除草车

【活动目标】

• 1、学会运用齿轮，孔梁，车轮搭建除草车。
• 2、初步理解齿轮之间的运作。
• 3、参与搭建除草车的过程，培养动手能力和思维能力。

【活动引入】

一、杂草的故事

​ 哲学家在郊外的一片草地上坐了下来，说：“十年游历，你们都已是饱学之士，现在学业就要结束了，我们上最后一课吧！”

　　弟子们围着哲学家坐了下来。哲学家问：“现在我们坐在什么地方？”弟子们答：“现在我们坐在旷野里。”哲学家又问：“旷野里长着什么?”弟子们说：“旷野里长满杂草。”

　　哲学家说：“对。旷野里长满杂草。现在我想知道的是如何除掉这些杂草。”弟子们非常惊愕，他们都没有想到，一直在探讨人生奥妙的哲学家，最后一课问的竟是这么简单的一个问题。

　　一个弟子首先开口，说：“老师，只要有铲子就够了。”哲学家点点头。

　　另一个弟子接着说：“用火烧也是很好的一种办法。”哲学家微笑了一下，示意下一位。第三个弟子说：“撒上石灰就会除掉所有的杂草。” 接着讲的是第四个弟子，他说：“斩草除根，只要把根挖出来就行了。”

　　等弟子们都讲完了，哲学家站了起来，说：“课就上到这里了，你们回去后，按照各自的方法去除一片杂草。”

​ 本节课将深入了解除杂草方式和介绍除草车，以及除草车的类型。让我们一起来学习吧！

二、除杂草方式

​ 在农作物种植过程中，杂草是最重要的问题之一，它是农作物强劲的竞争对手，它们争夺相同的资源来换取自己的茁壮成长，并且生命力极为顽强，正所谓 “野火烧不尽，春风吹又生”。据相关数据统计显示，我国受杂草危害的农田约有 4300 万公顷，由此可见，解决杂草问题刻不容缓。

​ 杂草对农作物的危害显为其观，首先杂草会与农物争夺水分、养分和光能，因为杂草根系发达，所以吸收土壤水分和养分的能力非常强；其次，杂草的生长优势强，株高常高出作物，严重影响了作物对光能的利用，能够干扰并限制作物的生长。再次，杂草是农作物病害和虫害的中间宿主，容易导致农作物生病，从而降低农作物产量或是影响田园风景的美观。

​ 现阶段常见的除草方式有人工除草、机械除草、化学药剂除草、覆盖除草、以草除草、生物防治和栽培管理等。人工除草顾名思义就是人们通过最基础的拔、铲、埋等方式除草。其优缺点很明显，首先是该种方法除草目标明确，不用担心农作物受害的情况；其次，人工除草不会出现农药残留，更加环保安全，且操作技术要求不高；但人工除草会耗费大量劳动力和时间，使得效率低下。下面为大家介绍一种机械除草，那就是除草车。

三、什么是除草车？

​ 1805 年英国人普拉克内特发明了第一台收割谷物并可以切割杂草的机器，由人推动机器，通过齿轮传动带动旋刀割草，这就是割草机的雏形。1830 年，英国纺织工程师比尔-布丁取得了滚筒剪草机专利, 并获得了赞誉。1832 年，兰塞姆斯农机公司开始批量生产滚筒式割草机。1831 年，英国纺织大师卡比利亚取得了滚草机世界独家专利。1833 年，兰塞姆斯农机公司开始批量生产滚筒式的割草机。19 世纪这种轻巧好操控滚筒式割草机被广泛用于交通道路旁绿化带。1902 年，英国人伦敦恩斯制造了内燃机作动力的滚筒式割草机，其原理延用至今。

​ 我们一般在美国乡村电视里看到的就是这种除草车，使用它可以很轻松的修整草坪。随着草坪业的迅速崛起，中国在 21 世纪开始使用蓄力往复式割草机。19 世纪末的时候, 要保护一块草坪是极耗费体力的事情。比如在 Blenheim（德国巴伐利亚西部的村庄）的大庄园里, 如果雇佣 200 个工人的话, 那么其中有 50 个人是保养草坪的。在草场疯长的季节, 大概每十天就需要割一次草。割草工们手持非常长的工具（镰刀：刀刃是锯齿状的，需要经常使用磨刀石来打磨让其保持锋利）排成一行割草（实际上工作起来更像是在用锯子在锯草）。工作完成后草坪上满是锯下来的草叶，然后拾起地上的草叶，用来喂养农场的牛羊，这样既节省时间又减少了对草场的破坏。

​ 除草车又称割草机、剪草机、草坪修剪机 等。割草机是一种用于修剪草坪、植被等的机械工具，它是由刀盘、发动机、行走轮、行走机构、刀片、扶手、控制部分组成。刀盘装在行走轮上，刀盘上装有发动机，发动机的输出轴上装有刀片，刀片利用发动机的高速旋转在速度方面提高很多，节省了除草工人的作业时间，减少了大量的人力资源。

​ 那么我们的除草车还有哪些类型呢？

四、除草车的类型

​ 按照不同的划分标准，除草车可以有以下划分：

1. 按行进分：智能化半自动式拖行式、后推行式、坐骑式、拖拉机悬挂式。
2. 按动力分：人畜力驱动、发动机驱动、电力驱动、太阳能驱动。
3. 按方式分：滚刀式、旋刀式、侧挂式、甩刀式。
4. 按要求分：平地式、半腰式、截顶式。

​ 手持旋转除草车一般配置无刀切割盘，使用高强度尼龙绳作为牧草切割部件，柔性结构，不怕碰到刚性障碍物，使用比较安全，更换也很方便。

​ 小明的爷爷的田里长了许多杂草，你能帮助小明的爷爷搭建一个除草车去除草吗？

【活动准备】

乐高积木9686套装

​ 本次所用零件：

【活动过程】

步骤图

除草车常由车子主体和轴连接组成，我们也按照这样的组成来制作除草车。

1. 制作除草车的车子主体。
2. 制作轴连接。
3. 完成后，就可以组合成除草车了。

第一步

​ 拼出除草车的车子主体。

​ 使用的材料有：10轴 2个、灰色轴套4个、2* 4蓝色底片4个、1* 16蓝色镶嵌梁 2个、6轴1个、2* 6蓝色底片1个、黑色摩擦销6个、蓝色L型角梁4个、30.4* 20轮毂4个、43* 22轮胎4个。

第二步

​ 拼出除草机和轴。

​ 使用的材料有：正交双孔轴检连接器2个、蓝色长销4个、1* 15白色的梁2个、6轴1个、5轴3个、灰色轴套4个、黄色半轴套5个、12单面锥齿轮1个、冠齿轮1个、轴轴连接件2个、2轴1个、3轴1个、滑轮1个、40齿轮1个。

第三步

​ 将车子和轴连接起来，组合好后我们的除草车完成啦！

​ 使用的材料有：4*4橡胶圈1个。

注意：轴上的齿轮和橡胶圈的连接。

​

【问题思考】

一. 提出问题

• 1、齿轮之间要如何运转？
• 2、车要搭建什么样的底座才能和齿轮衔接？

二. 问题回答

• 1、齿轮之间的口要紧密连接在一起且大小合适。
• 2、底座要够宽才能使得和齿轮衔接起来。

【科学知识】

齿轮

​ 齿轮是一种常用的机械传动装置，通常由一个或多个齿轮组成，利用齿轮之间的啮合来传递动力和扭矩。它们的功能是将旋转运动转换为另一种形式的运动或力，并且可以用于改变速度和扭矩。

​ 当两个相同模数的齿轮相互啮合时，它们能够完成动力传递，将甲轴上的动力传送给乙轴。其中，齿轮的模数是指每个齿轮上的齿数和齿轮直径之比，通常以公制单位表示。在齿轮传动中，不同的齿轮组合可以实现不同的转速比和扭矩变化，从而满足不同的应用需求。

​ 齿轮由多个圆形齿齿排列在轮辋上构成。当两个齿轮啮合时，其中一个齿轮的齿会咬住另一个齿轮的齿，使其产生旋转。齿轮的大小、形状、数量和位置都会影响其功能和性能。

​ 齿轮一般由齿面、齿根、齿顶、齿底、轴孔等部分组成。齿面是齿轮上啮合的表面，用于传递力和运动；齿根是齿顶和轮毂之间的凹槽，用于避免齿顶相互干涉；齿顶是齿轮上的最高点，用于传递力和运动；齿底是齿轮上齿根和轮缘之间的凹槽；轴孔是齿轮中心的孔，用于与轴连接。

​ 齿轮可以按照不同的分类方式进行分类，如齿轮的类型、齿轮的传动效率、齿轮的尺寸等。齿轮应用广泛，例如在汽车、工程机械、家电、制造业等领域都有重要作用。

化学除草

​ 除草剂是一种化学物质，可以杀死或抑制杂草的生长。除草剂分为除去特定种类杂草的选择性除草剂和全部杀光的滅生性除草剂两种。后者会让整个草坪都枯萎，因此不适用于庭园。选择性除草剂会因成分的不同，杀死不同的草类。但是，除草剂并不是万能的，每一种除草剂都有自己的最佳用药时期和一定的除草范围。此外，杂草越大抗药性越强，除草效果越差。也不是所有的杂草都能被杀死。

​ 据统计全球各国农业部门准许使用的除草剂高达 200 多种。杂草也在不断提高其抗药性，农民则不断增加除草剂应用量和施药频率，从每年的 3－4 次增加到 5－6 次已成普遍现象。

​ 除草剂的使用，的确给农业生产带来了便利，但同时也对农田、林地、当地水源、大气环境造成了严重的、不可逆的污染。人们广泛地使用除草剂，半个多世纪后才发现，草甘膦作为除草剂的主要成分，会随着污染的食物和水进入动物体内，医学杂志警示：草甘膦除草剂危害哺乳动物的心血管系统。而人都是哺乳动物，所以我们血清中草甘膦残留物越来越多，我们心血管疾病就越来越多。

​ 除草剂对作物的食用安全，也造成了极大地隐患，全球都在呼吁停止滥用除草剂、倡导食用有机农产品。

物理除草

​ 除草机除草和人工除草都是物理除草的方式。先说人工除草。人工除草效果是立竿见影，可是人工除草最大的缺点是投入的成本太大。虽然它可以除掉一些方法无法防除的一些大草、老草、对除草剂有抗性的杂草，但是持续时间是很短的。一场雨水下来就又杂草满地了。

​ 接下来说除草机除草，它不仅可以节省人力效率高，同时还是比较环保的。带机械除草机可以疏松土壤，但是缺点就是除草机非常容易打到石块硬东西进入怠工状态。

​ 总之，除草道路千万条，除草机使用的招式也数不胜数，除草机使用火烧的方法来除草，同样让人脑洞大开。

AI机器人让除草更智能

​ 人工除草、物理除草、化学除草等上面我们所看到的各类八班武艺，都是传统的除草方法。这类方法或是效率低下、劳动成本过高，或是难以将杂草清除干净，且存在环境污染、被土壤吸附后造成药物残留，影响后茬作物。

​ 那么有没有更先进的，答案是：有，AI 机器人。随着市场对除草剂使用的控制、对健康饮食的追求，全社会将会投入更多的研发力量和更尖端的技术，继续推动农业 AI 的发展，帮助更可持续、人性化发展农业科技。

​ 近些年机器视觉技术的成熟，应用摄像头拍摄图像，识别杂草，在进行选择性除草。美国人工智能农机公司 Carbon Robotic 2021年完成了 2700 万美金的 B 轮融资，他们生产的自动除草机利用人工智能和激光模组来进行大型农田的除草。其机器具备如下功能：

1. Autonomous Weeder（自动除草机）有着 75 马力的发动机、四轮驱动、280升的油箱，配备了英伟达显卡、前后摄像头、LiDAR 障碍物传感器和激光模组，能够自主完成导航、扫描、激光除草这一套流程。
2. 当除草机开过垄沟时，装载在车底的 12 个高分辨率摄像头，会通过识别杂草分生组织中的热能，来标记出哪些是作物，哪些是杂草。
3. 在识别出杂草后，车底的点阵二氧化碳激光模组，精度控制在 3 mm 内，可以同时对 8 处目标进行激光除草。激光模组支持每 50 毫秒发射一次，每小时可以除草高达 10 万株。

​ 在机器人除草的作物和杂草检测程序中，最重要的一步是正确区分作物植株和杂草。由于杂草的种类繁多且分布不规则，而农作物和杂草在物理特征上又有相似之处，因此区分农作物和杂草并不是一件容易的事情。深度学习技术极大地改变了特征选择和分类方式。深度卷积神经网络(CNN)呈现出强大的特征提取能力，可以进行端到端的预测。深度学习技术在作物和杂草识别中的应用已成为新的研究前沿。深度学习方法的性能明显优于依靠手工制作特征的传统方法。

​ 除此之外，若想让人工智能系统确定是否从地面移除一个对象（杂草），它首先需要的能力不仅是用光学方式识别对象，而且需要能够分辨该对象是杂草还是农作物。杂草和农作物通常具有不同的光谱特征，因此多光谱相机可以通过确保光学传感器提供正确辨别种类的图像来实现准确分类，从而帮助系统成功地清除杂草。

【举一反三】

• 1、怎样使车能够与更多的齿轮衔接呢？
• 2、怎样才能让车自己动呢？

【结束】