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1、(10)授权公告号 CN 102480913 B (45)授权公告日 2015.01.07 CN 102480913 B (21)申请号 201080031364.6 (22)申请日 2010.07.12 61/237,851 2009.08.28 US 12/815,956 2010.06.15 US A01C 7/00(2006.01) (73)专利权人 雷文工业股份有限公司 地址 美国南达科他州 (72)发明人 杰瑞德E高舍 杰西L韦戈斯 查理R肖恩菲尔德 布伦特巴斯特 (74)专利代理机构 广州嘉权专利商标事务所有 限公司 44205 代理人 冯剑明 US 2002178981 A1,。
2、2002.12.05, US 4230280 A,1980.10.28, US 6510367 B1,2003.01.21, US 6079340 A,2000.06.27, US 5598794 A,1997.02.04, US 5655468 A,1997.08.12, (54) 发明名称 多变量农用品应用系统、 装置及方法 (57) 摘要 本发明公开了一种系统、 装备与方法， 能够控 制所有行的排种量与施肥量， 使其作为前进速度 的函数。 因此， 该系统与控制装置通过中央控制器 可以控制每个独立的行单元体， 由此影响排种量 与施肥量， 其过程是通过控制多个脉宽调制管实 现的。调制管对配备。
3、有集成减速器的液压马达进 行控制， 并且驱动端部传动轴以精确的速度转动， 从而提供所需的排种与排肥。各端部传动轴能够 以完全不同的速度转动， 并且 / 或者可以停止不 动而不影响其它端部传动轴以所需的速度转动。 液压马达中的集成的减速器对排种量与排肥量实 施了良好的转速控制。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2012.01.12 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/US2010/041659 2010.07.12 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2011/025592 EN 2011.03.03 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 徐秋香 权。
4、利要求书 3 页 说明书 4 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书3页 说明书4页 附图4页 (10)授权公告号 CN 102480913 B CN 102480913 B 1/3 页 2 1. 一种变动率控制系统， 用于排放或施放至少一种农用品， 包括 ： 一牵引车， 以所需的已知行进速度在田间行驶 ； 一农用装备， 与牵引车连接， 并包括牵引架和安装在牵引架上的机架， 所述牵引车具有 牵引车液压系统， 所述牵引车液压系统具有相应的牵引车液压流量 ； 多个行单元体， 其安装在机架上， 各行单元体适用于至少一种农用品， 以单独并受控的 量排种与 。
5、/ 或施肥 ； 至少一个农用品储存箱， 储存至少一种供排种或施肥的农用品， 与多个行单元体传动 地连接 ； 其中所述的至少一种农用品选自以下农用品组成的组 ： 至少一种用于排放的农业 种子、 至少一种用于排放的颗粒状肥料、 至少一种用于施放的液态肥 ； 一中央控制器， 连接所述多个行单元体中的每个行单元体 ； 多个行单元体控制装置， 安装在机架上， 并与中央控制器连接， 每个行单元体控制装置 还与一个行单元体连接， 并且对行单元体的操作进行单独控制 ； 行单元体控制装置包括 ： 一脉宽调制阀， 与中央控制器连接并受其控制 ； 一液压马达， 集成的减速器提供少于 1gpm 的液压流量， 与脉宽调。
6、制阀连接， 其转速受 脉宽调制阀控制， 每一个行单元控制装置的液压马达直接与所述牵引车液压系统进行通 信 ； 一速度传感器， 与中央控制器连接， 把液压马达的转速发送给中央控制器 ； 一可转动的端部传动轴， 与液压马达连接 ； 和 一农用品排种部件， 与该端部传动轴连接， 其包括 ： 一与至少一种农用品储存箱连接的 导种管、 一适用于提供排种数据给中央控制器的导种管传感器、 一被中央控制器控制的液 态农用品控制阀、 一用于监控液态农用品施放并提供其数据到中央控制器的液态农用品流 量计量器， 据此可转动端部传动轴的受控转速对至少一种农用品的排种频率或施放频率进 行控制。 2. 根据权利要求 1 。
7、所述的系统， 特征在于所述行单元体控制装置受 GPS 控制。 3. 根据权利要求 2 所述的系统， 还包括计算机化的预编图谱， 为中央控制器提供位置 信息， 根据位置与前进速度对独立的行单元体实施专用化单独控制。 4. 根据权利要求 2 所述的系统， 还包括根据 GPS 坐标对行单元体控制装置单独控制。 5. 根据权利要求 3 所述的系统， 还包括根据 GPS 坐标对行单元体控制装置单独控制。 6. 根据权利要求 1 所述的系统， 还包括具有集成的减速器的液压马达， 提供 0.5-1gpm 的液压流量。 7. 根据权利要求 4 所述的系统， 还包括具有集成的减速器的液压马达， 提供 0.5-1。
8、gpm 的液压流量。 8. 一种装置， 用于控制来自农业器械中的种子和液态农用品的分配量和分配类型， 该 农业器械与牵引车和具有相应牵引车液压流量的牵引车液压系统相连接， 该装置具有一牵 引架和一安装在牵引架上的机架， 包括 ： 多个安装在机架上的行单元体， 所述各行单元体适用于以独立且受控的量排放和 / 或 施放至少一种农用品 ； 至少一个农用品储存箱， 其与多个行单元体连接， 用于存放至少一种用于排放或施放 的农用品， 其中所述的至少一种农用品选自以下农用品组成的组 ： 至少一种用于排放的农 权 利 要 求 书 CN 102480913 B 2 2/3 页 3 业种子、 至少一种用于排放的。
9、颗粒状肥料、 以及至少一种用于排放的液态肥 ； 一中央控制器， 与每个行单元体连接 ； 多个行单元体控制装置安装在机架上， 并与中央控制器连接， 所述各行单元体控制装 置还与所述多个行单元体中的一个连接， 并且对行单元体的操作进行独立控制， 所述各行 单元体控制装置包括 ： 一脉宽调制阀， 与中央控制器连接并受其控制， 一液压马达， 具有集成的减速器， 提供少于 1gpm 的液压流量， 与脉宽调制阀连接， 其转 速受脉宽调制阀控制， 每一个行单元控制装置的液压马达直接与所述牵引车液压系统进行 通信， 一速度传感器， 与中央控制器连接， 把液压马达的转速发送给中央控制器 ； 一可转动的端部传动轴。
10、， 与液压马达连接 ； 和 一与所述端部传动轴连接的农用品计量 (metering) 组件， 其包括 ： 一与至少一个农用 品储存箱连接的导种管， 一适用于提供排种数据给中央控制器的导种管传感器， 一由中央 控制器控制的液态农用品控制阀， 和一用于监控液态农用品施放并提供其数据到中央控制 器的液态农用品流量表， 据此所述可转动端部传动轴的受控转速对排种频率或至少一种农 用品的施放频率进行控制。 9. 根据权利要求 8 所述的装置， 特征在于所述行单元体控制装置受 GPS 控制。 10. 根据权利要求 9 所述的装置， 还包括计算机化的预编的图谱， 为中央控制器提供位 置信息， 根据位置与前进速。
11、度对独立的行单元体实施专用化单独控制。 11. 根据权利要求 9 所述的装置， 还包括根据 GPS 坐标对行单元体控制装置的单独控 制。 12. 根据权利要求 10 所述的装置， 还包括根据 GPS 坐标对行单元体控制装置的单独控 制。 13.根据权利要求8所述之装置， 还包括具有集成的减速器的液压马达， 提供0.5-1gpm 的液压流量。 14. 根据权利要求 10 所述之装置， 还包括具有集成的减速器的液压马达， 提供 0.5-1gpm 的液压流量。 15. 一种方法， 用于控制来自农业器械中的种子和液态农用品的分配量和分配类型， 该 农业器械与牵引车连接， 该农业器械具有一牵引架和一安装。
12、在牵引架上的机架， 包括 ： 提供安装在机架上的多个行单元体 ； 使所述多个行单元体中的各行单元体适应以独立且受控量排放或施放至少一种农用 品 ； 提供至少一个农用品储存箱 ； 提供至少一种用以排放与 / 或施放的农用品， 其中所述的至少一种农用品选自以下农 用品组成的组 ： 至少一种用于排放的农业种子、 至少一种用于排放的颗粒状肥料、 以及至少 一种用于施放的液态肥 ； 储存所述的用于排放或施放的至少一个农用品至所述的至少一个储存箱里， 其中所述 至少一种农用品包括至少一种用于排放的农业种子和至少一种用于施放的液体 ； 将所述的至少一农用品储存箱与所述多个行单元体连接 ； 权 利 要 求 书。
13、 CN 102480913 B 3 3/3 页 4 提供一中央控制器， 与所述各行单元体连接 ； 提供安装在所述机架上的多个行单元体控制装置， 并与中央控制器连接， 各行单元体 控制装置与一个行单元体连接， 并且对行单元体的操作进行单独控制， 所述各行单元体控 制装置包括 ： 一脉宽调制阀， 与中央控制器连接并受其控制 ； 一液压马达， 具有集成的减速器， 提供少于 1gpm 的液压流量， 与脉宽调制阀连接， 其转 速受脉宽调制阀控制， 每一个行单元控制装置的液压马达配置为直接与所述牵引车液压系 统进行通信， 一速度传感器， 与中央控制器连接， 把液压马达的转速发送给中央控制器 ； 一与液压马。
14、达连接的可转动的端部传动轴 ； 和 一与所述端部传动轴连接的农用品计量组件， 其包括 ： 一与所述至少一个农用品储存 箱连接的导种管， 一适用于提供排种数据给中央控制器的导种管传感器， 一由中央控制器 控制的液态农用品控制阀， 和一用于监控液态农用品施放并提供其数据到中央控制器的液 态农用品流量表， 据此所述可转动端部传动轴的受控转速对排种频率或至少一种农用品的 施放频率进行控制。 16. 根据权利要求 15 所述的方法， 特征在于行单元体控制装置受 GPS 控制。 17. 根据权利要求 16 所述的方法， 还包括计算机化的预编的图谱， 为中央控制器提供 位置信息， 根据位置与前进速度对独立的。
15、行单元体实施专用化单独控制。 18. 根据权利要求 16 所述的方法， 还包括根据 GPS 坐标对所述行单元体控制装置的单 独控制。 19. 根据权利要求 17 所述的方法， 还包括根据 GPS 坐标对所述行单元体控制装置的单 独控制。 20. 根据权利要求 15 所述的方法， 还包括具有集成的减速器的液压马达， 提供 0.5-1gpm 的液压流量。 21. 根据权利要求 17 所述的方法， 还包括具有集成的减速器的液压马达， 提供 0.5-1gpm 的液压流量。 权 利 要 求 书 CN 102480913 B 4 1/4 页 5 多变量农用品应用系统、 装置及方法 0001 发明人 000。
16、2 Jared E. Kocer， 美国公民， 住在 Sioux Falls, SD; 0003 Jesse L. Wagers， 美国公民， 住在 Sioux Falls, SD; 0004 Charlie R. Schoenfelder， 美国公民， 住在 Sioux Falls, SD; 0005 Brent Bast， 美国公民， 住在 Sioux Falls, SD. 0006 相关申请的交叉引用 0007 本专利申请要求于 2009 年 8 月 28 日提交的申请序列号为 61/237851 的临时申请 的优先权， 该申请的全部内容以参考的方式引入本文。 技术领域 0008 本发明。
17、涉及通过农具上单独的行来控制农用品排放量和 / 或施放量的系统、 装备 与方法。 背景技术 0009 传统的农业播种机与喷雾器是从储存容器 （例如 ： 分离式漏斗或储存箱） 中分配各 类农用品， 例如种子和 / 或液体、 和 / 或颗粒状肥料， 储存容器通过排种盘进行分配。种子 与肥料下落到地下沟形槽中。 0010 特别是一些传统的播种与施肥系统， 使用旋转动力带动鼓风机产生真空， 通过机 械装置 （包括齿轮减速器） 在转动的带孔圆盘上进行种子分配， 因此， 带孔圆盘的转速与牵 引车或拖拉机的前进速度协调一致。 0011 其它类型的播种机通过链式传动机构进行机械传动， 链式机构与驱动轮相连接，。
18、 驱动轮决定了播种机的前进速度。如果需要改变这种特定方案的实际速度， 则需要改变链 齿轮的尺寸， 而这不是恰当的抉择。 0012 还有一些装备使用控制器控制液压马达， 然后依次驱动一单独的横轴旋转。 例如， 从下文将会深入讨论的图2中可以看出， 转动的横轴控制排种与施肥 （前进速度的函数） ， 但 所有行的排种量与施肥量都相等。 0013 还有一些装备使用控制机构对多行农用装备不同区段的排种量与施肥量分别进 行控制， 即右边或左边， 但没有实施单行控制。因此， 使用这种装备可以控制农用装备的每 一半， 但达不到更好的控制。 0014 单独的行离合器可以用来关闭单行与 / 或连接变速驱动马达。这。
19、类系统使用液压 马达驱动， 但受到现代拖拉机液压能力的限制， 这点将在下文进行深入讨论。 0015 本发明克服了这些不足。 发明内容 0016 本发明提供了一种系统、 装备与方法， 其控制的排种量、 施肥量是前进速度的函 数。 因此， 该系统与控制装置是通过中央控制器对各独立的行单元体进行控制， 实施排种与 说 明 书 CN 102480913 B 5 2/4 页 6 施肥。 控制器控制多个脉宽调制管， 调制管通过集成的减速器控制液压马达， 并且驱动各端 部传动轴以精确的速度转动， 提供所需的排种量与施肥量。各端部传动轴能够以完全不同 的速度转动， 并且 / 或者可以停止不动而不影响其它端部传。
20、动轴以所需的速度转动。液压 马达中的集成减速器对排种量与排肥量实施了良好的转速控制。 0017 本发明的目的是提供一种系统、 装备和方法， 自动控制所有行的精密排种和精密 施肥。 0018 本发明的另一目的是提供一种系统、 装备和方法， 监控行单元体的前进速度， 自动 控制所有行的精密排种和精密施肥。 0019 本发明的另一目的是提供一种系统、 装备和方法， 利用计算机绘制图谱与 / 或 GPS 监控行单元体的位置， 自动控制所有行的精密排种和精密施肥。 0020 下面的附图说明与具体实施方式更特别的列出了本发明的实施例及其它实施例。 附图说明 0021 本发明在不同的优选实施例中通过参考以下。
21、附图的详细描述达到更好的理解， 如 下 ： 0022 图 1 为传统农业播种机系统的顶视图 ； 0023 图 2 为传统农业播种机系统顶视图的局部剖视图 ； 0024 图 3 为本发明一实施例的顶视图的局部剖视图 ； 0025 图 4 为本发明一实施例的示意图。 具体实施方式 0026 虽然通过附图中实施例的方式来显示以及本文中详细描述了很多细节， 但本发明 服从各种修改和替代变型。 但应理解， 本发明优选实施例的描述并不构成对本发明的限制， 相反， 所有的修改、 等同变换以及替代方案都落入本发明的本质与保护范围内。 0027 图 1 举例说明了一种传统播种机的实例。这种已有的播种机包括播种装。
22、置 10， 该装置依靠牵引车 （prime mover） 20 驱动， 通常为拖拉机。播种装置 10 通常包括机架 （toolbar） 30， 其上安装有多个行单元体 （row unit） 40。行单元体能组合成两个区段 50， 一般包括右边与左边， 或者是行单元体 40 的两半。种子可能储存在一个或多个种箱 60 里 面， 如果需要施肥， 则肥料可存放在肥料箱 70 内。种箱 60 与肥料箱 70 通过输出管 （supply line） 与每个行单元体连接。 0028 图 2 举例说明了图 1 中已有的播种装置 10 的剖视图， 其中每个行单元体 40 安装 在机架 30 上。图中显示了单个。
23、液压马达 80 通过控制共用的传动轴 90 对所有的行单元体 40 进行驱动。与之对应的是， 所有的行单元体 40 将在该单个液压马达 80 与共用的传动轴 90 的作用下产生同样的转动速度。因此， 所有的行单元体 40 将以同样的速度进行排种和 / 或施肥 ； 排种量与施肥量没有行间补偿或变化。 0029 现在参照图 3， 其显示了本发明的一实施例顶视图的局部剖视图。各行单元体 40 安装在机架 30 上， 其依次与图 1 所示的牵引车 20 相连接。然而， 与已有的图 1 和图 2 所示 播种机不同的是本发明中的每个行单元体 40 通过各自的组合式驱动系统 （modular drive s。
24、ystem） 进行驱动， 驱动系统包括具有集成有减速器 （rpm reducer） 的液压马达 100。该集 说 明 书 CN 102480913 B 6 3/4 页 7 成减速器具有非常重要的作用， 使每个行单元体上利用液压马达 100 的方式与之前所见不 同。多种因素表明必须降低液压马达 100 的转速。首先是当前液压马达在目前的播种机上 需要驱动至少 6 行或者一个区段， 但由于过大的转矩额定值 （rating） 与转速范围对于只能 驱动少于一个区段中的行数来说太高了。 另一个原因是液压马达没有应用到每个行单元体 上 （这一点在本发明中得以实现） ， 因而使用多于一定数量 （例如多于 2。
25、-4 个） 的远程液压马 达的系统需要专用的大液压流量， 而这远远超过传统牵引车或拖拉机所能提供的流量。目 前播种机的驱动马达技术需要 4-10 gpm（加仑 / 分钟） 的马达。由真空式鼓风机、 行标汽 缸、 升缸 / 降缸等组成的流量需求会导致超出大部分现代拖拉机的负荷。例如， 当前高端拖 拉机流量能力可以高达78gpm， 能够提供给高达6个远程液压阀使用。 然而大部分现代拖拉 机所具备的流量明显较低， 约为 40-50gpm 的液压流量， 一般适用于具有 4-5 个远程液压阀 的播种机。使用者没有意识到一些当前应用于驱动播种机的液压马达需要超过 4gpm 的流 量需求。 0030 与之形。
26、成鲜明对比， 本发明中液压马达 100 允许使用的集成减速器只需要少于 1gpm的液压流量， 液压马达100依次与各个行单元体40相连接， 提供相当好的控制精确度。 优选地， 本发明中每个液压马达 100 提供大约 0.5-1gpm 的液压流量。因此， 本发明中的液 压马达 100 提供的液压流量远远小于当前用于控制播种机的那些马达。 0031 因此， 每个独立的液压马达 100 与中央控制器 110 传动地连接， 并受中央控制器 110 控制， 并且还包括转动的端部传动轴 （stub drive shaft） 110， 其与液压马达 100 的输 出部传动地连接。最终， 端部传动轴 110 。
27、的转速决定了排种量与 / 或液态肥的施肥量与 / 或颗粒状肥料的排肥频率， 由于每个独立的行单元体40进行单独控制， 因此行单元体40可 以在任何时间实施不同的排种量与 / 或施肥量。 0032 图 4 是本发明中系统与装备的一个实施例的示意图。所示的控制装置与控制系统 通过现有技术中已知的全球导航卫星系统 （GPS） 天线 120 接收播种装置 10 的纬度和经度 坐标。该信息连同实时动态定位技术 （RTK） 的车辆校正信号同时通过已知的无线数据通讯 传递给田间计算机140。 田间计算机140接收校正的GPS信息、 通过已知的地面速度传感器 145 获得的地面速度、 用户系统设置以及田间计算。
28、机化的图谱， 达到控制排种量与液态肥施 肥量的目的， 地面速度使用， 而用户系统设置以及计算机化的图谱也是已知技术。 田间计算 机产生控制信号 150， 传递给中央控制器 110， 然后该中央控制器 110 分发必要的命令给每 个行单元体控制装置 160。 0033 行单元体控制装置 160 最终控制特定的行单元体 40 的排种量、 液态肥施肥量或 颗粒状肥料的排肥频率。因而行单元体控制装置 160 包括液压马达控制阀， 特别合适的是 脉宽调制阀 180， 与控制器 110 以及配有集成的减速器 100 的液压马达 100 连接。控制器 110 发送转速命令给脉宽调制阀 180， 然后调节与控。
29、制阀的流量， 最终控制液压马达 100 的 转速。速度传感器 170 与液压马达 40 连接， 把液压马达 40 的转速传递给控制器 110。如 果使用多种类型的种子， 控制器 110 也可以连接已知的种子选择器 190。另外， 种管监测器 195 与控制器 110 连接。 0034 独立的行单元体控制装置 160 还包括液体控制阀 200， 控制阀 200 与肥料箱 70 以 及流量表210连接， 液体控制阀200、 流量表210与控制器110连接， 获取增加或减少流量的 命令。 说 明 书 CN 102480913 B 7 4/4 页 8 0035 据此， 本发明可以用来增加、 减少或者停。
30、止行单元体的排种量与 / 或颗粒状肥料 的排肥频率与 / 或液态肥的施肥量。这点非常重要， 可用来防止重复播种和施肥， 还可以 根据田间情况调节独立的行单元体的排种量和施肥量。例如， 预编的计算机化图谱与 / 或 RTK 校正 GPS 坐标显示田间某些区域不需要播种， 当本发明的行单元体经过该区域时， 启动 功能， 关闭相应的行单元体。 同样地， 如果农用装备的行走路径有一个或多个行单元体位于 已经播种与施肥的田间区域， 本发明启动功能， 关闭对应的行单元体 40。此外， 如果农用装 备在弯道上作业， 则弯道内径上的行单元体的地面速度比外径上的行单元体慢一些， 而位 于中间的行单元体越靠近外径。
31、， 则其地面速度越大。 本发明启动功能， 分别降低或提高每个 行单元体的排种量与 / 或施肥量， 对弯道进行调节。而且熟练的操作人员容易接受， GPS 与 预编的计算机化图谱的联合应用能够实现农用品的播种与 / 或施肥的专用化。本发明通过 描述的行单元体的单独控制实现专用化。 0036 独立的行单元体40可能包括已知的排种与/或施肥单元 ： 播种部件、 施肥部件、 喷 雾部件与 / 或化学药品使用部件。因此， 所述的农用品在一行中的目的预期位置能通过播 种、 施肥、 喷雾与 / 或化学药品使用部件中的一种最终达到。 0037 本发明不应该被认为受限于上述的特定案例， 而应该理解为覆盖本发明的所有方 面。各种修改、 等效处理以及本发明可能应用到的众多的结构对于本领域的技术人员而言 是容易做到的通过阅读本发明的说明书。 说 明 书 CN 102480913 B 8 1/4 页 9 图 1 说 明 书 附 图 CN 102480913 B 9 2/4 页 10 图 2 说 明 书 附 图 CN 102480913 B 10 3/4 页 11 图 3 说 明 书 附 图 CN 102480913 B 11 4/4 页 12 图 4 说 明 书 附 图 CN 102480913 B 12 。