CN108450436B - 一种设施大棚除虫机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供提供一种设施大棚除虫机器人，包括：机器人框架，机器人框架上设置Y线性模组，Y线性模组上设置两组爬虫位置检测设备，爬虫位置检测设备包括：相机以及线激光三维测量装置；线激光三维测量装置包括：步进电机、旋转台及线激光发生器。通过相机拍摄爬虫平面位置，通过线激光三维测量装置获取叶菜表面爬虫与末端执行器之间的距离，准确检测出叶菜表面爬虫的三维坐标信息，并通过末端执行器抓取爬虫，有效提高防除蜗牛等爬行害虫的时效，检测准确，侧重抓取爬虫，且不会损坏植物；而且操作方式简单，更加智能化，更加适用于设施大棚。

Description

一种设施大棚除虫机器人

技术领域

本发明属于农业机械技术领域，尤其涉及一种设施大棚除虫机器人。

背景技术

出于食品安全考虑，人们都希望食用无公害农产品，种植大棚蔬菜过程中最好不施用化肥及农药等。但是，温室大棚温湿度环境不仅适宜蔬菜等作物的生长，也适宜各种飞虫及爬虫的活动。除了喷洒农药，温室大棚通常采用人工除虫、防虫网、杀虫灯、除虫板等方法，而对于蜗牛等爬虫，目前一般只能由人工进行防除，工作量较大。因此，本领域技术人员采用智能化的除虫机器人来取代人工防除方式，通过扰动机构拨动植物以便于躲藏在植物上的害虫受惊而飞动，接着通过除虫箱中的风机将害虫吸入至通风管内，最后通过集虫装置收集通风管排出的害虫，从而完成害虫的捕捉收集过程，该方法可以防除飞虫，但是对蜗牛等爬虫没有效果。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种针对蜗牛等爬虫的设施大棚除虫机器人。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明采用如下技术方案：

在一些可选的实施例中，提供一种设施大棚除虫机器人，包括：机器人框架，所述机器人框架上设置Y线性模组，所述Y线性模组上设置两组爬虫位置检测设备，爬虫位置检测设备包括：拍摄爬虫平面位置的相机以及获取叶菜表面爬虫与末端执行器之间距离的线激光三维测量装置；所述线激光三维测量装置包括：步进电机、旋转台及线激光发生器，所述旋转台一端与所述步进电机的驱动轴连接，另一端与所述线激光发生器连接；还包括：中央处理器，所述相机及所述线激光三维测量装置分别将摄像图片及测量数据传输至所述中央处理器，所述中央处理器驱动所述末端执行器抓取菜叶表面爬虫。

在一些可选的实施例中，所述的一种设施大棚除虫机器人，还包括：Z线性模组，所述末端执行器设置在所述Z线性模组的下端，所述末端执行器包括：外套及设置在外套上的若干爬虫捕捉机构；爬虫捕捉机构包括：连杆、V型操作杆及沿所述外套的轴向做往复运动的动力块，所述连杆的末端与所述V型操作杆的拐角处铰接在一起，所述连杆的首端与所述动力块铰接，所述V型操作杆一端与所述外套铰接，另一端设置锥桶。

在一些可选的实施例中，所述爬虫捕捉机构的数量为两个，两个爬虫捕捉机构均匀分布在所述外套的径向，当所述动力块移动至最低位时，两个爬虫捕捉机构的锥桶相接形成一个喇叭状盛装体。

在一些可选的实施例中，所述末端执行器还包括：电机及设置在所述外套内部的丝杠，所述电机的驱动轴通过联轴节与所述丝杠连接，所述动力块为设置在所述丝杠上的丝杠螺母，当所述电机运转时驱动所述丝杠转动，进而带动所述丝杠螺母沿所述外套的轴向做往复运动。

在一些可选的实施例中，所述的一种设施大棚除虫机器人，还包括：设置在所述机器人框架上的X线性模组，所述Z线性模组设置在所述Y线性模组上，所述末端执行器通过连接板设置在所述Z线性模组的下端。

在一些可选的实施例中，所述的一种设施大棚除虫机器人，还包括：设置在所述X线性模组上的行走机构，所述行走机构包括：行走电机、芯轴及轮毂电机，所述轮毂电机设置在所述芯轴的下端，当所述行走电机运转时驱动所述芯轴转动，进而带动轮毂电机绕水平轴旋转。

在一些可选的实施例中，所述行走机构的数量为四个，四个行走机构分别设置在所述机器人框架的四端。

在一些可选的实施例中，所述的一种设施大棚除虫机器人，还包括：收集器，所述收集器设置在所述机器人框架上。

本发明所带来的有益效果：通过相机拍摄爬虫平面位置，通过线激光三维测量装置获取叶菜表面爬虫与末端执行器之间的距离，准确检测出叶菜表面爬虫的三维坐标信息，并通过末端执行器抓取爬虫，有效提高防除蜗牛等爬行害虫的时效，检测准确，侧重抓取爬虫，且不会损坏植物；而且操作方式简单，更加智能化，更加适用于设施大棚。

为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。

附图说明

图1是本发明一种设施大棚除虫机器人的结构示意图；

图2是本发明末端执行器与Z线性模组的连接示意图；

图3是本发明末端执行器的外部结构示意图；

图4是本发明末端执行器的内部结构示意图；

图5是本发明行走机构的结构示意图；

图6是本发明设施大棚除虫机器人行走路径图；

图7是本发明爬虫位置检测设备的结构示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。

如图1、2、3、4、7所示，在一些说明性的实施例中，提供一种设施大棚除虫机器人，包括：机器人框架30、两组爬虫位置检测设备、Z线性模组5、末端执行器6、X线性模组2、Y线性模组3、收集器8及行走机构40，行走机构40的数量为四个，四个行走机构分别设置在机器人框架30的四端，两组爬虫位置检测设备分别作用于左右两块工作区域。收集器8用于收集抓取的爬虫，收集器8设置在机器人框架30上，末端执行器6在Y线性模组3及Z线性模组5的带动下，将抓取的爬虫放入收集器8。

爬虫位置检测设备包括：相机7及线激光三维测量装置，其中，相机7拍摄爬虫的平面位置，线激光三维测量装置获取叶菜表面爬虫与末端执行器6之间距离。线激光三维测量装置包括：步进电机10、旋转台11及线激光发生器50，旋转台11一端与步进电机10的驱动轴连接，另一端与线激光发生器50连接。步进电机10带动旋转台11转动，使得线激光发生器50扫描地面工作区域，进而测量相应区域的三维尺寸，即获取各点的高度参数。本发明的除虫机器人还包括：中央处理器，相机7拍摄图片并将摄像图片传输至中央处理器，线激光三维测量装置将测量数据传输至中央处理器，中央处理器驱动末端执行器6抓取菜叶表面爬虫。蜗牛等害虫通常喜欢吃叶菜，例如青菜、莴笋等。因此部分蜗牛在地面活动，部分蜗牛在叶菜表面活动。末端执行器6与地面蜗牛的距离已知，但是与叶菜表面的蜗牛距离是未知的。这个未知的距离，通过线激光三维测量装置获取，进而引导末端执行器6去抓取叶菜表面的蜗牛。蜗牛的平面位置由相机7通过图像采集，再通过中央处理器进行后续图像分析与处理获得。

中央处理器用现有软件编程即可完成上述数据处理。

X线性模组2、Y线性模组3及Z线性模组5均采用线性模组来实现，沿不同方向进行运作，线性模组是一种直线传动装置，具体是指在自动化工业领域中对能够实现直线运动的装置的统称，也称为定位模组，具体结构为现有技术，这里不再赘述。X线性模组2设置在机器人框架30上；Y线性模组3设置在X线性模组2上，由X线性模组2带动进行移动；Z线性模组5设置在Y线性模组3上，由Y线性模组3带动进行移动。末端执行器6通过连接板9设置在Z线性模组5的下端，Y线性模组3上设置两个相机7。

末端执行器6包括：外套61、若干爬虫捕捉机构、丝杠63、上轴承64、下轴承617、法兰盖610、第一平键612、电机12及联轴节13。爬虫捕捉机构设置在外套61上，丝杠63通过上轴承64及下轴承617设置在外套61内，电机12的驱动轴通过联轴节13与丝杠63连接。

爬虫捕捉机构包括：动力块66、连杆68及V型操作杆69，动力块66为设置在丝杠63上的丝杠螺母，当电机12运转时驱动丝杠63转动，进而带动丝杠螺母沿外套61的轴向做往复运动。第一平键612设置在外套61上，所以丝杠螺母只能上下移动，而没有旋转运动。连杆68的末端与V型操作杆69的拐角处铰接在一起，连杆68的首端与动力块66铰接，V型操作杆69一端与外套61铰接，另一端设置180度的锥桶611。丝杠螺母上下移动，带动连杆68，再带动V型操作杆69，使得锥桶611移动。爬虫捕捉机构的数量为二个，二个爬虫捕捉机构均匀分布在外套61的径向，空间上对称分布。当动力块66移动至最低位时，三个爬虫捕捉机构的锥桶611相接形成一个喇叭状盛装体，即形成一个夹爪，当动力块66向上移动时，夹爪分开，由此来实现抓取和释放爬虫。

两个锥筒611组合闭合时形成一个容腔，即喇叭状盛装体，该容腔截面为梯形，上面大、下面小，可以容纳大小不同的蜗牛。

具体的抓取，其实是一个复合动作，首先丝杠63旋转导致夹爪逐渐闭合，然后Z线性模组5向下移动，且动力块66向下移动，共同带动锥桶611下移，视不同爬虫的位置而确定，最后Z线性模组5向上移动，携带爬虫出来，再放入收集器8中。

如图5所示，行走机构40包括：轮毂电机1、行走电机4、第二平键14、推力球轴承16、芯轴17、螺钉18、第三平键19、电机支架20、机器人支架21、法兰盖22、第二卡圈23、轴承24、外壳25、螺钉26、电机防尘罩27、套28、下部防尘罩29及螺母30。行走电机4设置在外壳25上端，第二平键14、推力球轴承16及第三平键19设置在外壳25内，轴承24支撑芯轴17，电机支架20及机器人支架21设置在外壳25上端。轮毂电机1设置在芯轴17的下端，当行走电机4运转时驱动芯轴17转动，进而带动轮毂电机1绕垂直轴旋转，实现四轮小车横向行驶，转弯半径为零。采用轮毂电机1，电机与车轮集成在一起，这样结构紧凑，也提高了安全性，如果采用一般的电机，由于距离地面较近，容易损坏。

如图6所示，地面不同的地块种植着不同品种的蔬菜，种植起止时间也不尽相同。每个地块端部树立一个标牌，标牌上面粘贴一个二维码，二维码包含着蔬菜品种和种植时间等信息。当除虫机器人运动到相应地块时，安装在Y线性模组3上面的二维码读取器70读取到二维码信息，并以此为依据确定是否需要除虫，或者其它相应的田间管理。

本发明的除虫机器人先停止下来，识别再抓取其下方地块的爬虫，然后向前移动一段距离，停止，识别再抓取其下方地块的爬虫，如此循环。识别过程是由相机7采集地面二维图像，再由中央处理器进行数字图像处理从复杂背景中识别出蜗牛，并获取其在XY平面中的坐标位置；空间中蜗牛的Z坐标信息，则是由相机7与线激光器发生器50构成的主动机器视觉系统通过线激光三维测量原理获取，有了XYZ坐标，末端执行器6就能准确地抓取相应的蜗牛。硬化的路面将地面分割成若干条块，本发明的除虫机器人在硬化路面行驶，蔬菜种植在其中的条块地面里面，由于除虫机器人可以横向行驶，所以硬化路面纵横交错，相互垂直，图6中箭头表示机器人行驶路径。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims (4)

1.一种设施大棚除虫机器人，包括：机器人框架，所述机器人框架上设置Y线性模组，其特征在于，所述Y线性模组上设置两组爬虫位置检测设备，爬虫位置检测设备包括：拍摄爬虫平面位置的相机以及获取叶菜表面爬虫与末端执行器之间距离的线激光三维测量装置；所述线激光三维测量装置包括：步进电机、旋转台及线激光发生器，所述旋转台一端与所述步进电机的驱动轴连接，另一端与所述线激光发生器连接；还包括：中央处理器，所述相机及所述线激光三维测量装置分别将摄像图片及测量数据传输至所述中央处理器，所述中央处理器驱动所述末端执行器抓取菜叶表面爬虫；在所述Y线性模组上面还设置有二维码读取器；

所述的一种设施大棚除虫机器人，还包括：Z线性模组，所述末端执行器设置在所述Z线性模组的下端，所述末端执行器包括：外套及设置在外套上的若干爬虫捕捉机构；爬虫捕捉机构包括：连杆、V型操作杆及沿所述外套的轴向做往复运动的动力块，所述连杆的末端与所述V型操作杆的拐角处铰接在一起，所述连杆的首端与所述动力块铰接，所述V型操作杆一端与所述外套铰接，另一端设置锥桶；

所述爬虫捕捉机构的数量为两个，两个爬虫捕捉机构均匀分布在所述外套的径向，当所述动力块移动至最低位时，两个爬虫捕捉机构的锥桶相接形成一个喇叭状盛装体；

所述末端执行器还包括：电机及设置在所述外套内部的丝杠，所述电机的驱动轴通过联轴节与所述丝杠连接，所述动力块为设置在所述丝杠上的丝杠螺母，当所述电机运转时驱动所述丝杠转动，进而带动所述丝杠螺母沿所述外套的轴向做往复运动；

所述的一种设施大棚除虫机器人，还包括：设置在所述机器人框架上的X线性模组，所述Z线性模组设置在所述Y线性模组上，所述末端执行器通过连接板设置在所述Z线性模组的下端。

2.根据权利要求1所述的一种设施大棚除虫机器人，其特征在于，还包括：设置在所述X线性模组上的行走机构，所述行走机构包括：行走电机、芯轴及轮毂电机，所述轮毂电机设置在所述芯轴的下端，当所述行走电机运转时驱动所述芯轴转动，进而带动轮毂电机绕水平轴旋转。

3.根据权利要求2所述的一种设施大棚除虫机器人，其特征在于，所述行走机构的数量为四个，四个行走机构分别设置在所述机器人框架的四端。

4.根据权利要求1所述的一种设施大棚除虫机器人，其特征在于，还包括：收集器，所述收集器设置在所述机器人框架上。

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