CN105961166A - 一种立体无土栽培智能机器人及栽培方法 - Google Patents

一种立体无土栽培智能机器人及栽培方法 Download PDF

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Abstract

一种立体无土栽培智能机器人及栽培方法，包括：装置盒、循迹小车、垂直丝杠、水平丝杠、垂直气缸、机械手、菜篮、光电传感器、支撑架和触摸屏；装置盒固定在循迹小车上，上部通过一可伸缩支撑杆与触摸屏相连，装置盒包括PLC控制器、蓄电池和气阀；循迹小车可沿着地面所贴的反光板运动；支撑架固定在循迹小车上，垂直丝杠底端固定在循迹小车上，顶端与支撑架相接；水平丝杠水平固定在垂直丝杠上，可沿着垂直丝杠上下移动，水平丝杠的底部与垂直气缸和机械手相连，气阀控制垂直气缸的运动，从而驱动机械手的抓取和松开；菜篮固定在垂直丝杠上，位于水平丝杠的下方。本发明结构合理巧妙，能够循迹自动行走，实现了立体式栽培的自动播种及采摘。

Description

一种立体无土栽培智能机器人及栽培方法
技术领域
本发明属于农业机械领域，具体涉及一种立体无土栽培智能机器人及栽培方法。
背景技术
随着城市化进程的加快，土地流失严重，农业生产所承受的压力越来越大，对大规模、高效率的生产模式的需求也日益明显。立体无土栽培技术凭借其能在有限的土地上提高单位面积的资源产出率的特点在近年来兴起。同时，科技的发展和技术的突破使得农业机械智能化成为可能。与传统栽培方式相比，农业智能机器人具有其无疲劳、高效率的优势。而现有技术中农业智能机器人无法实现循迹自动行走，也无法实现对立体式栽培的播种及采摘，在栽培过程中仍需要人力的作用。
发明内容
本发明的针对现有技术中的不足，提供一种立体无土栽培智能机器人及栽培方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种立体无土栽培智能机器人，其特征在于，包括：装置盒、循迹小车、垂直丝杠、水平丝杠、垂直气缸、机械手、菜篮、光电传感器、支撑架和触摸屏；所述装置盒固定在循迹小车上，上部通过一可伸缩支撑杆与触摸屏相连，装置盒包括PLC控制器、蓄电池和气阀，PLC控制器控制循迹小车、垂直丝杠和水平丝杠的运动；所述循迹小车车身两侧设有四个轮子，分别由四个电机驱动，车身上安装有舵机，车身底部安装有光电传感器，使得循迹小车可沿着地面所贴的反光板运动；所述支撑架固定在循迹小车上，所述垂直丝杠底端固定在循迹小车上，顶端与支撑架相接；所述水平丝杠水平固定在垂直丝杠上，可沿着垂直丝杠上下移动，水平丝杠的底部与垂直气缸和机械手相连，气阀控制垂直气缸的运动，从而驱动机械手的抓取和松开；所述菜篮固定在垂直丝杠上，位于水平丝杠的下方。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
所述垂直丝杠和水平丝杠均为由螺杆、螺母、钢球、预压片、反向器、防尘器组成的滚珠丝杠，垂直丝杠和水平丝杠分别由各自的步进电机驱动；垂直丝杠的螺母上固定有滑块，随螺母进行垂直移动，水平丝杠的螺母上固定有中间滑块，中间滑块固定在垂直丝杠的滑块上。
水平丝杠上安装有光电传感器，用于监测垂直丝杠滑块的运动。
所述机械手为多个，与水平丝杠可拆卸地连接。
气阀控制垂直气缸向下运动，使机械手闭合；气阀控制垂直气缸向上运动，使机械手松开。
此外，还提出了一种采用上述立体无土栽培智能机器人的栽培方法，包括：
通过触摸屏在自动摘取模式和自动播种模式之间进行选择；
循迹小车通过光电传感器沿着地面所贴的反光板运动，并停在种植架边；
垂直丝杠的步进电机带动固定在垂直丝杠滑块上的水平丝杠上升，水平丝杠上的光电传感器检测水平丝杠的高度，控制水平丝杠停留在一定高度；
当选择了自动摘取模式时，水平丝杠的步进电机转动，使得固定在水平丝杠上的机械手水平伸出；气阀控制垂直气缸向下运动，使机械手闭合抓住农作物，之后水平丝杠的步进电机带动机械手收回，气阀控制垂直气缸向上运动，机械手松开，使得采集到的农作物正好掉落到菜篮中；
当选择了自动播种模式时，气阀控制垂直气缸向下运动，使机械手闭合从菜篮中抓取种子，之后水平丝杠的步进电机带动机械手水平伸出，气阀控制垂直气缸向上运动，机械手松开，使得种子正好掉落到培养皿中。
本发明的有益效果是：垂直丝杠的使用，使得抓取层定位精确，可用于立体多层物体栽培；水平丝杠的使用，能够抓取位于深层的农作物；循迹小车实现了智能机器人的自动移动；多个机械手的设计可同时抓取多个农作物，节约时间，提高效率，机械手采用可拆卸设计，通过更换机械手，本机器人可实现对不同种类农作物的播种及采摘，适用性更广；水平丝杠和菜篮分别固定在垂直丝杠两侧，垂直丝杠使用支撑架加固，增加了整个装置的稳定性；模式自由切换，更具人性化。
附图说明
图1是本发明的正视图。
图2是本发明的俯视图。
图3是本发明的移动流程图。
图4是本发明的抓取流程图。
附图标记如下：装置盒1、循迹小车2、垂直丝杠3、水平丝杠4、垂直气缸5、机械手6、菜篮7、光电传感器8、支撑架9、触摸屏10。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
如图1-2所示，本发明的立体无土栽培智能机器人，包括装置盒1、循迹小车2、垂直丝杠3、水平丝杠4、垂直气缸5、机械手6、菜篮7、光电传感器8、支撑架9和触摸屏10。
装置盒1底部用螺丝固定在循迹小车2上，上部通过一可伸缩支撑杆与触摸屏10相连。装置盒1中包括PLC控制器、蓄电池和气阀，PLC控制器控制循迹小车2、垂直丝杠3、水平丝杠4的运动，以及气阀的开闭，对整个智能机器人的工作进行控制。触摸屏10可实现机器人自动摘取模式和自动播种模式之间的切换，并且还能进行手动模式与自动模式的切换，在手动模式时可以精确控制机器人的移动、抓取和播种。
循迹小车2车身两侧设有四个轮子，分别由四个电机驱动，车身整体结构采用可承重大、重心低的设计，车身上安装有舵机，底部安装有光电传感器8，通过光电传感器8的探测，使得循迹小车2可沿着地面所贴的反光板前进、停止以及自动调节方向。
支撑架9用螺丝固定在循迹小车2上，垂直丝杠4底端也用螺丝固定在循迹小车2上，顶端与支撑架9相接，使得垂直丝杠4的固定更加牢固。垂直丝杠4为由螺杆、螺母、钢球、预压片、反向器、防尘器组成的滚珠丝杠，由顶端的步进电机驱动，滚珠丝杠的螺母上还固定有滑块，滑块随螺母上下移动。
水平丝杠4同样为由螺杆、螺母、钢球、预压片、反向器、防尘器组成的滚珠丝杠，由固定在端部的步进电机驱动，螺母上固定有中间滑块，中间滑块可通过角铁采用螺丝固定在垂直丝杠3的滑块上，使得水平丝杠4可沿着垂直丝杠3上下移动。水平丝杠4上还安装有光电传感器8，通过检测水平丝杠4的高度，并将高度信号发送给PLC控制器，然后控制垂直丝杠3滑块的运动，使其停留在合适的高度，如采摘高度或播种高度。
水平丝杠4底部还连接有垂直气缸5和机械手6，机械手6可设计为多个，与水平丝杠4可拆卸地连接，多个机械手6由螺丝固定吊在一块钢板下，钢板则固定在垂直气缸5的底端。气阀控制垂直气缸5向下运动，使机械手6闭合，用于农作物或种子的抓取；而气阀控制垂直气缸5向上运动，则机械手6松开，用于放置采集的农作物或播种。
菜篮7，可用螺丝固定在两个角铁上，固定部分在垂直丝杠3不与水平丝杠4相接的一侧，而菜篮7通过穿过角铁位于水平丝杠4滑块的正下方。
如图3-4所示，在采摘时，使用采摘机械手，通过触摸屏10选择自动摘取模式，触摸屏10将信号发送给PLC控制器，PLC控制器控制循迹小车2的运动，循迹小车2通过光电传感器8沿着地面反光板前进，并停在种植架边。此时，垂直丝杠3上的步进电机带动固定在垂直丝杠3滑块上的水平丝杠4开始上升，并通过光电传感器8的检测停在恰当的采摘高度。水平丝杠4上的步进电机转动，使得固定在水平丝杠4上的机械手6水平伸出至恰当位置。气阀控制垂直气缸5向下运动，使机械手6闭合抓住农作物。之后水平丝杠4上的步进电机带动机械手6收回至恰当位置，即菜篮7所在的位置，气阀控制垂直气缸5向上运动，机械手6松开，采集到的农作物正好掉落到菜篮7中。之后，垂直丝杠3上的步进电机带动固定在该丝杠滑块上的水平丝杠4继续上升，重复刚才的动作，直至该种植架所有层的农作物采集完毕。之后智能机器人继续移动，重复抓取动作，直至所有种植架的农作物采摘完成。
在播种时，使用播种机械手，通过触摸屏10选择自动播种模式，智能机器人开始移动。循迹小车2通过光电传感器8沿着地面反光板前进，并停在作物种植架边。此时，垂直丝杆3上的步进电机带动固定在该丝杆滑块上的水平丝杆4开始上升，并通过光电传感器8停在恰当高度，即抓取高度。气阀控制垂直气缸5向下运动，使机械手6闭合从菜篮7中抓取种子，然后水平丝杆4上的步进电机转动，使得固定在水平丝杆4上的机械手6水平伸出至恰当位置，即播种的位置。气阀控制垂直气缸5向上运动，机械手6松开，种子掉入培养皿中。然后水平丝杆4上的步进电机带动机械手6收回至恰当位置。垂直丝杆3上的步进电机带动固定在该丝杆滑块上的水平丝杆4继续上升，重复刚才动作，直至该种植架的所有层播种完毕。之后智能机器人继续移动，重复播种动作，直至所有种植架的农作物播种完成。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种立体无土栽培智能机器人，其特征在于，包括：装置盒（1）、循迹小车（2）、垂直丝杠（3）、水平丝杠（4）、垂直气缸（5）、机械手（6）、菜篮（7）、光电传感器（8）、支撑架（9）和触摸屏（10）；所述装置盒（1）固定在循迹小车（2）上，上部通过一可伸缩支撑杆与触摸屏（10）相连，装置盒（1）包括PLC控制器、蓄电池和气阀，PLC控制器控制循迹小车（2）、垂直丝杠（3）和水平丝杠（4）的运动；所述循迹小车（2）车身两侧设有四个轮子，分别由四个电机驱动，车身上安装有舵机，车身底部安装有光电传感器（8），使得循迹小车（2）可沿着地面所贴的反光板运动；所述支撑架（9）固定在循迹小车（2）上，所述垂直丝杠（3）底端固定在循迹小车（2）上，顶端与支撑架（9）相接；所述水平丝杠（4）水平固定在垂直丝杠（3）上，可沿着垂直丝杠（3）上下移动，水平丝杠（4）的底部与垂直气缸（5）和机械手（6）相连，气阀控制垂直气缸（5）的运动，从而驱动机械手（6）的抓取和松开；所述菜篮（7）固定在垂直丝杠（3）上，位于水平丝杠（4）的下方。
2.如权利要求1所述的一种立体无土栽培智能机器人，其特征在于：所述垂直丝杠（3）和水平丝杠（4）均为由螺杆、螺母、钢球、预压片、反向器、防尘器组成的滚珠丝杠，垂直丝杠（3）和水平丝杠（4）分别由各自的步进电机驱动；垂直丝杠（3）的螺母上固定有滑块，随螺母进行垂直移动，水平丝杠（3）的螺母上固定有中间滑块，中间滑块固定在垂直丝杠（3）的滑块上。
3.如权利要求2所述的一种立体无土栽培智能机器人，其特征在于：水平丝杠（4）上安装有光电传感器（8），用于监测垂直丝杠（3）滑块的运动。
4.如权利要求1所述的一种立体无土栽培智能机器人，其特征在于：所述机械手（6）为多个，与水平丝杠（4）可拆卸地连接。
5.如权利要求4所述的一种立体无土栽培智能机器人，其特征在于：气阀控制垂直气缸（5）向下运动，使机械手（6）闭合；气阀控制垂直气缸（5）向上运动，使机械手（6）松开。
6.一种采用如权利要求1-5中任一所述的立体无土栽培智能机器人的栽培方法，包括：
通过触摸屏在自动摘取模式和自动播种模式之间进行选择；
循迹小车（2）通过光电传感器（8）沿着地面所贴的反光板运动，并停在种植架边；
垂直丝杠（3）的步进电机带动固定在垂直丝杠（3）滑块上的水平丝杠（4）上升，水平丝杠（4）上的光电传感器（8）检测水平丝杠（4）的高度，控制水平丝杠（4）停留在一定高度；
当选择了自动摘取模式时，水平丝杠（4）的步进电机转动，使得固定在水平丝杠（4）上的机械手（6）水平伸出；气阀控制垂直气缸（5）向下运动，使机械手（6）闭合抓住农作物，之后水平丝杠（4）的步进电机带动机械手（6）收回，气阀控制垂直气缸（5）向上运动，机械手（6）松开，使得采集到的农作物正好掉落到菜篮（7）中；
当选择了自动播种模式时，气阀控制垂直气缸（5）向下运动，使机械手（6）闭合从菜篮（7）中抓取种子，之后水平丝杠（4）的步进电机带动机械手（6）水平伸出，气阀控制垂直气缸（5）向上运动，机械手（6）松开，使得种子正好掉落到培养皿中。
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