CN106719539B - 一种多地隙自转向智能喷雾机及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多地隙自转向智能喷雾机及控制方法。喷雾机包括车平台、自转向行走机构、可控升降喷雾装置、汽油发电供电装置和控制装置，两个自转向行走机构分别与车平台采用回转结构连接；可控升降喷雾装置固定于车平台的尾部，包括喷雾机升降机构、喷杆装置、混药装置，喷杆装置设置在喷雾机升降机构上并与混药装置相连，喷杆能随着喷雾机升降机构的牵引上下移动；混药装置固定于车架平台的中部，给喷雾设备提供药物喷洒；汽油发电供电装置固定在车架平台的前部，作为设备的稳定电压电源；控制装置分别和驱动设备、控制电机、多组传感器相连。该设备由控制装置对四台轮毂电机控制，实现车轮差速的自转向，且控制精度高，转弯半径小。

Description

一种多地隙自转向智能喷雾机及控制方法

技术领域

本发明涉及一种喷雾机器，尤其是涉及其中一种多地隙自转向智能喷雾机及控制方法。

背景技术

随着农业机械化快速发展，长期采用手扶拖拉机或轮拖式行走机械作业，使水田作业泥脚越来越深，一方面破坏了水田土壤环境，另一方面使手扶拖拉机对水田进行作业，因此对高地隙底盘需求越来越迫切。而研究高地隙喷雾行走设备能够从根本上改变水田以手动喷雾器和机动担架喷雾机为主的施药方法，实现行走和喷雾的自动控制，对提高农药利用率，节约用水，提高施药作业效率和安全性，减少农药残留，保障粮食生产具有重要意义。中国专利CN103964253A公开了一种螺旋升降机，其由若干节嵌套的升降筒支撑升降，随着作业高度的增加，需要的升降筒节数增大，，最底层的升降筒的尺寸随之增大，因此，这种结构虽然能够实现垂直空间的缩小，但是在水平空间仍然较大，整体存放空间减少有限。申请公开号为CN102146756A的中国专利《高地隙自走式喷杆喷雾机》，该发明采用四轮液压驱动，前后桥中间设有液压转向装置，此液压转向装置只能实现两轮转向，转向半径大，无法保证行走底盘的通过性，因而整机无法适用多种离地间隙的田间作业要求。针对以上多种喷雾行走设备的弊端，设计了一种四轮独立驱动的多地隙自转向智能喷雾机及控制方法，设备由控制装置对四台轮毂电机控制，实现车轮差速的自转向，且控制精度高，转弯半径小，另外，喷杆采用五段式折叠，节省了空间，满足大田作物不同生长时期的喷雾施药需求。

发明内容

本发明的目的在于设计一种多地隙独立行走的，实现自转向的无人驾驶行走设备，能很大程度的满足多种复杂地形和喷雾对象的需求，能提高喷雾施药效率的喷雾机及控制方法。

本发明的技术方案为：

一种多地隙自转向智能喷雾机，包括车平台、自转向行走机构、可控升降喷雾装置、供电装置以及控制装置；

所述车平台为多根型材连接而成的框架；

所述车平台的下部沿行走方向依次设有两个自转向行走机构，所述自转向行走机构由带回转机构的底盘和带有轮毂电机的轮胎构成；

所述可控升降喷雾装置包括喷雾机升降机构、混药装置、喷杆装置；所述喷雾机升降机构安装在所述车平台的尾部；所述混药装置将药液送往喷杆装置；所述喷雾机升降机构由丝杆传动实现喷杆装置的升降；

所述供电装置为设备提供稳定的电压电源；

所述控制装置用于控制自转向行走机构的转向行走，可控升降喷雾装置的升降、混药装置的混药量调节、喷杆装置的姿态调节以及喷雾调节。

进一步，所述车平台的多根型材为方形金属管，焊接成带有多个方形空格的框架，在车平台两端中间位置设置的两个空格上分别固定两块方形金属板，用于安置两个自转向行走机构。

在车平台正前方及左右两侧分别焊有喷杆安置槽。

在车平台的底部焊有多个限位器，在车平台的尾部预留有供固定中心轴穿过的通孔。

进一步，所述自转向行走机构包括回转机构和带轮毂电机的轮胎；

所述回转机构自上而下依次包括双列圆锥滚子轴承、支撑柱和减震装置；减震装置由多个宽度一样、自上而下长度依次变大的弹片叠加而成，最后一块弹片厚度大于其上部的其他弹片，其他弹片厚度相同且弹片的中心有一个长方形通孔，双列圆锥滚子轴承的外圈或内圈是一个整体，两个内圈或外圈分别同轴心地固定在车平台的金属板和支撑柱的顶面上；

支撑柱上端为圆柱体，下端为长方体的金属棒，金属棒部分穿过减震装置的长方形通孔并和最后一块弹片固定焊接，最后一块弹片的两边和轮毂电机的机身焊接固定。

进一步，所述自转向行走机构包括回转机构和带轮毂电机的轮胎；

所述回转机构包括单列圆锥滚子轴承、支撑柱、避震器和减震支架，单列圆锥滚子轴承的外圈或内圈和车平台通过焊接方式连接，单列圆锥滚子轴承的内圈或外圈和支撑柱的顶面同心固定，避震器共有三组，其中三组避震器的一端分别固定在支撑柱的对称两侧和底侧，另一端分别固定在减震支架的两侧和中心位置，减震支架为一根和车宽相近的高强度方形金属架，减震支架的两端与轮毂电机的机身固定。

进一步，所述自转向行走机构包括回转机构和带轮毂电机的轮胎；

回转结构包括平面圆柱轴承、底盘平台和车桥；平面圆柱轴承由带圆柱滚子的平面保持架组件和平面垫圈组成，平面圆柱轴承的内圈穿过车平台上金属板的通孔并使得平面圆柱轴承的圆柱滚子和车平台底部接触，底盘平台中间开有圆形凹槽，底盘平台左右两侧有逐渐收缩的延伸部，平面圆柱轴承的平面保持架组件与底盘平台的圆形凹槽采用同心固定，车桥顶部与底盘平台的延伸部固连，与底盘平台呈钝角，车桥底部和轮毂电机的机身固定，所述自转向行走机构的高度能够根据作业需要选择不同的高度车桥。

进一步，所述回转结构由滚珠轴承代替平面圆柱轴承，滚珠轴承是将球形合金钢珠安装在内钢圈和外钢圈的中间，滚珠轴承的外圈或内圈与底盘平台同心固定，滚珠轴承的内圈或外圈和车平台的金属板同心固定。

进一步，还包括阻尼协动装置，所述阻尼协动装置包括阻尼电机、蜗轮蜗杆箱和协动齿轮；蜗轮蜗杆箱内部为蜗轮和蜗杆，阻尼电机的转轴和蜗杆同心固定，蜗杆和蜗轮装配，蜗轮和协动齿轮同心固定；协动齿轮和滚珠轴承的内圈焊接的内齿轮啮合。

进一步，所述喷雾机升降机构包括两块平行竖直设置的“＜”型固定支架，两块“＜”型固定支架的顶点通过固定横板A连接，固定横板A两侧下方设有固定中心轴；两块“＜”型固定支架的上末端通过固定横板B连接，固定横板B上设置升降控制电机和传动齿链，所述升降控制电机通过法兰结构固定于固定横板B；两块“＜”型固定支架的上末端和下末端之间设有丝杆、丝副；

所述喷杆装置包括内喷杆、主喷杆、末端喷杆、旋转控制部件组，所有喷杆均为刚性的空心防锈材质，各喷杆间均以软管连接，构成喷雾药液的水路通道；所述喷杆装置的内喷杆和丝副相连接，内喷杆两端分别为主喷杆，主喷杆的两端外侧分别为末端喷杆，各段喷杆上均布喷嘴；内喷杆的两端设有旋转控制部件组，且内喷杆和主喷杆通过带齿轮的一级转轴连接，主喷杆和末端喷杆通过带齿轮的二级转轴连接，在旋转控制部件组的带动下主喷杆和末端喷杆发生水平旋转；

所述车平台上可以根据需要放置混药装置，包括喷雾装置的水箱、药箱、药液箱，水箱与药箱是分离的，输出药液按比例混合，混合的药液预存在药液箱中，喷雾机车遇到恶劣地形条件无法驶出时，能将水箱的水放掉减负。

进一步，所述丝杆和丝副可用滚珠丝杠代替。

进一步，所述旋转控制部件组包括旋转控制电机、齿轮箱、传动齿链A，所述旋转控制电机的转轴末端固定有和转轴同心的主动齿轮，垂直向下伸入齿轮箱内，与齿轮箱内的减速齿轮装配，齿轮箱内共有四个齿轮，一个是旋转控制电机转轴末端的主动齿轮，一个是上端连接转轴齿轮A的从动齿轮，以及有一定减速比的一级减速齿轮和二级减速齿轮，一级减速齿轮和二级减速齿轮的旋转中心分别固定在齿轮箱外壳上下两壁上，旋转控制电机带动主动齿轮转动，主动齿轮和一级减速齿轮相啮合，一级减速齿轮和二级减速齿轮相啮合，二级减速齿轮和从动齿轮相啮合，从动齿轮带动转轴齿轮A转动；四个齿轮均绕各齿轮的中心线旋转，四个齿轮的旋转中心线均垂直于内喷杆的中心线且垂足位于内喷杆的中心线上，所述传动齿链A的两端分别与转轴齿轮A和转轴齿轮B配合置于主喷杆上方，齿轮箱通过焊接连接在内喷杆的末端下方位置。

进一步，所述喷雾机升降机构两块“＜”型固定支架的上末端和固定横板B的两端有两相同大小的通孔，供丝杆穿过并由有齿轮的转轴A固定，升降控制电机的输出轴垂直朝下地通过法兰结构固定在固定横板B的正中间，法兰结构内部有和升降控制电机的输出轴同心固定的转轴B，转轴B外圈带有齿轮，其齿轮和传动齿链B装配，传动齿链B的两端和丝杆顶部的转轴A进行装配，使升降控制电机旋转能控制丝杆旋转，达到丝副升降的目的。

进一步，当多地隙自转向智能喷雾机不需要进行喷雾作业时，主喷杆和末端喷杆通过转轴可垂直折叠并水平放置于车平台两侧及前方的喷杆安置槽内。

进一步，所述供电装置为汽油发电供电装置，该装置固定在车平台上，包括汽油机、汽油机保护架、发电机、三相整流桥、滤波电容、电池组、整流逆变器；

汽油机的转轴与发电机的转轴相连接，发电机发电后经过三相整流桥和滤波电容整流滤波后变成单相直流电，一部分存储入电池组；另一部分为车载控制单元提供稳定电压电源，使车载控制单元控制轮毂电机驱动、升降控制电机驱动、旋转控制电机驱动、抽水泵电机驱动、药液泵电机驱动、混合液泵电机驱动、电磁阀驱动；还有一部分经整流逆变器变成三相交流电，为轮毂电机、升降控制电机、旋转控制电机、抽水泵电机、药液泵电机和混液泵电机提供三相交流电。

进一步，所述控制装置分别固定在自转向行走机构以及可控升降喷雾装置上，包括嵌入式车载控制单元、陀螺仪、GPS，设置在内喷杆上的高度传感器，设置在轮胎上的速度传感器、轮毂电机驱动，设置在回转机构上的转角传感器，设置在混药装置中的液位传感器、抽水流量计，设置在喷杆上的喷嘴流量计、升降控制电机驱动、旋转控制电机驱动、抽水泵电机驱动、药液泵电机驱动、混合液泵电机驱动、电磁阀驱动；

所述的陀螺仪、GPS、转角传感器、高度传感器、速度传感器、液位传感器、抽水流量计、喷嘴流量计均与嵌入式车载控制单元相连；

轮毂电机驱动、升降控制电机驱动、旋转控制电机驱动、抽水泵电机驱动、药液泵电机驱动、混合液泵电机驱动、电磁阀驱动均通过CAN总线与嵌入式车载控制单元相连；

轮胎内的轮毂电机与轮毂电机驱动相连，升降控制电机与升降控制电机驱动相连，旋转控制电机与旋转控制电机驱动相连，设置在水箱内的抽水泵与抽水泵电机驱动相连，设置在药箱中的药液泵与药液泵电机驱动相连，设置在药液箱中的混合液泵与混合液电机泵驱动相连，设置在喷杆上的喷杆电磁阀与电磁阀驱动相连。

本发明的方法的技术方案为，一种多地隙自转向智能喷雾机控制方法，在开始喷雾前，通过旋转控制电机带动传动齿链将主喷杆和末端喷杆从车平台的两侧和前部向后部展开并放置于同一直线上，根据高度传感器获得目标植株的高度，通过升降控制电机调节喷杆到合适的喷雾距离，然后通过嵌入式车载控制单元内部获得的喷雾任务，控制喷雾机的前进和方向，同时执行喷雾动作；

在喷雾过程中，行走设备根据陀螺仪、GPS、高度传感器、速度传感器、转角传感器采集的信息对轮毂电机驱动和升降控制电机驱动行进方向、速度和喷雾高度进行有效合理的控制，嵌入式车载控制单元根据液位传感器、喷嘴流量计回传的信息对抽水泵电机驱动、药液泵电机驱动、混合液泵电机驱动以及喷杆电磁阀驱动进行控制，对设备的混药过程以及喷雾过程进行控制；抽水流量计用于实时检测抽水泵抽取的水量，嵌入式车载控制单元根据抽水泵抽取的水量控制药液泵抽取一定的药液量进行混药过程，使得水和药液按照一定的比例进行混合；

在喷雾结束后，将喷杆通过旋转控制电机控制传动齿链和齿轮箱使主喷杆和末端喷杆放置于车平台的两侧和前部的喷杆安置槽内。

本发明的有益效果是：一种多地隙自转向智能喷雾机及控制方法，车平台以长方形金属框架为主体，采用多根方形金属管焊接而成，车平台上能根据需要放置混药装置以及汽油发电供电装置，不仅能有效的减轻车平台重量，还能提高车平台的空间利用率，在车平台的尾部留有可装配的通孔，能通过装配不同功能的装置来实现行走设备的多种用途。使用汽油发电供电装置，发电简单，供电平稳，噪音小、排量小、重量轻、污染小，操作轻巧方便且性价比高，以上特点，使其在众多供电装置中脱颖而出。新型的自转向行走机构，可根据实际情况选择不同的车桥高度，使喷雾机能适应多地隙的作业；采用独立式的内嵌轮毂电机作为车轮行进的动力来源，轮毂电机技术也被称为车轮内装电机技术，它的最大特点就是将动力装置、传动装置和制动装置都一起整合到轮毂内，能将电动车辆的机械部分大为简化。同时，以回转机构为核心的自转向行走机构在国内属首创，其可以采用多种回转轴承作为回转结构主体，满足不同作业环境对回转结构轴向力和径向力的要求，轴承以滚动方式来降低行走设备转向时动力传递过程中的摩擦力，能大大提高机械动力的传递效率，由车载控制单元对两组回转机构的四台轮毂电机进行独立驱动的差速控制，使得回转结构由于两侧的车轮差速进而能实现回转结构的自转向，这种结构的行走设备不仅转弯半径极小，几乎可以做到原地转向，而且控制精度高，保证了设备行走的灵活性的同时能很好的控制方向，是农业自动化行走设备的一大创新。升降控制机构通过旋转控制电机带动丝杆丝副，使喷杆可根据作物实际高度上下调整，控制简单，调节高度精确，能满足多种作物不同生长时期的喷雾要求；可控升降喷雾装置有五段式的喷杆，通过齿轮箱、一级转轴、传动齿链和二级转轴可控制喷杆进行水平旋转，使得喷雾机中间通过性好，采用车载控制单元控制自动喷撒药液，不再需要人驾驶，不仅减轻了喷雾机的自身重量，而且不会使操作者暴露在喷洒农药之中，改善操作者的操作环境，大大降低其操作强度，体现以人为本的核心发展观。在车平台正前方及左右两侧分别焊有喷杆安置槽，在喷雾结束时，五段式喷杆的两边四段可以向内折叠，贴合车平台的两边和前部的边沿，有利于喷雾机的行走；喷雾机采用水药分离、实时混药水路系统，在喷雾机遇到恶劣地形条件不能驶出时，可以释放掉水箱的清水为自身减负，有利于应对恶劣地形条件且不对环境造成污染；通过所发明的多地隙自转向智能喷雾机，提高了在大田中喷雾施药的效率，大大减轻了劳动强度，自动化水平较高，规模效应较好。

附图说明

图1是一种高地隙的自转向智能喷雾机的整体示意图；

图2是一种高地隙的自转向智能喷雾机的俯视图；

图3是一种自转向智能喷雾机的喷雾机升降机构的结构示意图；

图4是旋转控制部件组的结构示意图；

图5是一种多地隙的自转向智能喷雾机的实施例1的示意图；

图6是实施例1中回转机构的支撑柱示意图；

图7是实施例2的一种带避震的多地隙自转向行走机构的示意图；

图8是一种高地隙的自转向行走机构的实施例3的示意图；

图9是一种高地隙的自转向行走机构的回转机构的结构示意图；

图10是一种高地隙的自转向行走机构的改进示意图；

图11是阻尼协动装置的装配框图；

图12是一种低地隙的自转向行走机构的示意图；

图13是一种多地隙自转向智能喷雾机电力系统的原理图；

图14是多地隙自转向智能喷雾机控制装置的流程图。

其中：1-轮胎；2-车桥；3-车平台；4-喷杆安置槽；5-末端喷杆；6-主喷杆；7-传动齿链；8-丝杆；9-齿轮箱；10-固定支架；11-旋转控制电机；12-丝副；13-法兰结构；14-升降控制电机；15-药液箱；16-药箱；17-转角传感器；18-水箱；19-电池组；20-发电机；21-汽油机；22-汽油机架；23-限位器；24-轮毂电机；25-通孔；26-底盘平台；27-固定中心轴；28-内喷杆；29-带齿轮的转轴A；30-主动齿轮；31-一级减速齿轮；32-齿轮箱外壳；33-二级减速齿轮；34-从动齿轮；35-喷嘴；36-滚珠轴承；37-三相桥；38-带齿轮的转轴B；39-单列圆锥滚子轴承；40-圆柱滚子；41-滤波电容；42-平面圆柱轴承；43-双列圆锥滚子轴承；44-支撑柱；45-减震装置；46-弹簧支架；47-避震器；48-整流逆变器；49-车载控制单元；50-陀螺仪；51-GPS；52-高度传感器；53-速度传感器；54-液位传感器；55-抽水流量计；56-喷嘴流量计；57-轮毂电机驱动；58-升降控制电机驱动；59-旋转控制电机驱动；60-抽水泵电机驱动；61-药液泵电机驱动；62-混合泵电机驱动；63-抽水泵；64-药液泵；65-混液泵；66-电磁阀驱动；67-电磁阀；68-内齿轮；69-阻尼电机；70-蜗轮；71-蜗杆；72-协动齿轮；73-蜗轮蜗杆箱。

具体实施方式

下面结合示意图具体说明所发明的一种高地隙无人驾驶智能履带喷雾机的工作过程。

如图1-2所示，一种多地隙自转向智能喷雾机，包括车平台3、自转向行走底盘、可控升降喷雾装置、汽油发电供电装置和控制装置；

自转向行走机构由两个带回转机构的底盘和四个带有轮毂电机24的轮胎构成；所述回转机构由设在车平台3上的轴承连同轴承下端的支撑柱以及减震部件实现回转动作；或者回转机构由设在车平台3上的轴承连同轴承下端的底盘平台26以及车桥2实现回转动作。

可控升降喷雾装置包括喷雾机升降机构、喷杆装置、混药装置，车平台3的尾部安装可控升降喷雾装置的喷雾机升降机构；喷杆装置包括内喷杆28、主喷杆6、末端喷杆5、旋转控制部件组，所有喷杆装置均为刚性的空心防锈材质，各喷杆间均以软管连接，构成喷雾药液的水路通道；所述混药装置以及供电装置放置在所述车平台3上。可以根据需要放置在车平台3上的混药装置包括水箱18、药箱16、药液箱15，水箱1与药箱16是分离的，输出药液按比例混合，混合的药液预存在药液箱15中，为升降喷雾装置提供药液；

汽油发电供电装置包括汽油机21、汽油机保护架22、发电机20、三相整流桥37、滤波电容41、电池组19、整流逆变器48；汽油机21的转轴与发电机20的转轴相连接，发电机20发电后经过三相整流桥37和滤波电容41整流滤波后变成单相直流电，一部分存储入电池组19，一部分为控制装置提供稳定电压电源，一部分经整流逆变器48变成三相交流电，为轮毂电机24、升降控制电机14、旋转控制电机11、抽水泵电机63、药液泵电机64和混液泵电机65提供三相交流电。

所述车平台3的多根型材为方形金属管，焊接成3×5的方形空格，在第二行的第二列和第四列的空格分别固定两块方形金属板，在车平台正前方及左右两侧分别焊有喷杆安置槽4，在车平台3的底部焊有8个限位器23，在车平台3的尾部预留有供固定中心轴27穿过的通孔25。上述车平台3前方及左右两侧分别有喷杆安置槽4、8个机械限位器23固定于车平台3底部，且均与车平台3通过焊接方式连接。

如图3所示，可控升降喷雾装置包括喷雾机升降机构、喷杆装置、混药装置；

喷雾机升降机构通过固定中心轴27装配在车平台3的通孔25内，包括两块平行设置的“＜”型固定支架10、固定中心轴27、升降控制电机14、传动齿链7、法兰结构13、丝杆8、丝副12，所述两块“＜”型固定支架10的顶点通过固定横板A连接，固定横板A两侧下方设有固定中心轴27，两块“＜”型固定支架10在上下的上末端和固定横板B的两端有两相同大小的通孔，供丝杆8穿过并由有齿轮的转轴A固定，所述丝杆8和丝副12可用滚珠丝杠代替；所述升降控制电机14是直流无刷电机，升降控制电机14的输出轴垂直朝下地通过法兰结构13固定在固定横板B的正中间，法兰结构13内部有和升降控制电机14的输出轴同心固定的转轴B，转轴B外圈带有齿轮，其齿轮和传动齿链B7装配，传动齿链B7的两端和丝杆8顶部的转轴A进行装配，使升降控制电机14旋转能控制丝杆8旋转，达到丝副12升降的目的；

喷杆装置为五段式喷杆，包括内喷杆28、主喷杆6、末端喷杆5、旋转控制部件组，所有喷杆装置均为刚性的空心防锈材质，各喷杆间均以软管连接，构成喷雾药液的水路通道；喷杆装置的内喷杆28和丝副12相连，内喷杆28两端分别为主喷杆6，主喷杆6的两端外侧分别为末端喷杆5；末端喷杆5和主喷杆6、主喷杆6和内喷杆28分别通过带齿轮的一级转轴29和带齿轮的二级转轴38连接；所述旋转控制电机11机身固定在内喷杆28上，仅电机转轴可以旋转，与焊接在内喷杆两末端下方位置的齿轮箱9装配，达到一定的减速效果；本实施例中，所述固定中心轴27和固定支架10通过焊接连接。

如图4所示，旋转控制部件组包括旋转控制电机11、齿轮箱9、传动齿链A7，所述旋转控制电机11的转轴末端固定有和转轴同心的主动齿轮30，垂直向下伸入齿轮箱9内，与齿轮箱9内的减速齿轮装配，齿轮箱9内共有四个齿轮，一个是旋转控制电机11转轴末端的主动齿轮30，一个是上端连接一级转轴29的从动齿轮34，以及有一定减速比的一级减速齿轮31和二级减速齿轮33，一级减速齿轮31和二级减速齿轮33的旋转中心固定在齿轮箱9上下两壁上，旋转控制电机11带动主动齿轮30转动，主动齿轮30和一级减速齿轮31相啮合，一级减速齿轮31和二级减速齿轮33相啮合，二级减速齿轮33和从动齿轮34相啮合，从动齿轮34带动一级转轴29转动；四个齿轮均绕各齿轮的中心线旋转，四个齿轮的旋转中心线均垂直于内喷杆28的中心线且垂足位于内喷杆28的中心线上，所述传动齿链A7的两端分别与一级转轴A29和二级转轴38配合置于主喷杆上方，齿轮箱9通过焊接连接在内喷杆28的末端下方位置。

实施例1

如图5-6所示，自转向行走底盘包括回转机构和轮胎1；

车平台3为多根方形金属管和两块方形金属板焊接而成的金属框架，能有效的减轻车平台重量，多根方形金属管焊接成3×5的方形空格，在第二行的第二列和第四列的空格固定两块方形金属板，在车平台3正前方及左右两侧分别焊有喷杆安置槽4，在车平台3的底部焊有8个限位器23，在车平台3的尾部预留有供固定中心轴27穿过的通孔25；

车轮1选用人字花纹农用轮胎，也可根据行驶路面的需求选择普通无花纹轮胎等其他轮胎，在轮毂内装有轮毂电机24；

回转机构包括双列圆锥滚子轴承43、支撑柱44和减震装置45；减震装置45由多个宽度一样、长度渐变的弹片排列而成，除了最后一块弹片较厚以外，其他弹片厚度一样且弹片的中心有一个适当的长方形通孔，双列圆锥滚子轴承43的外圈(或内圈)是一个整体。两个内圈(或外圈)分别同轴心地固定在车平台的金属板和支撑柱45的顶面上，支撑柱44是上端为圆柱体下端为长方体的金属棒，金属棒部分穿过减震装置45的长方形通孔并和最后一块弹片固定焊接，最后一块弹片的两边和轮毂电机24的机身焊接固定。

实施例2

如图7所示，回转机构包括单列圆锥滚子轴承39、支撑柱44、避震器47和减震支架46，单列圆锥滚子轴承39的外圈或内圈和车平台3通过焊接方式连接，单列圆锥滚子轴承39的内圈或外圈和支撑柱44的顶面同心固定，避震器47共有三组，其中避震器的一端分别固定在支撑柱44的对称两侧和下方，另一端分别固定在减震支架46的两侧和中心位置，减震支架46为一根和车宽相近的高强度方形金属架，减震支架46的两端与轮毂电机24的机身固定。

实施案例3

如图8所示，自转向行走机构包括回转机构和带轮毂电机24的轮胎1；

回转结构包括平面圆柱轴承42、底盘平台26和车桥2；平面圆柱轴承42由带圆柱滚子40的平面保持架组件和平面垫圈组成，平面圆柱轴承42的内圈穿过车平台3的通孔并使得平面圆柱轴承42的圆柱滚子40和车平台3底部接触，底盘平台26中间开有圆形凹槽，底盘平台26左右两侧有逐渐收缩的延伸部，平面圆柱轴承42的平面保持架组件与底盘平台26的圆形凹槽采用同心固定，车桥2为金属材质，车桥2顶部与底盘平台26的延伸部固定，与底盘平台26呈钝角，车桥2底部和轮毂电机24的机身固定；由于车桥2的高度离地面较高，所以本实施例适用于在高地隙的作业场合。

实施例4

如图9所示，回转结构由滚珠轴承36代替平面圆柱轴承42，滚珠轴承36是将球形合金钢珠安装在内钢圈和外钢圈的中间，滚珠轴承36的外圈或内圈与底盘平台26同心固定，滚珠轴承36的内圈或外圈和车平台3的方形钢板同心固定。本实施例中所述车平台3和滚珠轴承36的内钢圈通过焊接方式连接。

作为本实施例的进一步改进，如图10-11所示，回转结构中，将内齿轮和滚珠轴承36的内圈焊接，阻尼协动装置和内齿轮装配在内齿轮的正上方；阻尼协动装置包括阻尼电机69、蜗轮蜗杆箱73和协动齿轮72；蜗轮蜗杆箱73内部为蜗轮70和蜗杆71，阻尼电机的转轴和蜗杆71同心固定，蜗杆71和蜗轮70装配，蜗轮70和协动齿轮72同心固定；阻尼协动装置有自锁功能，在协动的回转结构有一个轮胎离地时，蜗轮蜗杆就会将回转结构锁死，同时，上述阻尼电机69可通过电机驱动同嵌入式车载控制单元49相连，可控制阻尼电机辅助回转结构转向。

实施例5

如图12所示，该结构同实施例3的自转向行走机构相似，其不同之处在于，车桥2的高度比较低。使得整个自转向行走机构适用于低地隙的作业场合。

如图13所示，汽油发电供电装置固定在车平台3上，包括汽油机21、汽油机保护架22、发电机20、三相整流桥37、滤波电容41、电池组19、整流逆变器48；汽油机(21)的转轴与发电机(20)的转轴相连接，发电机20发电后经过三相整流桥37和滤波电容41整流滤波后变成单相直流电，一部分存储入电池组19；另一部分为车载控制单元49提供稳定电压电源，使车载控制单元49控制轮毂电机驱动57、升降控制电机驱动58、旋转控制电机驱动59、抽水泵电机驱动60、药液泵电机驱动61、混合液泵电机驱动62、电磁阀驱动66；还有一部分经整流逆变器48变成三相交流电，为轮毂电机24、升降控制电机14、旋转控制电机11、抽水泵电机63、药液泵电机64和混液泵电机65提供三相交流电。

如图14所示，控制装置包括嵌入式车载控制单元49、陀螺仪50、GPS51，设置在内喷杆28上的高度传感器52，设置在轮胎1上的速度传感器53、轮毂电机驱动57，设置在回转机构上的转角传感器17，设置在混药装置中的液位传感器54、抽水流量计55，设置在喷杆上的喷嘴流量计56、升降控制电机驱动58、旋转控制电机驱动59、抽水泵电机驱动60、药液泵电机驱动61、混合液泵电机驱动62、电磁阀驱动66；

陀螺仪50、GPS51、转角传感器17、高度传感器52、速度传感器53、液位传感器54、抽水流量计55、喷嘴流量计56均与嵌入式车载控制单元49相连；

轮毂电机驱动57、升降控制电机驱动58、旋转控制电机驱动59、抽水泵电机驱动60、药液泵电机驱动61、混合液泵电机驱动62、电磁阀驱动66均通过CAN总线与嵌入式车载控制单元49相连；

轮胎1内的轮毂电机24与轮毂电机驱动57相连，升降控制电机14与升降控制电机驱动58相连，旋转控制电机11与旋转控制电机驱动59相连，设置在水箱18内的抽水泵63与抽水泵电机驱动60相连，设置在药箱16中的药液泵64与药液泵电机驱动61相连，设置在药液箱15中的混合液泵65与混合液电机泵驱动62相连，设置在喷杆上的喷杆电磁阀67与电磁阀驱动47相连。

上述车载控制单元安置于车平台前部的汽油发电供电装置附近，陀螺仪和GPS在车载控制单元旁边，抽水流量计分别安装在水箱、药箱和药液箱的出水口，高度传感器安装在内喷杆底部，速度传感器分别安装在四个轮毂电机处，液位传感器分别安装在水箱、药箱和药液箱内，喷嘴流量计安装在各喷嘴处；陀螺仪、GPS、抽水流量计、高度传感器、速度传感器、液位传感器、喷嘴流量计均与嵌入式车载控制单元直接相连；

轮毂电机驱动、升降控制电机驱动、旋转控制电机驱动、抽水泵电机驱动、药液泵电机驱动、混合液泵电机驱动、电磁阀驱动均通过CAN总线与嵌入式车载控制单元相连；

轮胎内的轮毂电机与轮毂电机驱动相连，升降控制电机与升降控制电机驱动相连，旋转控制电机与旋转控制电机驱动相连，抽水泵与抽水泵电机驱动相连，药液泵与药液泵电机驱动相连，混合液泵与混合液电机泵驱动相连，喷杆电磁阀与电磁阀驱动相连。

上述控制电机均为直流无刷电机，上述轮胎选用人字花纹农用轮胎，也可根据行驶路面的需求选择普通无花纹轮胎等其他轮胎。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (14)

1.一种多地隙自转向智能喷雾机，其特征在于，包括车平台(3)、自转向行走机构、可控升降喷雾装置、供电装置以及控制装置；

所述车平台(3)为多根型材连接而成的框架；

所述车平台(3)的下部沿行走方向依次设有两个自转向行走机构，所述自转向行走机构由带回转机构的底盘和带有轮毂电机(24)的轮胎(1)构成；

所述可控升降喷雾装置包括喷雾机升降机构、混药装置、喷杆装置；所述喷雾机升降机构安装在所述车平台(3)的尾部，实现喷杆装置的升降；所述混药装置将药液送往喷杆装置；

所述供电装置为设备提供稳定的电压电源；

所述控制装置分别用于控制自转向行走机构的转向行走，可控升降喷雾装置的升降、混药装置的混药量调节、喷杆装置的姿态调节以及喷雾调节；

所述自转向行走机构包括回转机构和带轮毂电机(24)的轮胎(1)；

所述回转机构自上而下依次包括双列圆锥滚子轴承(43)、支撑柱(44)和减震装置(45)；减震装置(45)由多个宽度一样、自上而下长度依次变大的弹片叠加而成，最后一块弹片厚度大于其上部的其他弹片，其他弹片厚度相同且弹片的中心有一个长方形通孔，双列圆锥滚子轴承(43)的外圈或内圈是一个整体，两个内圈或外圈分别同轴心地固定在车平台(3)的金属板和支撑柱(44)的顶面上；

支撑柱(44)上端为圆柱体，下端为长方体的金属棒，金属棒部分穿过减震装置(45)的长方形通孔并和最后一块弹片固定焊接，最后一块弹片的两边和轮毂电机(24)的机身焊接固定；

或者，所述自转向行走机构包括回转机构和带轮毂电机(24)的轮胎(1)；

所述回转机构包括单列圆锥滚子轴承(39)、支撑柱(44)、避震器(47)和减震支架(46)，单列圆锥滚子轴承(39)的外圈或内圈和车平台(3)通过焊接方式连接，单列圆锥滚子轴承(39)的内圈或外圈和支撑柱(44)的顶面同心固定，避震器(47)共有三组，其中三组避震器的一端分别固定在支撑柱(44)的对称两侧和底侧，另一端分别固定在减震支架(46)的两侧和中心位置，减震支架(46)为一根和车宽相近的高强度方形金属架，减震支架(46)的两端与轮毂电机(24)的机身固定；

或者，所述自转向行走机构包括回转机构和带轮毂电机(24)的轮胎(1)；

所述回转机构包括平面圆柱轴承(42)、底盘平台(26)和车桥(2)；平面圆柱轴承(42)由带圆柱滚子(40)的平面保持架组件和平面垫圈组成，平面圆柱轴承(42)的内圈穿过车平台(3)上金属板的通孔并使得平面圆柱轴承(42)的圆柱滚子(40)和车平台(3)底部接触，底盘平台(26)中间开有圆形凹槽，底盘平台(26)左右两侧有逐渐收缩的延伸部，平面圆柱轴承(42)的平面保持架组件与底盘平台(26)的圆形凹槽采用同心固定，车桥(2)顶部与底盘平台(26)的延伸部固连，与底盘平台(26)呈钝角，车桥(2)底部和轮毂电机(24)的机身固定，所述自转向行走机构的高度能够根据作业需要选择不同高度的车桥(2)。

2.根据权利要求1所述的多地隙自转向智能喷雾机，其特征在于，所述车平台(3)的多根型材为方形金属管，焊接成带有多个方形空格的框架，在车平台两端中间位置设置的两个空格上分别固定两块方形金属板，用于安置两个自转向行走机构。

3.根据权利要求2所述的多地隙自转向智能喷雾机，其特征在于，在车平台(3)正前方及左右两侧分别焊有喷杆安置槽(4)。

4.根据权利要求2所述的多地隙自转向智能喷雾机，其特征在于，在车平台(3)的底部焊有多个限位器(23)，在车平台(3)的尾部预留有供固定中心轴(27)穿过的通孔(25)。

5.根据权利要求1所述的多地隙自转向智能喷雾机，其特征在于，所述回转机构由滚珠轴承(36)代替平面圆柱轴承(42)，滚珠轴承(36)是将球形合金钢珠安装在内钢圈和外钢圈的中间，滚珠轴承(36)的外圈或内圈与底盘平台(26)同心固定，滚珠轴承(36)的内圈或外圈和车平台(3)的金属板同心固定。

6.根据权利要求5所述的多地隙自转向智能喷雾机，其特征在于，还包括阻尼协动装置，所述阻尼协动装置包括阻尼电机(69)、蜗轮蜗杆箱(73)和协动齿轮(72)；蜗轮蜗杆箱(73)内部为蜗轮(70)和蜗杆(71)，阻尼电机(69)的转轴和蜗杆(71)同心固定，蜗杆(71)和蜗轮(70)装配，蜗轮(70)和协动齿轮(72)同心固定；协动齿轮(72)和滚珠轴承(36)的内圈焊接的内齿轮(68)啮合。

7.根据权利要求1所述的多地隙自转向智能喷雾机，其特征在于，

所述喷雾机升降机构包括两块平行竖直设置的“<”型固定支架(10)，两块“<”型固定支架(10)的顶点通过固定横板A连接，固定横板A两侧下方设有固定中心轴(27)；两块“<”型固定支架(10)的上末端通过固定横板B连接，固定横板B上设置升降控制电机(14)和传动齿链(7)，所述升降控制电机(14)通过法兰结构(13)固定于固定横板B；两块“<”型固定支架(10)的上末端和下末端之间设有丝杆(8)、丝副(12)；

所述喷杆装置包括内喷杆(28)、主喷杆(6)、末端喷杆(5)、旋转控制部件组，所有喷杆均为刚性的空心防锈材质，各喷杆间均以软管连接，构成喷雾药液的水路通道；所述喷杆装置的内喷杆(28)和丝副(12)相连接，内喷杆(28)两端分别为主喷杆(6)，主喷杆(6)的两端外侧分别为末端喷杆(5)，各段喷杆上均布喷嘴(35)；内喷杆(28)的两端设有旋转控制部件组，且内喷杆(28)和主喷杆(6)通过带齿轮的一级转轴(29)连接，主喷杆(6)和末端喷杆(5)通过带齿轮的二级转轴(38)连接，在旋转控制部件组的带动下主喷杆(6)和末端喷杆(5)发生水平旋转；

所述车平台(3)上可以根据需要放置混药装置，包括喷雾装置的水箱(18)、药箱(16)、药液箱(15)，水箱(18)与药箱(16)是分离的，输出药液按比例混合，混合的药液预存在药液箱(15)中，喷雾机车遇到恶劣地形条件无法驶出时，能将水箱的水放掉减负。

8.根据权利要求7所述的多地隙自转向智能喷雾机，其特征在于，所述丝杆(8)和丝副(12)可用滚珠丝杠代替。

9.根据权利要求7所述的多地隙自转向智能喷雾机，其特征在于，所述旋转控制部件组包括旋转控制电机(11)、齿轮箱(9)、传动齿链A(7)，所述旋转控制电机(11)的转轴末端固定有和转轴同心的主动齿轮(30)，垂直向下伸入齿轮箱(9)内，与齿轮箱(9)内的减速齿轮装配，齿轮箱(9)内共有四个齿轮，一个是旋转控制电机(11)转轴末端的主动齿轮(30)，一个是上端连接转轴齿轮A(29)的从动齿轮(34)，以及有一定减速比的一级减速齿轮(31)和二级减速齿轮(33)，一级减速齿轮(31)和二级减速齿轮(33)的旋转中心分别固定在齿轮箱外壳(32)上下两壁上，旋转控制电机(11)带动主动齿轮(30)转动，主动齿轮(30)和一级减速齿轮(31)相啮合，一级减速齿轮(31)和二级减速齿轮(33)相啮合，二级减速齿轮(33)和从动齿轮(34)相啮合，从动齿轮(34)带动转轴齿轮A(29)转动；四个齿轮均绕各齿轮的中心线旋转，四个齿轮的旋转中心线均垂直于内喷杆(28)的中心线且垂足位于内喷杆(28)的中心线上，所述传动齿链A(7)的两端分别与转轴齿轮A(29)和转轴齿轮B(38)配合置于主喷杆上方，齿轮箱(9)通过焊接连接在内喷杆(28)的末端下方位置。

10.根据权利要求7所述的多地隙自转向智能喷雾机，其特征在于，所述喷雾机升降机构两块“<”型固定支架(10)的上末端和固定横板B的两端有两相同大小的通孔，供丝杆(8)穿过并由有齿轮的转轴A固定，升降控制电机(14)的输出轴垂直朝下地通过法兰结构(13)固定在固定横板B的正中间，法兰结构(13)内部有和升降控制电机(14)的输出轴同心固定的转轴B，转轴B外圈带有齿轮，其齿轮和传动齿链B(7)装配，传动齿链B(7)的两端和丝杆(8)顶部的转轴A进行装配，使升降控制电机(14)旋转能控制丝杆(8)旋转，达到丝副(12)升降的目的。

11.根据权利要求1所述的多地隙自转向智能喷雾机，其特征在于，当多地隙自转向智能喷雾机不需要进行喷雾作业时，主喷杆(6)和末端喷杆(5)通过转轴可垂直折叠并水平放置于车平台(3)两侧及前方的喷杆安置槽(4)内。

12.根据权利要求1所述的多地隙自转向智能喷雾机，其特征在于，所述供电装置为汽油发电供电装置，该装置固定在车平台(3)上，包括汽油机(21)、汽油机保护架(22)、发电机(20)、三相整流桥(37)、滤波电容(41)、电池组(19)、整流逆变器(48)；

汽油机(21)的转轴与发电机(20)的转轴相连接，发电机(20)发电后经过三相整流桥(37)和滤波电容(41)整流滤波后变成单相直流电，一部分存储入电池组(19)；另一部分为车载控制单元(49)提供稳定电压电源，使车载控制单元(49)控制轮毂电机驱动(57)、升降控制电机驱动(58)、旋转控制电机驱动(59)、抽水泵电机驱动(60)、药液泵电机驱动(61)、混合液泵电机驱动(62)、电磁阀驱动(66)；还有一部分经整流逆变器(48)变成三相交流电，为轮毂电机(24)、升降控制电机(14)、旋转控制电机(11)、抽水泵电机(63)、药液泵电机(64)和混液泵电机(65)提供三相交流电。

13.根据权利要求1所述的多地隙自转向智能喷雾机，其特征在于，所述控制装置分别固定在自转向行走机构以及可控升降喷雾装置上，包括嵌入式车载控制单元(49)、陀螺仪(50)、GPS(51)，设置在内喷杆(28)上的高度传感器(52)，设置在轮胎(1)上的速度传感器(53)轮毂电机驱动(57)，设置在回转机构上的转角传感器(17)，设置在混药装置中的液位传感器(54)、抽水流量计(55)，设置在喷杆上的喷嘴流量计(56)、升降控制电机驱动(58)、旋转控制电机驱动(59)、抽水泵电机驱动(60)、药液泵电机驱动(61)、混合液泵电机驱动(62)、电磁阀驱动(66)；

所述的陀螺仪(50)、GPS(51)、转角传感器(17)、高度传感器(52)、速度传感器(53)、液位传感器(54)、抽水流量计(55)、喷嘴流量计(56)均与嵌入式车载控制单元(49)相连；

轮毂电机驱动(57)、升降控制电机驱动(58)、旋转控制电机驱动(59)、抽水泵电机驱动(60)、药液泵电机驱动(61)、混合液泵电机驱动(62)、电磁阀驱动(66)均通过CAN总线与嵌入式车载控制单元(49)相连；

轮胎(1)内的轮毂电机(24)与轮毂电机驱动(57)相连，升降控制电机(14)与升降控制电机驱动(58)相连，旋转控制电机(11)与旋转控制电机驱动(59)相连，设置在水箱(18)内的抽水泵(63)与抽水泵电机驱动(60)相连，设置在药箱(16)中的药液泵(64)与药液泵电机驱动(61)相连，设置在药液箱(15)中的混合液泵(65)与混合液电机泵驱动(62)相连，设置在喷杆上的喷杆电磁阀(67)与电磁阀驱动(47)相连。

14.根据权利要求1所述的多地隙自转向智能喷雾机控制方法，其特征在于，在开始喷雾前，通过旋转控制电机(11)带动传动齿链(7)将主喷杆(6)和末端喷杆(5)从车平台(3)的两侧和前部向后部展开并放置于同一直线上，根据高度传感器(52)获得目标植株的高度，通过升降控制电机(14)调节喷杆到合适的喷雾距离，然后通过嵌入式车载控制单元(49)内部获得的喷雾任务，控制喷雾机的前进和方向，同时执行喷雾动作；

在喷雾过程中，行走设备根据陀螺仪(50)、GPS(51)、高度传感器(52)、速度传感器(53)、转角传感器(17)采集的信息对轮毂电机驱动(57)和升降控制电机驱动(58)行进方向、速度和喷雾高度进行有效合理的控制，嵌入式车载控制单元(49)根据液位传感器(54)、喷嘴流量计(56)回传的信息对抽水泵电机驱动(60)、药液泵电机驱动(61)、混合液泵电机驱动(62)以及喷杆电磁阀驱动(66)进行控制，对设备的混药过程以及喷雾过程进行控制；抽水流量计(55)用于实时检测抽水泵抽取的水量，嵌入式车载控制单元(49)根据抽水泵(63)抽取的水量控制药液泵抽取一定的药液量进行混药过程，使得水和药液按照一定的比例进行混合；

在喷雾结束后，将喷杆通过旋转控制电机(11)控制传动齿链(7)和齿轮箱(9)使主喷杆(6)和末端喷杆(5)放置于车平台(3)的两侧和前部的喷杆安置槽(4)内。

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