植物的矩陣式移植方法及其設備的製作方法
2023-09-15 16:01:30
專利名稱：植物的矩陣式移植方法及其設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及植物、籽苗、插塞塊的矩陣式移植方法，以及實施該方法的設備，以提高植物的產量，質量，生產率，降低植物移植過程中的高強度勞力需求，實現在大田和溫室二者中的栽培和作業自動化。
背景技術：
人們對花費較少勞力而獲得更高單位面積產量和更高品質的作物這一需求快速加大，從而導致全球性的一種需要讓新的栽培實踐與機械系統實現充分的集成與交互。每年在農業和林業領域的各個部門，對千百萬的植物、籽苗、插塞塊耗費巨大的勞動力進行移植，這成為生產體系中的一個主要瓶頸。機械化和自動化對植物的栽培者、農民來說，如同對農業的其他任何領域同樣重要。其原因在於苗床作業耗費巨大數量的勞動力，如同在任何其他商業領域一樣，栽培者、農民不得不同生產效率，勞力不足以及勞力總成本的難題做鬥爭。
在栽培籽苗的實際工作中，一個特別勞力密集的領域、是將相對幼小的植物從最初成根的容器移植到較大容器或大田中、以求進一步的生長發育。通常大量的的苗床作業和植物生產工具是用手工操作的，因此植物的轉移和移植過程費時且效率極低。現實情況正是用人力手工移植極大地限制了農場和苗床進行植物轉移和移植作業的能力。需要並將繼續需要一個充分自動化的植物移植方法和設備，它能自動地將植物、籽苗、插塞塊從初成根的盤、容器轉移到田地或第二容器以進一步生長發育，在溫室或大田生產出優良植物。要解決的關鍵問題是勞動力的開支和利用率，自動化帶來的高成本，用機械抓手裝置搬運植物、籽苗、插塞塊的困難(機械抓手裝置是動作失誤、造成損壞和工作不可靠的主要原因)。
業已證明，由黃國彥博士發明的植物空氣整根革新技術的諸多優點包括可消除根的纏繞，促進正確引導的根產生分枝以增大根系和有利於充滿活力的生長，提高產量和質量，提高溫室設施的循環利用率，節省栽培介質、能量和肥料。空氣整根概念讓開發出獨特的盤器成為可能，該盤器適用於一種簡單的自動移植系統，正如黃國彥博士的美國專利第5179800號，5254140號，5298041號，5573558號和6357180號所公開的那樣。空氣整根盤室、缽具有一帶可拆卸孔網的敞開底部。空氣整根盤室、缽的底部較大而頂部較小，從而可消除傳統的盤室、缽所固有的缺點。傳統的盤室、缽具有帶排水孔的較小封閉底部和較大的敞口頂部，容器側壁自下而上朝外傾斜，這種不適當的側壁傾角導致根盤結(根盤旋和纏結)，根生長緩慢和生長不均。
空氣整根盤室、缽、容器還利用了植物枝條的特點，當植物從腔室底部被拉出或從頂部被推出時，簇葉能合攏在一起以通過腔室的開孔。該特徵有助於不使用任何類型的抓手裝置，就能讓植物容易地從敞開的缽、容器底部移出，實現全自動移植。實際的大田應用情況表明，經空氣整根的插枝和籽苗，無論是在盤、容器內還是經移植之後，都具有很優良的生長性能。並且通過植物、籽苗、插塞塊的空氣整根，對各種作物均能有效地實行全自動移植。很多種植者、農戶目前擁有的移植機械和設備是為傳統的盤、託板、缽而設計的，但是他們想使用空氣整根盤、缽、容器以提高生產率、植物產量和品質。因此現在存在並且仍將繼續存在這樣的需要用空氣整根盤、託板、容器實現空氣整根，但卻能將插塞塊、籽苗、植物從空氣整根盤、託板、容器的頂部移出。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足和缺陷，提供一種簡單和低成本的植物移植方法和設備，以將一個或多個植物、籽苗、插塞塊從一容器或一供應盤、缽移植到移植區或第二容器。
本發明提供一種自動移植設備，它使用間歇的或脈衝的真空裝置將一植物、插塞塊或多個植物、籽苗、插塞塊自一供應盤、缽移至大田或容器以實現全自動移植。
本發明提供一種矩陣式轉移和移植設備，它手動、機械、氣動、水力或電動地推動所選擇的植物穿越供應盤的敞口底部，自動地將成組的植物、籽苗、插塞塊從供應盤、缽的敞口底部向外移植。
本發明提供一種手動或自動的植物移植設備，它使用空氣整根盤作為矩陣式轉移和移植設備的集成組件。在一個或一組空氣整根供應盤內形成矩陣的一組植物被轉移後，整個供應盤接著被移位到下一個位置，從而能轉移類似的另一植物矩陣，該過程一直進行至整個供應盤被清空為止。
本發明提供一種在結構上相對簡單和輕便，工作可靠且易於使用的植物移植設備。
本發明方法是1、將底部有敞口的植物供應盤置於一植物供應盤託板上，植物供應盤託板上設有一組呈矩陣排列的通孔；2、用夾持編址機構夾持所說託板上的植物供應盤，從而可用電的、液力的、氣動的、機械的或手工的手段控制和驅動夾持編址機構，讓植物供應盤能在所說託板上移動；3、在植物供應盤上方設有一組對應的呈矩陣排列的向下推桿，或者是在植物供應盤託板的通孔下方對接有一組真空抽吸管；4、由推桿一次推壓、或由真空抽吸管一次抽吸該植物供應盤中的一組呈矩陣排列的植物，讓這些植物穿越該植物供應盤託板上的通孔下落、或經過抽吸管下落到下方移植區內對應的呈矩陣排列的的穴植孔內，完成該植物供應盤中第一組矩陣植物的移植；5、讓該植物供應盤在託板上移動到下一位置，並讓移植區也移動到下一位置，完成該植物供應盤中第二組矩陣植物的移植，該過程一直進行到該植物供應盤被移空為止，然後移開被移空的該植物供應盤，再用夾持編址機構夾持另一個植物供應盤，讓移植作業繼續進行。
以上所說的移植區可以是在植物供應盤託板通孔下方或真空抽吸管下方的一組呈矩陣排列的移植容器，也可以是大田等環境。所說的植物供應盤包括空氣整根盤在內。
本發明設備包括(a)一個植物供應盤託板，託板上設有一組呈矩陣排列的通孔；(b)一個可移動地放置託板上、能夾持植物供應盤的X-Y編址框；(c)設於託板上方的一組呈矩陣排列的、能相對於託板上下運動的朝下推桿，或者是在託板的通孔下方對接有的一組下端帶活門的真空抽吸管；(d)設於託板通孔下方或者是抽吸管下方，能相對於託板上下運動的移植區。
本發明設備中的植物供應盤包括空氣整根盤在內。
本發明設備還可以於託板通孔的前方設一組呈矩陣排列的、能相對於移植區上下運動的朝下穴植杆。
本發明設備中的編址框能用電的、液力的、氣動的、機械的或手工的手段讓夾持的植物供應盤在託板上按作業要求而運動。
本發明設備中的移植區可以是能放置被移植植物容器的一個運送臺板。放置上呈矩陣排列的被移植植物容器後，這裡實際發生對植物容器內栽培介質的穴植以及隨後的移植。所說穴植，即在栽培介質上形成穴植孔以容納被移植植物的根部。被移植植物容器可以是空氣整根容器。
本發明設備中的朝下推桿可以設於託板上方的一塊能相對於託板上下運動的推桿板上。
本發明設備中的朝下穴植杆可以設於託板上託板通孔的前方。
本發明設備中的託板、推桿板和運送臺板最好能上下運動地設置於一個支撐框架上，支撐框架可以帶有小腳輪。託板、推桿板和運送臺板相互間在時間關係上按穴植和植物移植作業過程的需要而相對運動。
本發明設備中的真空抽吸管可以是一能產生脈衝真空的裝置的部件，該產生脈衝真空的裝置包括一位於植物盤託板下方的風箱，風箱下端內緊固有插管，插管下端設有活動門作為真空抽吸管的活動門，以及包括一能推動風箱伸展從而在真空抽吸管內形成脈衝真空的致動器。脈衝真空使植物自植物盤穿越植物盤託板上的通孔而下移並穿越真空抽吸管及其下端的活門到達下方植物移植區。本發明設備中的風箱可以為稜台狀風箱，從而在風箱伸展和收縮形成間歇脈衝的過程中能產生較大的起始脈衝真空力。
如圖1和2所示，植物供應盤託板1上設有一組呈矩陣排列的通孔2，當空氣整根植物供應盤處於所選擇的一個位置時，植物供應盤上所選擇的小室3能與排成矩陣的通孔2對準。通孔2的作用是當所選擇的植物/籽苗/插塞塊從植物供應盤的小室3移出時，讓它們能穿越過通孔2。圖1中4表示真空抽吸管。圖2中的5為在植物供應盤託板通孔下方一組呈矩陣排列的被移植容器——空氣整根缽。
圖3和4分別表示帶288個小室的空氣整根植物供應盤6被順序編址的起始和終止位置。該編址是為了給2×4個排成矩陣的被移植容器即缽體7進行矩陣式移植，即每次編址有8棵植物，圖中8為放置被移植植物容器缽體7的運送臺板。圖5和6分別表示帶288個小室的空氣整根植物供應盤9被順序編址的起始和終止位置，該編址是為了給3×6個排成矩陣的缽體10進行矩陣式移植，即每次編址有18棵植物，圖中11為放置被移植植物容器缽體10的運送臺板。圖7和8分別表示帶288個小室的空氣整根植物供應盤12被順序編址的起始和終止位置，該編址是為了給4×8個排成矩陣的缽體13進行矩陣轉移和移植，即每次編址有32棵植物，圖中14為放置被移植植物容器缽體13的運送臺板。一旦植物供應盤到達最終位置，或者說一旦所有的植物/籽苗/插塞塊已經被移植，則清空後的植物供應盤被移動離開編址框。接著一個新的滿載植物的盤被放入編址框，或者說是放入供應盤的夾持和編址機構。
本發明的有益效果提供了一種簡單和低成本的植物移植方法和設備，可以將一個或多個植物、籽苗、插塞塊從一容器或一供應盤、缽移植到移植區或第二容器，可以實現全自動移植。本發明設備結構相對簡單和輕便，工作可靠且易於使用。
圖1為本發明工作原理示意圖，說明憑藉脈衝真空，當植物供應盤的敞口底與託板通孔和抽吸管配合時，就立刻向下將植物移出。
圖2為本發明工作原理示意圖，說明憑藉憑藉推桿力，當植物供應盤的敞口底與託板通孔配合時，就立刻向下將植物移出並向帶多個空氣整根缽的運送臺板移植。
圖3～8為本發明矩陣式移植的編址原理示意圖。
圖9為本發明一個實施例設備的透視圖。
圖10為本發明實施例中帶圓桶狀風箱的氣動或液力驅動的脈衝真空裝置示意圖。
圖11為本發明實施例中帶稜台狀風箱的氣動或液力驅動的脈衝真空裝置示意圖。
圖12至圖17為本發明實施例的一組正立視簡圖，表示形成矩陣的植物從一個空氣整根植物供應盤移植到一個置於下方的帶多個接受缽的運送臺板上的一系列過程。
具體實施例方式
見圖9～17的實施例。該矩陣式移植設備中，15為空氣整根植物供應盤，16為帶通孔的供應盤託板，託板16通孔的前方部分18設有朝下的穴植杆17(但圖12、15、16和17中的穴植杆17在圖9中未畫出)。一個能夾持植物供應盤15的X-Y編址框19可移動地放置託板16上，從而可用電的、液力的、氣動的、機械的或手工的手段控制和驅動編址框19，讓植物供應盤15能在託板16上按作業要求而移動。21為設於託板16上方的推桿板，推桿板21設有一組呈矩陣排列的朝下推桿20。在託板16的通孔下方可拆卸地對接有脈衝真空裝置22的真空抽吸管，23為脈衝真空裝置22中的圓桶狀風箱。移植區是能放置被移植植物容器25等的一個運送臺板24。放置上被移植植物容器25後，這裡實際發生對植物容器25內栽培介質的穴植以及隨後的移植。本發明設備中的託板16、運送臺板2 4能上下運動地設置於支撐框架26上，支撐框架26帶有小腳輪27。託板16、推桿板21和運送臺板24相互間在時間關係上按穴植和植物移植作業過程的需要而相對運動。
圖10為圖9中脈衝真空裝置22的放大圖。見圖11，所用風箱也可以為稜台狀風箱27，從而在風箱伸展和收縮形成間歇脈衝的過程中能產生較大的起始脈衝真空力。圖10中28為抽吸管，它緊固在圓筒風箱23上端的中心，29為活動門。風箱23被兩個致動器即缸體30所驅動，從而在抽吸管28內產生脈衝真空，當風箱23被缸體30驅動擴張時活動門29自動關閉。圖11中的31為驅動稜台狀風箱2 7的致動器缸體。
圖12至圖17表示植物33從一個空氣整根植物供應盤15被移植到下方運送臺板24上多個接受缽體內的一系列過程。
整個過程從圖12開始，圖12表示託板16和運送臺板24的初始位置，以及空氣整根盤供應盤15、推桿20以及穴植杆17間的相對位置。圖12中，第一組被移植植物容器25已被穴植，而另一組被移植植物容器32被運送臺板24往上移送做好被穴植的準備。
圖13表示被移植植物容器32被穴植，而被移植植物容器25做好了移植準備。託板16和運送臺板24一道上移，以隨後憑藉上方固定的推桿2來完成對被移植植物容器25的移植作業。
圖14表示託板16和運送臺板24兩者上移至當前位置，從而對被移植植物容器25所應接受的所有籽苗在一次作業中被推桿20移植到土床面當推桿20壓持籽苗時，託板16向上移動到預定位置以清除籽苗。
圖15表示對被移植植物容器25的移植作業和對被移植植物容器32的穴植作業已經完成，且託板16和運送臺板24正在向下移動以返回圖12中的初始位置。
圖16表示託板16和運送臺板24處於初始位置，並且已準備好將被移植植物容器25送出，使得被移植植物容器32能移動到移植位置和被移植植物容器34能被送入穴植位置。
最後圖17表示第一組被移植植物容器25已被送出，第二組被移植植物容器32已做好移植準備、第三組被移植植物容器34已做好穴植準備。
當然，本發明還可以其他的特別方式來實現，但不離開所闡述的發明精神實質。因此，本發明的實施例無論如何都應認為是一種舉例而不是對發明的限制，對在權利要求中的手段和等同物所做的所有改變都被本發明所覆蓋。
權利要求
1.一種植物的矩陣式移植方法，其特徵是(1)、將底部有敞口的植物供應盤置於一植物供應盤託板上，植物供應盤託板上設有一組呈矩陣排列的通孔，(2)、用夾持編址機構夾持所說託板上的植物供應盤，用電的、液力的、氣動的、機械的或手工的手段控制和驅動夾持編址機構，讓植物供應盤能在所說託板上移動，(3)、在植物供應盤上方設有一組對應的呈矩陣排列的向下推桿，或者是在植物供應盤託板的通孔下方對接有一組真空抽吸管，(4)、由推桿一次推壓、或由真空抽吸管一次抽吸該植物供應盤中的一組呈矩陣排列的植物，讓這些植物穿越該植物供應盤託板上的通孔下落、或經過抽吸管下落到下方移植區內對應的呈矩陣排列的的穴植孔內，完成該植物供應盤中第一組矩陣植物的移植，(5)、讓該植物供應盤在託板上移動到下一位置，並讓移植區也移動到下一位置，完成該植物供應盤中第二組矩陣植物的移植，該過程一直進行到該植物供應盤被移空為止，然後移開被移空的該植物供應盤，再用夾持編址機構夾持另一個植物供應盤，讓移植作業繼續進行。
2.一種植物的矩陣式移植設備，其特徵是包括(a)一個植物供應盤託板，託板上設有一組呈矩陣排列的通孔，(b)一個可移動地放置託板上、能夾持植物供應盤的X-Y編址框，(c)設於託板上方的一組呈矩陣排列的、能相對於託板上下運動的朝下推桿，或者是在託板的通孔下方對接有的一組下端帶活門的真空抽吸管，(d)設於託板通孔下方或者是抽吸管下方，能相對於託板上下運動的移植區。
3.如權利要求2所說的移植設備，其特徵是植物供應盤為空氣整根盤。
4.如權利要求2所說的移植設備，其特徵是於託板通孔的前方設一組呈矩陣排列的、能相對於移植區上下運動的朝下穴植杆。
5.如權利要求2所說的移植設備，其特徵是移植區為能放置被移植植物容器的一個運送臺板。
6.如權利要求2所說的移植設備，其特徵是朝下推桿設於託板上方的一塊能相對於託板上下運動的推桿板上。
7.如權利要求2所說的移植設備，其特徵是朝下穴植杆設於託板上託板通孔的前方。
8.如權利要求6所說的移植設備，其特徵是託板、推桿板和運送臺板能上下運動地設置於一個支撐框架上，支撐框架帶有小腳輪。
9.如權利要求2所說的移植設備，其特徵是真空抽吸管為一能產生脈衝真空的裝置的部件，該產生脈衝真空的裝置包括一位於植物盤託板下方的風箱，風箱下端內緊固有插管，插管下端設有活動門作為真空抽吸管的活動門，以及包括一能推動風箱伸展從而在真空抽吸管內形成脈衝真空的致動器。
10.如權利要求9所說的移植設備，其特徵是風箱為稜台狀。
全文摘要
本發明涉及植物矩陣式移植方法和設備，能實現作業自動化。將底部有敞口的植物供應盤置於一託板上，託板上設有一組呈矩陣排列的通孔；用夾持編址機構夾持供應盤，用已有的手段控制和驅動夾持編址機構，讓供應盤能在託板上移動；在供應盤上方設一組對應推桿，或在託板的通孔下方對接有一組真空抽吸管；由推桿推壓或由抽吸管抽吸該供應盤中的一組呈矩陣排列的植物，讓其穿越託板上的通孔下落或經過抽吸管下落到移植區內對應的穴植孔內，完成第一組矩陣植物的移植；讓該供應盤在託板上移動到下一位置，並讓移植區也移動到下一位置，完成第二組移植，該過程一直進行到該供應盤被移空為止，然後將其移開，再夾持另一個供應盤，移植作業繼續進行。
文檔編號A01G9/10GK1559195SQ20041005476
公開日2005年1月5日 申請日期2004年7月19日 優先權日2003年7月21日
發明者黃國彥 申請人:朱 昌, 朱昌