CN108207901A - 一种喷药机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种喷药机器人，其特征在于，包括底盘，以及设置在所述底盘上的喷药装置和控制模块，所述喷药装置的喷头部分可随上下调节装置上下移动以调节所述喷头部分的高度；所述底盘下端设置有行走装置，所述底盘的左右两侧分别设置有喷靶检测模块，所述喷靶检测模块的输入输出端分别与所述控制模块的主控芯片上相对应的引脚连接。所述上下调节装置包括竖直设置的丝杆和丝杆螺母，所述丝杆下端通过联轴器与步进电机连接，所述喷药装置的喷头部分与所述丝杆螺母连接。本发明成本较低，操作简便，适用于教学和竞赛，易于学生上手。

Description

一种喷药机器人

技术领域

本发明属于教学用机器人技术领域，具体涉及一种喷药机器人。

背景技术

果园喷药机器人项目是中国服务机器人大赛的一项子项目，比赛规则如下：场地为绿色地毯，周围有20CM高的一体化木质围墙。机器人比赛场地，如图1所示。在比赛过程中，机器人从起始区出发，经过A区、B区、C区、D区，自主完成对靶喷药、固定树形喷药，变树形喷药。

A区要求对靶喷药，有3个对靶喷药作业点，喷靶结构如图2所示。 B区要求对固定树形喷药，树形结构已知，如图3所示，其中04、07号靶为三角形树形，05、08号靶为竖椭圆形树形，06、09 号靶为平椭圆形树形；要求机器人分别对6个树形靶进行喷药，每种树形的不同部位，有不同的喷药要求。C区树靶形状和B区相同，但大小分别是B区的90%和80%。

目前的实验设备，特别是高等教育的实验设备，针对竞赛环节开发的实验设备比较少，刚开始参加竞赛的学生，概念比较模糊，所以有必要开发相关的果园喷药机器人，对学生参赛进行引导。

发明内容

为了解决上述存在的技术问题，本发明设计了一种喷药机器人，可以实现机器人的喷头高度调节、定点喷药、精准喷药、变量喷药。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种喷药机器人，包括底盘，以及设置在所述底盘上的喷药装置和控制模块，所述喷药装置的喷头部分可随上下调节装置上下移动以调节所述喷头部分的高度；所述底盘下端设置有行走装置，所述底盘的左右两侧分别设置有喷靶检测模块，所述喷靶检测模块的输入输出端分别与所述控制模块的主控芯片相对应的引脚连接；所述控制模块控制所述喷药装置、上下调节装置及行走装置的动作。

进一步，所述喷药装置包括药箱、增压泵及喷头部分，所述喷头部分的各喷头分别通过相对应的水管、电磁阀和所述增压泵的出水口连接，所述增压泵的进水口与所述药箱的出水口连接；所述电磁阀电源两极连接于电磁继电器，所述电磁继电器信号控制端通过信号线连接于所述主控芯片相对应的引脚上。

进一步，所述喷头部分包括喷板和设置在所述喷板上的若干喷头，所述喷板通过喷板连接件和所述上下调节装置连接，所述喷头通过喷头连接件和所述喷板连接。

进一步，所述喷板是一U形板结构，U形板结构的两侧板上分别设置有喷头，U形板结构的底板中央设置有若干连接孔。

进一步，所述喷板连接件是一L形板结构，L形板结构的横板与所述喷板连接，L形板结构的竖板与所述上下调节装置连接。

进一步，所述上下调节装置包括竖直设置的丝杆和丝杆螺母，所述丝杆下端通过联轴器与步进电机连接，所述步进电机由步进电机控制器驱动控制，所述步进电机控制器的信号控制端连接于所述主控芯片对应的引脚上；所述喷药装置的喷头部分与所述丝杆螺母连接。

进一步，所述上下调节装置还包括上下固定板和导轨，所述丝杆上下两端分别与上下固定板可转动连接，所述下固定板固连在所述步进电机的壳体上；所述导轨设置在上下固定板之间，所述丝杆螺母通过滑块与所述导轨可滑动连接。

进一步，所述导轨通过导轨支架设置在所述上下固定板之间，所述导轨支架的本体是一矩形条块结构，矩形条块结构上加工有纵向的U型槽，U型槽槽底设置有若干安装孔以安装所述导轨，矩形条块结构的两端均设置有连接孔以分别与所述上下固定板连接。

进一步，所述导轨的本体是一矩形条状结构，矩形条状结构的两侧面分别设置有台阶面以形成滑轨；矩形条状结构上还设置有多个螺纹连接孔以与所述导轨支架连接。

进一步，所述滑块上设置有滑槽，所述滑槽的口部近似“八”字形结构。

进一步，所述滑块是一矩形块结构，所述滑槽纵向设置在所述滑块上，所述滑槽的底部设置有连接孔以与所述丝杆螺母连接。

进一步，所述喷靶检测模块包括光电开关。

该喷药机器人具有以下有益效果：

（1）本发明可以在设定的比赛场景，按照比赛规则，实现机器人的喷头高度调节、定点喷药、精准喷药、变量喷药。

（2）本发明成本较低，特别适合教学和竞赛，易于学生上手。

附图说明

图1：本发明的果园喷药机器人竞赛场地示意图；

图2：本发明的果园喷药机器人A区竞赛喷靶示意图；

图3：本发明的果园喷药机器人B、C区竞赛喷靶示意图；

图4：本发明实施方式中喷药机器人的结构示意图；

图5：本发明实施方式中上下调节装置的结构示意图；

图6：本发明实施方式中导轨支架的结构示意图；

图7：本发明实施方式中导轨的结构示意图；

图8：本发明实施方式中丝杆螺母的结构示意图；

图9：本发明实施方式中滑块的主视图；

图10：本发明实施方式中滑块的俯视图；

图11：本发明实施方式中滑块的左视图；

图12：本发明实施方式中喷头部分的结构示意图。

附图标记说明：

1—底盘；2—电磁继电器；3—喷靶检测模块；4—电磁阀；5—步进电机；6—增压泵；7—药箱；8—上下调节装置；81—上固定板；82—导轨支架；83—丝杆螺母；84—滑块；85—导轨；851—台阶面；86—丝杆；87—下固定板；9—喷头部分；91—喷头连接件；92—喷板；93—喷板连接件 ；94—喷头；10—步进电机控制器；11—主控芯片。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步说明：

图4至图12示出了本发明喷药机器人的一种实施方式。图4是本实施方式中喷药机器人的结构示意图。

如图4所示，本实施方式中的喷药机器人，包括底盘1，以及设置在底盘1上的喷药装置和控制模块，所述喷药装置的喷头部分9可随上下调节装置8上下移动以调节喷头部分9的高度；底盘1下端设置有行走装置（行走装置在附图中未画出）；所述控制模块控制喷药装置、上下调节装置8及行走装置的动作。

如图4所示，底盘1的左右两侧分别设置有喷靶检测模块3，喷靶检测模块3的输入输出端分别与所述控制模块的主控芯片11上相对应的引脚连接。本实施例中，喷靶检测模块3包括光电开关，光电开关信号输入输出端连接于主控芯片11相对应的引脚上。

如图4所示，所述喷药装置包括药箱7、增压泵6及喷头部分9，喷头部分9的各喷头94分别通过相对应的水管、电磁阀4和增压泵6的出水口连接，增压泵6的进水口与药箱7的出水口连接；电磁阀4的电源两极连接于电磁继电器2，电磁继电器2的信号控制端通过信号线连接于所述控制模块的主控芯片11相对应的引脚上。

如图12所示，图12是本实施方式中喷头部分的结构示意图，喷头部分9包括喷板92和设置在喷板92上的若干喷头94，喷板92通过喷板连接件93和上下调节装置8连接，喷头94通过相对应的喷头连接件91和喷板92连接。

本实施例中，喷板92是一U形板结构，U形板结构的两侧板上分别设置有喷头94，U形板结构的底板中央设置有若干连接孔以与喷板连接件93连接。

本实施例中，喷板连接件93是一L形板结构，L形板结构的横板与喷板92连接，L形板结构的竖板与上下调节装置8连接。

如图4和图5所示，图5是本实施方式中上下调节装置的结构示意图，上下调节装置8包括竖直设置的丝杆86和丝杆螺母83，丝杆86下端通过联轴器与步进电机5连接，步进电机5由步进电机控制器10驱动控制，步进电机控制器10的信号控制端连接于所述控制模块的主控芯片11对应的引脚上；喷药装置的喷头部分9与丝杆螺母83连接。

如图4和图5所示，上下调节装置8还包括上固定板81、下固定板87和导轨85，丝杆86上下两端分别与上固定板81和下固定板87可转动连接，下固定板87固连在步进电机5的壳体上；导轨85设置在上下固定板之间，丝杆螺母83通过滑块84与导轨85可滑动连接。本实施例中，丝杆86上端与上固定板81之间设置有滚动轴承。

具体地，导轨85通过导轨支架82设置在上固定板81和下固定板87之间。导轨支架82的本体是一矩形条块结构，矩形条块结构上加工有纵向的U型槽，U型槽槽底设置有若干安装孔以安装导轨85，矩形条块结构的两端均设置有连接孔以分别与上固定板81和下固定板87连接，如图6所示，图6是本实施方式中导轨支架的结构示意图。

如图7所示，图7是本实施方式中导轨的结构示意图，导轨85的本体是一矩形条状结构，矩形条状结构的两侧面分别设置有台阶面851以形成滑轨；矩形条状结构上还设置有多个螺纹连接孔以与导轨支架82连接。

如图9、图10、图11所示，图9至图11是本实施方式中滑块的三视图，滑块84上设置有滑槽，所述滑槽的口部近似“八”字形结构。本实施例中，滑块84是一矩形块结构，所述滑槽纵向的设置在滑块84上，滑槽的底部设置有连接孔以与丝杆螺母83连接。

如图8所示，图8是本实施方式中丝杆螺母的结构示意图，丝杆螺母83中间是与丝杆86配合的螺纹孔，丝杆螺母83的一侧设置有螺纹连接孔以与滑块84连接，丝杆螺母83的另一侧也设置有螺纹孔以与喷板连接件93连接。

本实施例中，底盘1由铝板构成，底盘1的本体是矩形板结构或近似椭圆的板结构。主控芯片11设置在底盘1前部，步进电机控制器10位于主控芯片11的一旁，电磁继电器2位于主控芯片11的另一旁，药箱7位于底盘1的后部，增压泵6位于药箱7的旁边。步进电机5固定在底盘1的中央，步进电机脉冲信号控制端通过信号线连接于步进电机控制器10。

工作时，如图1示，A区为定点喷药，当机器人喷靶检测模块3检测到喷靶时，喷靶检测模块3传输至主控芯片11的信号会由原来未检测到喷靶时的低电平状态变为检测到喷靶时的高电平状态，主控芯片11在接收到信号后，通过控制步进电机控制器10，进而控制步进电机5正转和反转以及转动的角度，当步进电机5旋转的时候，丝杆86会跟着旋转，进而丝杆螺母83会沿着丝杆86上下移动，主控芯片11通过控制步进电机控制器10输出的脉冲数控制步进电机5和丝杆86的转角和转向，进而控制丝杆螺母83上升和下降的距离，从而调节喷头部分9的高度；当喷头94上升至喷药的合适高度时，主控芯片11发送信号给电磁继电器2，电磁继电器2控制增压泵6和电磁阀4接通，药液喷出，喷药时间由主控芯片11内部定时控制；当完成喷药任务，主控芯片11发送信号给电磁继电器2，电磁继电器2断开增压泵6和电磁阀4的电源，结束喷药。

B区、C区为变树形喷药，B区、C区喷靶相同，但C区喷靶大小为B区90%和80%，相应C区的喷药时间也为B区的90%和80%。比赛时，当机器人的喷板检测模块3检测到喷靶时，发送信号给主控芯片11，主控芯片11通过控制步进电机控制器10输出的脉冲数控制丝杆螺母83沿着丝杆86上下移动，进而调节喷头94的高度；当喷头94上升至喷药的合适高度时，主控芯片11控制电磁继电器2接通增压泵6和电磁阀4的电源，药液喷出，喷药时间由主控芯片11内部定时控制；当完成喷药任务，主控芯片11控制电磁继电器2断开增压泵6和电磁阀4的电源，结束喷药。

本发明可以在设定的比赛场景，按照比赛规则，实现机器人的喷头高度调节、定点喷药、精准喷药、变量喷药。

本发明成本较低，特别适合教学和竞赛，易于学生上手。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种喷药机器人，其特征在于，包括底盘，以及设置在所述底盘上的喷药装置和控制模块，所述喷药装置的喷头部分可随上下调节装置上下移动以调节所述喷头部分的高度；所述底盘下端设置有行走装置，所述底盘的左右两侧分别设置有喷靶检测模块，所述喷靶检测模块的输入输出端分别与所述控制模块的主控芯片相对应的引脚连接。

2.根据权利要求1所述的喷药机器人，其特征在于，所述喷药装置包括药箱、增压泵及喷头部分，所述喷头部分的各喷头分别通过相对应的水管、电磁阀和所述增压泵的出水口连接，所述增压泵的进水口与所述药箱的出水口连接；所述电磁阀电源两极连接于电磁继电器，所述电磁继电器信号控制端通过信号线连接于所述主控芯片相对应的引脚上。

3.根据权利要求1或2所述的喷药机器人，其特征在于，所述喷头部分包括喷板和设置在所述喷板上的若干喷头，所述喷板通过喷板连接件和所述上下调节装置连接，所述喷头通过喷头连接件和所述喷板连接。

4.根据权利要求3所述的喷药机器人，其特征在于，所述喷板是一U形板结构，U形板结构的两侧板上分别设置有喷头，U形板结构的底板中央设置有若干连接孔以与所述喷板连接件连接。

5.根据权利要求3所述的喷药机器人，其特征在于，所述喷板连接件是一L形板结构，L形板结构的横板与所述喷板连接，L形板结构的竖板与所述上下调节装置连接。

6.根据权利要求1、2、4或5所述的喷药机器人，其特征在于，所述上下调节装置包括竖直设置的丝杆和丝杆螺母，所述丝杆下端通过联轴器与步进电机连接，所述步进电机由步进电机控制器驱动控制，所述步进电机控制器的信号控制端连接于所述主控芯片对应的引脚上；所述喷药装置的喷头部分与所述丝杆螺母连接。

7.根据权利要求6所述的喷药机器人，其特征在于，所述上下调节装置还包括上下固定板和导轨，所述丝杆上下两端分别与上下固定板可转动连接，所述下固定板固连在所述步进电机的壳体上；所述导轨设置在上下固定板之间，所述丝杆螺母通过滑块与所述导轨可滑动连接。

8.根据权利要求7所述的喷药机器人，其特征在于，所述导轨通过导轨支架设置在所述上下固定板之间，所述导轨支架的本体是一矩形条块结构，矩形条块结构上加工有纵向的U型槽，U型槽槽底设置有若干安装孔以安装所述导轨，矩形条块结构的两端均设置有连接孔以分别与所述上下固定板连接。

9.根据权利要求7或8所述的喷药机器人，其特征在于，所述导轨的本体是一矩形条状结构，矩形条状结构的两侧面分别设置有台阶面以形成滑轨；矩形条状结构上还设置有多个螺纹连接孔以与所述导轨支架连接。

10.根据权利要求7至9任一所述的喷药机器人，其特征在于，所述滑块上设置有滑槽，所述滑槽的口部近似“八”字形结构。