CN107600202A - 一种适用复杂地形的智能除草机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明属于智能除草设备技术领域，为解决现有除草机器人缺乏对农田凹凸及水洼地面等复杂地形的适应能力的技术问题，提供了一种适用复杂地形的智能除草机器人，包括载体小车、安装在载体小车下的拔草机械手爪和粉碎装置以及安装在载体小车上的蓄电池和视觉模块，所述载体小车包括车体和位于车体下方左右两侧的履带装置，所述拔草机械手爪通过升降装置设置在车体的下方，所述升降装置在驱动装置的驱动下可前后左右移动，所述粉碎装置设置在拔草机械手爪的后方，所述粉碎装置由粉碎装置控制系统控制。采用本发明可以在复杂地形中进行高效的除草工作，同时履带式行走装置增大了机器与地面的单位接地面积，降低了对农田地面的损伤。
Description
技术领域
本发明属于智能除草设备技术领域，具体涉及一种适用复杂地形的智能除草机器人。
背景技术
为了减少除草剂用量、保护环境，美国、欧洲等相继开展了智能除草方法研究。近年，中国也开展了包括除草机器人在内的相关研究。目前，虽然国内智能除草机器人在学术界中得到了快速的发展，技术也日益成熟。但现有除草机器人只有在比较平坦的工作环境中才能高效工作，缺乏对农田凹凸及水洼地面等复杂地形的适应能力，现实中复杂地形中的杂草基本上都靠人工来修理，人工除草不仅增加了劳动者的工作量，而且工作效率低。
发明内容
本发明为解决现有除草机器人缺乏对农田凹凸及水洼地面等复杂地形的适应能力的技术问题，提供了一种适用复杂地形的智能除草机器人。
本发明采用的技术方案如下：
一种适用复杂地形的智能除草机器人，包括载体小车、安装在载体小车下的拔草机械手爪和粉碎装置以及安装在载体小车上的蓄电池和视觉模块，所述载体小车包括车体和位于车体下方左右两侧的履带装置，所述履带装置包括履带、主动轮和从动轮，所述主动轮处安装有履带动力控制箱，所述从动轮处安装方向传动系统，所述方向传动系统由方向控制系统控制，所述拔草机械手爪通过升降装置设置在车体的下方，所述升降装置在驱动装置的驱动下可前后左右移动，所述粉碎装置设置在拔草机械手爪的后方，所述粉碎装置由粉碎装置控制系统控制。
所述驱动装置包括设置在车体下方左右两履带装置之间的X轴方向单自由度机器人和Y轴方向单自由度机器人，所述升降装置竖向设置在X轴方向单自由度机器人上，所述拔草机械手爪在X轴方向单自由度机器人和Y轴方向单自由度机器人联合控制下可前后左右移动。
所述载体小车的前方与后方的左右两侧分别对称安装一视觉模块。
所述载体小车的上方设有太阳能电池板，所述太阳能电池板与蓄电池相连。
所述载体小车的前方设有照明系统。
所述粉碎装置的下方设有粉碎收集箱。
本发明的有益效果：
1.本发明通过采用履带装置作为载体小车的行走机构，由于履带装置的承载能力大、抓地力强，所以采用履带装置作为载体小车的行走机构在复杂地形中同样具有良好的行驶及通过性能，使得整个除草机器人可以在复杂地形中进行高效的除草工作，同时履带式行走装置增大了机器与地面的单位接地面积，降低了对农田地面的损伤。
2.本发明通过X轴方向单自由度机器人和Y轴方向单自由度机器人联合控制拔草机械手爪运动实现了杂草行内、行间的精确清除。
3.本发明通过粉碎装置和粉碎收集箱实现了被拔除的杂草的二次处理和收集，经过二次处理并收集的杂草可以通过一定的加工工艺变成滋养土地的肥料，从而起到绿色环保的效果。
4.本发明通过在载体小车的上方设置太阳能电池板，增强了本发明的续航能力，使得本发明可长距离行走。
5.本发明通过在载体小车上设置照明系统，使得本发明可以在光线昏暗的条件下进行作业。
附图说明
图1为本发明的结构示意图一；
图2为本发明的结构示意图二；
图3为本发明的结构示意图三；
图中：1-车体，2-视觉模块，3-Y轴方向单自由度机器人，4-履带，5-X轴方向单自由度机器人，6-升降装置，7-拔草机械手爪，8-粉碎装置，9-履带动力控制箱，10-主动轮，11-粉碎收集箱，12-从动轮，13-方向传动系统，14-太阳能电池板，15-照明系统，16-蓄电池，17-方向控制系统。
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，所描述的实施例仅仅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。
如图1、2、3所示，一种适用复杂地形的智能除草机器人，包括载体小车、安装在载体小车下的拔草机械手爪7和粉碎装置8以及安装在载体小车上的蓄电池16和视觉模块2，所述载体小车包括车体1和位于车体1下方左右两侧的履带装置，所述履带装置包括履带4、主动轮10和从动轮12，所述主动轮10处安装有履带动力控制箱9，履带动力控制箱9通过提供足够的动力来驱动主动轮10进行转动，从而带动履带4运动，所述从动轮12处安装方向传动系统13，所述方向传动系统13由方向控制系统17控制，所述拔草机械手爪7通过升降装置6设置在车体1的下方，所述升降装置6由驱动装置驱动，所述驱动装置包括设置在车体1下方左右两履带装置之间的X轴方向单自由度机器人5和Y轴方向单自由度机器人3，所述升降装置6竖向设置在X轴方向单自由度机器人5上，所述升降装置6带动拔草机械手爪7在X轴方向单自由度机器人5和Y轴方向单自由度机器人3联合控制下可前后左右移动，所述拔草机械手爪7的内部含有电池模块，所述电池模块由蓄电池16进行供电，所述粉碎装置8设置在拔草机械手爪7的后方，所述粉碎装置8由粉碎装置8控制系统控制，所述粉碎装置8的下方设有粉碎收集箱11，所述载体小车的前方与后方的左右两侧分别对称安装一视觉模块2，所述视觉模块2根据田地实时地理状况自主选择合适的安装高度和角度，所述蓄电池16用于对本发明中所有需供电的部件进行供电。
本发明中的视觉模块2一方面用来采集包含农作物、杂草的区域图像和导航信息的行间、行内区域图像，从而将植株和杂草精确区分出来，另一方面，四个对称的视觉模块2的闭环反馈信号传入到方向控制系统17，从而控制方向传动系统13调节两个履带4的速度来转弯。
所述载体小车的上方设有太阳能电池板14，所述太阳能电池板14可以根据光线进行自主转向以获得最大面积的光能，所述太阳能电池板14与蓄电池16相连对除草机器人进行能源支持。本发明通过在载体小车的上方设置太阳能电池板14增强了本发明的续航能力，使得本发明在工作时可长距离行走，同时具有绿色环保节能的优点。
所述载体小车的前方还设有照明系统15，使智能除草机器人可以在光线昏暗的条件下进行作业。同时通过照明系统15和视觉模块2的结合使用，可以对作物的生产情况进行实时监控。
本发明的工作原理及工作过程：本发明利用视觉模块2分别采集包含农作物、杂草的区域图像和导航信息的行间、行内区域图像，利用显著性检测算法消除背景影响，应用双目立体算法恢复出作物和杂草的特征信息，以此将植株和杂草区分出来，为除草机器人提供杂草的位置信息；然后升降装置6驱动拔草机械手爪7下降到符合要求的位置，之后通过X轴方向单自由度机器人5和Y轴方向单自由度机器人3联合控制拔草机械手爪7运动进行杂草行内、行间的精确清除，同时将被拔除的杂草通过粉碎装置8和粉碎收集箱11进行二次处理和收集。经过二次处理并收集的杂草可以通过一定的加工工艺变成滋养土地的肥料，从而起到绿色环保的效果。
本发明的智能除草机器人可以适用于复杂地形的杂草处理，同时具有高精确度和高效率的优点。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种适用复杂地形的智能除草机器人，其特征在于：包括载体小车、安装在载体小车下的拔草机械手爪(7)和粉碎装置(8)以及安装在载体小车上的蓄电池(16)和视觉模块(2)，所述载体小车包括车体(1)和位于车体(1)下方左右两侧的履带装置，所述履带装置包括履带(4)、主动轮(10)和从动轮(12)，所述主动轮(10)处安装有履带动力控制箱(9)，所述从动轮(12)处安装方向传动系统(13)，所述方向传动系统(13)由方向控制系统(17)控制，所述拔草机械手爪(7)通过升降装置(6)设置在车体(1)的下方，所述升降装置(6)在驱动装置的驱动下可前后左右移动，所述粉碎装置(8)设置在拔草机械手爪(7)的后方，所述粉碎装置(8)由粉碎装置(8)控制系统控制。
2.根据权利要求1所述的一种适用复杂地形的智能除草机器人，其特征在于：所述驱动装置包括设置在车体(1)下方左右两履带装置之间的X轴方向单自由度机器人(5)和Y轴方向单自由度机器人(3)，所述升降装置(6)竖向设置在X轴方向单自由度机器人(5)上，所述拔草机械手爪(7)在X轴方向单自由度机器人(5)和Y轴方向单自由度机器人(3)联合控制下可前后左右移动。
3.根据权利要求1或2所述的一种适用复杂地形的智能除草机器人，其特征在于：所述载体小车的前方与后方的左右两侧分别对称安装一视觉模块(2)。
4.根据权利要求1或2所述的一种适用复杂地形的智能除草机器人，其特征在于：所述载体小车的上方设有太阳能电池板(14)，所述太阳能电池板(14)与蓄电池(16)相连。
5.根据权利要求1或2所述的一种适用复杂地形的智能除草机器人，其特征在于：所述载体小车的前方设有照明系统(15)。
6.根据权利要求1或2所述的一种适用复杂地形的智能除草机器人，其特征在于：所述粉碎装置(8)的下方设有粉碎收集箱(11)。
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