CN103340190B - 一种果园实时喷药-供给-维护多机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种果园实时喷药-供给-维护多机器人系统，主要包括监控中心(1)、果园喷药机器人(2)(3)，供给机器人(4)和保养维护机器人(5)。系统的组织结构为分层式结构，监控中心(7)居于上层，各机器人居于下层；各机器人之间关系平等，均能够通过无线网络相互进行信息交流，同时与监控中心也进行信息交换。机器人采用北斗卫星导航技术，导航容易实现。本系统能够指挥多台机器人完成果园喷药-供给-维护工作，提高了综合工作效率，也能够保证工作人员的人身安全。

Description

一种果园实时喷药-供给-维护多机器人系统

技术领域

本发明涉及一种多机器人系统，尤其是涉及一种果园实时喷药-供给-维护多机器人系统，属于智能农业机械领域。

背景技术

农业机械的出现，大大提高了生产效率，解放了劳动力。随着城乡一体化的建设发展和新生代农民向城市的逐渐转移，加剧了农业成产劳动力短缺矛盾，自动化、信息化、智能化成为农业生产和农机装备发展的必然趋势。随着计算机技术和信息采集与处理技术的发展，自走式农业机械的田间自动导航、机器视觉与农业机器人研究得到重视，成为探索在农业机械装备中应用智能控制等高新技术研究的重要方向。农业生产具有作业对象多样、劳动强度大、作业环境多变等特点，田间除草、间苗、果蔬采摘等作业项目，依靠机械化和自动化是极为困难的，只有依靠具有与人类相同的知识启发和学习功能的智能农业机械-农业机器人才可能得以实现。自1981年，法国研究者开发了田间导航的自行走耕作机器人以来，国内外已研制出多种农业生产机器人，如澳大利亚剪羊毛机器人，荷兰挤奶机器人，日本和韩国插秧机器人以及采摘机器人，分拣机器人等。

近年来，随着多机器人系统发展的方兴未艾，智能农机集群的研究也取得了一定成绩。目前，美国、日本等诸多研究机构正在积极开展多机器人系统的协作研究，已经建立了SWARM、AC-TRESS、CEBOT等多机器人系统，已开展了协作任务搬运、机器人足球赛、仿生机器鱼群以及自动导向小车等多机器人系统工作实例。农业多机器人的研究处于刚刚起步阶段，有成熟的农业多机器人系统还未见提出和成果发表。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种果园实时喷药-供给-维护多机器人系统，该系统包含多台自治机器人，监控中心可同时调度各机器人进行工作，改善以往农业机器人之间无法进行信息调度，自成一体，效率低下，不能实现最大化利用的弊端。

为实现上述目的，本发明一种果园实时喷药-供给-维护多机器人系统，包括：监控中心(1)和自治机器人；所述系统的组织结构为分层式结构，监控中心(1)居于上层，作为主控单元，自治机器人居于下层，各机器人之间关系平等，均能够通过无线网络相互进行信息交流，又分别与主控单元之间有信息流的交换；

监控中心(1)包括监控系统、通信基站和北斗卫星导航地面段，是整个系统的主控单元，通过无线网络与各个自治机器人之间进行信息交流，并从整体上控制整个系统的运行；监控系统配有监控界面，通过分析各自治机器人传来的环境信息和工况信息，实时对机器人进行工作路径规划和任务调度；通信基站负责整个系统的通信工作，整个系统组建为一个无线局域网；北斗卫星导航地面段由主控站、注入站、监测站组成；

自治机器人包括果园喷药机器人(2)(3)、供给机器人(4)、保养维护机器人(5)，各自治机器人上均配有北斗导航终端，监控中心可以实时获知各机器人的位置信息；各自治机器人上均配有双目立体视觉传感器、温湿度传感器、激光扫描传感器、车用传感器，这些传感器可以实时获取机器人的环境信息和工况信息；这些信息通过各机器人上配置的无线通信终端和无线网络被发送至监控中心。

果园喷药机器人(2)(3)可在每行果树间进行农药喷洒，在转弯时会自动停止喷药；当药桶内药液用完时，则停止行驶和喷洒，发出信号至监控中心和供给机器人(4)，等候供给。待作业全部完成后，自动停止全部功能，发送信号至监控中心，接受监控中心的指挥调度。

供给机器人(4)不仅供给喷药机器人药液，也能够供给喷药机器人发动机所需燃油。保养维护机器人(5)负责系统中机器人的保养维护工作，如果其他机器人发生故障，则发出求救信号至监控中心和保养维护机器人，保养维护机器人接收信号后马上做好保养维护准备。监控中心赋予保养维护机器人行驶路径，并控制该机器人行驶至故障机器人处，开始保养维护工作。

环境信息包括：机器人行驶道路状况、果园障碍物、壕沟、待喷药果树面积；工况信息，包括：自治机器人的作业速度、发动机运转状态、变速箱运转状态、油量信息(电量信息)、剩余农药量、导航路径偏移量、既定位置偏移量。

监控界面包括6个通信通道，在主监控界面上，实时显示每个通道的工作状态；需要某个通道的机器人进行工作时，点击对应通道，则显示该通道信息，该信息包括接收任务、开始工作、工作完成、返回基地。通过监控中心的监控界面发送相应控制信息，各自治机器人接收到信息后，启动对应设备，进行工作或者返回基地；如果监控中心接收到某一自治机器人发送的故障信号，则打开通道6，有接收、拒绝和完成三种方案供选择。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明系统中包含多台自治机器人，各机器人分工不同，以监控中心对各自治机器人进行指挥和调度，可同时进行工作，避免了各机器人完全独立，自成一体的情况，使整个系统成为一个高效的作业团体，提高了工作效率和设备利用率；

2)系统采用分层式结构，各机器人之间是平等的，能够通过通信等手段与其他机器人进行信息交流，自主进行决策，灵活性和适应性强；

2)各机器人采用北斗导航定位技术，精确度高，导航容易实现；机器人配备多种传感器，工作全程自动化；

3)该系统可同时进行果园实时喷药-供给-维修工作，节约了时间和人力成本，保障了人身安全。

附图说明

下面将参照附图描述本发明的实施方式。

附图1、2、3是本发明果园实时喷药-供给-维护多机器人系统组成工作示意图。

附图4是本发明果园实时喷药-供给-维护多机器人系统的系统组织结构图。

附图5、6是本发明果园实时喷药-供给-维护多机器人系统监控中心系统监控界面。

以下是图中各部件的标号：

1-监控中心，2，3-果园喷药机器人，4-供给机器人5-保养维护机器人。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

为实现上述目的，本发明一种果园实时喷药-供给-维护多机器人系统，包括：监控中心(1)和自治机器人；所述系统的组织结构为分层式结构，监控中心(1)居于上层，作为主控单元，自治机器人居于下层，各机器人之间关系平等，均能够通过无线网络相互进行信息交流，又分别与主控单元之间有信息流的交换；

监控中心(1)包括监控系统、通信基站和北斗卫星导航地面段，是整个系统的主控单元，通过无线网络与各个自治机器人之间进行信息交流，并从整体上控制整个系统的运行；监控系统配有监控界面，通过分析各自治机器人传来的环境信息和工况信息，实时对机器人进行工作路径规划和任务调度；通信基站负责整个系统的通信工作，整个系统组建为一个无线局域网；北斗卫星导航地面段由主控站、注入站、监测站组成；

自治机器人包括果园喷药机器人(2)(3)、供给机器人(4)、保养维护机器人(5)，各自治机器人上均配有北斗导航终端，监控中心可以实时获知各机器人的位置信息；各自治机器人上均配有双目立体视觉传感器、温湿度传感器、激光扫描传感器、车用传感器，这些传感器可以实时获取机器人的环境信息和工况信息；这些信息通过各机器人上配置的无线通信终端和无线网络被发送至监控中心。

果园喷药机器人(2)(3)可在每行果树间进行农药喷洒，在转弯时会自动停止喷药；当药桶内药液用完时，则停止行驶和喷洒，发出信号至监控中心和供给机器人(4)，等候供给。待作业全部完成后，自动停止全部功能，发送信号至监控中心，接受监控中心的指挥调度。

供给机器人(4)不仅供给喷药机器人药液，也能够供给喷药机器人发动机所需燃油。保养维护机器人(5)负责系统中机器人的保养维护工作，如果其他机器人发生故障，则发出求救信号至监控中心和保养维护机器人，保养维护机器人接收信号后马上做好保养维护准备。监控中心赋予保养维护机器人行驶路径，并控制该机器人行驶至故障机器人处，开始保养维护工作。

环境信息包括：机器人行驶道路状况、果园障碍物、壕沟、待喷药果树面积；工况信息，包括：自治机器人的作业速度、发动机运转状态、变速箱运转状态、油量信息(电量信息)、剩余农药量、导航路径偏移量、既定位置偏移量。

监控界面包括6个通信通道，在主监控界面上，实时显示每个通道的工作状态；需要某个通道的机器人进行工作时，点击对应通道，则显示该通道信息，该信息包括接收任务、开始工作、工作完成、返回基地。通过监控中心的监控界面发送相应控制信息，各自治机器人接收到信息后，启动对应设备，进行工作或者返回基地；如果监控中心接收到某一自治机器人发送的故障信号，则打开通道6，有接收、拒绝和完成三种方案供选择。

具体工作过程如下：在系统工作人员启动系统后，打开监控中心系统控制界面，通过系统摄像头可以看到监控通道1和2的画面。随后工作人员进入通道3，即进入果园喷药机器人(2)控制界面。点击接受任务，则机器人接受系统分配好的任务，各项设备启动待命。点击开始工作按钮，机器人沿北斗卫星导航系统指定路径进行行走，到达目的地，开始工作。工作完成后，机器人发出信号至监控中心，则工作人员点击工作完成，机器人各项设备停止工作，回到关闭状态。随后工作人员点击返回基地，则机器人行驶至系统基地固定位置。对于联合收割机器人(3)工作过程类似。

果园喷药机器人(2)(3)进入工作状态后，工作人员应启动供给机器人(5)，启动过程同果园喷药机器人。喷药机器人在工作过程中，当药量用完时，自动停止行驶和喷洒，并向监控中心和供给机器人发送信号。随后供给机器人接收监控中心命令，行驶至信号发出机器人出，开始供给药液。

保养维护机器人(5)负责系统中机器人的保养维护工作，如果其他机器人发生故障，则发出信号至监控中心和保养维护机器人，保养维护机器人接收信号后马上启动各装备和设施待命。故障机器人随即自切断双目立体视觉路径，监控中心画面丢失，工作人员很容易获得故障机器人编号。之后工作人员进入保养维护机器人通道，做出进一步工作判断，启动保养维护机器人，赋给保养维护机器人行驶路径，则其行驶至故障机器人处，开始保养维护工作。

整个系统运行后，井然有序，能够高效率完成小麦抢收季节的收割-转运-干燥-维护工作。

根据上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更与修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种果园实时喷药-供给-维护多机器人系统，其特征在于，包括：监控中心(1)和自治机器人；所述系统的组织结构为分层式结构，监控中心(1)居于上层，作为主控单元，自治机器人居于下层，各机器人之间关系平等，均能够通过无线网络相互进行信息交流，又分别与主控单元之间有信息流的交换；

所述监控中心(1)包括监控系统、通信基站和北斗卫星导航地面段，是整个系统的主控单元，通过无线网络与各个自治机器人之间进行信息交流，并从整体上控制整个系统的运行；监控系统配有监控界面，通过分析各自治机器人传来的环境信息和工况信息，实时对机器人进行工作路径规划和任务调度；通信基站负责整个系统的通信工作，整个系统组建为一个无线局域网；北斗卫星导航地面段由主控站、注入站、监测站组成；

所述自治机器人包括果园喷药机器人(2，3)、供给机器人(4)、保养维护机器人(5)，各自治机器人上均配有北斗导航终端，监控中心可以实时获知各机器人的位置信息；各自治机器人上均配有双目立体视觉传感器、温湿度传感器、激光扫描传感器、车用传感器，这些传感器可以实时获取机器人的环境信息和工况信息；这些信息通过各机器人上配置的无线通信终端和无线网络被发送至监控中心。

2.根据权利要求1所述的一种果园实时喷药-供给-维护多机器人系统，其特征在于，所述果园喷药机器人(2，3)可在每行果树间进行农药喷洒，在转弯时会自动停止喷药；当药桶内药液用完时，则停止行驶和喷洒，发出信号至监控中心和供给机器人(4)，等候供给；待作业全部完成后，自动停止全部功能，发送信号至监控中心，接受监控中心的指挥调度。

3.根据权利要求1所述的一种果园实时喷药-供给-维护多机器人系统，其特征在于，所述供给机器人(4)不仅供给喷药机器人药液，也能够供给喷药机器人发动机所需燃油。

4.根据权利要求1所述的一种果园实时喷药-供给-维护多机器人系统，其特征在于，保养维护机器人(5)负责系统中机器人的保养维护工作，如果其他机器人发生故障，则发出求救信号至监控中心和保养维护机器人，保养维护机器人接收信号后马上做好保养维护准备；监控中心赋予保养维护机器人行驶路径，并控制该机器人行驶至故障机器人处，开始保养维护工作。

5.根据权利要求1所述的一种果园实时喷药-供给-维护多机器人系统，其特征在于，环境信息包括：机器人行驶道路状况、果园障碍物、壕沟、待喷药果树面积；工况信息，包括：自治机器人的作业速度、发动机运转状态、变速箱运转状态、油量信息或电量信息、剩余农药量、导航路径偏移量、既定位置偏移量。

6.根据权利要求1所述的一种果园实时喷药-供给-维护多机器人系统，其特征在于，监控界面包括6个通信通道，在主监控界面上，实时显示每个通道的工作状态；需要某个通道的机器人进行工作时，点击对应通道，则显示该通道信息，该信息包括接收任务、开始工作、工作完成、返回基地；通过监控中心的监控界面发送相应控制信息，各自治机器人接收到信息后，启动对应设备，进行工作或者返回基地；如果监控中心接收到某一自治机器人发送的故障信号，则打开通道6，有接收、拒绝和完成三种方案供选择。