CN102550202A

CN102550202A - 一种水田小型行间除草机器人

Info

Publication number: CN102550202A
Application number: CN2012100523946A
Authority: CN
Inventors: 陈树人; 韩红阳; 陈姗姗; 陈刚
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2032-03-02
Also published as: CN102550202B

Abstract

本发明属于农业机器人领域，特指一种水田小型除草机器人。所述机器人包括底盘、驱动系统、控制系统、感应系统、除草装置和电源。驱动电机带动主轴转动驱动桨轮，转弯靠左右桨轮的转速差实现；直流电机带动除草圆盘刃转动，切断水田行间杂草；桨轮行走时产生的淤泥覆盖在植株间的杂草上，可以抑制株间杂草；限位开关碰撞到水稻植株后，单片机控制左右电机差速转动，实现除草机器人转向避开植株。压力传感器触及田埂时，单片机控制驱动电机反转，除草机器人反方向继续工作；感应系统可测得水田水温、植株数目等信息。本发明采用机械除草方式工作，减少了农药用量和除草劳动力，减轻了农药的环境污染，节约了成本；本发明结构体积小、重量轻。

Description

一种水田小型行间除草机器人

技术领域

本发明涉及农业机器人领域，特别涉及一种水田小型除草机器人。

背景技术

水稻是主要的粮食作物之一，水稻生产的质量安全和饮食健康问题越来越受到人们的重视，国内兴起了种植“绿色大米”的热潮；机械除草被视为“绿色大米”种植过程中最佳的除草方式，是农业可持续发展的一项关键性技术；国外从20世纪50年代开始研究机械除草技术， Tillett等设计了基于视觉导航的中耕机械除草机器人，该机器人可以通过摄像头采集数据，经过图像处理后，得到导航路径并实行自动导航除草；日本富士重工研究的割草机器人利用RTK-GPS确定自己位置，误差半径小于20cm；中国的陈勇等研究了基于直接施药方法的除草机器人；田间和温室的化学除草试验表明,利用直接施药方法,极其微量的药物即可除掉杂草；中国专利CN 201957651U提供了一种水田跨越式除草机器人的机构，包括辅助支撑装置、踩踏式除草装置、跨越式移动装置；踩踏式除草装置通过履带式移动机构在秧苗间行走，对行间的杂草进行踩踏，实现杂草的拔出和切断；辅助支撑装置和跨越式移动装置协调动作，实现跨越式换行动作；该机构的缺点是换行时会造成压苗，对植株造成损伤，影响粮食产量；

由上可知，国内外的水田除草方式以杂草后期处理和化学除草方式居多，国内缺少一种针对水田植株幼苗期的杂草的除草机器人。

发明内容

为克服上述现有技术存在的缺点和不足，本发明专利的目的在于提供一种水田小型除草机器人，解决现有水田早期杂草的防控问题，通过圆盘刃搅动土层，实现水田植株行间的去除；桨轮行走时产生的淤泥覆盖在植株根部，抑制杂草的生长，可去除行内杂草，满足机器人智能化除草的目的。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：一种水田小型除草机器人，包括底盘、驱动系统、控制系统、感应系统、除草装置和电源；驱动系统、控制系统和除草装置安装在底盘里，电源安装在底盘尾部。

驱动系统位于底盘中部，包括四个方形直流电机和四个桨轮；方形直流电机固定在底盘上，方形直流电机的输出轴分别与安装于底盘侧壁的桨轮连接。

控制系统包括嵌有LCD显示屏的单片机、红外接收端和遥控器，单片机固定在方形直流电机上方，红外接收端安装在单片机上；单片机用于控制驱动系统、感应系统和除草装置；LCD显示屏嵌入在单片机上，用于显示光电传感器和温度传感器测得的信息，红外接收装置用于接收遥控器发出的控制信号，遥控器用于随时控制机器人的工作。

感应系统包括漫反射型光电传感器、温度传感器、限位开关和压力传感器；压力传感器安装在底盘前、后两端，温度传感器安装在单片机上，漫反射型光电传感器和限位开关安装在底盘侧壁；温度传感器用于测量大气温度；漫反射型光电传感器可检测出发射光线的植株，调整灵敏度可以用于检测近距离植株，单片机中的计数器根据光电传感器遮光次数来累加植株数目；限位开关用于检测机器人是否与植株发生碰撞，压力传感器用于检测机器人是否到达田埂处；感应系统将感应到的信息实时传送到单片机，单片机控制机器人实现转向、倒退等工况。

除草装置位于底盘前部，包括两个圆形直流电机、两个圆盘刃和软钢丝；圆形直流电机垂直固定于底盘上，软钢丝焊接在圆盘刃上，圆形直流电机的输出轴分别与安装在底盘底端的圆盘刃连接；圆形直流电机旋转时，带动圆盘刃转动，软钢丝可以割断直径较小的杂草，圆盘刃可以割除直径较大的杂草。

所述的一种水田小型除草机器人，其特征在于：限位开关、漫反射型光电传感器与桨轮之间固定有挡泥板。

所述的一种水田小型除草机器人，其特征在于：方形直流电机和圆形直流电机分别通过驱动电机固定板和除草电机固定板与底盘固定。

所述的一种水田小型除草机器人，其特征在于：底盘两侧壁前端设有弧形弹性片，弧形弹性片与限位开关的弹片相接触。

所述的一种水田小型除草机器人，其特征在于：漫反射型光电传感器、限位开关、压力传感器通过导线与单片机相连，温度传感器和红外接收端与单片机相连。

所述的一种水田小型除草机器人，其特征在于：方形直流电机和圆形直流电机通过导线与单片机相连，单片机通过导线与电源相连。

本发明的水田小型除草机器人对于行间杂草，采用旋转的圆盘刃和安装在圆盘刃上的软钢丝去除；对于株间杂草，桨轮行走时产生的淤泥覆盖在植株根部，抑制杂草的生长，达到去除行内杂草的目的；驱动系统驱动机器人在植株行间直线行走，当限位开关碰触到植株时，说明机器人偏离了方向，单片机收到限位开关发出的信号，发出控制信号给后轮驱动系统，调整左、右电机转速，实现机器人自主转向；当压力传感器碰撞到田埂时，单片机控制所有驱动电机反转，机器人反向行走继续工作；机器人作业完一行时，LCD显示屏会显示该行植株数目及水田土壤温度；由此循环往复，可以完成行间和行内杂草的清除，从而实现智能化除草。

本发明采用以上技术方案，具有以下特点：

1、适合在植株幼苗前期进行机械式除草，通过光电传感器和限位开关检测水稻植株，确定行走路线，实现自主行走，减少了除草剂的使用，减少了对生态环境的污染。

2、在锄去杂草的同时疏松土壤，增加土壤透气性，提高肥料利用率，释放土壤中有害气体,提高水稻产量和品质。

3、可在水田进行微耕除草，有效地去除了稗草等危害性大的杂草，且无传统喷雾机的大型水箱，减轻了机器人负载，不会因负载过重而压坏水田植株。

附图说明

图1是水田小型除草机器人的结构示意图；

图2是底盘的结构示意图；

图3是除草装置的结构示意图；

图4是控制系统的结构示意图；

图中：1、压力传感器；2、除草电机固定板；3、圆形直流电机；4、限位开关；5、单片机；6、电源；7、桨轮；8、漫反射型光电传感器；9、方形直流电机；10、驱动电机固定板；11、圆盘刃；12、遥控器；13、弧形弹性片；14、底盘；15、挡泥板；16、平键；17、软钢丝；18、温度传感器；19、LCD显示屏；20、红外接收端。

具体实施方式

下面结合附图和实例进一步说明本发明的技术方案。

如图1、2、3、4所示，本发明所述的水田小型除草机器人，包括底盘、驱动系统、控制系统、感应系统、除草装置和电源；压力传感器1固定在底盘14的前端和后端，压力传感器1通过导线连接到单片机5；挡泥板15固定在底盘14的左右两侧，弧形弹性片13固定在底盘14前端左右两侧；圆形直流电机3由电机固定板2固定在底盘14上，圆形直流电机3通过导线连接到单片机5，圆形直流电机3和圆盘刃11相连，圆盘刃11通过平键16与圆形直流电机3联接，软钢丝17焊接固定在圆盘刃11上；方形直流电机9固定在底盘上，其输出轴和桨轮7连接，方形直流电机9由驱动电机固定板10固定；单片机5固定在底盘14中部，单片机5的输入端接电源6的输出端，LCD显示屏19嵌入在单片机5上，温度传感器18和红外接收端20分别固定在单片机5上；电源6固定在底盘14尾部；限位开关4固定在底盘14左、右两侧，限位开关4通过导线和单片机5相连，弧形弹性片13和限位开关4上的弹片相接触；漫反射型光电传感器8固定在底盘14的左右两侧，通过导线和单片机5相连；遥控器12用于发送控制指令给红外接收端20，红外接收端20将指令传送给单片机5，由单片机控制方形直流电机9正传、反转和停止。

如图1、4所示，本发明的工作过程是：手动按下遥控器12上的启动键，红外接收端20接收到遥控器12发射的信号，单片机启动驱动系统，方形直流电机9正传带动除草机器人在植株行间直线行走，同时圆形直流电机3启动带动圆盘刃11旋转，由于离心力的作用，电机旋转时，软钢丝17可以割断杂草，圆盘刃11可以割除直径较大的杂草；当弧形弹性片13碰触到植株时，产生的力会传递到限位开关4上，说明此时除草机器人偏离了直线方向，限位开关4发送信号至单片机5，单片机5处理后发出控制信号调整后轮左、右方形直流电机9的转速，机器人调整方向后继续直线行走；当压力传感器1碰撞到田埂时，压力传感器1发送信号至单片机5，单片机5控制方形直流电机9反转，除草机器人反向行走继续工作；除草机器人在行间开始行走时，温度传感器18会实时测量田间大气温度，同时漫反射型光电传感器8的发光元件会发出光线，若发出的光线被遮断，说明机器人经过了一颗植株，此时单片机5上的计数器开始累加计数，当压力传感器1碰撞到田埂时，计数器停止计数并将结果发送至LCD显示屏19。

除草机器人作业完一行时，LCD显示屏19会显示该行植株数目及水田大气温度。对于行间杂草，采用旋转的圆盘刃11和安装在圆盘刃11上的软钢丝17切除；对于行内杂草，桨轮7行走时产生的淤泥覆盖在植株根部，抑制杂草的生长，达到了去除行内杂草的目的。由此循环往复，可以完成行间和行内杂草的清除，从而实现智能化除草。

Claims

1.一种水田小型除草机器人，其特征在于：所述机器人包括底盘、驱动系统、控制系统、感应系统、除草装置和电源；驱动系统、控制系统和除草装置安装在底盘里，电源安装在底盘尾部；驱动系统位于底盘中部，包括四个方形直流电机和四个桨轮；方形直流电机固定在底盘上，方形直流电机的输出轴分别与安装于底盘侧壁的桨轮连接；控制系统包括嵌有LCD显示屏的单片机、红外接收端和遥控器，单片机固定在方形直流电机上方，红外接收端安装在单片机上；感应系统包括漫反射型光电传感器、温度传感器、限位开关和压力传感器；压力传感器安装在底盘前、后两端，温度传感器安装在单片机上，漫反射型光电传感器和限位开关安装在底盘侧壁；温度传感器用于测量大气温度；除草装置位于底盘前部，包括两个圆形直流电机、两个圆盘刃和软钢丝；圆形直流电机垂直固定于底盘上，软钢丝焊接在圆盘刃上，圆形直流电机的输出轴分别与安装在底盘底端的圆盘刃连接。

2.如权利要求1所述的一种水田小型除草机器人，其特征在于：限位开关、漫反射型光电传感器与桨轮之间固定有挡泥板。

3.如权利要求1所述的一种水田小型除草机器人，其特征在于：方形直流电机和圆形直流电机分别通过驱动电机固定板和除草电机固定板与底盘固定。

4.如权利要求1所述的一种水田小型除草机器人，其特征在于：底盘两侧壁前端设有弧形弹性片，弧形弹性片与限位开关的弹片相接触。

5.如权利要求1所述的一种水田小型除草机器人，其特征在于：漫反射型光电传感器、限位开关、压力传感器通过导线与单片机相连，温度传感器和红外接收端与单片机相连。

6.如权利要求1所述的一种水田小型除草机器人，其特征在于：方形直流电机和圆形直流电机通过导线与单片机相连，单片机通过导线与电源相连。