本發明涉及一種噴霧機器，尤其是涉及其中的一種可用于升降的噴桿裝置。

背景技術：

我國是一個農業大國，作物的植保以及施肥作業水平直接影響著農作物的產量。目前我國的農業機械化與自動化水平還比較低，缺乏大田高效施藥的機具，同時對于具有復雜噴霧施藥地形的作物(如水稻以及高稈作物等)，常規機械無法下田，所以大多靠人力或人機結合，導致效率低下、勞動強度大、規模效應差等問題。專利申請號為CN201520140029.X的專利履帶自走風送式噴霧機采用傳統履帶結構，對于復雜地形具有一定適應能力，但是通過性不好，且噴霧范圍有限，無法適應大田高稈作物的噴霧要求。專利申請號為CN201310288169.7的專利一種拖拉機行走裝置采用三角履帶結構，對復雜地形有一定適應能力，但是用于農業應用中仍然存在裝置重心過高、通過性無法適應高稈作物等問題。針對以上具有復雜噴霧施藥地形的大田噴霧所存在的弊端，設計了一種高地隙無人駕駛智能履帶噴霧機。采用履帶結構以及無人駕駛智能控制方式以適應復雜噴霧施藥地形的影響，另外，三段式高度可調長噴桿可滿足大田作物不同生長時期的噴霧施藥需求。

技術實現要素：

本發明的目的在于設計了一種可升降的升降噴桿裝置，能適應大田以及具有復雜噴霧地形作物的噴霧要求，能提高噴霧施藥效率的噴霧機。

本發明的技術方案為：一種升降噴桿裝置，包括四棱錐機架、鏈條牽引裝置、混藥裝置、噴桿裝置；

所述四棱錐機架包括支撐架、支撐橫板，位于底端的支撐橫板與其上面的支撐架組成四棱錐結構，所述支撐橫板為四邊形結構的平板；

所述鏈條牽引裝置設置在四棱錐機架內，包括帶槽滑軌、齒輪、直流無刷電機以及鏈條；帶槽滑軌包括帶孔滑塊和滑槽，滑槽下端通過連接件垂直固連支撐橫板，滑槽上端固連在支撐架頂板上，帶孔滑塊安裝在帶槽滑軌上，帶孔滑塊中間圓孔用于安放噴桿裝置；齒輪位于帶槽滑軌的一側，上部的齒輪固定在上齒輪固定件上，下部的齒輪則是與直流無刷電機同軸連接，兩個齒輪中心在同一條垂線上，直流無刷電機固定在底部的支撐橫板上；

所述混藥裝置包括水箱、藥箱以及藥液箱，水箱與藥箱是分離的，輸出藥液按比例混合，混合的藥液預存在藥液箱中，噴霧機車遇到惡劣地形條件無法駛出時，能將水箱的水放掉減負；所述藥液箱和噴桿裝置相連；

所述噴桿裝置為三段式結構，兩側的履帶式行走機構之間為內噴桿，內噴桿的兩側為外噴桿，噴桿裝置上均布噴嘴。

進一步，所述四棱錐機架上的支撐架可用兩根金屬支撐架頂點焊接替代，組成三角形支撐架，三角形支撐架底端固定在支撐橫板兩側的中間位置。

進一步，所述內噴桿穿過兩側的帶孔滑塊并加以固定，噴桿裝置可以在直流無刷電機、齒輪的帶動下進行一定范圍的上下移動。

進一步，還包括電動推桿，所述內噴桿與外噴桿通過轉軸連接在一起，電動推桿兩端分別固定在轉軸上方的內噴桿與外噴桿上，垂直折疊起來的外噴桿卡在四棱錐機架頂端的噴桿卡槽中；內噴桿兩頭各延伸一個噴桿底槽，外噴桿水平放置時正好卡在噴桿底槽中。

進一步，還包括控制裝置，所述控制裝置包括嵌入式車載控制單元，以及分別與嵌入式車載控制單元相連的升降電機驅動、推桿電機驅動、抽水泵驅動、藥液泵驅動、混合液泵驅動、電磁閥驅動，所述升降電機驅動與直流無刷電機相連，所述推桿電機驅動與電動推桿相連，所述抽水泵驅動與抽水泵相連，所述藥液泵驅動和藥液泵相連，所述混合液泵驅動和混合液泵相連，所述電磁閥驅動和噴桿電磁閥相連。

本發明的有益效果是，水箱、藥液箱等水路各部件以及車載電池、驅動器等電路部分全部集中于兩邊梯形履帶內部，拉低了重心，有別于其它履帶行走機構，使得行走更為穩健，只通過噴霧機高處的三根固定桿來固定的結構，使得噴霧機中間通過性好，適應各種高低隙作物噴霧條件；寬幅噴桿可根據作物實際高度上下調整，能滿足多種作物不同生長時期的噴霧要求，在噴霧結束時，三段式噴桿的兩邊兩段可以向內折疊，三段式噴桿形成正三角結構，中心對稱，重心較穩，有別于其它向后折疊的噴桿，噴桿不會上下、左右擺動，有利于噴霧機的行走與運輸；噴霧機采用水藥分離、實時混藥水路系統，在噴霧機遇到惡劣地形條件不能駛出時，可以釋放掉水箱的清水為自身減負，有利于應對惡劣地形條件且不對環境造成污染；通過所發明的高地隙無人駕駛智能履帶噴霧機，提高了在大田中噴霧施藥的效率，減輕了勞動強度，自動化水平較高，規模效應較好。

附圖說明

圖1是一種高地隙無人駕駛智能履帶噴霧機斜面整體結構示意圖；

圖2是一種高地隙無人駕駛智能履帶噴霧機正面結構示意圖；

圖3是一種高地隙無人駕駛智能履帶噴霧機車架部分結構圖；

圖4為鏈條牽引裝置示意圖；

圖5為內噴桿與外噴桿連接結構示意圖；

圖6是一種高地隙無人駕駛智能履帶噴霧機控制系統原理圖。

其中：1-輪轂電機驅動輪；2-行走輪；3-履帶；4-導向輪；5-支撐輪；6-水箱；7-藥箱；8-藥液箱；9-梯形支架組件；10-支撐架；11-支撐橫板；12-主固定桿；13-輔助固定桿；14-帶槽滑軌；15-齒輪；16-直流無刷電機；17-內噴桿；18-外噴桿；19-噴嘴；20-電動推桿；21-噴桿底槽；22-轉軸；23-噴桿卡槽；24-蓋板；25-嵌入式車載控制單元；26-攝像頭；27-陀螺儀；28-電子羅盤；29-GPS；30-速度傳感器；31-液位傳感器；32-壓力傳感器；33-噴嘴流量計；34-遙控器；35-參數顯示屏；36-圖像實時顯示屏；37-手機應用；38-輪轂電機驅動；39-升降電機驅動；40-推桿電機驅動；41-抽水泵驅動；42-抽水泵；43-藥液泵驅動；44-藥液泵；45-混合液泵驅動；46-混合液泵；47-電磁閥驅動；48-噴桿電磁閥；49-抽水流量計；50-噴桿電磁閥；51-支撐架頂板；52-上齒輪固定件；53-連接件；54-帶孔滑塊；55-鏈條；56-支撐橫板、57-支撐斜板、58-輪轂支撐支架、59-輪轂支撐橫板。

具體實施方式

如圖1、2、4、5所示，本發明的一種升降噴桿裝置，包括四棱錐機架、鏈條牽引裝置、混藥裝置、噴桿裝置；

所述四棱錐機架包括支撐架10、支撐橫板11，位于底端的支撐橫板11與其上面的支撐架10組成四棱錐結構，所述支撐橫板11為四邊形結構的平板；

所述鏈條牽引裝置設置在四棱錐機架內，包括帶槽滑軌14、齒輪15、直流無刷電機16以及鏈條55；帶槽滑軌14包括帶孔滑塊54和滑槽，滑槽下端通過連接件53垂直固連支撐橫板11，滑槽上端固連在支撐架頂板51上，帶孔滑塊54安裝在帶槽滑軌14上，帶孔滑塊54中間圓孔用于安放噴桿裝置；齒輪15位于帶槽滑軌14的一側，上部的齒輪15固定在上齒輪固定件52上，下部的齒輪15則是與直流無刷電機同軸連接，兩個齒輪中心在同一條垂線上，直流無刷電機16固定在底部的支撐橫板11上；

所述混藥裝置包括水箱6、藥箱7以及藥液箱8，水箱6與藥箱7是分離的，輸出藥液按比例混合，混合的藥液預存在藥液箱8中，噴霧機車遇到惡劣地形條件無法駛出時，能將水箱的水放掉減負；所述藥液箱8和噴桿裝置相連；

所述噴桿裝置為三段式結構，兩側的履帶式行走機構之間為內噴桿17，內噴桿17的兩側為外噴桿18，噴桿裝置上均布噴嘴19。

所述四棱錐機架上的支撐架10可用兩根金屬支撐架頂點焊接替代，組成三角形支撐架，三角形支撐架底端固定在支撐橫板11兩側的中間位置。

所述內噴桿17穿過兩側的帶孔滑塊54并加以固定，噴桿裝置可以在直流無刷電機、齒輪的帶動下進行一定范圍的上下移動。

本發明的一種升降噴桿裝置還包括電動推桿20，所述內噴桿17與外噴桿18通過轉軸22連接在一起，電動推桿20兩端分別固定在轉軸22上方的內噴桿17與外噴桿18上，垂直折疊起來的外噴桿18卡在四棱錐機架頂端的噴桿卡槽23中；內噴桿17兩頭各延伸一個噴桿底槽21，外噴桿18水平放置時正好卡在噴桿底槽21中。

所述控制裝置包括嵌入式車載控制單元25，以及分別與嵌入式車載控制單元25相連的升降電機驅動39、推桿電機驅動40、抽水泵驅動41、藥液泵驅動43、混合液泵驅動45、電磁閥驅動47，所述升降電機驅動39與直流無刷電機16相連，所述推桿電機驅動40與電動推桿20相連，所述抽水泵驅動41與抽水泵42相連，所述藥液泵驅動43和藥液泵44相連，所述混合液泵驅動45和混合液泵46相連，所述電磁閥驅動47和噴桿電磁閥48相連。

下面結合示意圖具體說明所發明的一種高地隙無人駕駛智能履帶噴霧機的工作過程。

一種高地隙無人駕駛智能履帶噴霧機，包括噴霧機行走設備、噴霧機升降機構、噴霧機構，控制裝置；所述噴霧機行走設備由兩個帶有輪轂電機驅動的履帶式行走機構組成，兩側的履帶式行走機構由固定桿相連，兩側的履帶式行走機構頂端均設有噴霧機升降機構，所述噴霧機構包括混藥裝置和噴桿裝置；每個履帶式行走機構內部均裝配有梯形支架組件；混藥裝置和控制裝置均置于兩側的梯形支架組件內側，噴桿裝置設置在噴霧機升降機構上并與混藥裝置相連，隨著噴霧機升降機構的牽引上下移動；所述控制裝置分別與輪轂電機、噴霧機升降機構、噴霧機構相連，分別實現對輪轂電機驅動控制，噴霧機升降機構的升降控制，以及噴霧機構的噴霧控制。

所述梯形支架組件外圍被履帶3包裹，梯形支架組件9為梯形支撐結構，由支撐板固定連接組成，梯形支架組件四邊固定的輪子能夠和履帶3配合，進而帶動履帶3行進。

如圖1-2所示，所述履帶式行走機構包括輪轂電機驅動輪1、行走輪2、履帶3、導向輪4、支撐輪5，所述輪轂電機驅動輪1、行走輪2、導向輪4、支撐輪5均通過中間軸裝配在梯形支架組件9的各個連接端的預留通孔兩側，其中輪轂電機驅動輪1與導向輪4分別裝配在梯形支架組件9的底邊兩側的中間軸上，兩個支撐輪5裝配在梯形支架組件9的上邊兩側的中間軸上，4個行走輪2每兩個一組，裝配在梯形支架組件9底邊的三角支架上，輪轂電機驅動輪1與梯形支架組件9的連接是采用跨接方式，輪轂電機驅動輪1安裝在輪轂支撐支架58、輪轂支撐橫板59相配合的半口狀支架內側的中間軸上；所述行走輪2、導向輪4、支撐輪5都是雙輪同軸結構；履帶3將整個梯形支架組件9外圍包裹，且同輪轂電機驅動輪1、行走輪2、導向輪4、支撐輪5相接觸。

所述噴霧機構中，所述混藥裝置包括水箱6、藥箱7以及藥液箱8，所述水箱6、藥箱7、藥液箱8、控制裝置固定于梯形履帶內側梯形支架組件9的內部；重心下放，噴霧機在行走過程中更加穩健，并且梯形履帶高度較高，使得藥箱的容量較大，適合大田噴霧。水箱6與藥箱7是分離的，輸出藥液按比例混合，混合的藥液預存在藥液箱8中，噴霧機車遇到惡劣地形條件無法駛出時，可以將水箱的水放掉減負，而不會對環境造成污染。

所述噴桿裝置為三段式結構，兩側的履帶式行走機構之間為內噴桿17，內噴桿17的兩側為外噴桿18，噴桿裝置上均布噴嘴19。所述噴霧機構中還包括電動推桿20，所述內噴桿17與外噴桿18通過轉軸22連接在一起，電動推桿20兩端分別固定在轉軸22上方的內噴桿17與外噴桿18上，垂直折疊起來的外噴桿18卡在主固定桿兩端的噴桿卡槽23中；內噴桿17兩頭各延伸一個噴桿底槽21，外噴桿18水平放置時正好卡在噴桿底槽21中。

上述噴桿裝置設置的好處是，既能承載兩邊外噴桿的壓力，同時防止因為風以及顛簸的原因，導致外噴桿18的前后擺動。電動推桿20兩端分別固定在內噴桿17與外噴桿18上，在噴霧結束后，將噴桿通過直流無刷電機以及鏈條齒輪下放到帶槽滑軌14底端，通過電動推桿20折疊作用，三段式噴桿的兩邊兩段可以向內折疊到噴桿卡槽23中，與傳統噴霧機噴桿向噴霧機后方折疊的方式相比，三段式噴桿形成正三角結構，重心較穩，有利于噴霧機的行進與運輸；在開始噴霧前，則通過電動推桿20將兩個外噴桿放平，然后根據目標植株的高度調節噴桿到合適的高度，再執行噴霧動作。

如圖2所示，本發明還包括蓋板24，蓋板24固定在履帶3兩側，尺寸稍小于履帶3，將梯形支架組件9以及水箱6、藥箱7、藥液箱8、控制裝置全部封蓋住，固定在各輪外側的中間軸上。蓋板24能較好地保護內部機構、水箱以及控制器等不受惡劣環境的污染、侵蝕。

如圖3所示，本發明所給出的梯形支架組件9的一個實施例。

該梯形支架組件9包括支撐橫板56、支撐斜板57、輪轂支撐支架58、輪轂支撐橫板59，所述支撐橫板56、支撐斜板57、輪轂支撐支架58、輪轂支撐橫板59合圍成梯形支架，通過焊接方式連接；所述支撐橫板56和支撐斜板57的連接處、支撐橫板56和輪轂支撐支架58的連接處、支撐斜板57和輪轂支撐橫板59的連接處、輪轂支撐支架58和輪轂支撐橫板59的連接處均預留有供中間軸穿過的通孔；所述輪轂支撐支架58靠近支撐橫板56的一端為橫板，另一端固連有半口狀支架A(為“П”狀)；所述輪轂支撐橫板59靠近支撐斜板57的一端為橫板，另一端固連有半口狀支架B，輪轂支撐橫板59的半口狀支架B卡合在輪轂支撐支架58的半口狀支架A內側，二者通過中間軸連接；所述輪轂支撐橫板59底部固定連接兩個三角支架，三角支架底邊兩側預留有供中間軸穿過的通孔。

如圖3-4所示，所述噴霧機升降機構包括四棱錐機架和鏈條牽引裝置；所述四棱錐機架包括支撐架10、支撐橫板11，位于底端的支撐橫板11與其上面的支撐架10組成四棱錐結構，所述支撐橫板11為四邊形結構的平板；所述支撐橫板11為金屬平板，金屬平板四角下部延伸出四根三角鐵板，四根三角鐵板跨接在支撐輪5外部兩側延伸出的中間軸上；支撐橫板11和四根三角鐵板焊接，上齒輪固定件52和支撐架頂板51焊接。

所述鏈條牽引裝置設置在四棱錐機架內，包括帶槽滑軌14、齒輪15、直流無刷電機16、鏈條55；帶槽滑軌14包括帶孔滑塊54和滑槽，滑槽下端通過連接件53垂直固連支撐橫板11，滑槽上端固連在支撐架頂板51上，帶孔滑塊54安裝在帶槽滑軌14上，帶孔滑塊54中間圓孔用于安放噴桿；齒輪15位于帶槽滑軌14的一側，上部的齒輪15固定在上齒輪固定件52上，下部的齒輪15則是與直流無刷電機同軸連接，兩個齒輪中心在同一條垂線上，直流無刷電機16固定在底部的支撐橫板11上。

作為本發明的一個實施例，所述四棱錐機架上的支撐架10也可以選用兩根金屬支撐架頂點焊接組成三角形支撐架，三角形支撐架底端固定在支撐橫板11兩側的中心位置，使得三角形支撐架與下部的梯形支架組件9從側面看形成牢固的三角形結構。

每一邊兩個支撐架10頭部相接，底部延伸出兩根桿跨接在支撐輪外部兩側，兩個支撐架10底部用支撐橫板拼接起來，這樣的三角架加橫板結構，在空間上構成一個四棱錐，具有穩定性。從噴霧機側面看，梯形履帶內側的梯形支架組件9與上方的兩個支撐架10組合成一個三角形，即采用整體三角結構，具有穩定性，從下到上逐漸變窄，行走起更加穩健。

本發明的兩側的履帶式行走機構相同，通過一根主固定桿12與兩根輔助固定桿13相連接，主固定桿12兩頭分別與每邊的兩個支撐架10頭部相接處連接，輔助固定桿13兩頭分別固定在每邊支撐架10的兩根邊柱上，通過3根固定桿以及上面的10個固定點能較穩固地將兩邊的機構連接在一起，行走起來具有穩定性。

如圖4所示，為鏈條牽引帶槽滑軌，包括帶槽滑軌14、連接件53、帶孔滑塊54、鏈條55；支撐橫板11；齒輪15；直流無刷電機16；支撐架頂板51；上齒輪固定件52；其中，帶槽滑軌14上端固定在支撐架頂板51中心，下端通過一個底座固定在支撐橫板11中部，帶孔滑塊54安裝在帶槽滑軌14上，帶孔滑塊54中間圓孔用于噴桿安放，上齒輪固定件52與支撐架頂板51焊接在一起，直流無刷電機16固定在支撐橫板11上，相對于帶槽滑軌14偏向一邊，直流無刷電機16帶動齒輪15轉動，鏈條55與帶孔滑塊54連接在一起，進而帶動帶孔滑塊54的上下移動，兩邊裝置保持同步，則帶動三段式噴桿的上下移動。

作為本發明的實施例，所述噴霧機的履帶3靠輪轂電機齒輪1驅動，且梯形履帶高度約為1.2米；所述智能履帶噴霧機靠輪轂電機齒輪結構驅動，輪轂電機封閉性好，無需額外減速箱結構，節約了整機空間和重量，適應各種復雜地形的行走要求，滿足高地隙作物噴霧的高度要求。

所述噴桿為三段式結構，內噴桿17采用鈦合金材料，不易變形，支撐能力強，長度1.5米，兩邊外噴桿18碳纖維材料，長度2米，內噴桿17與外噴桿18全部展開長達5.5米；由于外噴桿長度較長，使用鈦合金既能滿足強度要求，又能減輕自重，不會因為過重而變形；而且，內噴桿與外噴桿全部展開長達5.5米，適應大田作物噴霧作業。傳統的是向后折疊，本發明的重心集中在履帶上穩定性高，各節噴桿重力承受力小。

所述內噴桿17穿過兩邊的帶槽滑軌14的帶孔滑塊54，噴桿可以在直流無刷電機16、齒輪15的帶動下進行一定范圍(1.2m-1.8m)的上下移動，且直流無刷電機16帶自鎖功能；對于高地隙作物(如水稻后期以及高稈作物等)具有較好的適用性。

如圖6所示，一種高地隙無人駕駛智能履帶噴霧機控制系統，攝像頭用于實時采集噴霧機前方作物的圖像信息，控制單元將其傳輸到圖像實時顯示屏上，供操作者觀察噴霧機前方環境特征。陀螺儀主要用于檢測由于地面不平整而造成的噴霧機車姿態角的偏差信息，并通過控制單元傳輸到參數顯示屏。同理，電子羅盤與GPS主要用于噴霧機車航向角以及位置信息的測量，并通過控制單元傳輸到參數顯示屏，作為操作者操縱噴霧機車行駛方向的依據。高度傳感器主要用于測量作物的高度信息，控制單元據此信息控制直流無刷電機，使得噴桿噴霧處于適當的高度。速度傳感器、液位傳感器、壓力傳感器、噴嘴流量計分別用于測量噴霧機車的行進速度、藥液箱的液位、噴桿的水壓以及噴嘴噴霧的流量，控制單元根據各傳感器的反饋的信息對輪轂電機驅動輪、抽水泵、藥液泵、混合液泵進行控制。抽水流量計用于實時檢測抽水泵抽取的水量，控制單元根據抽水泵抽取的水量控制藥液泵抽取一定的藥液量進行混藥過程，使得水和藥液按照一定的比例進行混合。噴桿是三段式結構，每個部分對應一個電磁閥，混合液泵與電磁閥的配合使用，使噴桿內水壓穩定，噴嘴為壓力式，達到一定水壓即噴霧。手機應用通過4G網絡與嵌入式車載控制單元相連，用于手機遠程觀測噴霧狀況以及對噴霧過程進行控制；遙控器通過2.4G與嵌入式車載控制單元相連，可以通過遙控器上的圖像實時顯示屏回傳的噴霧機車前方作物的實時圖像以及參數顯示屏的各種信息，遠程控制噴霧機車。

高地隙無人駕駛智能履帶噴霧機控制系統工作流程：在開始噴霧前，通過電動推桿將兩個外噴桿放平，然后根據目標植株的高度通過直流無刷電機調節噴桿到合適的高度，然后通過遙控器控制噴霧機的前進方向，同時執行噴霧動作；在噴霧過程中，操作者根據攝像頭、陀螺儀、電子羅盤、GPS等采集的信息對噴霧機行進方向進行有效合理的控制，控制單元根據速度傳感器、液位傳感器、壓力傳感器、噴嘴流量計等回傳的信息對輪轂電機驅動輪、抽水泵、藥液泵、混合液泵以及電磁閥進行控制，對噴霧機速度、混藥過程以及噴霧過程進行控制。抽水流量計用于實時檢測抽水泵抽取的水量，控制單元根據抽水泵抽取的水量控制藥液泵抽取一定的藥液量進行混藥過程，使得水和藥液按照一定的比例進行混合。噴桿是三段式結構，每個部分對應一個電磁閥，混合液泵與電磁閥的配合使用，使噴桿內水壓穩定，噴嘴為壓力式，達到一定水壓即噴霧。在噴霧結束后，將噴桿通過直流無刷電機以及齒輪下放到帶槽滑軌底端，通過電動推桿折疊作用，三段式噴桿的兩邊兩段可以向內折疊到噴桿卡槽中，三段式噴桿形成正三角結構，有利于噴霧機的行進與運輸。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示意性實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

盡管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由權利要求及其等同物限定。