计农业劳动力将逐步向社会其他产业转移，实际上进入二十一世纪后，我国面临着由于人口老龄化而农业劳动力不足的问题。伴随着计算机技术水平和信息采集与处理的水平不断提高，新的农业生产模式和新技术的应用促进了农业机械化的更新和发展。给农业机械技术的发展指明了新的方向。农作物种植离不开农业植保作业，传统对农作物的施药方式主要由人工完成，效率低，时间长，由于药品的挥发，严重损害操作人员的身体健康，目前随着农用装置智能化，农用自动喷药机逐渐得到发展和应用。国内外应用较广泛的农用喷药机主要有果树喷药机，大田作物喷药机。果树喷药机、大田作物喷药机的药液箱容量大，喷药时间长，作业效率高，作业面积达，雾化好。但体积偏大，不适用于大棚作物或小型地块，而且均由人工操作驾驶，难以避免对操作人员产生药害，而且造价偏高，农户难以承担。为避免劳动者直接接触农药，减轻农药中毒的风险，节约农业劳动力以及降低劳动强度，设计一种操作简便，经济，自动化程度高，适用于大棚作物或小型地块的自动喷药装置势在必行。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种自动喷药装置，以解决上述现有技术存在的问题，本实用新型的自动喷药装置，可以大幅提高喷杆的喷射范围，可以实现远程控制喷药装置，操作简便，经济高效。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：一种自动喷药装置，包括底盘机构、喷药机构和电气控制机构，所述喷药机构和电气控制机构布设在所述底盘机构上方，所述电气控制机构通过信号导线控制连接所述底盘机构和所述喷药机构，所述底盘机构包括底盘、驱动机构和转向机构，

所述驱动机构包括有第一电机，所述第一电机固接在所述底盘中心，所述第一电机输出轴固接有减速器，所述减速器输出端固接有第一齿轮，所述第一齿轮链条传动有第二齿轮，所述第二齿轮固接有驱动轴，所述第二齿轮固接在所述驱动轴的中心，所述驱动轴两端固接有驱动轮，所述驱动轴轴接在所述底盘上；

所述转向机构包括有第二电机，所述第二电机固接在所述底盘上，所述第二电机输出轴固接有圆盘，所述圆盘侧面固接有横杆，所述横杆端部开设有通槽，所述通槽内配合连接有第一凸块，所述第一凸块固接有竖杆，所述横杆与所述竖杆垂直，所述第一凸块布设在所述竖杆中心，所述竖杆两端开设有通孔，所述底盘的两侧布设有两个从动轮，所述从动轮中心固接有从动轴，所述从动轴上固接有第一凸柱和第二凸块，所述第一凸柱与所述第二凸块垂直，所述第二凸块上固接有第二凸柱，两个所述第二凸柱与两个所述通孔配合连接，两个所述第一凸柱轴接在所述底盘上；

所述喷药机构包括布设在所述底盘上方的平台，所述平台与所述底盘之间固接有支撑柱，所述平台上固接有第三电机，所述第三电机输出轴固接有第一转盘，所述第一转盘内嵌装有第四电机，所述第四电机输出轴固接有第二转盘，所述第二转盘一侧固接有侧板，所述侧板竖直布设，所述侧板底端固接支撑板，所述支撑板上固接有第一油缸，所述第一油缸活塞杆上固接有第二油缸，所述第二油缸活塞杆水平布设，所述第二油缸端部固接有滑轨，所述侧板上开设有滑槽，所述滑轨与所述滑槽滑动连接，所述第二油缸活塞杆上固接有第一喷杆，所述第一喷杆上固接有接头，所述接头上可拆卸连接有水管，所述水管连接有水泵，所述水泵连接有水箱，所述水箱固接在所述平台上；

所述电气控制机构包括主控板、电机驱动模块、转向模块、继电器、传感器模块以及蓝牙模块，所述主控板通过线路分别与电机驱动模块、转向模块、继电器、传感器模块以及蓝牙模块进行数据传输连接。

优选的，所述第一喷杆端部螺纹连接有第二喷杆，所述第二喷杆上固接有若干个喷嘴，所述第一喷杆上还安装有流量调节阀。

优选的，所述主控板、电机驱动模块、转向模块、继电器、传感器模块、蓝牙模块以及电源模块均放置在电控箱内，所述主控板采用 Arduino主控板，所述传感器模块通过线路连接有测障传感器和测距传感器，所述测距传感器固接在所述第二喷杆上，所述测障传感器固接在所述底盘前端。

优选的，所述传感器模块还包括有固接在水箱内的液位传感器。

优选的，所述第三电机和所述第四电机为推杆电机，所述第一转盘和所述第二转盘各自在其水平面上转动的角度为0-90°。

优选的，所述横杆的两侧面上固接有两个复位弹簧一端，两个所述复位弹簧的另一端固接在所述底盘上。

优选的，所述第一喷杆与所述第二喷杆垂直，所述喷嘴的数量不小于4个。

优选的，所述平台上铺设有防水膜。

本实用新型公开了以下技术效果：1、本实用新型的自动喷药装置通过设置驱动机构和转向机构可以实现自动喷药装置平稳运行；2、通过设置第一转盘和第二转盘可以实现喷杆在180°范围内喷药；3、通过设置第一油缸和第二油缸可以实现喷杆的伸缩以及上下方向的微调；4通过设置电气控制机构可以实时远程控制实现自动喷药。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型自动喷药装置的主视图；

图2为本实用新型底盘机构的俯视图；

图3为本实用新型喷药机构的俯视图；

图4为本实用新型喷杆转动180°前后示意图；

图5为本实用新型第一油缸、侧板以及支撑板轴测图；

图6为本实用新型从动轮、竖杆轴测图；

图7为本实用新型从动轮轴测图；

图8为本实用新型电机控制机构信号传输示意图；

图9为本实用新型实施例中驱动轴简化为支撑梁的受力示意图。

其中，1为底盘，3为第一电机，4为减速器，5为第一齿轮，6 为第二齿轮，7为驱动轴，8为驱动轮，9为第二电机，10为圆盘， 11为横杆，12为通槽，13为第一凸块，14为竖杆，15为通孔，16 为从动轮，17为从动轴，18为第一凸柱，19为第二凸块，20为第二凸柱，21为平台，22为支撑柱，23为第三电机，24为第一转盘，25 为第四电机，26为第二转盘，27为侧板，28为第一油缸，29为滑轨， 30为滑槽，31为第一喷杆,32为接头，33为水管，34为水泵，35为水箱，36为第二喷杆，37为喷嘴，38为流量调节阀，39为测障传感器，40为测距传感器，41为液位传感器，42为复位弹簧，43为支撑板，44为第二油缸，45为电控箱。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

参照图1-9，本实用新型提供一种自动喷药装置，包括底盘机构、喷药机构和电气控制机构，喷药机构和电气控制机构布设在底盘机构上方，电气控制机构通过信号导线控制连接底盘机构和喷药机构，底盘机构包括底盘1、驱动机构和转向机构，

驱动机构包括有第一电机3，第一电机3固接在底盘1中心，第一电机3输出轴固接有减速器4，减速器4输出端固接有第一齿轮5，第一齿轮5链条传动有第二齿轮6，第二齿轮6固接有驱动轴7，第二齿轮6固接在驱动轴7的中心，驱动轴7两端固接有驱动轮8，驱动轴7轴接在底盘1上；

转向机构包括有第二电机9，第二电机9固接在底盘1上，第二电机9输出轴固接有圆盘10，圆盘10侧面固接有横杆11，横杆11 端部开设有通槽12，通槽12内配合连接有第一凸块13，第一凸块 13固接有竖杆14，横杆11与竖杆14垂直，第一凸块13布设在竖杆 14中心，竖杆14两端开设有通孔15，底盘1的两侧布设有两个从动轮16，从动轮16中心固接有从动轴17，从动轴17上固接有第一凸柱18和第二凸块19，第一凸柱18与第二凸块19垂直，第二凸块19 上固接有第二凸柱20，两个第二凸柱20与两个通孔15配合连接，两个第一凸柱18轴接在底盘1上；

喷药机构包括布设在底盘上方的平台21，平台21与底盘1之间固接有支撑柱22，平台21上固接有第三电机23，第三电机输出轴固接有第一转盘24，第一转盘24内嵌装有第四电机25，第四电机25 输出轴固接有第二转盘26，第二转盘26一侧固接有侧板27，侧板 27竖直布设，侧板27底端固接支撑板43，支撑板43上固接有第一油缸28，第一油缸28活塞杆上固接有第二油缸44，第二油缸44活塞杆水平布设，第二油缸44端部固接有滑轨29，侧板27上开设有滑槽30，滑轨29与滑槽30滑动连接，第二油缸44活塞杆上固接有第一喷杆31，第一喷杆31上固接有接头32，接头32上可拆卸连接有水管33，水管33连接有水泵34，水泵34连接有水箱35，水箱35 固接在平台21上；

电气控制机构包括主控板、电机驱动模块、转向模块、继电器、传感器模块以及蓝牙模块，主控板通过线路分别与电机驱动模块、转向模块、继电器、传感器模块以及蓝牙模块进行数据传输连接，其中还包括有5V和12V的电源模块，主控板、转向模块、继电器、传感器模块以及蓝牙模块均通过5V电源模块供电,电机驱动模块通过5V 和12V的电源模块供电。

进一步优选方案，第一喷杆31端部螺纹连接有第二喷杆36，第二喷杆36上固接有若干个喷嘴37，第一喷杆31上还安装有流量调节阀38。

进一步优选方案，主控板、电机驱动模块、转向模块、继电器、传感器模块、蓝牙模块以及电源模块均放置在电控箱45内，主控板采用Arduino主控板，传感器模块通过线路连接有测障传感器39和测距传感器40，测距传感器40固接在第二喷杆36上，测障传感器 39固接在底盘1前端。

进一步优选方案，传感器模块还包括有固接在水箱35内的液位传感器41。

进一步优选方案，第三电机23和第四电机25为推杆电机，第一转盘24和第二转盘26各自在其水平面上转动的角度不小于90°。

进一步优选方案，横杆11的两侧面上固接有两个复位弹簧42一端，两个复位弹簧42的另一端固接在底盘1上。

进一步优选方案，第一喷杆31与第二喷杆36垂直，喷嘴37的数量不小于4个。

进一步优选方案，平台21上铺设有防水膜。

本实用新型驱动机构具体的设计如下：

驱动机构设计主要涉及到动力源的选择和驱动结构的设计。在本驱动机构中采用永磁直流无刷电机作为动力源。结合本驱动机构负载约为60kg的条件，在本驱动机构中选用中置式无刷直流电机。为了便于喷药和检测，本驱动机构速度不能过快，且车身离地高度不能太高，以免影响其稳定性，为此，本驱动机构设定行走的速度为5km/ h，轮毂(某型号摩托车用轮毂)半径为250ram，由于采用的动力源为中置式无刷直流电机，因此为了达到合适的行走速度，还设定了减速器4；

根据链传动的平均传动比公式，计算第一齿轮5、第二齿轮6的齿数比的公式

式中，V为驱动机构运动速度，单位为km/h；

R为驱动轮8轮毂半径：单位为m；

n₁为直流无刷电机转速：单位rpm；

z₁,z₂为第一齿轮5、第二齿轮6的齿数；

将V、r、n₁带入上式后，可计算出齿数比：

故第一齿轮5的齿数设为6时，第二齿轮6的齿数为46。

此外，驱动轴7的直径对驱动机构有这重要的作用，直径过大，将会使得驱动机构的附加载荷加大，效率降低，直径过小，将会使轴的刚度及强度不足，使机构无法正常工作，在本实用新型中，由刚度条件确定驱动轴7的最小直径；在分析时，驱动轴7可简化为简支梁，其受力如图9所示，根据车身及轮胎尺寸，驱动轴7承载部分长度 l＝430mm，驱动机构设计载荷为60Kg，由于在一些特殊情况下(比如加速时)，驱动轴7承受载荷会加大，因此设计驱动轴7承受载荷为 40kg，由此可算出均布载荷的集度q为：

式中，m为驱动轴7承载的载荷，单位为kg；

L为驱动轴7承载的部分长度，单位为m；

对于图9所示的简支梁，其绕曲线方程为：

式中，E为弹性模量，驱动轴7的材料为45钢，故E＝210GPa；

I为惯性矩，其计算公式为：

(r为轴的半径)，I的单位为m⁴。

由材料力学可知，梁的刚度条件为：[w]≥w_max

在机械工程中，许用绕度[w]的取值范围为：

根据本驱动机构的实际情况，取许用绕度：[w]≥w_max

可得出梁的半径公式为：

从而从计算出r≥8.76×10^-3m，故驱动轴7的最小直径可取18mm。

本实用新型直流无刷电机的参数如下：

干摩擦力力矩T_c＝|T_c|signΩ[N·m]Ω表示负载转动的角速度

惯性转矩T_J＝J_ε J为负载转动惯量，ε为负载角角速度

额定输出功功率P_N＝500W

额定电压U_N＝48V

额定电流I_N＝20A

额定转速n_N＝(1000～2600)rpm

额定转矩T_N＝1.12W

转动惯量J_r＝0.005(Kg·m²)

效率Y_N≥83％。

本实用新型自动喷药装置的工作原理：工作时，启动第一电机3，经过减速器进而驱动第一齿轮5，通过链条传动带动第二齿轮6从而使驱动轮8转动，进而在从动轮与驱动轮8的作用下使底盘运动，底盘前端设置有测障传感器39，在从动轮前方感应到有障碍物时，通过传感器模块将信号传输给转向模块，进而转向模块使第二电机9转动，带动圆盘10以及横杆11在水平方向上转动一定角度，横杆11 通过通槽12与竖杆14的第一凸块13配合，进而带动竖杆14进行转动，竖杆14两端的通孔15与从动轮16的第二凸柱20配合，由于从动轮16的第一凸柱18轴接在底盘上，最终通过第二电机9的转动实现从动轮16的转向，进而可以绕开障碍物前行，通过第二喷杆36上的测距传感器40感应第二喷杆36至农作物的距离，当第二喷杆36 到达设定距离的位置后，通过传感器模块将信号传输给水泵34，水泵34启动将药液从喷杆以及喷嘴37喷出实现喷药，在测距传感器感 40应农作物的同时，可以启动第一油缸28以及第二油缸44使得喷杆在竖直方向上下移动以及在水平方向伸缩微调，从而使得喷杆的位置更好地满足喷药作业的进行，当喷完一个方向的农作物后，可以驱动第三电机23使第一转盘24在0-90°范围内转动一定角度，若靠第一转盘24不能满足喷药作业时，启动第四电机25使第二转盘26 绕其中心0-90°范围内转动一定角度，最终两个转盘的转动角度叠加可以实现喷杆在0-180°范围内转动，更大范围地实现了喷杆的喷药范围，提高了喷药的效率，此外，在喷杆上安装有流量调节阀38，在喷药作业时，可以通过提前调节好所需的流量进行喷药，在控制箱内设置有主控板、电机驱动模块、转向模块、继电器、传感器模块、蓝牙模块以及电源模块，通过蓝牙模块可以实现与手机的连接，进而通过远程的手机控制就可以实现对喷药装置各个机械部件的运动，从而最终实现自动喷药作业，在喷药过程中，液位传感器41可以实时检测水箱35中的液位，当出现低液位时，及时给控制板发送信号，控制板进而控制第一电机3使其停止运行。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种自动喷药装置，包括底盘机构、喷药机构和电气控制机构，所述喷药机构和电气控制机构布设在所述底盘机构上方，所述电气控制机构通过信号导线控制连接所述底盘机构和所述喷药机构，其特征在于：所述底盘机构包括底盘(1)、驱动机构和转向机构，

所述驱动机构包括有第一电机(3)，所述第一电机(3)固接在所述底盘(1)中心，所述第一电机(3)输出轴固接有减速器(4)，所述减速器(4)输出端固接有第一齿轮(5)，所述第一齿轮(5)链条传动有第二齿轮(6)，所述第二齿轮(6)固接有驱动轴(7)，所述第二齿轮(6)固接在所述驱动轴(7)的中心，所述驱动轴(7)两端固接有驱动轮(8)，所述驱动轴(7)轴接在所述底盘(1)上；

所述转向机构包括有第二电机(9)，所述第二电机(9)固接在所述底盘(1)上，所述第二电机(9)输出轴固接有圆盘(10)，所述圆盘(10)侧面固接有横杆(11)，所述横杆(11)端部开设有通槽(12)，所述通槽(12)内配合连接有第一凸块(13)，所述第一凸块(13)固接有竖杆(14)，所述横杆(11)与所述竖杆(14)垂直，所述第一凸块(13)布设在所述竖杆(14)中心，所述竖杆(14)两端开设有通孔(15)，所述底盘(1)的两侧布设有两个从动轮(16)，所述从动轮(16)中心固接有从动轴(17)，所述从动轴(17)上固接有第一凸柱(18)和第二凸块(19)，所述第一凸柱(18)与所述第二凸块(19)垂直，所述第二凸块(19)上固接有第二凸柱(20)，两个所述第二凸柱(20)与两个所述通孔(15)配合连接，两个所述第一凸柱(18)轴接在所述底盘(1)上；

所述喷药机构包括布设在所述底盘上方的平台(21)，所述平台(21)与所述底盘(1)之间固接有支撑柱(22)，所述平台(21)上固接有第三电机(23)，所述第三电机输出轴固接有第一转盘(24)，所述第一转盘(24)内嵌装有第四电机(25)，所述第四电机(25)输出轴固接有第二转盘(26)，所述第二转盘(26)一侧固接有侧板(27)，所述侧板(27)竖直布设，所述侧板(27)底端固接支撑板(43)，所述支撑板(43)上固接有第一油缸(28)，所述第一油缸(28)活塞杆上固接有第二油缸(44)，所述第二油缸(44)活塞杆水平布设，所述第二油缸(44)端部固接有滑轨(29)，所述侧板(27)上开设有滑槽(30)，所述滑轨(29)与所述滑槽(30)滑动连接，所述第二油缸(44)活塞杆上固接有第一喷杆(31)，所述第一喷杆(31)上固接有接头(32)，所述接头(32)上可拆卸连接有水管(33)，所述水管(33)连接有水泵(34)，所述水泵(34)连接有水箱(35)，所述水箱(35)固接在所述平台(21)上；

所述电气控制机构包括主控板、电机驱动模块、转向模块、继电器、传感器模块以及蓝牙模块，所述主控板通过线路分别与电机驱动模块、转向模块、继电器、传感器模块以及蓝牙模块进行数据传输连接。

2.根据权利要求1所述的一种自动喷药装置，其特征在于：所述第一喷杆(31)端部螺纹连接有第二喷杆(36)，所述第二喷杆(36)上固接有若干个喷嘴(37)，所述第一喷杆(31)上还安装有流量调节阀(38)。

3.根据权利要求2所述的一种自动喷药装置，其特征在于：所述主控板、电机驱动模块、转向模块、继电器、传感器模块、蓝牙模块以及电源模块均放置在电控箱(45)内，所述主控板采用Arduino主控板，所述传感器模块通过线路连接有测障传感器(39)和测距传感器(40)，所述测距传感器(40)固接在所述第二喷杆(36)上，所述测障传感器(39)固接在所述底盘(1)前端。

4.根据权利要求1所述的一种自动喷药装置，其特征在于：所述传感器模块还包括有固接在水箱(35)内的液位传感器(41)。

5.根据权利要求1所述的一种自动喷药装置，其特征在于：所述第三电机(23)和所述第四电机(25)为推杆电机，所述第一转盘(24)和所述第二转盘(26)各自在其水平面上转动的角度不小于90°。

6.根据权利要求1所述的一种自动喷药装置，其特征在于：所述横杆(11)的两侧面上固接有两个复位弹簧(42)一端，两个所述复位弹簧(42)的另一端固接在所述底盘(1)上。

7.根据权利要求2所述的一种自动喷药装置，其特征在于：所述第一喷杆(31)与所述第二喷杆(36)垂直，所述喷嘴(37)的数量不小于4个。

8.根据权利要求1所述的一种自动喷药装置，其特征在于：所述平台(21)上铺设有防水膜。

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