CN102754538B - 用于连栋温室的机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于连栋温室的机器人，涉及自动化农业技术领域，包括：运载平台、探测控制装置，包括：设置在所述运载平台下方的平地走行装置及轨道走行装置，所述探测控制装置分别连接所述平地走行装置及轨道走行装置，用于控制所述平地走行装置及轨道走行装置。本发明解决了现有连栋温室内轨道式移动作业平台难以在多个温室间共用、设备使用率低的问题。

Description

用于连栋温室的机器人
技术领域
本发明涉及自动化农业技术领域，特别涉及一种用于连栋温室的机器人。
背景技术
连栋温室是设施农业的重要高级形式之一，加强连栋温室建设及其相关配套作业装备的研发是提高农民收入、促进农业产业升级的重要方式。当前连栋温室内作业多为人工徒步劳动，相应的运输搬运设备或智能化自主移动作业平台装备品种较少，无法为连栋温室生产作业提供有效的装备支撑，造成劳动强度大、生产效率不高的现状。
当前连栋温室内移动机器人的行进方式主要为轮式和轨道式两种。其中，轮式行进方式机动性较强，对地面条件要求不高，可以实现多种地形条件下的运动和转移，但是受到不平整地面的影响较大，难以胜任垄间的平稳搬运工作，因此轮式机器人主要用于连栋温室内环境探测、土壤及作物样本采集等方面；轨道式行进方式则是垄间平稳搬运和作业平台所采用的主要方式，具有移动平稳、路线固定（无需复杂智能导航）等优点，但是轨道式机器人对于轨道的依赖性强，在两条分离轨道间的转移难以实现，因此一般只能采用一栋温室、一条轨道、一台轨道式机器人的配置方式，无法实现一台机器人在多栋温室间的复用，造成设备利用率低、使用成本高的问题。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何实现能够在连栋温室的多个温室间共用的机器人。
（二）技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于连栋温室的机器人，包括：运载平台、探测控制装置，包括：设置在所述运载平台下方的平地走行装置及轨道走行装置，所述探测控制装置分别连接所述平地走行装置及轨道走行装置，用于控制所述平地走行装置及轨道走行装置。
其中，所述轨道走行装置包括：位于所述运载平台底部的提升装置、安装在所述提升装置底部的轨道轮及轨道轮驱动装置，所述提升装置用于将轨道轮置于或提离轨道。
其中，所述提升装置底部安装有轮距调节滑轨，所述轨道轮安装在所述轮距调节滑轨上，所述轨道轮驱动装置用于驱动所述轨道轮和轮距调节滑轨。
其中，所述探测控制装置包括：
环境探测传感器，用于当探测到轨道时触发所述提升装置进行轨道轮和车轮之间的切换；
控制模块，用于控制轨道轮与轨道的对位，并导航。
其中，所述探测控制装置还包括：
外部位置信号传感器，用于确定机器人的当前位置，并将所述当前位置发送至所述控制模块；
内部惯性传感器，用于根据惯性原理测定车体运动状态，并将所述运动状态发送至所述控制模块。
其中，所述提升装置为液压提升装置。
其中，所述平地走行装置包括：车轮及驱动所述车轮的驱动装置。
其中，所述驱动所述车轮的驱动装置为轮毂电机。
(三)有益效果
本发明利用先进的机器人技术提供了一种用于连栋温室内的、可在轮式和轨道式两种行进模式间自主转换的移动作业平台，既解决了现有连栋温室内轨道式移动作业平台难以在多个温室间共用、设备使用率低的问题，又创造性的将智能机器人技术融入设施农业生产，为机器人技术应用于农业领域树立了典型，有利于促进设施农业和机器人技术的共同发展。
附图说明
图1是本发明实施例的一种用于连栋温室的机器人的结构正面示意图；
图2是图1中的用于连栋温室的机器人在轨道式行进模式状态；
图3是本发明的用于连栋温室的机器人在轨道式行进模式状态的立体图；
图4是底部安装有轨道轮的轮距调节滑轨的用于连栋温室的机器人立体图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本实施例的用于连栋温室的机器人为轮轨自主切换式连栋温室智能机器人，可搭载生产作业人员在连栋温室内沿步行过道或者供暖管道移动，起到负重搬运或移动智能化作业平台的作用。
轮轨自主切换式连栋温室智能机器人的组成部分包括：运载平台、探测系统（定位传感器、环境感知探测传感器）、控制系统（车载电脑、人机交互设备、智能感知算法、智能导航算法）等。其中，运载平台本体又可细分为机器人平台构架、平台动力系统、平台行进模式切换系统三部分。
如图1、2和3所示，本发明的用于连栋温室的机器人采用了适应轮轨两种行进模式的构型设计，具体包括：运载平台1、探测控制装置（图中未示出）、设置在运载平台1下方的平地走行装置及轨道走行装置。其中探测控制装置分别连接所述平地走行装置及轨道走行装置，用于控制平地走行装置及轨道走行装置。
本实施例中，平地走行装置用于在平地/过道行进，其包括：对称安装的四个车轮2（前后两排，每排各两个，安装在运载平台两侧的下方）及其驱动装置（图中未示出），四个车轮2着地行进，可以采用四驱或者两驱的形式，差速转向。驱动装置采用轮毂电机驱动轮胎获得较高的底盘高度。平地走行装置不限于四个车轮的结构，也可以是履带结构。
本实施例中，轨道走行装置安装在运载平台1底部，包括：运载平台1底部安装液压提升装置4、轨道轮3及轨道轮3的驱动装置（图中未示出），以方便进行轮轨模式切换。轨道轮3安装在液压提升装置4的底盘5上，对称安装的四个轨道轮（前后两排，每排各两个）在供暖管道上行进，后轮驱动。行进模式切换系统为液压提升装置4，如图1和2所示，过道行进时液压提升装置4收起，由轮胎转动产生行进效果；轨道行进时液压提升装置4提升，使轨道轮与供暖管道接触，同时将轮胎顶起脱离地面。其中轨道3轮的轮距可以事先按地面管道的宽度设定，轨道轮3的安装可以是固定式的。优选地，如图4所示，为了适应不同管道宽度，液压提升装置4底部安装有轮距调节滑轨6，轨道轮3安装在轮距调节滑轨6上，轨道轮驱动装置用于驱动轨道轮3和轮距调节滑轨6（即驱动轨道轮3在轮距调节滑轨6上移动，以调节轮距）。
本实施例中，探测系统是指用于运载平台避障和进行自主轮轨切换导航的探测子系统，由运载平台自身定位传感器和环境感知探测传感器两类传感器组成。运载平台自身定位传感器包括外部位置信号传感器和内部惯性传感器。外部位置信号传感器主要是全球定位系统（Global Positioning System，GPS）接收器，直接通过经纬度确定机器人位置；内部惯性创感器则是依靠惯性原理测定车体运动状态，进而计算位置信息的一组传感器，具体分为编码器、倾角仪、罗盘和加速度计等。环境感知探测传感器主要指机器视觉相机、激光测距仪 （Laser Range Finder，LRF）等主动探测传感器，用以发现连栋温室内机器人前进道路上的障碍物（栽培架、作物枝叶等）、监测机器人周围环境。当监测到管道时，触发液压提升装置进行轮轨切换，同时为机器人在轮轨切换过程中进行轨道轮与供暖管道的对准提供重要的信息支持。
本实施例中，控制系统是对整个机器人的运行和动作进行控制的系统，主要包括车载电脑及其与各传感器、执行器间连接的通讯总线，人机交互设备，智能感知算法，智能导航算法等，其中利用智能导航算法实现轮轨切换过程中的自主对准，使轨道轮与供暖管道对准。当轮轨自主切换式连栋温室智能机器人运行时，将在车载电脑上运行应用程序，开展智能算法的运算，生成控制指令，对机器人进行智能决策控制。为了机器人决策反应的实时性，车载电脑将安装实时性强、稳定性好的实时操作系统，如VxWorks或QNX。人机交互界面是使用者与轮轨自主切换式连栋温室智能机器人进行指令和执行状态等信息交流的媒介，其主要作用是为使用者提供简单快捷的控制平台，从而对机器人实现灵活操控。控制端采用平板电脑，实时显示机器人速度、航向、与目标点距离、周围障碍物检测情况、下一步作业行为等数据，为操作者提供充足的决策依据。智能感知算法主要用于分析从环境感知探测传感器获得的数据，提取障碍物信息和目标供暖管道的信息，为避障导航和轨道轮对准导航提供依据。智能导航算法则根据机器人自身位姿信息和环境感知算法的结果，根据不同的自主作业需求，输出避障安全行进控制指令或者轨道轮对准规划控制指令。
本发明以先进的机器人技术服务于设施农业生产，具有创意新颖、实用性强等特点，为现代农业和机器人技术提供了良好的应用结合渠道，有利于现代农业理念和机器人技术的传播和推广。轮轨自主切换式连栋温室智能机器人的工作模式有自主导航模式、自主行进方式切换模式和遥控模式三种。在自主导航模式下，轮轨自主切换式连 栋温室智能机器人可以根据操作员在交互界面上预先设定的路线，自主在连栋温室内进行移动，即自主从起始点运动到目标点，具备在运动过程中探测和躲避障碍物的能力；在自主行进方式切换模式下，机器人可以自主进行由轮至轨、由轨至轮的行进模式切换，由轮至轨的自主切换需要用到智能导航算法进行轨道轮与供暖管道的对准；遥控模式下，轮轨自主切换式连栋温室智能机器人由操作人员直接控制，在连栋温室内灵活穿行，并根据遥控指令完成轮轨行进模式切换动作。由于传感探测技术及程控技术在机器人领域是很成熟的技术，此处不再赘述。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (5)

1.一种用于连栋温室的机器人，包括：运载平台、探测控制装置，其特征在于，包括：设置在所述运载平台下方的平地走行装置及轨道走行装置，所述探测控制装置分别连接所述平地走行装置及轨道走行装置，用于控制所述平地走行装置及轨道走行装置；
所述轨道走行装置包括：位于所述运载平台底部的提升装置、安装在所述提升装置底部的轨道轮及轨道轮驱动装置，所述提升装置用于将轨道轮置于或提离轨道；
所述提升装置底部安装有轮距调节滑轨，所述轨道轮安装在所述轮距调节滑轨上，所述轨道轮驱动装置用于驱动所述轨道轮和轮距调节滑轨；
所述探测控制装置包括：
环境探测传感器，用于当探测到轨道时触发所述提升装置进行轨道轮和车轮之间的切换；
控制模块，用于控制轨道轮与轨道的对位，并导航。
2.如权利要求1所述的用于连栋温室的机器人，其特征在于，所述探测控制装置还包括：
外部位置信号传感器，用于确定机器人的当前位置，并将所述当前位置发送至所述控制模块；
内部惯性传感器，用于根据惯性原理测定车体运动状态，并将所述运动状态发送至所述控制模块。
3.如权利要求1所述的用于连栋温室的机器人，其特征在于，所述提升装置为液压提升装置。
4.如权利要求1所述的用于连栋温室的机器人，其特征在于，所述平地走行装置包括：车轮及驱动所述车轮的驱动装置。
5.如权利要求4所述的用于连栋温室的机器人，其特征在于，所述驱动所述车轮的驱动装置为轮毂电机。
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