CN106737729A - 智能农业浇灌服务机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能农业浇灌服务机器人，包括：底盘机构，底盘底部设置有传动系统；水箱机构，设置在底盘机构上；喷洒机构，喷洒机构设有推杆，推杆的底端通过升降机构固定在底盘机构上，推杆的顶端设置有臂式喷洒装置；太阳能面板，设置在底盘机构上和/或推杆上；控制系统，设置在底盘机构上，控制系统设有核心控制板、蓄电池、驱动器和水泵，蓄电池、驱动器和水泵与核心控制板相连，蓄电池连接太阳能面板，驱动器连接传动系统，水泵通过水管连接水箱机构和臂式喷洒装置。本发明提供的智能农业浇灌服务机器人具有相当的灵活性，并具有质量较小，强度高的特点，为农业机器人的智能化提供了更多可能性。
Description
技术领域
本发明涉及智能机器人技术领域，尤其是涉及一种适应于农田或是果园环境的智能农业浇灌服务机器人。
背景技术
随着科技的进步，自动化程度日益提高，涉及农业领域的机器人智能化程度也在不断提高。农业机器人属于机器人范畴，是融合检测传感技术、自动控制技术、信息处理技术、伺服驱动技术、计算机技术和精密机械技术等多种技术于一体的交叉学科。农业机器人推动了农业向自动化，智能化方向发展，随着设施农业的发展如果园采摘，农田喷雾，温湿度检测等等，极大的推动了带有GPS定位导航功能的智能农业机械的发展。“农业的根本出路在于机械化”，研制适合于我国农业国情的农业机器人利于改善农业生产模式，缓解劳动力压力，对发展精准农业、绿色农业，提高农业生产效率，推进农业科技创新具有重要意义。
根据作业工种不同，农业机器人又可分为锄草机器人、施药施肥机器人、釆摘机器人等，每一种机器人都有各自的特点和任务要求。本发明正是基于改善农业生产过程中作业人员的操作性，舒适性，提高作业效率，以及胜任一些极端恶劣的农田环境而研究制造的一款满足多作业要求的多功能智能移动农业机器人平台。
发明内容
本发明提供了一种智能农业浇灌服务机器人，包括：
底盘机构，所述底盘底部设置有传动系统；
水箱机构，设置在所述底盘机构上；
喷洒机构，所述喷洒机构设有推杆，所述推杆的底端通过升降机构固定在所述底盘机构上，所述推杆的顶端设置有臂式喷洒装置；
太阳能面板，设置在所述水箱机构上和/或所述推杆上；
控制系统，设置在所述底盘机构上，所述控制系统设有核心控制板、蓄电池、驱动器和水泵，蓄电池、驱动器和水泵与所述核心控制板相连，所述蓄电池连接所述太阳能面板，所述驱动器连接所述传动系统，所述水泵通过水管连接所述水箱机构和所述臂式喷洒装置。
上述的智能农业浇灌服务机器人，其中，所述传动系统为履带式传动机构，包括：
位于底盘机构左右两侧和前后两端的4个承重轮，底盘机构的任意一侧的两个承重轮之间还设置有导向轮，承重轮和导向轮通过履带连接；以及
伺服电机，所述伺服电机通过电机固定支架固定在所述底盘机构底部，任意一伺服电机的轴穿过轴承套与一承重轮相连，所述伺服电机与所述驱动器相连。
上述的智能农业浇灌服务机器人，其中，所述底盘机构底部两侧的导向轮之间通过联接杆相连，所述联接杆的两端通过支架固定在所述底盘机构底部。
上述的智能农业浇灌服务机器人，其中，所述控制系统位于所述底盘机构上的保护壳体中，所述控制系统还包括有图像采集卡和GPS信号接收模块，所述图像采集卡和GPS信号接收模块与核心控制板相连；
所述图像采集卡还与设置在所述保护壳体顶部的视觉采集装置相连。
上述的智能农业浇灌服务机器人，其中，所述视觉采集装置为双摄像头、景深摄像头其中之一或两者的组合。
上述的智能农业浇灌服务机器人，其中，所述核心控制板设有降压模块，所述降压模块与所述蓄电池和所述太阳能面板相连。
上述的智能农业浇灌服务机器人，其中，所述升降机构包括U型固定架、手臂固定架、前臂电推缸、前臂电推缸固定座和后端电推缸；
所述U型固定架和所述前臂电推缸固定座通过螺栓固定在所述底盘机构上，所述后端电推缸的底端固定在所述前臂电推缸固定座上，且该后端电推缸的顶端固定在所述手臂固定架的中部，所述手臂固定架的底端通过螺栓铰接在所述U型固定架上；
所述前臂电推缸的底端铰接在所述手臂固定架的中部，顶端用于固定所述推杆。
上述的智能农业浇灌服务机器人，其中，所述臂式喷洒装置包括和所述推杆呈十字交叉连接的转动杆，在所述转动杆和所述推杆的连接处通过固定转动销固定，且在所述推杆的顶端和转动杆之间还通过支撑杆进行加固；
所述转动杆上设置有喷洒管。
本智能农业浇灌服务机器人最大的特点在于平台本身完全模块化设计，各构件皆可拆卸更换，为平台后续更新升级提供可能性，可结合具体教学或实验要求改装加装外设，具有相当的灵活性，更为适应各类农田作业要求增置外设提供更多可能性，可扩展性强，为实现各类农田作业机器人以及相关科研提供平台，采用高强度，并具有质量较小，强度高的特点，采用高容量蓄电池供电，太阳能蓄电，具有极强的续航能力。履带底盘的机构满足田间作业的要求，控制系统以核心控制板为核心，充分满足信息处理容量大，速度快，多任务并行的要求，为农业机器人的智能化提供了更多可能性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1为本发明智能农业浇灌服务机器人整体结构的示意图；
图2为臂式喷洒机构的结构示意图；
图3为底盘机构的结构示意图；
图4为底盘机构的A-A剖视图；
图5为底盘机构的B-B剖视图；
图6为底盘机构的俯视图；
图7为底盘机构的仰视图；
图8为手臂升降机构的结构示意图
图9为前端太阳能板的安装示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1-9所示，本发明提供了一种智能农业浇灌服务机器人，包括：
底盘机构5，底盘底部设置有传动系统；
水箱机构4，设置在底盘机构5上；
喷洒机构，喷洒机构设有推杆101，推杆101的底端通过升降机构3固定在底盘机构5上，推杆101的顶端设置有臂式喷洒装置1；
太阳能面板2，设置在水箱机构4上和/或推杆101上(附图仅示出了同时在水箱机构4上和推杆101上安装有太阳能面板的示意图，在实际情况中，亦可在其中一位置安装一块太阳能面板，以降低成本)；
控制系统，设置在底盘机构5上，控制系统设有核心控制板602、蓄电池601、驱动器605和水泵512，蓄电池601、驱动器605和水泵512与核心控制板602相连，蓄电池601连接太阳能面板2，驱动器605连接传动系统，水泵512通过水管连接水箱机构4和臂式喷洒装置1。
本发明提供的装置，在水箱机构4里面可以盛放喷洒的、水、肥料或农药等，驱动器605驱动机器人底盘底部的传动系统带动机器人进行移动，水泵512抽取水箱机构4中储存的液体并通过喷洒机构进行喷洒，同时该装置可以利用太阳能面板2进行供电。
在本发明一可选的实施例中，参照图3-图5所示，传动系统为履带式传动机构，底盘的两侧的结构完全相同的对称，其传动系统包括：
位于底盘机构5左右两侧和前后两端的4个承重轮502，底盘机构5的任意一侧的两个承重轮502之间还设置有导向轮503，承重轮502和导向轮503通过履带501连接；以及
伺服电机506，伺服电机506通过电机固定支架508固定在底盘机构5底部的载体板504上，任意一伺服电机506的轴穿过轴承套507与一承重轮502联接，伺服电机506与驱动器605相连。进一步的，底盘机构5底部两侧的导向轮503之间通过联接杆510相连，导向轮503用螺栓固定在联接杆510上，联接杆510的两端通过支架509固定在底盘机构5底部，如图7所示。在本发明中，传动系统通过采用履带式传动机构，为机器人提供地面支持作用，增强整体的越野性能。
结合图4和图6所示，控制系统位于底盘机构5上的保护壳体505中，优选的，控制系统部分内部件通过螺栓柱安装在保护壳体505内。控制系统还包括有图像采集卡603和GPS信号接收模块604，图像采集卡603和GPS信号接收模块604与核心控制板602相连；进一步的，图像采集卡603还与设置在保护壳体505顶部的视觉采集装置511相连。在一可选的实施例中，核心控制板602选用型号为以stm32F103zet6的芯片，核心控制板602通过CAN总线分别与驱动器605、GPS信号接收模块604和图像采集卡603进行连接，图像采集卡603通过RS232接口与上述视觉采集装置511联接。根据视觉采集装置511采集到的图像信息，以及GPS信号接收模块604接收到的GPS定位信息，综合分析后通过各伺服电机506对应的驱动器605分别发送不同的PWM脉冲，并根据伺服电机506的反馈信号实时调整最终实现整个机构的协同作业以实现农田作业。此外，核心控制板602与各伺服电机506均由安装在保护壳内的蓄电池601通过电线供电。进一步可选的，该核心控制板602还具有降压模块(未示出)，降压模块与蓄电池601和太阳能面板2相连，藉由降压模块来将电压由36V降为12V间接供电，以保证用电安全。
在本发明一可选的实施例中，视觉采集装置511为双摄像头、景深摄像头其中之一或两者的组合，通过双摄像头开通提高图像采集画质，采用景深摄像头可判断障碍物与机器人之间的距离，以避免机器人撞到障碍物。
在本发明一可选的实施例中，如图8所示，升降机构3包括U型固定架301、手臂固定架302、前臂电推缸303、前臂电推缸固定座305和后端电推缸304。其中，U型固定架301和前臂电推缸固定座305通过螺栓固定在底盘机构5上，后端电推缸304的底端固定在前臂电推缸固定座305上，且该后端电推缸304的顶端固定在手臂固定架302的中部，手臂固定架302的底端通过螺栓铰接在U型固定架301上。前臂电推缸303的底端通过螺栓铰接固定在手臂固定架302的中部，顶端用于固定推杆101。当后端电推缸304推动时，手臂固定架302向上抬动，前臂电推缸303举升推动臂式喷洒装置1。
如图2所示，推杆101穿过档环102与推杆挡块103链接，推杆挡块103与电推缸104链接，电推缸104通过螺栓安装在推杆101底部，并固定在底盘机构上。其中，臂式喷洒装置1包括和推杆101呈十字交叉连接的转动杆108，转动杆108和推杆101的连接处通过固定转动销105固定，且在推杆101的顶端和转动杆108之间还通过支撑杆106进行加固。当电推缸104推动推杆挡块103时，推杆101的伸缩带动支撑杆106的转动，使其转动杆108进行张开闭合运动。转动杆108上设置有喷洒管107，该喷洒管107设置有若干间距相同的喷洒口，且该喷洒管107用金属箍固定转动杆108上。
其中，太阳能面板主要是为机器人提供能源，前端太阳能面板201焊接在推杆101上，后端太阳能面板202通过钢铁支架固定在水箱机构4上，通过电链接为蓄电池601进行供电，如图9和图3所示。
参照图1和图3，水箱机构4的水箱401安装在载体板504后端，并通过固定钢架进行固定，水箱401的水管将水通过水管输送至水泵512，水泵512的另一端通过水管将水箱401内的液体(例如水、农药等)输送至喷洒机构，并通过前端的臂式喷洒装置1的喷洒管107进行喷洒。
整个控制系统由高容量蓄电池供电以及太阳能供蓄电，使其具有续航能力强，满足田间作业的要求，图像采集卡603采集视觉采集装置511的实时监控信息，通过图像采集卡603的RS232接口上传到核心控制板602，同时核心控制板602结合当前的GPS信号接收模块604确定的位置信息及所有伺服电机506反馈回来的各项动力状态，综合处理后通过CAN总线发送给各伺服电机506相应的脉冲信号，驱动整个移动平台协调运作以实现预先设定位姿，进行作业。此外，本发明采用了基于stm32F103zet6芯片的控制系统，其内存大，具有信息处理速度快，具有多任务同时工作的特点，可更好的满足农田环境下的作业要求。
本发明的优点在于：
1、采用履带式运动，使田间移动灵活性高，又避免了四轮驱动的动力冗余及转向驱动力重复等特点，充分满足农田作业要求；
2、全部采用伺服电机驱动，闭环控制，精确度更高输出扭矩大，可负载能力高，满足农田作业(喷洒农药，施肥等)要求；
3、拥有机器视觉传感器等保证了机器人路径的最优性与安全性；
4、底盘的扩展性强，可胜任各种农田作业要求；
5、全程在工控机控制下全程自主作业，降低劳动力，劳动生产率大大提高；
6、由于开源性强，为同领域人员拓展研究提供可行性。
本智能农业浇灌服务机器人最大的特点在于平台本身完全模块化设计，各构件皆可拆卸更换，为平台后续更新升级提供可能性，可结合具体教学或实验要求改装加装外设，具有相当的灵活性，更为适应各类农田作业要求增置外设提供更多可能性，可扩展性强，为实现各类农田作业机器人以及相关科研提供平台，采用高强度，并具有质量较小，强度高的特点，采用高容量蓄电池供电，太阳能蓄电，具有极强的续航能力。履带底盘的机构满足田间作业的要求，控制系统以stm32F103zet6为核心，充分满足信息处理容量大，速度快，多任务并行的要求，为农业机器人的智能化提供了更多可能性。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (8)
1.一种智能农业浇灌服务机器人，其特征在于，包括：
底盘机构，所述底盘底部设置有传动系统；
水箱机构，设置在所述底盘机构上；
喷洒机构，所述喷洒机构设有推杆，所述推杆的底端通过升降机构固定在所述底盘机构上，所述推杆的顶端设置有臂式喷洒装置；
太阳能面板，设置在所述水箱机构上和/或所述推杆上；
控制系统，设置在所述底盘机构上，所述控制系统设有核心控制板、蓄电池、驱动器和水泵，蓄电池、驱动器和水泵与所述核心控制板相连，所述蓄电池连接所述太阳能面板，所述驱动器连接所述传动系统，所述水泵通过水管连接所述水箱机构和所述臂式喷洒装置。
2.如权利要求1所述的智能农业浇灌服务机器人，其特征在于，所述传动系统为履带式传动机构，包括：
位于底盘机构左右两侧和前后两端的4个承重轮，底盘机构的任意一侧的两个承重轮之间还设置有导向轮，承重轮和导向轮通过履带连接；以及
伺服电机，所述伺服电机通过电机固定支架固定在所述底盘机构底部，任意一伺服电机的轴穿过轴承套与一承重轮相连，所述伺服电机与所述驱动器相连。
3.如权利要求2所述的智能农业浇灌服务机器人，其特征在于，所述底盘机构底部两侧的导向轮之间通过联接杆相连，所述联接杆的两端通过支架固定在所述底盘机构底部。
4.如权利要求1所述的智能农业浇灌服务机器人，其特征在于，所述控制系统位于所述底盘机构上的保护壳体中，所述控制系统还包括有图像采集卡和GPS信号接收模块，所述图像采集卡和GPS信号接收模块与核心控制板相连；
所述图像采集卡还与设置在所述保护壳体顶部的视觉采集装置相连。
5.如权利要求4所述的智能农业浇灌服务机器人，其特征在于，所述视觉采集装置为双摄像头、景深摄像头其中之一或两者的组合。
6.如权利要求1所述的智能农业浇灌服务机器人，其特征在于，所述核心控制板设有降压模块，所述降压模块与所述蓄电池和所述太阳能面板相连。
7.如权利要求1所述的智能农业浇灌服务机器人，其特征在于，所述升降机构包括U型固定架、手臂固定架、前臂电推缸、前臂电推缸固定座和后端电推缸；
所述U型固定架和所述前臂电推缸固定座通过螺栓固定在所述底盘机构上，所述后端电推缸的底端固定在所述前臂电推缸固定座上，且该后端电推缸的顶端固定在所述手臂固定架的中部，所述手臂固定架的底端通过螺栓铰接在所述U型固定架上；
所述前臂电推缸的底端铰接在所述手臂固定架的中部，顶端用于固定所述推杆。
8.如权利要求1所述的智能农业浇灌服务机器人，其特征在于，所述臂式喷洒装置包括和所述推杆呈十字交叉连接的转动杆，在所述转动杆和所述推杆的连接处通过固定转动销固定，且在所述推杆的顶端和转动杆之间还通过支撑杆进行加固；
所述转动杆上设置有喷洒管。
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