CN105638615B - 一种农用喷药机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种农用喷药机器人，属于机械领域，该发明包括足式行走机构、运动均衡装置、工作系统、控制驱动系统，足式行走机构处于底部，驱动机器人的整体行进，运动均衡装置位于足式行走机构和工作系统之间，可以配合足式行走机构稳定工作系统的行进速度，工作系统可以用于对农田进行喷药工作，控制驱动系统用于控制各部分协同工作，并为整个机器人提供能量，本发明可以通过支腿行走的形式实现植株损伤少的有益效果，通过运动均衡装置实现喷药均匀的有益效果，通过采用最基本的机械构件实现了运行成本低廉的有益效果。

Description

一种农用喷药机器人

技术领域

本发明涉及一种机械设备，具体说涉及一种农用喷药机器人。

背景技术

现有的农田喷药主要采用人工喷药，喷药机械喷药，飞机喷药等几种形式。人工喷药，这种方式效率低、体力消耗大，对人体伤害大，这种方式逐渐被淘汰了。喷药机械喷药，这种方式高效便捷，但是由于现有喷药机械多采用轮子行进，这就造成了这种机械只适合在幼苗期使用，成熟期会对农作物造成较大损害。飞机喷药需要大面积连片作业，对中小农场并不适合，而且喷药高度高，对环境污染大，并且成本高。本发明提出一种新的设计方案，在农作物的各个时期均可以实现机械化喷药，并且具有植株损伤少，喷药均匀，运行成本低廉等优点。

发明内容

为了实现喷药机器人工作对植株损伤少，喷药均匀，运行成本低廉这一目的，本发明公开一种农用喷药机器人，该发明包括足式行走机构、运动均衡装置、工作系统、控制驱动系统，足式行走机构处于底部，驱动机器人的整体行进，运动均衡装置位于足式行走机构和工作系统之间，可以配合足式行走机构稳定工作系统的行进速度，工作系统可以用于对农田进行喷药工作，控制驱动系统用于控制各部分协同工作，并为整个机器人工作提供能量。

优选地，所述足式行走机构实现前进功能的结构包括，第一支腿与第一伸缩前杆嵌套连接，第一支腿马达处于两者之间，可以驱动第一支腿和第一伸缩前杆相互运动，第一伸缩前杆与第一伸缩后杆嵌套连接，第一伸缩马达处于两者之间，可以驱动第一伸缩前杆和第一伸缩后杆相互运动，第一伸缩后杆与第二支腿嵌套连接，第二支腿马达处于两者之间，可以驱动第一伸缩后杆和第二支腿相互运动，第三支腿与第二伸缩后杆嵌套连接，第三支腿马达处于两者之间，可以驱动第三支腿和第二伸缩后杆相互运动，第二伸缩后杆与第二伸缩前杆嵌套连接，第二伸缩马达处于两者之间，可以驱动第二伸缩后杆与第二伸缩前杆相互运动，第二伸缩前杆与第四支腿嵌套连接，第四支腿马达处于两者之间，可以驱动第二伸缩前杆与第四支腿相互运动，中部骨架位于第一伸缩后杆和第二伸缩后杆之间，中部骨架与第一伸缩后杆固定连接，中部骨架与第二伸缩后杆嵌套连接，两者之间可以相对滑动，前横杆位于第一伸缩前杆和第二伸缩前杆之间，前横杆与第二伸缩前杆固定连接，前横杆与第一伸缩前杆嵌套连接，两者之间可以相对滑动，中部骨架前杆分别与前横杆和中部骨架嵌套连接。

优选地，所述足式行走机构向前行走时，从初始状态开始，第一支腿先上升超过农作物的高度，第一伸缩前杆向前伸出适当距离，第一支腿再下降至支撑整个机体维持平衡的位置，这时喷药机器人的第一支腿完成前伸动作，然后第四支腿向上收起到超过农作物的高度，第二伸缩前杆向前伸出适当距离，第四支腿下降至支撑整个机体维持平衡的位置，这时喷药机器人的第四支腿完成前伸动作，接着第二支腿向上收起到超过农作物的高度，第一伸缩后杆向前移动适当距离，第二支腿下降至支撑整个机体维持平衡的位置，这时喷药机器人的第二支腿完成前移动作，然后第三支腿向上收起到超过农作物的高度，第二伸缩后杆前移适当距离，第三支腿下降至支撑整个机体维持平衡的位置，这时喷药机器人的第三支腿完成前移动作，其状态回到初始状态，如此周而复始，足式行走机构就实现了向前行走。

优选地，所述足式行走机构实现小角度转向功能的结构包括，第一前转向杆与第一前转向管嵌套连接，第一前转向刹车器处于第一前转向杆和第一前转向管之间并使之处于锁紧状态，第一前转向复位弹簧位于第一前转向杆和第一前转向管之间，第一前转向齿轮和第一前转向管固定连接，第一前转向马达和第一伸缩前杆导向杆固定连接，第一前转向铰链位于第一前转向管和第一伸缩前杆导向杆之间，第一前转向管可以在第一前转向马达通过第一前转向齿轮驱动下绕第一前转向铰链转动，第二前转向杆与第二前转向管嵌套连接，第二前转向刹车器处于第二前转向杆和第二前转向管之间并使之处于锁紧状态，第二前转向复位弹簧位于第二前转向杆和第二前转向管之间，第二前转向齿轮和第二前转向管固定连接，第二前转向马达和第二伸缩前杆导向杆固定连接，第二前转向铰链位于第二前转向管和第二伸缩前杆导向杆之间，第二前转向管可以在第二前转向马达通过第二前转向齿轮驱动下绕第二前转向铰链转动。

优选地，所述足式行走机构小角度转向时，从初始状态开始，第一支腿先上升超过农作物的高度，第一前转向马达驱动第一前转向管转动所需要的角度，第一支腿再下降至支撑整个机体维持平衡的位置，然后第四支腿向上收起到超过农作物的高度，第二前转向马达驱动第二前转向管转动相同的角度，第四支腿下降至支撑整个机体维持平衡的位置，接着第二支腿向上收起到超过农作物的高度，解开第一前转向刹车器对第一前转向杆和第一前转向管的制动，解开第二前转向刹车器对第二前转向杆和第二前转向管的制动，第一前转向马达和第二前转向马达分别驱动第一前转向管和第二前转向管恢复原来的位置，这个过程中，第一前转向杆会压缩第一前转向复位弹簧，并且第一前转向杆会进一步嵌入第一前转向管中，第二前转向杆会压缩第二前转向复位弹簧，并且第二前转向杆会进一步嵌入第二前转向管中，这样就缓和了在转向过程中产生的刚性撑力，待第一前转向管和第二前转向管恢复原来的位置，重新启动第一前转向刹车器对第一前转向杆和第一前转向管的制动，重新启动第二前转向刹车器对第二前转向杆和第二前转向管的制动，第二支腿下降至支撑整个机体维持平衡的位置，待第一支腿再次上升超过农作物的高度后，解开第一前转向刹车器对第一前转向杆和第一前转向管的制动，使得第一前转向杆在第一前转向复位弹簧作用下复位，然后重新启动第一前转向刹车器对第一前转向杆和第一前转向管的制动，待第四支腿再次上升超过农作物的高度后，解开第二前转向刹车器对第二前转向杆和第二前转向管的制动，使得第二前转向杆在第二前转向复位弹簧作用下复位，然后重新启动第二前转向刹车器对第二前转向杆和第二前转向管的制动，这样就完成了一次足式行走机构行走方向的微调，可以理解的是，行走方向的微调可以伴随着足式行走机构的前行同时进行。

优选地，所述足式行走机构实现大角度转向功能的结构包括，中部转向支杆与中部骨架嵌套连接，中部转向支杆马达处于两者之间，可以驱动中部转向支杆和中部骨架相互运动，中部转向内环与中部转向支杆固定连接，中部转向马达与中部转向内环固定连接，中部转向外环位于中部转向内环外围，中部转向马达可以驱动中部转向外环绕中部转向内环转动，中部转向支腿位于中部转向外环下侧，中部转向支腿外套安装在各中部转向支腿下端，可以根据不同的土地支撑情况更换不同的中部转向支腿外套。

优选地，所述足式行走机构的大角度转向时，首先将滑块移动到其重心处于对机器人中部转向机构支撑维持平衡有益的位置，中部转向支杆马达驱动中部转向支杆向下移动，中部转向支杆带动中部转向内环向下移动，中部转向内环带动中部转向外环向下运动，待中部转向支腿接触大地并可以支撑机器人后，向上收起第一支腿、第二支腿、第三支腿、第四支腿超过农作物的高度，中部转向马达驱动中部转向外环和中部转向内环相对转动，两者相对转动的角度就是机器人整体转向的角度，待转向完毕，放下第一支腿、第二支腿、第三支腿、第四支腿，中部转向支杆马达驱动中部转向支杆向上移动至初始位置，这样就完成了一次足式行走机构的大角度转向动作。

优选地，所述运动均衡装置包括，第一链轮座固定在中部骨架上，第一链轮刹车器固定在第一链轮座上，第一链轮与第一链轮座由铰链连接，第一链轮刹车器对第一链轮进行制动，导轨位于中部骨架上，滑块可以沿导轨滑动，滑块驱动马达固定在滑块上，滑块驱动马达可以驱动滑块沿链条移动，第二链轮座固定在前横杆上，第二链轮刹车器固定在第二链轮座上，第二链轮与第二链轮座由铰链连接，第二链轮刹车器对第二链轮进行制动，链条张紧支杆一端固定在中部骨架上，链条张紧支杆另一端与第三链轮由铰链连接，链条张紧支杆存有弹性势能，可以对链条进行张紧，链条绕过各链轮进行动力传输。

优选地，所述运动均衡装置工作时，滑块驱动马达驱动滑块沿链条移动，当前方的第二链轮向前移动时，解除第二链轮刹车器对第二链轮的制动，第二链轮的向前移动带动链条压缩链条张紧支杆，链条张紧支杆的张紧力大于滑块向前移动所需要的推力，这时滑块会以滑块驱动马达提供的驱动速度向前行走，当前方的第二链轮静止后，重新启动第二链轮刹车器对第二链轮的制动，后方的第一链轮向前移动时，解除第一链轮刹车器对第一链轮的制动，后方释放的链条被链条张紧支杆张紧，同时第一链轮向前移动的速度大于滑块驱动马达对滑块提供的驱动速度，滑块行走的导轨被重新前置供滑块导向用，当后方的第一链轮静止后，重新启动第一链轮刹车器对第一链轮的制动，这样运动均衡装置完成了一个周期的稳定滑块运动速度的任务，在整个周期内，滑块相对于大地的前进速度就是滑块驱动马达驱动滑块沿链条移动的速度。这样速度均匀，有利于工作系统更好的工作。

所述工作系统，可以轻易地将其上具有喷药功能的模块更换成采摘功能模块、浇灌功能模块、播种功能模块、施肥功能模块、观赏功能模块等。

通过上述技术方案，本发明可以通过支腿行走的形式实现植株损伤少的有益效果，通过运动均衡装置实现喷药均匀的有益效果，通过采用最基本的机械构件实现了运行成本低廉的有益效果。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是机器人整体布局示意图；

图2是足式行走机构结构示意图；

图3是足式行走机构前转向局部结构示意图；

图4是足式行走机构中部转向局部结构示意图；

图5是运动均衡装置局部结构示意图；

图6是工作系统局部结构示意图；

图7是控制驱动模块局部结构示意图；

图8是机器人第一支腿完成前伸动作效果图；

图9是机器人第四支腿完成前伸动作效果图；

图10是机器人第二支腿完成前移动作效果图；

附图标记说明

1、足式行走机构；101、第一支腿马达；102、第一支腿；103、第一伸缩前杆；1031、第一前转向杆；1032、第一前转向管；1033、第一前转向复位弹簧；1034、第一前转向齿轮；1035、第一前转向马达；1036、第一伸缩前杆导向杆；1037、第一前转向刹车器；1038、第一前转向铰链；104、前横杆；105、第一伸缩马达；106、第一伸缩后杆；107、中部骨架；108、第二支腿马达；109、第二支腿；110、第三支腿马达；111、第三支腿；112、第二伸缩后杆；113、第二伸缩马达；114、第二伸缩前杆；1141、第二前转向杆；1142、第二前转向管；1143、第二前转向复位弹簧；1144、第二前转向齿轮；1145、第二前转向马达；1146、第二伸缩前杆导向杆；1147、第二前转向刹车器；1148、第二前转向铰链；115、第四支腿马达；116、第四支腿；117、支腿外套；118、中部骨架前杆；119、中部转向支杆；120、中部转向支杆马达；121、中部转向马达；122、中部转向外环；123、中部转向内环；124、中部转向支腿；125、中部转向支腿外套；2、运动均衡装置；201、第一链轮座；202、第一链轮刹车器；203、第一链轮；204、链条；205、滑块；206、滑块驱动马达；207、导轨；208、第二链轮；209、第二链轮刹车器；210、第二链轮座；211、第三链轮；212、链条张紧支杆； 3、工作系统；301、药水箱；302、喷药泵；303、输药管；304、向上支撑管；305、向后延伸管；306、横向喷药管；4、控制驱动系统；401、手持控制终端；402、摄像装置；403、控制驱动模块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。使用的方位词如“左、右”是指附图中的左、右方位。

如图1所示，本发明提供了一种农用喷药机器人，该发明包括足式行走机构1、运动均衡装置2、工作系统3、控制驱动系统4，足式行走机构1处于底部，驱动机器人的整体行进，运动均衡装置2位于足式行走机构1和工作系统3之间，可以配合足式行走机构1稳定工作系统3的行进速度，工作系统3可以用于对农田进行喷药工作，控制驱动系统4用于控制各部分协同工作，并为整个机器人提供能量。

如图2所示，第一支腿102与第一伸缩前杆103嵌套连接，第一支腿马达101处于两者之间，可以驱动第一支腿102和第一伸缩前杆103相互运动，第一伸缩前杆103与第一伸缩后杆106嵌套连接，第一伸缩马达105处于两者之间，可以驱动第一伸缩前杆103和第一伸缩后杆106相互运动，第一伸缩后杆106与第二支腿109嵌套连接，第二支腿马达108处于两者之间，可以驱动第一伸缩后杆106和第二支腿109相互运动，第三支腿111与第二伸缩后杆112嵌套连接，第三支腿马达110处于两者之间，可以驱动第三支腿111和第二伸缩后杆112相互运动，第二伸缩后杆112与第二伸缩前杆114嵌套连接，第二伸缩马达113处于两者之间，可以驱动第二伸缩后杆112与第二伸缩前杆114相互运动，第二伸缩前杆114与第四支腿116嵌套连接，第四支腿马达115处于两者之间，可以驱动第二伸缩前杆114与第四支腿116相互运动，中部骨架107位于第一伸缩后杆106和第二伸缩后杆112之间，中部骨架107与第一伸缩后杆106固定连接，中部骨架107与第二伸缩后杆112嵌套连接，两者之间可以相对滑动，前横杆104位于第一伸缩前杆103和第二伸缩前杆114之间，前横杆104与第二伸缩前杆114固定连接，前横杆104与第一伸缩前杆103嵌套连接，两者之间可以相对滑动，中部骨架前杆118分别与前横杆104和中部骨架107嵌套连接。支腿外套117安装在各支腿下端，可以根据不同的土地支撑情况更换不同的支腿外套117。各驱动马达都具有刹车功能，在不运动时可以锁紧所驱动的部件。

足式行走机构1向前行走时，从初始状态开始，第一支腿102先上升超过农作物的高度，第一伸缩前杆103向前伸出适当距离，第一支腿102再下降至支撑整个机体维持平衡的位置，这时喷药机器人的第一支腿102完成前伸动作，然后第四支腿116向上收起到超过农作物的高度，第二伸缩前杆114向前伸出适当距离，第四支腿116下降至支撑整个机体维持平衡的位置，这时喷药机器人的第四支腿116完成前伸动作，接着第二支腿109向上收起到超过农作物的高度，第一伸缩后杆106向前移动适当距离，第二支腿109下降至支撑整个机体维持平衡的位置，这时喷药机器人的第二支腿109完成前移动作，然后第三支腿111向上收起到超过农作物的高度，第二伸缩后杆112前移适当距离，第三支腿111下降至支撑整个机体维持平衡的位置，这时喷药机器人的第三支腿111完成前移动作，其状态回到初始状态，如此周而复始，足式行走机构1就实现了向前行走。

如图3所示，第一前转向杆1031与第一前转向管1032嵌套连接，第一前转向刹车器1037处于第一前转向杆1031和第一前转向管1032之间并使之处于锁紧状态，第一前转向复位弹簧1033位于第一前转向杆1031和第一前转向管1032之间，第一前转向齿轮1034和第一前转向管1032固定连接，第一前转向马达1035和第一伸缩前杆导向杆1036固定连接，第一前转向铰链1038位于第一前转向管1032和第一伸缩前杆导向杆1036之间，第一前转向管1032可以在第一前转向马达1035通过第一前转向齿轮1034驱动下绕第一前转向铰链1038转动，第二前转向杆1141与第二前转向管1142嵌套连接，第二前转向刹车器1147处于第二前转向杆1141和第二前转向管1142之间并使之处于锁紧状态，第二前转向复位弹簧1143位于第二前转向杆1141和第二前转向管1142之间，第二前转向齿轮1144和第二前转向管1142固定连接，第二前转向马达1145和第二伸缩前杆导向杆1146固定连接，第二前转向铰链1148位于第二前转向管1142和第二伸缩前杆导向杆1146之间，第二前转向管1142可以在第二前转向马达1145通过第二前转向齿轮1144驱动下绕第二前转向铰链1148转动。

足式行走机构1小角度转向时，从初始状态开始，第一支腿102先上升超过农作物的高度，第一前转向马达1035驱动第一前转向管1032转动所需要的角度，第一支腿102再下降至支撑整个机体维持平衡的位置，然后第四支腿116向上收起到超过农作物的高度，第二前转向马达1145驱动第二前转向管1142转动相同的角度，第四支腿116下降至支撑整个机体维持平衡的位置，接着第二支腿109向上收起到超过农作物的高度，解开第一前转向刹车器1037对第一前转向杆1031和第一前转向管1032的制动，解开第二前转向刹车器1147对第二前转向杆1141和第二前转向管1142的制动，第一前转向马达1035和第二前转向马达1145分别驱动第一前转向管1032和第二前转向管1142恢复原来的位置，这个过程中，第一前转向杆1031会压缩第一前转向复位弹簧1033，并且第一前转向杆1031会进一步嵌入第一前转向管1032中，第二前转向杆1141会压缩第二前转向复位弹簧1143，并且第二前转向杆1141会进一步嵌入第二前转向管1142中，这样就缓和了在转向恢复过程中产生的刚性撑力，待第一前转向管1032和第二前转向管1142恢复原来的位置，重新启动第一前转向刹车器1037对第一前转向杆1031和第一前转向管1032的制动，重新启动第二前转向刹车器1147对第二前转向杆1141和第二前转向管1142的制动，第二支腿109下降至支撑整个机体维持平衡的位置，待第一支腿102再次上升超过农作物的高度后，解开第一前转向刹车器1037对第一前转向杆1031和第一前转向管1032的制动，使得第一前转向杆1031在第一前转向复位弹簧1033作用下复位，然后重新启动第一前转向刹车器1037对第一前转向杆1031和第一前转向管1032的制动，待第四支腿116再次上升超过农作物的高度后，解开第二前转向刹车器1147对第二前转向杆1141和第二前转向管1142的制动，使得第二前转向杆1141在第二前转向复位弹簧1143作用下复位，然后重新启动第二前转向刹车器1147对第二前转向杆1141和第二前转向管1142的制动，这样就完成了一次足式行走机构1行走方向的微调，可以理解的是，行走方向的微调可以伴随着足式行走机构1的前行同时进行。

如图4所示，中部转向支杆119与中部骨架107嵌套连接，中部转向支杆马达120处于两者之间，可以驱动中部转向支杆119和中部骨架107相互运动，中部转向内环123与中部转向支杆119固定连接，中部转向马达121与中部转向内环123固定连接，中部转向外环122位于中部转向内环123外围，中部转向马达121可以驱动中部转向外环122绕中部转向内环123转动，中部转向支腿124位于中部转向外环122下侧，中部转向支腿外套125安装在各中部转向支腿124下端，可以根据不同的土地支撑情况更换不同的中部转向支腿外套125。各驱动马达都具有刹车功能，在不运动时可以锁紧所驱动的部件。

足式行走机构1需要大角度转向时，首先将滑块205移动到其重心处于对机器人中部转向机构支撑维持平衡有益的位置，中部转向支杆马达120驱动中部转向支杆119向下移动，中部转向支杆119带动中部转向内环123向下移动，中部转向内环123带动中部转向外环122向下运动，待中部转向支腿124接触大地并可以支撑机器人后，向上收起第一支腿102、第二支腿109、第三支腿111、第四支腿116超过农作物的高度，中部转向马达121驱动中部转向外环122和中部转向内环123相对转动，两者相对转动的角度就是机器人整体转向的角度，待转向完毕，放下第一支腿102、第二支腿109、第三支腿111、第四支腿116，中部转向支杆马达120驱动中部转向支杆119向上移动至初始位置，这样就完成了一次足式行走机构1的大角度转向动作。足式行走机构1的大角度转向可以实现在360度范围内的任意角度的转向。

如图5所示，第一链轮座201固定在中部骨架107上，第一链轮刹车器202固定在第一链轮座201上，第一链轮203与第一链轮座201由铰链连接，第一链轮刹车器202对第一链轮203进行制动，导轨207位于中部骨架107上，滑块205可以沿导轨207滑动，滑块驱动马达206固定在滑块205上，滑块驱动马达206可以驱动滑块205沿链条204移动，第二链轮座210固定在前横杆104上，第二链轮刹车器209固定在第二链轮座210上，第二链轮208与第二链轮座210由铰链连接，第二链轮刹车器209对第二链轮208进行制动，链条张紧支杆212一端固定在中部骨架107上，链条张紧支杆212另一端与第三链轮211由铰链连接，链条张紧支杆212存有弹性势能，可以对链条204进行张紧，链条204绕过各链轮进行动力传输。

运动均衡装置的工作，滑块驱动马达206驱动滑块205沿链条204移动，当前方的第二链轮208向前移动时，解除第二链轮刹车器209对第二链轮208的制动，第二链轮208的向前移动带动链条204压缩链条张紧支杆212，链条张紧支杆212的张紧力大于滑块205向前移动所需要的推力，这时滑块205会以滑块驱动马达206提供的驱动速度向前行走，当前方的第二链轮208静止后，重新启动第二链轮刹车器209对第二链轮208的制动，后方的第一链轮203向前移动时，解除第一链轮刹车器202对第一链轮203的制动，后方释放的链条204被链条张紧支杆212张紧，同时第一链轮203向前移动的速度大于滑块驱动马达206对滑块205提供的驱动速度，滑块205行走的导轨207被重新前置供滑块205导向用，当后方的第一链轮203静止后，重新启动第一链轮刹车器202对第一链轮203的制动，这样运动均衡装置完成了一个周期的稳定滑块运动速度的任务，在整个周期内，滑块205相对于大地的前进速度就是滑块驱动马达206驱动滑块205沿链条204移动的速度。这样速度均匀，有利于工作系统更好的工作。

如图6所示，结合图5，药水箱301固定在中部骨架107上，喷药泵302连接在药水箱301和输药管303之间，输药管303连接到滑块205上，向上支撑管304固定在滑块205上，向后延伸管305与向上支撑管304固定连接，横向喷药管306与向后延伸管305固定连接，输药管303、向上支撑管304、向后延伸管305、横向喷药管306内部都有管道联通，向后延伸管305向后支撑横向喷药管306，使得横向喷药管306喷药可以有效避开机器人机体的遮挡，可以无死角地对农作物进行喷药作业。

由于该种机器人最适合用于农田喷药，所以此处的工作系统主要以喷药功能进行介绍的，可以理解的是，还可以将工作系统上具有喷药功能的模块更换成采摘功能模块、浇灌功能模块、播种功能模块、施肥功能模块、观赏功能模块等，使之具有其他功能。

如图7所示，操作人员通过操控手持控制终端401将控制信号传输给控制驱动模块403，控制驱动模块403接受到控制信号后可以控制机器人进行各种动作完成喷药任务，摄像装置402可以将现场实况信息传输给手持控制终端401，操作人员根据反馈的信息可以对机器人工作进行更好的控制，控制驱动模块403可以进行信号处理以及对各个部件进行控制，并且为各运动部件提供能量。由于机电设备的驱动控制根据机械构造不同以及运动过程不同会有相应的控制流程，但都属于现有成熟的技术范围，在此不再赘述。

为了更清楚的反应该机器人的结构和功能，现在介绍该喷药机器人的工作过程，此举例仅为多种选择方案中的一种，不是对本发明的限制。

如图1所示，喷药机器人处于初始状态，结合以上诸图，操作者通过手持控制终端401启动喷药机器人，工作装置2启动开始喷药，横向喷药管306在滑块驱动马达206驱动下相对于大地平稳的向前移动，第一支腿马达101驱动第一支腿102向上收起到超过农作物的高度，第一伸缩马达105驱动第一伸缩前杆103向前伸出适当距离，第一支腿马达101驱动第一支腿102向下伸出至支撑整个机体维持平衡的位置，这时喷药机器人的第一支腿102完成前伸动作，其状态如图8所示。

第四支腿马达115驱动第四支腿116向上收起到超过农作物的高度，接着第二链轮刹车器209解开对第二链轮208的制动，第二伸缩马达113驱动第二伸缩前杆114向前伸出，第二伸缩前杆114同时带动前横杆104向前移动，前横杆104带着第二链轮208向前移动，这样第二链轮208拉动链条204使得链条张紧支杆212压缩，当第二伸缩前杆114向前伸出适当距离后，第二链轮刹车器209重新启动对第二链轮208的制动，第四支腿马达115驱动第四支腿116向下伸出至支撑整个机体维持平衡的位置，这时喷药机器人的第四支腿116完成前伸动作，其状态如图9所示，由于第一链轮203此时处于制动状态，并且相对于大地是静止的，链条张紧支杆212对链条204的张紧力又大于滑块205向前移动所需要的推力，所以整个过程中横向喷药管306依然可以在滑块驱动马达206驱动下相对于大地平稳的向前移动。

第二支腿马达108驱动第二支腿109向上收起到超过农作物的高度，接着第一链轮刹车器202解开对第一链轮203的制动，第一伸缩马达105驱动第一伸缩后杆106向前移动，同时第一伸缩后杆106带动中部骨架107向前移动，中部骨架107带动第一链轮203向前移动，后方释放的链条204被链条张紧支杆212张紧，在第一伸缩后杆106向前移动的过程中，由于中部骨架107相对于大地向前移动的速度大于滑块驱动马达206对滑块205的驱动速度，滑块205相对于中部骨架107向后运动，滑块205行走的导轨207被重新前置供滑块205导向用，第一伸缩马达105驱动第一伸缩后杆106向前移动适当距离后，第一链轮刹车器202重新启动对第一链轮203的制动，第二支腿马达108驱动第二支腿109向下伸出至支撑整个机体维持平衡的位置，这时喷药机器人的第二支腿109完成前移动作，其状态如图10所示，由于第二链轮208此时处于制动状态，并且相对于大地是静止的，所以整个过程中横向喷药管306依然可以在滑块驱动马达206驱动下相对于大地平稳的向前移动。

第三支腿马达110驱动第三支腿111向上收起到超过农作物的高度，第二伸缩马达113驱动第二伸缩后杆112前移适当距离后，第三支腿马达110驱动第三支腿111向下伸出至支撑整个机体维持平衡的位置，这时喷药机器人的第三支腿111完成前移动作，其状态回到初始状态，整个过程中横向喷药管306依然在滑块驱动马达206驱动下相对于大地平稳的向前移动。

在机器人前行的过程中，横向喷药管306始终在滑块驱动马达206驱动下相对于大地平稳的向前移动，并且通过链条204、链条张紧支杆212以及各链轮和链轮刹车器的配合下，滑块205在一个行走周期后，相对于中部骨架107可以回到初始位置，这样就可以周而复始的行走下去。

通过上述技术方案，本发明可以通过支腿行走的形式实现植株损伤少的有益效果，通过运动均衡装置实现喷药均匀的有益效果，通过采用最基本的机械构件实现了运行成本低廉的有益效果。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种农用喷药机器人，其特征在于，该种机器人包括足式行走机构（1）、运动均衡装置（2）、工作系统（3）、控制驱动系统（4），足式行走机构（1）处于底部，驱动机器人的整体行进，足式行走机构（1）的结构包括，第一支腿（102）与第一伸缩前杆（103）嵌套连接，第一支腿马达（101）处于两者之间，驱动第一支腿（102）和第一伸缩前杆（103）相互运动，第一伸缩前杆（103）与第一伸缩后杆（106）嵌套连接，第一伸缩马达（105）处于两者之间，驱动第一伸缩前杆（103）和第一伸缩后杆（106）相互运动，第一伸缩后杆（106）与第二支腿（109）嵌套连接，第二支腿马达（108）处于两者之间，驱动第一伸缩后杆（106）和第二支腿（109）相互运动，第三支腿（111）与第二伸缩后杆（112）嵌套连接，第三支腿马达（110）处于两者之间，驱动第三支腿（111）和第二伸缩后杆（112）相互运动，第二伸缩后杆（112）与第二伸缩前杆（114）嵌套连接，第二伸缩马达（113）处于两者之间，驱动第二伸缩后杆（112）与第二伸缩前杆（114）相互运动，第二伸缩前杆（114）与第四支腿（116）嵌套连接，第四支腿马达（115）处于两者之间，驱动第二伸缩前杆（114）与第四支腿（116）相互运动，中部骨架（107）位于第一伸缩后杆（106）和第二伸缩后杆（112）之间，中部骨架（107）与第一伸缩后杆（106）固定连接，中部骨架（107）与第二伸缩后杆（112）嵌套连接，两者之间相对滑动，前横杆（104）位于第一伸缩前杆（103）和第二伸缩前杆（114）之间，前横杆（104）与第二伸缩前杆（114）固定连接，前横杆（104）与第一伸缩前杆（103）嵌套连接，两者之间相对滑动，中部骨架前杆（118）分别与前横杆（104）和中部骨架（107）嵌套连接，足式行走机构（1）的支腿在运动时先上升超过农作物的高度，运动均衡装置（2）位于足式行走机构（1）和工作系统（3）之间，配合足式行走机构（1）稳定工作系统（3）的行进速度，工作系统（3）用于对农田进行喷药工作，控制驱动系统（4）用于控制各部分协同工作，并为整个机器人提供能量。

2.根据权利要求1所述的一种农用喷药机器人，其特征在于，所述足式行走机构（1）向前行走时，从初始状态开始，第一支腿（102）先上升超过农作物的高度，第一伸缩前杆（103）向前伸出适当距离，第一支腿（102）再下降至支撑整个机体维持平衡的位置，这时喷药机器人的第一支腿（102）完成前伸动作，然后第四支腿（116）向上收起到超过农作物的高度，第二伸缩前杆（114）向前伸出适当距离后，第四支腿（116）下降至支撑整个机体维持平衡的位置，这时喷药机器人的第四支腿（116）完成前伸动作，接着第二支腿（109）向上收起到超过农作物的高度，第一伸缩后杆（106）向前移动适当距离后，第二支腿（109）下降至支撑整个机体维持平衡的位置，这时喷药机器人的第二支腿（109）完成前移动作，然后第三支腿（111）向上收起到超过农作物的高度，第二伸缩后杆（112）前移适当距离后，第三支腿（111）下降至支撑整个机体维持平衡的位置，这时喷药机器人的第三支腿（111）完成前移动作，其状态回到初始状态，如此周而复始，足式行走机构（1）实现了向前行走。

3.根据权利要求1所述的一种农用喷药机器人，其特征在于，所述足式行走机构（1）实现小角度转向功能的结构包括，第一前转向杆（1031）与第一前转向管（1032）嵌套连接，第一前转向刹车器（1037）处于第一前转向杆（1031）和第一前转向管（1032）之间并使之处于锁紧状态，第一前转向复位弹簧（1033）位于第一前转向杆（1031）和第一前转向管（1032）之间，第一前转向齿轮（1034）和第一前转向管（1032）固定连接，第一前转向马达（1035）和第一伸缩前杆导向杆（1036）固定连接，第一前转向铰链（1038）位于第一前转向管（1032）和第一伸缩前杆导向杆（1036）之间，第一前转向管（1032）在第一前转向马达（1035）通过第一前转向齿轮（1034）驱动下绕第一前转向铰链（1038）转动，第二前转向杆（1141）与第二前转向管（1142）嵌套连接，第二前转向刹车器（1147）处于第二前转向杆（1141）和第二前转向管（1142）之间并使之处于锁紧状态，第二前转向复位弹簧（1143）位于第二前转向杆（1141）和第二前转向管（1142）之间，第二前转向齿轮（1144）和第二前转向管（1142）固定连接，第二前转向马达（1145）和第二伸缩前杆导向杆（1146）固定连接，第二前转向铰链（1148）位于第二前转向管（1142）和第二伸缩前杆导向杆（1146）之间，第二前转向管（1142）在第二前转向马达（1145）通过第二前转向齿轮（1144）驱动下绕第二前转向铰链（1148）转动，

所述足式行走机构（1）的小角度转向时，从初始状态开始，第一支腿（102）先上升超过农作物的高度，第一前转向马达（1035）驱动第一前转向管（1032）转动所需要的角度，第一支腿（102）再下降至支撑整个机体维持平衡的位置，然后第四支腿（116）向上收起到超过农作物的高度，第二前转向马达（1145）驱动第二前转向管（1142）转动相同的角度，第四支腿（116）下降至支撑整个机体维持平衡的位置，接着第二支腿（109）向上收起到超过农作物的高度，解开第一前转向刹车器（1037）对第一前转向杆（1031）和第一前转向管（1032）的制动，解开第二前转向刹车器（1147）对第二前转向杆（1141）和第二前转向管（1142）的制动，第一前转向马达（1035）和第二前转向马达（1145）分别驱动第一前转向管（1032）和第二前转向管（1142）恢复原来的位置，这个过程中，第一前转向杆（1031）会压缩第一前转向复位弹簧（1033），并且第一前转向杆（1031）会进一步嵌入第一前转向管（1032）中，第二前转向杆（1141）会压缩第二前转向复位弹簧（1143），并且第二前转向杆（1141）会进一步嵌入第二前转向管（1142）中，这样就缓和了在转向过程中产生的刚性撑力，待第一前转向管（1032）和第二前转向管（1142）恢复原来的位置，重新启动第一前转向刹车器（1037）对第一前转向杆（1031）和第一前转向管（1032）的制动，重新启动第二前转向刹车器（1147）对第二前转向杆（1141）和第二前转向管（1142）的制动，第二支腿（109）下降至支撑整个机体维持平衡的位置，待第一支腿（102）再次上升超过农作物的高度后，解开第一前转向刹车器（1037）对第一前转向杆（1031）和第一前转向管（1032）的制动，使得第一前转向杆（1031）在第一前转向复位弹簧（1033）作用下复位，然后重新启动第一前转向刹车器（1037）对第一前转向杆（1031）和第一前转向管（1032）的制动，待第四支腿（116）再次上升超过农作物的高度后，解开第二前转向刹车器（1147）对第二前转向杆（1141）和第二前转向管（1142）的制动，使得第二前转向杆（1141）在第二前转向复位弹簧（1143）作用下复位，然后重新启动第二前转向刹车器（1147）对第二前转向杆（1141）和第二前转向管（1142）的制动，这样就完成了一次足式行走机构（1）行走方向的微调，行走方向的微调伴随着足式行走机构（1）的前行同时进行。

4.根据权利要求1所述的一种农用喷药机器人，其特征在于，所述运动均衡装置（2）包括，第一链轮座（201）固定在足式行走机构（1）的中部骨架（107）上，第一链轮刹车器（202）固定在第一链轮座（201）上，第一链轮（203）与第一链轮座（201）由铰链连接，第一链轮刹车器（202）对第一链轮（203）进行制动，导轨（207）位于足式行走机构（1）的中部骨架（107）上，滑块（205）沿导轨（207）滑动，滑块驱动马达（206）固定在滑块（205）上，滑块驱动马达（206）驱动滑块（205）沿链条（204）移动，第二链轮座（210）固定在足式行走机构（1）的前横杆（104）上，第二链轮刹车器（209）固定在第二链轮座（210）上，第二链轮（208）与第二链轮座（210）由铰链连接，第二链轮刹车器（209）对第二链轮（208）进行制动，链条张紧支杆（212）一端固定在足式行走机构（1）的中部骨架（107）上，链条张紧支杆（212）另一端与第三链轮（211）由铰链连接，链条张紧支杆（212）存有弹性势能，对链条（204）进行张紧，链条（204）绕过各链轮进行动力传输，

所述运动均衡装置（2）工作时，滑块驱动马达（206）驱动滑块（205）沿链条（204）移动，当前方的第二链轮（208）向前移动时，解除第二链轮刹车器（209）对第二链轮（208）的制动，第二链轮（208）的向前移动带动链条（204）压缩链条张紧支杆（212），链条张紧支杆（212）的张紧力大于滑块（205）向前移动所需要的推力，这时滑块（205）会以滑块驱动马达（206）提供的驱动速度向前行走，当前方的第二链轮（208）静止后，重新启动第二链轮刹车器（209）对第二链轮（208）的制动，后方的第一链轮（203）向前移动时，解除第一链轮刹车器（202）对第一链轮（203）的制动，后方释放的链条（204）被链条张紧支杆（212）张紧，同时第一链轮（203）向前移动的速度大于滑块驱动马达（206）对滑块（205）提供的驱动速度，滑块（205）行走的导轨（207）被重新前置供滑块（205）导向用，当后方的第一链轮（203）静止后，重新启动第一链轮刹车器（202）对第一链轮（203）的制动，这样运动均衡装置完成了一个周期的稳定滑块运动速度的任务，在整个周期内，滑块（205）相对于大地的前进速度就是滑块驱动马达（206）驱动滑块（205）沿链条（204）移动的速度。

5.根据权利要求4所述的一种农用喷药机器人，其特征在于，所述足式行走机构（1）实现大角度转向功能的结构包括，中部转向支杆（119）与中部骨架（107）嵌套连接，中部转向支杆马达（120）处于两者之间，驱动中部转向支杆（119）和中部骨架（107）相互运动，中部转向内环（123）与中部转向支杆（119）固定连接，中部转向马达（121）与中部转向内环（123）固定连接，中部转向外环（122）位于中部转向内环（123）外围，中部转向马达（121）驱动中部转向外环（122）绕中部转向内环（123）转动，中部转向支腿（124）位于中部转向外环（122）下侧，

所述足式行走机构（1）的大角度转向时，首先将运动均衡装置（2）的滑块（205）移动到其重心处于对机器人中部转向机构支撑维持平衡有益的位置，中部转向支杆马达（120）驱动中部转向支杆（119）向下移动，中部转向支杆（119）带动中部转向内环（123）向下移动，中部转向内环（123）带动中部转向外环（122）向下运动，待中部转向支腿（124）接触大地并支撑机器人后，向上收起第一支腿（102）、第二支腿（109）、第三支腿（111）、第四支腿（116）超过农作物的高度，中部转向马达（121）驱动中部转向外环（122）和中部转向内环（123）相对转动，两者相对转动的角度就是机器人整体转向的角度，待转向完毕，放下第一支腿（102）、第二支腿（109）、第三支腿（111）、第四支腿（116），中部转向支杆马达（120）驱动中部转向支杆（119）向上移动至初始位置，这样就完成了一次足式行走机构（1）的大角度转向动作。

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