CN104855361A - 一种智能遥控前驱植保机械及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能遥控前驱植保机械及其控制方法，涉及农业植保机械技术领域，包括车架、车轮、喷雾系统、车轮支架、控制系统，车轮，包括m个主动轮和n个从动轮，车轮支架包括从动轮支架、主动轮支架，从动轮支架以倾斜一定角度的形式或直角的形式安装在车架的下方；主动轮采用无刷有齿电机独立驱动；控制系统与无刷有齿电机、喷雾系统连接相连；植保机械控制方法：每个车轮的转速分别由无刷有齿电机控制器控制无刷有齿电机来进行控制，实现起步、直行、转向、停止、倒车。本发明的优点在于：简化了结构，降低了操作难度和成本，同时也可用来施肥、播种等农事操作，促进农业植保机械的推广与应用，有利于农业生产全程机械化的实现。

Description

一种智能遥控前驱植保机械及其控制方法

技术领域

本发明涉及农业机械领域，特别涉及一种智能遥控前驱植保机械及其控制方法。

背景技术

目前，市场上的植保机械主要有以下两类：一类是背负式植保机械，如背负式喷雾机或背负式喷粉机，其上设有两个背带供人背负机器，人手持喷杆进行喷雾，动力方式有手压、电动或油动，其缺点是劳动强度大、工作效率低、人在田间行走困难；另一类是人工驾驶的植保器械，一般包括车架、行走部件、刹车装置、转向装置、喷雾装置、动力系统以及驾驶舱，该类型的植保机械一般配置机构复杂，车身又较重，作物田间通过性较差，制造成本高，销售价格高；这两类植保机械都由人近距离来操作，所施的农药往往还会对人造成一定程度的药害。

近年来，新兴了一些遥控植保机械，包括天上飞的遥控植保无人机和地上走的遥控植保机械，操作者遥控操作，远离农药，避免了药害，但是，天上飞的载重量小，成本和售价较高。合肥多加农业科技有限公司发明了地面上遥控植保机械“一种水田植保机器人”（专利号CN201420462253.6），其载重量比较大，成本和售价也较低，但是，其在实际应用中有这样的问题：一、只有一个驱动轮，当轮子较窄时，其与地面的摩擦力不够，难以驱动机器在泥泞的水田里行走，当轮子较宽时，容易压伤庄稼；二、采用轮毂电机做为驱动电机，但是普通的轮毂电机的扭力不够，在泥泞或凸凹不平的农田里难以驱动植保车顺利前行；三、其转向是用舵机来驱动转向，这样的结构比较复杂，并且轻巧型的机器上配置的舵机扭力一般不是很大，而在泥泞或凸凹不平的农田里需要很大的扭力才能驱动转向，如果超负荷运转，就容易使舵机出现故障。对中国大多数农户来说，农田面积比较小，需要轻巧、简单、高效、安全的植保机械。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种轻巧型智能遥控前驱植保机械，显著地降低了植保机械的复杂程度，降低了制造成本，提高了可通过性和可操作性；本发明还提供了一种基于上述智能遥控前驱植保机械的控制方法，该控制方法容易掌握、操作简单、高效实用。

本发明所采用的技术方案是：一种智能遥控前驱植保机械，包括车架、车轮、喷雾系统、车轮支架、控制系统、泵电池和电机电池，所述车轮通过车轮支架与车架相连，安装在车架底部；所述车轮，包括m个主动轮和n个从动轮，主动轮安装在前作为前轮，从动轮安装在后作为后轮；所述车轮支架包括从动轮支架、主动轮支架，所述从动轮支架以倾斜一定角度的形式或直角的形式安装在车架的下方；所述主动轮采用无刷有齿电机独立驱动，每个无刷有齿电机配备一块电机电池，也可共用一块电池，电机电池放置在车架上或主动轮支架上；所述控制系统、喷雾系统装和泵电池均安装在车架上，控制系统与无刷有齿电机、喷雾系统相连接。

进一步，车轮可根据作物株距或行距，轮宽选为0.3-30cm，使植保机械容易在作物间通过。

进一步，所述主动轮外圈为粗糙面，保证车轮在田间运行时不易打滑空转，所述从动轮外圈为粗糙面或光滑面。

进一步，所述主动轮支架为固定的不能转动的支架。

进一步，所述从动轮支架通过轴承与从动轮支架连接件相连，从动轮支架连接件安装在车架的下方，从动轮支架可以转动。

进一步，所述喷雾系统，包括药箱、泵、输液管、喷头、喷杆、喷杆固定架，药箱放置在车架或支架上，泵靠近药箱装在车架或支架上，泵通过输液管与喷头相连，喷头装在喷杆上，喷杆安装在喷杆固定架上，喷杆固定架安装在车架上。

进一步，所述控制系统包括遥控器发射器、遥控信号接收器和主控制器，遥控信号接收器与主控制器相连，主控制器分别与无刷有齿电机及泵电机连接。

进一步，遥控信号接收器和主控制器放置在同一个控制盒内。

进一步，所述主控制器由主控芯片、以及与主控芯片分别连接的电子罗盘、无刷有齿电机驱动器、泵控制器组成，所述无刷有齿电机驱动器分别与各个无刷有齿电机相连，所述泵控制器分别与各个泵的电机相连，主控制器用于接收外部运转信号和喷雾量信号，换算出各车轮转速、转向和各泵的喷量，使之保持协调。

进一步，所述无刷有齿电机还可以替换为中置电机或油动的发动机。

一种智能遥控前驱植保机械的控制方法，每个车轮的转速分别由无刷有齿电机控制器控制无刷有齿电机来进行控制，实现起步、直行、转向、停止、倒车；各个泵喷量分别由泵控制器控制泵来实现，具体的，包括以下步骤：

  (1)根据起步模式、直行模式、转向模式、停止模式、倒车模式，遥控器发射器发出相应信号给信号接收器，信号接收器接收相应信号后，传给主控芯片，主控芯片换算出各车轮的转速信号和转向信号，传给无刷有齿电机控制器，来驱动各个无刷有齿电机来实现转速调节和转向控制。

  (2)当四轮的位移速度相同时，植保车直行；当左侧车轮慢且右侧车轮快时，植保车向左转；当右侧车轮慢且左侧车轮快时，植保车向右转。

(3) 在直行模式下，电子罗盘参与方向矫正，当方向发生偏移时，电子罗盘自动检测到偏移，会发信号给主控芯片，主控芯片换算出各车轮的转速信号和转向信号，传给无刷有齿电机控制器，控制各个轮子的转速，从而实现智能化自动控制直行。

（4）植保车的停止可通过短接电机的相线或给电机反向电流来实现，当遥控器发射器发出缓慢停止或快速停止信号时，信号接收器接收相应信号后，传给主控芯片，主控芯片换算出各相应的停止信号并传递给无刷有齿电机控制器，来驱动各个无刷有齿电机来实现缓慢停止或快速停止。

（5）根据情况，需要开始喷雾或停止喷雾，遥控器发射器发出相应信号给信号接收器，信号接收器接收相应信号后，传给主控芯片，主控芯片换算出喷雾量信号发给泵控制器，来驱动泵开始喷雾或停止喷雾。

（6）根据机械行走的快慢，速度感应器将相应的信号传给主控芯片，主控芯片换算出喷雾量信号给泵控制器，来控制泵喷雾量的大小，从而使单位面积上喷雾的药量相对均匀。

进一步，一种智能遥控前驱植保机械的控制方法，在转向模式下，电子罗盘不参与方向调节。

进一步，一种智能遥控前驱植保机械的控制方法，左右两边车轮的位移差越大，转向的角度就越大，转向的幅度就越小，反之，左右两边车轮的位移速度差越小，转向的角度就越小，转向的幅度就越大。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和效果：

1、本发明相比于现有人驾驶的植保机械，本发明采用遥控无人驾驶，使人远离农药的伤害，提高了安全性，同时也减轻了植保机械的总体重量，降低了能耗，也缩减了制造成本。

2、本发明采用前驱的方式，重心前移，机械田间通过性好，转向时稳定性好，并且前驱是两轮以上驱动，驱动力足。

3、采用无刷有齿电机直接驱动车轮转动，不需传动机构，机械结构简单，可靠性强。

4，通过控制系统控制车辆的起步、直行、转向、停止、倒车，减少转向转置和刹车装置，简化了结构，降低了操作难度，降低了成本。

5、采用碳纤维或密度较小的材料，降低了车身重量，使车辆能以采用很窄的动力轮，提高了植保机械在作物田间的通过性，降低了植保机械对作物的伤害。

6、本发明同时也可用来施肥、播种等农事操作，促进农业植保机械的推广与应用，有利于农业生产全程机械化的实现。

附图说明

图1植保机械从动轮结构形式一右视图。

图2植保机械从动轮结构形式二右视图。

图3植保机械实施方式一前视图。

图4植保机械实施方式一俯视图。

图5植保机械实施方式二俯视图。

图6植保机械实施方式三俯视图。

图7植保机械实施方式四俯视图。

图8植保机械实施方式五前视图。

图9植保机械实施方式五侧视图。

图10植保机械控制方法。

其中1-车架；2-主动轮； 3-从动轮；4-主动轮支架；5-从动轮支架；6-从动轮支架连接件；7-电机电池；8-控制盒；9-药箱；10-泵；11-输液管；12-泵电池；13-喷杆；14-喷头；15-喷杆支架；16-无刷有齿电机。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明不仅局限于此。

实施例一：

如图1图2所示，从动轮支架5的结构形式不局限于一种。图1是从动轮支架5以倾斜一定的角度安装在车架1的下方的形式，图2是从动轮支架5以直角的形式安装在车架1的下方。

如图3、图4所示，该实施方式采用的是两个主动轮一个从动轮的结构形式。

主动轮支架4直接安装在车架1的下方；从动轮支架5用轴承与从动轮支架连接件6相连；从动轮支架连接件6安装在车架1的下方；主动轮2安装在主动轮支架上4；从动轮3安装从动轮支架5上；电机电池7放置在主动轮支架4上，由导线分别与主动轮上的无刷有齿电机16相连，为无刷有齿电机16的运转提供动力；泵电池12、药箱9、泵10、喷杆支架15、控制盒8都安装在车架1的上方；泵电池7由导线与泵9相连，为泵9的工作提动力；喷杆支架15安装在车架1的前方；喷杆13安装在喷杆支架15上；喷头14均布在喷杆13上；喷头14由输液管11与泵10相连；控制盒8由数据线分别与无刷有齿电机16和泵10的电机相连。

如图1、图2、图3、图4、图10所示，本发明的控制方法为：作业时，操作员手持遥控器，当给出启动信号时，控制盒8内的遥控信号接收器把接收的到的信号传递给控制盒8内的主控制器，主控制器控制无刷有齿电机16的电源接通，无刷有齿电机16启动。当直行时，操作员给出直行信号，主控制器控制无刷有齿电机16带动主动轮2向前转动，机器向前行驶；同时，在直行模式下，电子罗盘参与方向矫正，当方向发生偏移时，电子罗盘自动检测到偏移量，会发信号主控制器，主控制器换算出各车轮的转速信号和转向信号，控制各个轮子的转速，从而实现智能化自动控制直行。且在转向模式下，电子罗盘不参与方向调节。当车倒车时，操作员给出倒车信号，主控制器控制无刷有齿电机16带动主动轮2反转，从而实现倒车。当左转时，操作员给出左转信号，主控制器控制左侧主动轮2的速度快于右侧主动轮2的速度，实现左转向。当右转时，操作员给出右转信号，主控制器控制右侧主动轮2的速度快于左侧主动轮2的速度，实现右转向。机器启动的同时，喷雾系统也要打开，当操作员给出喷雾信号时，控制盒8内的遥控信号接收器把接收的到的信号传递给控制盒9内的主控制器，主控制器接收到信号后，启动泵10进行喷雾作业。按当给出刹车信号时，控制盒8内的主控制器接收到信号后，控制驱动电机16短接电机的相线或给电机反向电流，使其停止运行，进而机器停止运动。

实施例二：

如图1、图2、图5、图10所示，该实施方式采用的是多个主动轮一个从动轮的形式。其他具体实施方式和操作方式参照实施方式一。

实施例三：

如图1、图2、图6、图10所示，该实施方式采用的是两个主动轮两个从动轮的形式。与其他实施方式不同的是喷杆支架15安装在车架1的后方，且泵10、泵电池12、控制盒8在车架1上的安装位置不同。其他具体实施方式和操作方式参照实施方式一。

实施例四：

如图1、图2、图7、图10所示，该实施方式采用的是多个主动轮两个从动轮的形式。其他具体实施方式和操作方式参照实施方式一。

实施例五：

如图8、图9、图10所示，该实施方式与前面四种实施方式的不同之处是，药箱9安装在主动轮支架3上；电机电池7放置在车架1的后方；泵电池12和控制盒8放置在车架1的前方；喷杆13和喷杆支架15安装在车架1的中部。其他具体实施方式和操作方式参照实施方式一。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能遥控前驱植保机械，包括车架、车轮、喷雾系统、车轮支架、控制系统、泵电池和电机电池，其特征在于，所述车轮通过车轮支架与车架相连，安装在车架底部；所述车轮，包括m个主动轮和n个从动轮，主动轮安装在前作为前轮，从动轮安装在后作为后轮；所述车轮支架包括从动轮支架、主动轮支架，所述从动轮支架以倾斜一定角度的形式或直角的形式安装在车架的下方；所述主动轮采用无刷有齿电机独立驱动，每个无刷有齿电机配备一块电机电池，也可共用一块电池，电机电池放置在车架上或主动轮支架上；所述控制系统、喷雾系统装和泵电池均安装在车架上，控制系统与无刷有齿电机、喷雾系统相连接。

2.根据权利要求1所述一种智能遥控前驱植保机械，其特征在于，车轮可根据作物株距或行距，轮宽选为0.3-30cm，使植保机械容易在作物间通过。

3.根据权利要求1所述一种智能遥控前驱植保机械，其特征在于，所述主动轮外圈为粗糙面，保证车轮在田间运行时不易打滑空转，所述从动轮外圈为粗糙面或光滑面。

4.根据权利要求1所述一种智能遥控前驱植保机械，其特征在于，所述主动轮支架为固定的不能转动的支架，所述从动轮支架通过轴承与从动轮支架连接件相连，从动轮支架连接件安装在车架的下方，从动轮支架可以转动。

5.根据权利要求1所述一种智能遥控前驱植保机械，其特征在于，所述喷雾系统，包括药箱、泵、输液管、喷头、喷杆、喷杆固定架，药箱放置在车架或支架上，泵靠近药箱装在车架或支架上，泵通过输液管与喷头相连，喷头装在喷杆上，喷杆安装在喷杆固定架上，喷杆固定架安装在车架上。

6.根据权利要求1所述一种智能遥控前驱植保机械，其特征在于，所述控制系统包括遥控器发射器、遥控信号接收器和主控制器，遥控信号接收器与主控制器相连，主控制器分别与无刷有齿电机及泵电机连接；所述主控制器由主控芯片、以及与主控芯片分别连接的电子罗盘、无刷有齿电机驱动器、泵控制器组成，所述无刷有齿电机驱动器分别与各个无刷有齿电机相连，所述泵控制器分别与各个泵的电机相连。

7.根据权利要求1所述一种智能遥控前驱植保机械，其特征在于，所述无刷有齿电机还可以替换为中置电机或油动的发动机。

8.基于权利要求1所述一种智能遥控前驱植保机械的控制方法，其特征在于，每个车轮的转速分别由无刷有齿电机控制器控制无刷有齿电机来进行控制，实现起步、直行、转向、停止、倒车；各个泵喷量分别由泵控制器控制泵来实现，具体的，包括以下步骤：

  (1)根据起步模式、直行模式、转向模式、停止模式、倒车模式，遥控器发射器发出相应信号给信号接收器，信号接收器接收相应信号后，传给主控芯片，主控芯片换算出各车轮的转速信号和转向信号，传给无刷有齿电机控制器，来驱动各个无刷有齿电机来实现转速调节和转向控制；

  (2)当四轮的位移速度相同时，植保车直行；当左侧车轮慢且右侧车轮快时，植保车向左转；当右侧车轮慢且左侧车轮快时，植保车向右转；

(3) 在直行模式下，电子罗盘参与方向矫正，当方向发生偏移时，电子罗盘自动检测到偏移，会发信号给主控芯片，主控芯片换算出各车轮的转速信号和转向信号，传给无刷有齿电机控制器，控制各个轮子的转速，从而实现智能化自动控制直行；

（4）植保车的停止可通过短接电机的相线或给电机反向电流来实现，当遥控器发射器发出缓慢停止或快速停止信号时，信号接收器接收相应信号后，传给主控芯片，主控芯片换算出各相应的停止信号并传递给无刷有齿电机控制器，来驱动各个无刷有齿电机来实现缓慢停止或快速停止；

（5）根据情况，需要开始喷雾或停止喷雾，遥控器发射器发出相应信号给信号接收器，信号接收器接收相应信号后，传给主控芯片，主控芯片换算出喷雾量信号发给泵控制器，来驱动泵开始喷雾或停止喷雾；

（6）根据机械行走的快慢，速度感应器将相应的信号传给主控芯片，主控芯片换算出喷雾量信号给泵控制器，来控制泵喷雾量的大小，从而使单位面积上喷雾的药量相对均匀。

9.根据权利要求8所述一种智能遥控前驱植保机械的控制方法，其特征在于，在转向模式下，电子罗盘不参与方向调节。

10.根据权利要求8所述一种智能遥控前驱植保机械的控制方法，其特征在于，左右两边车轮的位移差越大，转向的角度就越大，转向的幅度就越小，反之，左右两边车轮的位移速度差越小，转向的角度就越小，转向的幅度就越大。