CN103355016A

CN103355016A - 锄草机器人机械手定位系统

Info

Publication number: CN103355016A
Application number: CN2013103130888A
Authority: CN
Inventors: 赵德春; 余涛; 蔡晓华; 程睿; 吴泽全; 刘立强; 杨旭; 刘俊杰; 李源源; 陈蕾; 赵尔迪; 侯国强
Original assignee: Heilongjiang Agricultural Machinery Engineering Research Institute
Current assignee: Heilongjiang Agricultural Machinery Engineering Research Institute
Priority date: 2013-07-24
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2013-10-23

Abstract

本发明公开了一种锄草机器人机械手定位系统，旨在提供一种锄草干净、不伤苗、锄草效率高的锄草机器人机械手定位系统。包括机架和安装在机架上的悬挂架、升降仿形装置、定位控制系统、测速轮，以及安装在升降仿形装置上的机器人锄草单体，还包括行走导向装置、横移机构，该行走导向装置由转向轮、转向油缸、转向轴组成，转向轮通过垂直转向轴可摆动地支承在机架前梁的固定座上，转向轴上的垂直摆动板处于该固定座左右对称中心平面上，两个转向油缸沿横向左右对称设置在固定座两侧，该两个转向油缸的活塞杆前端从左右两侧顶压在垂直摆动板上。本发明适用于蔬菜田间锄草精确定位控制。

Description

锄草机器人机械手定位系统

技术领域

本发明属于蔬菜锄草设备，尤其是涉及一种蔬菜田间管理的锄草机器人机械手定位系统。

背景技术

在蔬菜田间管理中，苗间锄草是重要环节之一。为了锄草不伤苗，传统的方法都是人工锄草，锄草效率很低，劳动强度大，甚至误农时。如果采用田间农作物中耕锄草机，代替人工进行蔬菜苗间锄草。可以提高效率。但是，尚存不足之处，由于工作部件属于通用的锄草铲，不能准确苗间锄草，所以锄草不干净，还存在伤苗问题。

发明内容

本发明的目的是针对存在的上述问题，提供一种锄草干净、不伤苗、锄草效率高的锄草机器人机械手定位系统。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：本发明的锄草机器人机械手定位系统，包括机架和安装在机架上的悬挂架、升降仿形装置、定位控制系统、测速轮，以及安装在升降仿形装置上的机器人锄草单体，所述机器人锄草单体包括锄草机械手、支座、机械手驱动马达，所述定位控制系统包括设置计算机和PLC可编程逻辑控制器的定位控制器、设置在机架前梁上的苗草识别工业摄像机、设置在测速轮上的行进速度传感器、设置在支座上的机械手转速传感器、以及液压控制系统，还包括行走导向装置、横移机构，两个所述行走导向装置对称设置在机架前梁两端，该行走导向装置由转向轮、转向油缸、转向轴组成，转向轮通过垂直转向轴可摆动地支承在机架前梁的固定座上，转向轴上设有垂直摆动板，且该垂直摆动板处于该固定座左右对称中心平面上，两个转向油缸沿横向左右对称设置在固定座两侧，该两个转向油缸的活塞杆前端从左右两侧顶压在垂直摆动板上。

作为本发明的优选方案，所述横移机构设置在悬挂架上，由滚轮、上水平滑道、中间垂直滑道、下水平滑道、横移油缸、行程开关组成，上水平滑道、中间垂直滑道、下水平滑道沿横向相互平行设置在悬挂架上，所述机架的后梁架上左右对称可转动地分别设有三个滚轮，该三个滚轮依次配装在上水平滑道、中间垂直滑道、下水平滑道内，两个横移油缸沿横向上下平行配置在悬挂架内，该两个横移油缸的缸体后端固装在悬挂架左右侧板上，该两个横移油缸的活塞杆前端分别对应顶压在机架后梁架的支板上，行程开关平行设置在两个横移油缸的上方，上面横移油缸的对应支板设有与行程开关相关联的水平触碰杆。

作为本发明的优选方案，所述升降仿形装置包括摆臂、仿形轮、连杆、卡座，卡座固装在机架前梁上，该卡座两侧左右对称各铰接两个连杆，所述四个连杆相互平行配置，其后端分别与左右两个摆臂铰接构成平行四杆机构，其中一侧摆臂下方可滚动地设有仿形轮。

采用上述技术方案后，本发明提供的锄草机器人机械手定位系统具有的有益效果是：

所述定位控制系统的定位控制器设置计算机和PLC可编程逻辑控制器，苗草识别工业摄像机将拍摄获取的田间苗草位置图像信息提供给计算机，经计算机处理的苗草位置图像信息数据输送给PLC可编程逻辑控制器，机械手转速传感器、行进速度传感器、行程开关分别向PLC可编程逻辑控制器提供锄草机械手工作转速检测信号、行进速度检测信号、横移机构限位信号。上述信号经PLC可编程逻辑控制器输送给计算机分析处理，再经PLC可编程逻辑控制器向液压控制系统提供控制信号，液压控制系统控制机械手驱动马达得到理想的机械手转速、最佳的行进速度、控制行走导向装置和横移机构实现对行精确定位、同时升降仿形装置能够提高沿幅宽方向锄草深度一致性。所以得到了锄草干净、不伤苗、锄草效率高的效果。

附图说明

图1是本发明锄草机器人机械手定位系统的构造主视图；

图2是图1的侧视图；

图3是图1的俯视图；

图4是本发明的横移机构构造主视图；

图5是图4中沿A-A线的剖视图；

图6是本发明的升降仿形装置构造主视图；

图7是图6的俯视图；

图8是本发明的升降仿形装置构造三维示意图；

图9是本发明的定位控制系统原理方框图。

图中：机架1；悬挂架2；定位控制器3；摆臂4；锄草机械手5；转向轮6；仿形轮7；转向油缸8；苗草识别工业摄像机9；转向轴10；液压控制系统11；支座12；机械手驱动马达13；连杆14；卡座15；滚轮16；上水平滑道17；中间竖直滑道18；下水平滑道19；横移油缸20；行程开关21；行进速度传感器22；测速轮23；机械手转速传感器24。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1、图2、图3所示，给出了本发明锄草机器人机械手定位系统的具体实施方式构造示意图，包括机架1和安装在机架1上的悬挂架2、升降仿形装置、定位控制系统、测速轮23，以及安装在升降仿形装置上的机器人锄草单体，所述机器人锄草单体包括锄草机械手5、支座12、机械手驱动马达13，所述定位控制系统包括设置计算机和PLC可编程逻辑控制器的定位控制器3、设置在机架1前梁上的苗草识别工业摄像机9、设置在测速轮23上的行进速度传感器22、设置在支座12上的机械手转速传感器24、以及液压控制系统11，还包括行走导向装置、横移机构，两个所述行走导向装置对称设置在机架1前梁两端，该行走导向装置由转向轮6、转向油缸8、转向轴10组成，转向轮6通过垂直转向轴10可摆动地支承在机架1前梁的固定座上，转向轴10上设有垂直摆动板，且该垂直摆动板处于该固定座左右对称中心平面上，两个转向油缸8沿横向左右对称设置在固定座两侧，该两个转向油缸8的活塞杆前端从左右两侧顶压在垂直摆动板上，该两个转向油缸8的活塞杆伸缩配合作用在垂直摆动板上，使转向轮6向左或向右摆动导向行走。

作为本发明的优选实施例，如图4、图5所示，所述横移机构设置在悬挂架2上，由滚轮16、上水平滑道17、中间垂直滑道18、下水平滑道19、横移油缸20、行程开关21组成，上水平滑道17、中间垂直滑道18、下水平滑道19沿横向相互平行设置在悬挂架2上，所述机架1的后梁架上左右对称可转动地分别设有三个滚轮16，该三个滚轮16依次配装在上水平滑道17、中间垂直滑道18、下水平滑道19内，两个横移油缸20沿横向上下平行配置在悬挂架2内，该两个横移油缸20的缸体后端固装在悬挂架2左右侧板上，该两个横移油缸20的活塞杆前端分别对应顶压在机架1后梁架的支板上，行程开关21平行设置在两个横移油缸20的上方，上面横移油缸20的对应支板设有与行程开关21相关联的水平触碰杆，该两个横移油缸20的活塞杆伸缩配合作用在支板上，使机架1后梁架上的六个滚轮16同时在各自滑道内沿横向滚动，机架1随之横向移动定位。

作为本发明的优选实施例，如图1、图2、图3、图6、图7、图8所示，所述升降仿形装置包括摆臂4、仿形轮7、连杆14、卡座15，卡座15固装在机架1前梁上，该卡座15两侧左右对称各铰接两个连杆14，所述四个连杆14相互平行配置，其后端分别与左右两个摆臂4铰接构成平行四杆机构，其中一侧摆臂4下方可滚动地设有仿形轮7。

使用时，将锄草机器人机械手定位系统通过悬挂架2挂接在拖拉机前悬挂机构上，放下前悬挂机构，锄草机器人开始锄草作业，机械手定位系统同步工作。在图9中，给出了本发明的定位控制系统原理方框图，随着机组的行进，苗草识别工业摄像机9动态连续拍摄苗草图像，并将拍摄获取的田间苗草位置图像信息提供给定位控制器3的计算机，经计算机处理的苗草位置图像信息数据输送给PLC可编程逻辑控制器，PLC可编程逻辑控制器向液压控制系统提供控制信号，控制行走导向装置的两个转向油缸8工作，使转向轮6左右摆动，同时控制横移机构的两个横移油缸20驱动机架1横向移动，实现锄草机械手5对行精确定位。

在锄草机械手5工作过程中，机械手转速传感器、行进速度传感器、行程开关分别向PLC可编程逻辑控制器提供锄草机械手5工作转速检测信号、行进速度检测信号、横移机构限位信号。上述信号经PLC可编程逻辑控制器输送给计算机分析处理，再经PLC可编程逻辑控制器向液压控制系统提供控制信号，适时控制锄草机械手5驱动马达13输出转速、机组前进速度，适时配合锄草机械手5对行精确定位。同时升降仿形装置的仿形轮7随地形滚动，使安装在升降仿形装置上的机器人锄草单体仿形工作，升降仿形装置为平行四杆机构，在保证锄草机械手5工作角度不变的前提下，提高了沿幅宽方向锄草深度一致性。达到锄草干净、不伤苗、锄草效率高的目的。

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由权利要求限定。

本发明适用于蔬菜田间锄草精确定位控制。

Claims

1.一种锄草机器人机械手定位系统，包括机架（1）和安装在机架（1）上的悬挂架（2）、升降仿形装置、定位控制系统、测速轮（23），以及安装在升降仿形装置上的机器人锄草单体，所述机器人锄草单体包括锄草机械手（5）、支座（12）、机械手驱动马达（13），所述定位控制系统包括设置计算机和PLC可编程逻辑控制器的定位控制器（3）、设置在机架（1）前梁上的苗草识别工业摄像机（9）、设置在测速轮（23）上的行进速度传感器（22）、设置在支座（12）上的机械手转速传感器（24）、以及液压控制系统（11），其特征在于：还包括行走导向装置、横移机构，两个所述行走导向装置对称设置在机架（1）前梁两端，该行走导向装置由转向轮（6）、转向油缸（8）、转向轴（10）组成，转向轮（6）通过垂直转向轴（10）可摆动地支承在机架（1）前梁的固定座上，转向轴（10）上设有垂直摆动板，且该垂直摆动板处于该固定座左右对称中心平面上，两个转向油缸（8）沿横向左右对称设置在固定座两侧，该两个转向油缸（8）的活塞杆前端从左右两侧顶压在垂直摆动板上。

2.根据权利要求1所述的锄草机器人机械手定位系统，其特征在于：所述横移机构设置在悬挂架（2）上，由滚轮（16）、上水平滑道（17）、中间垂直滑道（18）、下水平滑道（19）、横移油缸（20）、行程开关（21）组成，上水平滑道（17）、中间垂直滑道（18）、下水平滑道（19）沿横向相互平行设置在悬挂架（2）上，所述机架（1）的后梁架上左右对称可转动地分别设有三个滚轮（16），该三个滚轮（16）依次配装在上水平滑道（17）、中间垂直滑道（18）、下水平滑道（19）内，两个横移油缸（20）沿横向上下平行配置在悬挂架（2）内，该两个横移油缸（20）的缸体后端固装在悬挂架（2）左右侧板上，该两个横移油缸（20）的活塞杆前端分别对应顶压在机架（1）后梁架的支板上，行程开关（21）平行设置在两个横移油缸（20）的上方，上面横移油缸（20）的对应支板设有与行程开关（21）相关联的水平触碰杆。

3.根据权利要求1或2所述的锄草机器人机械手定位系统，其特征在于：所述升降仿形装置包括摆臂（4）、仿形轮（7）、连杆（14）、卡座（15），卡座（15）固装在机架（1）前梁上，该卡座（15）两侧左右对称各铰接两个连杆（14），所述四个连杆（14）相互平行配置，其后端分别与左右两个摆臂（4）铰接构成平行四杆机构，其中一侧摆臂（4）下方可滚动地设有仿形轮（7）。