CN108050927B - 水田泥脚深度测量机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水田泥脚深度测量机器人,解决了现有水田泥脚深度测量费时费力、精度较差等问题。技术方案包括包括带有锂电池模块的驱动底盘、设于驱动底盘上的显示及控制组件、入泥组件和测量组件，所述驱动底盘为履带驱动底盘；所述显示控制组件包括固定在仓体上的控制板、以及与所述控制板连接的显示控制屏、北斗定位天线、北斗定位模块和无线通讯天线，所述测量组件包括垂直安装在支撑板上的位移传感器。本发明可完全替代人工、省时省力、精度高、可靠性好、可实现多点连续快速测量、快速数据传输、越障及防陷入性能强。

Description

水田泥脚深度测量机器人

技术领域

本发明涉及农业机械领域，具体涉及一种水田泥脚深度测量机器人。

背景技术

水稻生产在我国粮食生产中占有十分重要的地位。在我国传统的水稻生产中就有精耕细耙，寸水不过田等要求，现代的机插秧技术同样对水稻田的耕整要求很高。在我国南方四种典型水田环境(旱作水田、夏耕水田、湖田、沤田)四种泥脚深度不尽相同，不同泥脚深度对水田耕整过程有着重要影响。

目前我国尚无标准的泥脚深度测量方法及测量设备，传统的泥脚深度测量均为人工测量后估计深度，不仅费时费力，效率低下、而且精度低、可靠性差、不能一致准确的提供泥脚深度数据，也无法快速测量实时传输数字化数据。采用简单改进的机械测量则会存在越障及防陷困难、测量速度慢、测量时的插拔阻力大、数据传输不便等问题，该技术问题需要尽快解决。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种可完全替代人工、自动导航和避障、省时省力、精度高、可靠性好、可实现多点连续快速测量、快速数据传输、越障及防陷入性能强的水田泥脚深度测量机器人。

水田泥脚深度测量机器人包括带有锂电池模块的驱动底盘、设于驱动底盘上的显示及控制组件、入泥组件和测量组件，所述驱动底盘为履带驱动底盘；所述显示控制组件包括固定在仓体上的控制板、以及与所述控制板连接的显示控制屏、北斗定位天线、北斗定位模块和无线通讯天线；所述入泥组件包括垂直安装在驱动底盘上的支撑板、所述支撑板的上端设有加压电机和与加压电机连接的减速机，所述减速机的输出端连接垂直的加压螺杆，所述加压螺杆上螺纹连接有加压螺母，所述加压螺母经入泥滑杆与入泥板连接，所述入泥板的底面设有压力传感器；所述测量组件包括垂直安装在支撑板上的位移传感器，所述位移传感器的滑块经连接杆与所述入泥滑杆连接；所述控制板还分别与履带驱动底盘的底盘控制模块、加压电机、位移传感器以及压力传感器连接；所述锂电池模块通过所述底盘控制模块为控制板提供电能。

所述履带驱动底盘的底面还设有红外距离传感器，所述红外距离传感器与所述控制板连接。

所述履带驱动底盘的前端设有超声波避碰传感器，所述超声波避碰传感器与所述底盘控制模块连接，并由底盘控制模块提供电能。

所述位移传感器为磁致伸缩位移传感器。

所述履带驱动底盘上开有通孔，所述入泥组件的入泥滑杆位于通孔内。

所述支撑板下段设有为入泥滑杆导向的导向槽。

所述显示及控制组件还包括有与控制板连接的姿态传感器。

针对背景技术中存在的问题，发明人考虑采用可自动测量的机器人来替代人工，所述机器人采用履带驱动底盘能很好的在泥地行走和灵活转向，越障及防陷入性能好，优选采用倾斜履带结构，提高越障防陷入性能，接地比压小，与水田表面接触且不下沉。采用入泥组件和测量组件配合，入泥组件采用加压电机提供驱动力，通过减速机将力施加在加压螺杆上，通过加压螺杆和加压螺姆的配合转化成为向下垂直的作用力，经入泥滑杆作用在入泥板，这种结构简单效果显著，下压力快速、准确且有效，不仅可有效替代人工下压，还解决了靠零部件自身重力下压存在的效率低下、可靠性较差的问题。所述入泥板的底面设有压力传感器用于检测下压阻力，当测得压力增大至设定值时，则判定为触底，控制板可控制加压电机停止工作，同时读取位移传感器的测量值。所述测量组件采用位移传感器，本领域技术人员可根据需要选择合适的位移传感器，此为现有技术，其具体结构不作详述。优选采用磁致伸缩位移传感器，该传感器为滑块在测量杆上的滑动配合结构，利用磁致伸缩位移原理测量位移值，其滑块可通过连接杆与入泥滑杆连接，从而可以同步测量入泥滑杆的位移值，测得的数据迅速被控制板读取。

在所述履带驱动底盘的底面还设有红外距离传感器，所述红外距离传感器与所述控制板连接。在进行测量前，通过红外传感器测量履带驱动底盘底面的离地高度，再控制入泥滑板保持与履带驱动底盘的底面平齐作为初始位移数据，测量完毕后得到的位移值减去履带驱动底盘的离地高度，即为水田泥脚深度。

在所述履带驱动底盘的前端设有超声波避碰传感器，当前行物体遇阻时，超声波避碰传感器可感应并将信号传送回履带驱动底盘的底盘控制模块，由底盘控制模块进行判算或发出控制信号给履带驱动底盘进行转向避让。

所述位移传感器可以根据需要合理选择，特别优选为磁致伸缩位移传感器，其至少由电子仓、测量杆和滑块组成。入泥滑杆的位移可通过连接杆传至磁致伸缩位移传感器的滑块上，形成滑块和磁致伸缩位移传感器的测量杆之间的相对位移，从而产生位移测量值，采用磁致伸缩位移传感器测量可靠性好、精度高。

在所述履带驱动底盘上开设通孔，使入泥组件的入泥滑杆沿通孔的垂直方向工作，提高部件使用稳定性、减少外界干扰，有利于入泥组件保持更好的入泥姿态；进一步通过导向槽为入泥滑杆导向，提高了入泥滑杆入泥姿态的稳定性；姿态传感器实时监测入泥滑杆入泥姿态。

压力传感器、位移传感器、红外距离传感器和姿态传感器等各传感器的数据信号均送入控制板中进行存储、计算和判断，并可在控制显示控制屏中显示。操作者还可通过显示控制屏输入控制指令；所述控制板还与入泥组件的加压电机及履带驱动底盘的底盘控制模块进行通讯并输出控制信号。

所述履带驱动底盘的左右履带各有一个电机独立驱动，通过差速实现转弯变向，从而提高越障防陷入性能，具体结构为现有技术，不作详述。通过无线接收远程指令，运动至测量位置；通过北斗定位模块及北斗定位天线为机器人的运动导航，并记录测量位置及运动轨迹。所有电机及所有电控设备通过可充电的锂电池模块供电，能够保证野外数据采集移动性要求。数据同时通过无线传回至工作站，工作站上监控及数据库软件能够实时监控测量设备运行状态并保存回传数据，便于后续处理。机器人上的所有设备均通过履带驱动底盘上的锂电池模块供电。

本发明具有越障及防陷入性能强、操作简单、结构简单可靠、测量精度高、测量速度快、劳动强度低、能实时无线回传、保存和分析数据等优点。

附图说明

图1为本发明结构总成图；

图2为本发明结构示意图；

图3为本发明底盘结构示意图；

图4为本发明底盘结构仰视图；

图5为本发明控制原理图。

其中，1-磁致伸缩位移传感器、2-显示及控制组件、3-入泥组件、4-履带驱动底盘、5-红外距离传感器、6-电子仓、7-测量杆、8-滑块、9-连接杆、10-锂电池模块、11-导向槽、12-减速机、13-加压电机、14-入泥板、15-支撑板、16-加压螺杆、17-加压螺母、18-北斗定位天线、19-无线通讯天线、20-压力传感器、21-控制板、22-显示控制屏、23-姿态传感器、24-北斗定位模块、25-入泥滑杆、26-底盘控制模块、27-通孔、28-超声波避碰传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步解释说明：

参照图1，本发明由水田泥脚深度测量机器人由磁致伸缩位移传感器1、显示及控制组件2、入泥组件3、履带驱动底盘4构成。

参见图2，入泥组件3由加压电机13、减速机12(优选涡轮蜗杆减速机)、加压螺杆16、加压螺母17、支撑板15、导向槽11、入泥滑杆25、入泥板14及压力传感器20组成。所述支撑板15垂直安装在履带驱动底盘4的通孔27处，所述加压电机13和减速机12通过健传动，并固定在所述支撑板15的上端。加压螺杆16的上端与减速机12的输出端连接，其上套装有加压螺母17，所述加压螺母17焊接在入泥滑杆27上端，所述入泥滑杆27的下端设入泥板14，所述入泥板14的底面设压力传感器20，所述入泥板14及压力传感器20均采用不锈钢材质，所述支撑板15下段还设有为入泥滑杆17的直线运动导向的导向槽11。

所述磁致伸缩位移传感器1为市购，至少包括电子仓6、测量杆7和滑块8。电子仓6固定在测量杆7上端，滑块8为永磁铁，可在测量杆7上移动时，利用磁致伸缩位移原理，测量电子仓6输出绝对位移信号。所述滑块8通过连接杆9与入泥滑杆17钢性连接。

显示及控制组件2也安装履带驱动底盘4上，其由北斗定位天线18、无线通讯天线19、控制板21、显示控制屏22、姿态传感器23及北斗定位模块24构成。履带驱动底盘4通过线缆与控制板21通讯及供电。所述控制板21通过线缆与磁致伸缩位移传感器1和加压电机13连接通讯及供电。所述控制板21还与显示控制屏22、北斗定位天线18、无线通讯天线19、北斗定位模块24、压力传感器20及姿态传感器23均通过线缆相连，实现通讯及供电。

参照图3，所述履带驱动底盘4的左右履带各有一个电机独立驱动，通过差速实现转弯变向，底盘控制模块26控制对应的两个电机，其具体结构为现有技术，不作详述，采用履带驱动底盘4可以大大提高机器人越障及防陷入性能。参见图4，履带驱动底盘4的底面还设有红外距离传感器5，用于测量离地间距，其前端设有超声波避碰传感器28，用于超声感应前方障碍物,为底盘控制模块26控制避障提供数据；锂电池模块10安装在履带驱动底盘4上，底盘控制模块26通过线缆获得锂电池模块10提供的电能，并检测电池工作状态；底盘控制模块26通过线缆输出电能和控制信号至履带驱动底盘的两个底盘驱动电机，控制板21通过线缆与红外距离传感器5通讯且供电；底盘控制模块26还通过线缆与控制板21通讯且供电。

工作原理：

控制板21按照设定的测试点经纬度值，通过路径规划算法规划任务路线。根据来自北斗定位模块24的数据及超声波避碰传感器28数据控制履带驱动底盘4自主避障并导航至测量点。当行至测量点时，机器人停止前行，红外距离传感器5测量离地间隙数据送给控制板21；控制板21控制加压电机13工作，经减速器14带动加压螺杆16转动，使加压螺母17沿加压螺杆16轴向下移，直至入泥板14底面与履带驱动底盘4平齐，控制板21记录此时磁致伸缩位移传感器1传来的位移数据作为初始位移数据；控制板21控制加压电机13工作入泥滑杆25带动入泥板14下移入泥直至触及水田基底，入泥板14底面的压力传感器20监测压力值达到设定值后，信号传送给控制板21，控制板21记录此时磁致伸缩位移传感器1传来的位移数据，通过计算可以得到该测量点的泥脚深度数据；检测完成后控制板21控制加压电机13反转，加压螺杆16经加压螺母17、入泥滑杆25带动入泥板14上移至与履带驱动底盘4平齐的高度，为下次测量作准备。姿态传感器23实时监测入泥滑杆入泥姿态，并将数据传给控制板21进行记录和分析判断。控制板21自带有无线通讯模块，接收的所有数据均可通过无线通讯天线19与工作站进行数据通讯。

Claims (7)

1.一种水田泥脚深度测量机器人，包括带有锂电池模块的驱动底盘、设于驱动底盘上的显示及控制组件、入泥组件和测量组件，其特征在于，所述驱动底盘为履带驱动底盘；所述显示控制组件包括固定在仓体上的控制板,以及与所述控制板连接的显示控制屏、北斗定位天线、北斗定位模块和无线通讯天线；所述入泥组件包括垂直安装在驱动底盘上的支撑板、所述支撑板的上端设有加压电机和与加压电机连接的减速机，所述减速机的输出端连接垂直的加压螺杆，所述加压螺杆上螺纹连接有加压螺母，所述加压螺母经入泥滑杆与入泥板连接，所述入泥板的底面设有压力传感器；所述测量组件包括垂直安装在支撑板上的位移传感器，所述位移传感器的滑块经连接杆与所述入泥滑杆连接；所述控制板还分别与履带驱动底盘的底盘控制模块、加压电机、位移传感器以及压力传感器连接；所述锂电池模块通过所述底盘控制模块为控制板提供电能。

2.如权利要求1所述的水田泥脚深度测量机器人，其特征在于，所述履带驱动底盘的底面还设有红外距离传感器，所述红外距离传感器与所述控制板连接。

3.如权利要求1或2所述的水田泥脚深度测量机器人，其特征在于，所述履带驱动底盘的前端设有超声波避碰传感器，所述超声波避碰传感器与所述底盘控制模块连接，并由底盘控制模块提供电能。

4.如权利要求1或2所述的水田泥脚深度测量机器人，其特征在于，所述位移传感器为磁致伸缩位移传感器。

5.如权利要求1所述的水田泥脚深度测量机器人，其特征在于，所述履带驱动底盘上开有通孔，所述入泥组件的入泥滑杆位于通孔内。

6.如权利要求1或5所述的水田泥脚深度测量机器人，其特征在于，所述支撑板下段设有为入泥滑杆导向的导向槽。

7.如权利要求1或5所述的水田泥脚深度测量机器人，其特征在于，所述显示及控制组件还包括有与控制板连接的姿态传感器。