CN108496654A - 一种用于农业的温室大棚智能机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于农业的温室大棚智能机器人，包括全方位喷淋装置和智能监测与控制系统，所述全方位喷淋装置包括用于移动调节的悬式轨道，所述悬式轨道上设置有浇灌机器人主体，所述智能监测与控制系统包括顺次电性连接的用于检测环境参数的环境参数检测模块、实现数据转换和传输的A/D转换模块以及用于数据处理与控制的中央处理器，且中央处理器输出端通过输出接口连接有动作模块，本机器人结合了物联网信息技术、传感技术、智能数据采集技术的主要功能，通过对农作物不同的生长情况对其作出判断，对合适的部位喷洒适当的肥料农药，使得作物生长的更加健康，实现无人化、网络化、智能化的农业技术发展。

Description

一种用于农业的温室大棚智能机器人

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，具体为一种用于农业的温室大棚智能机器人。

背景技术

对于人类社会来说植物的栽培是个古老而永恒的话题，它经历了几千年的发展，经历了几千年人类智慧的涤荡，已从传统走向现代，从刀耕火种走向高科技农业的文明，其间无不体现了社会的进步与科学的发展。随着种植业结构调整与优化，蔬菜产业发展迅猛，特别是利用温室大棚种植，已成为广大农民致富的主导产业之一。温室大棚的种植，实现了农村劳动力就地的转移、农业的增效、土地合理流转与规模化经营，最为突出的是为大家提供了一个种植园区，享受绿色蔬菜。尽管发展迅速，但是温室种植更多的是依靠农民的劳作，并未实现自动化、智能化，没有连接到现代社会的智能化农业中来。

农业机械的自动化、信息化和智能化代表了当今发达国家的农业机械现代化的水平，是农业现代化的重要标志之一。我国农业机械的发展起步比较晚，性能和技术水平与发达国家相比有很大差距。随着全球现代科学技术的进步以及计算机技术、传感与检测技术、信息处理技术、控制技术和全球定位技术等发展，促进了农机产品性能的提高。因此，农业机械势必要从机械化向“三化”方向发展。农业机械的“三化”技术在我国刚刚起步，总体水平还不高，我国农业部门总结了一些地区的农业自动化先进经验，吸取了国外的先进经验技术使我国农业机械的自动化装置得到了补充和发展，形成了一系列适合我国农业特点的自动化和智能化控制技术，温室管理的自动化和智能化技术已经在我国开始应用等。

在农业自动化方面，智能机器人广为普及，近年来，随着现代化温室大棚在我国的推广普及，我国温室大棚的面积也在逐年增加，如何针对蔬菜不同生长阶段的需求进行合理的浇水、施肥、去除病虫害，对大棚蔬菜的质量和产量有着非常重要的影响。在大棚植株生产过程中，若施肥和除虫剂的品种、用量、方法不当，不仅会直接影响到植株的产量，而且还会使植株硝酸盐、亚硝酸盐等有害物质的含量超标，危害人体健康。

但是，现有的农业智能机器人主要存在以下缺陷：

(1)目前国内所研发的的大棚机器人的施肥方式是根肥叶肥一起施，容易造成土地板结，灵活性低，农药喷洒量无法掌握；

(2)目前市面上所用的灌溉施肥的轮式机器人多使用在高端领域的万向轮、精密机械臂。寿命低，参数多，所用传感器较多，对于当今的普通农民来说，购买成本，后期的保养维修费用较大，不利于机器人在普通大棚种植户之间的普及，阻碍农业现代化的进程；

(3)现有机器人多数自动化程度较高，无法自定义用水量用肥量，不能因时因地制宜，过度的自动化有时会造成浪费。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种用于农业的温室大棚智能机器人，通过对农作物不同的生长情况对其作出判断，对合适的部位喷洒适当的肥料农药，使得作物生长的更加健康，实现无人化、网络化、智能化的农业技术发展，能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于农业的温室大棚智能机器人，包括全方位喷淋装置和智能监测与控制系统，所述全方位喷淋装置包括用于移动调节的悬式轨道，所述悬式轨道上设置有浇灌机器人主体，所述智能监测与控制系统包括顺次电性连接的用于检测环境参数的环境参数检测模块、实现数据转换和传输的A/D转换模块以及用于数据处理与控制的中央处理器，且中央处理器输出端通过输出接口连接有动作模块。

进一步地，所述浇灌机器人主体底端通过液压升降系统连接有配料箱，所述配料箱包括支撑平台和若干个用于装放不同肥料的储料仓，所述储料仓均通过排料管固定在支撑平台上，所述支撑平台底端安装有用于称重的称重箱，所述称重箱内部安装有活动阻挡门，所述活动阻挡门内部安装有称重传感器，且每一个排料管均插入称重箱内部，所述称重箱底端连接有用于混合肥料的混料箱，所述混料箱内部安装有搅拌轴，且混料箱底端连接有输料导管，所述储料仓内部安装有电磁振动给料机，所述支撑平台上还安装有水箱。

进一步地，所述水箱内部安装有用于感应水压的液压传感器和用于注水的注水泵，所述注水泵进水端连接有进水管，且水箱通过安装有第一电磁阀的导通管与混料箱连接。

进一步地，所述浇灌机器人主体通过双杆双动组件在悬式轨道上移动，所述双杆双动组件包括设置在浇灌机器人主体底端的龙门架，所述龙门架左右两端通过安装的滚动球在悬式轨道两侧的滑槽内部滑动，且龙门架前后两端安装有驱动杆，且浇灌机器人主体通过动力滑动组件在龙门架上滑动。

进一步地，所述配料箱上安装有微雾系统，所述微雾系统包括安装在混料箱底端的浇灌箱，所述浇灌箱内部安装有高压泵，所述高压泵输出端分别连接有两个方向相反的输出管路，所述浇灌箱两侧均通过旋转伸缩杆连接有三级喷雾嘴，所述输出管路采用弹簧缠绕方式螺旋缠绕在同一侧的旋转伸缩杆表面，且输出管路末端与三级喷雾嘴输入端连接，所述输出管路上安装有第二电磁阀。

进一步地，所述浇灌机器人主体顶端安装有加湿系统，所述加湿系统包括安装在浇灌机器人主体顶端的支撑座，所述支撑座顶端连接有空心转动轴，所述空心转动轴通过合金轴承连接有雾化喷头，所述空心转动轴侧面通过金属软管分别与水箱、混料箱连接，且金属软管上安装有第三电磁阀。

进一步地，所述环境参数检测模块包括用于检测植物根部位置的植株根部位置监测传感器、用于检测温度的温度传感器、用于检测湿度的湿度传感器、用于检测光照强度的光照传感器、用于检测CO₂浓度的CO₂传感器以及土壤微量元素检测仪，且植株根部位置监测传感器、温度传感器、湿度传感器、光照传感器、CO₂传感器和土壤微量元素检测仪输出端均通过ZigBee组网和A/D转换模块电性连接，所述A/D转换模块输出端与中央处理器输入端电性连接。

进一步地，所述中央处理器输出端通过RS总线连接有上位机，所述上位机输出端连接有LCD显示屏，且中央处理器输入端连接有用于直接输入数据的键盘接口，所述中央处理器输出端通过GPRS网络电性连接有数据库实现数据的传输和调用，且上位机通过通信总线与数据库连接实现数据交互，所述上位机也通过GPRS网络与专业农业网站进行通信和数据传输。

进一步地，所述智能监测与控制系统通过铅酸蓄电池供电模块进行供电，所述铅酸蓄电池供电模块的一个输出端电性连接有稳压模块并实现输出转换后的电压，且铅酸蓄电池供电模块的另一个输出端通过逆变器输出交流电。

进一步地，所述动作模块包括用于监测植物状态的摄像头组件和探测金属的金属探测仪，所述摄像头组件和探测金属的金属探测仪均通过输入端的驱动电路驱动，所述驱动电路与输出接口电性连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的智能喷洒机器人，它架构在钢结构轨道上，自动进行巡检，对有需要的植株进行喷洒，解决了传统施肥除虫方式上效率低下，劳动强度大，资源浪费严重的问题，通过安装在位移杆上的摄像头和金属探测仪监测大棚内植株叶片及根部所在位置智能识别植株，并根据植株的生长动态调节喷洒位置和喷洒量，可以把施根肥和施叶肥分开，也可根据生产需要，随时更换肥料，并且通过机器人上的温湿度传感器、数字光强度传感器、二氧化碳传感器等，可对温室大棚内的各项数据进行检测，并通过物联网，将数据传输到后台总控中心，进行处理备份，工作人员可对传输回来的数据进行实时监测和控制，也可通过手机APP对机器人进行远程监测和远程控制。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的全方位喷淋装置结构示意图；

图3为本发明的智能监测与控制系统工作流程示意图；

图4为本发明的悬式轨道俯视结构示意图；

图5为本发明的铅酸蓄电池供电模块工作流程示意图。

图中标号：

1-全方位喷淋装置；2-智能监测与控制系统；3-双杆双动组件；4-环境参数检测模块；5-A/D转换模块；6-中央处理器；7-微雾系统；8-加湿系统；9-动作模块；10-输出接口；11-铅酸蓄电池供电模块；12-稳压模块；13-逆变器；

101-悬式轨道；102-浇灌机器人主体；103-液压升降系统；104-配料箱；105-储料仓；106-排料管；107-支撑平台；108-称重箱；109-活动阻挡门；110-称重传感器；111-混料箱；112-搅拌轴；113-电磁振动给料机；114-水箱；115-液压传感器；116-注水泵；117-进水管；118-第一电磁阀；119-导通管；

301-龙门架；302-滚动球；303-滑槽；304-驱动杆；305-动力滑动组件；

401-植株根部位置监测传感器；402-温度传感器；403-湿度传感器；404-光照传感器；405-CO2传感器；406-土壤微量元素检测仪；407-ZigBee组网；

601-RS485总线；602-上位机；603-LCD显示屏；604-键盘接口；605-GPRS网络；606-数据库；607-专业农业网站；

701-浇灌箱；702-高压泵；703-输出管路；704-旋转伸缩杆；705-三级喷雾嘴；706-第二电磁阀；

801-支撑座；802-空心转动轴；803-合金轴承；804-雾化喷头；805-金属软管；806-第三电磁阀；

901-摄像头组件；902-金属探测仪；903-驱动电路。

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至图5所示，本发明提供了一种用于农业的温室大棚智能机器人，包括全方位喷淋装置1和智能监测与控制系统2，通过智能监测与控制系统2实现对大棚内部植株的全面监测，便于合理控制全方位喷淋装置1对大棚内部植物进行全面喷淋浇灌，它架构在钢结构轨道上，自动进行巡检，对有需要的植株进行喷洒，解决了传统施肥除虫方式上效率低下，劳动强度大，资源浪费严重的缺点，根据植株的高度、颜色的鲜艳程度对植株的生长状态进行检测，并对植株进行针对性的农药喷洒和施肥浇灌，使得作物生长的更加健康，实现无人化、网络化、智能化的农业技术发展。

如图3所示，所述智能监测与控制系统2包括顺次电性连接的用于检测环境参数的环境参数检测模块4、实现数据转换和传输的A/D转换模块5以及用于数据处理与控制的中央处理器6，且中央处理器6输出端通过输出接口10连接有动作模块9，通过环境参数检测模块4对大棚内部的环境进行实时监测，同时监测的信号通过A/D转换模块5转换并传输到中央处理器6，通过中央处理器6分析处理，实现动作模块9的自动调节，从而实现对整个机器人的工作的智能控制。

所述环境参数检测模块4包括用于检测植物根部位置的植株根部位置监测传感器401、用于检测温度的温度传感器402、用于检测湿度的湿度传感器403、用于检测光照强度的光照传感器404、用于检测CO2浓度的CO2传感器405以及土壤微量元素检测仪406，且植株根部位置监测传感器401、温度传感器402、湿度传感器403、光照传感器404、CO2传感器405和土壤微量元素检测仪406输出端均通过ZigBee组网407和A/D转换模块5电性连接，所述A/D转换模块5输出端与中央处理器6输入端电性连接。

植株根部位置监测传感器401主要用于检测植物根部位置，便于合理的对植物根部进行施肥，本实施例中具体采用高频震荡性金属传感器进行检测，在系统开启之前插在植株根部的钢钉来对植株根部所在位置进行初始化，其中该传感器通过振荡电路中的线圈L产生一个高频磁场，当目标物接近磁场时，由于磁感应目标中产生一个感应电流(涡电流)，随着目标物接近传感器，感应电流增强，引起振荡电路中的负载加大，然后，振荡减弱直至停止，传感器利用振幅检测电路检测到振荡状态的变化，从而检测植物根部的位置，并输出检测信号。

温度传感器402用于检测大棚内部温度，本实施例中，温度传感器的选择余地较大，可选用集成温度传感器铂电阻传感器及数字式传感器，本系统采用广州市科技发展公司自动化研究室生产的“可选通式温度传感器”型号为KSG，其内置选通码和数字信号传输，测温范围为-10℃-50℃，精度为：≤0.3℃，适用于远距离传输。

湿度传感器403用于检测大棚内部湿度，温室的湿度如果能控制在一定范围内，则可以大大降低双霉病、炭霉病及疫害病的发病率，本系统的湿度传感器选用Honeywel公司的集成湿度传感HIH3610,该传感器采用热固聚脂电容式传感头,同时在内部集成了信号处理功能电路,因此该传感器可完成将相对湿度值转换为线性电压输出的任务，传感器的输出电压为0.8V-3.9V，A/D采集电路的标准电压为0V-5V,通过电压转换实现稳定的供电。

需要说明的是，该湿度传感器工作的温度发生变化时，相同的湿度值，其输出电压值也将不同，因此该传感器在使用时还需进行温度补偿。

光照传感器404用于检测光照强度，光照传感器选用硅太阳能电池的感应元件及滤光系统构成光照传感器,该传感器将0-150000LX的光照信号转换为电压信号，此信号经运放电路放大为0V-5V电压输出。

CO2传感器405用于检测CO2浓度，CO2传感器选用红外线气敏传感器，此传感器具有精度高，选择性好，浓度检测范围大等特点，此传感器将质量分数范围在0-1000×10-6浓度的CO2转换为0-5ⅴ电压输出。

而土壤微量元素检测仪406主要是对大棚内部土壤进行微量元素的检测，结合植物的生长情况，便于得出合理有效的施肥量。

在本实施例中，植株根部位置监测传感器401、温度传感器402、湿度传感器403、光照传感器404、CO2传感器405和土壤微量元素检测仪406检测之后输出的信号通过ZigBee组网407传输到A/D转换模块5进行信号转换，而转换之后的信号直接传输到中央处理器6内部进行信号分析与处理，从而中央处理器6根据检测到的信号数据对植物生长状态进行判断。

ZigBee是近几年新兴的一种无线传输技术，它具有低功耗、低成本、网络容纳节点数多等特点，近年来在工业、医疗、家居自动化、遥测遥控等领域得到了广泛的应用。本系统选用深圳市华奥通通信技术有限公司研发生产的HAC-LbeeZigBee无线数传模块作为ZigBee组网的核心器件，从而实现稳定的无线传输过程。

该A/D转换模块5设计选用ADC0809把各被检测电压信号转换为数字信号送至主控制器，其优点在于换精度高，抗干扰能力强，线性度高，并方便直接实现温度、湿度、光照强度、CO2浓度等参数的切换。

所述中央处理器6输出端通过RS485总线601连接有上位机602，所述上位机602输出端连接有LCD显示屏603，且中央处理器6输入端连接有用于直接输入数据的键盘接口604，中央处理器6将数据通过RS485总线传输给上位机602，上位机602通过LCD显示屏603显示检测信息，根据预先设置的参数决定要采取的措施，同时上位机602经过处理之后发出指令信号，通过RS485总线601传输到中央处理器6，从而对相应的设备进行控制。

值得说明的是，本实施例中，中央处理器6输入端连接有用于直接输入数据的键盘接口604，在某些特定情况下，可以直接通过键盘接口604外接键盘，将设定或者需要的数据信息直接输入到中央处理器6内部，通过外部键盘输入强制控制整个机器人的工作状态。

优选的是，本系统中，中央处理器6、上位机602等均增加备用接口和功能，便于当遇到故障时，可随时更换损坏的部位，使机器人续航时间更长，也增加了机器人的通用性，扩大了适用范围。

如图2所示，所述中央处理器6输出端通过GPRS网络605电性连接有数据库606实现数据的传输和调用，且上位机602通过通信总线与数据库606连接实现数据交互，所述上位机602也通过GPRS网络605与专业农业网站607进行通信和数据传输，同时在信号传输之后，中央处理器6通过GPRS网络605将数据传输并存储在数据库606内部，而上位机602通过通信总线和数据库606实现数据交互和调用，另一方面，用户可以通过GPRS网络605访问专业农业网站607，从而即可直接控制上位机602和数据库606内部的数据调用，即网络管理员通过GPRS网络将检测信息上传到农业物联网的信息应用层，其通过对数据进行处理、融合和应用来制定科学的管理决策，实现对农业生产过程的控制。

在本实施例中，该中央处理器6选用20K字节内存存储器和内部256字节RAM的单片机AT89C55作为主控器，整个系统由单片机AT89C55对温度湿度等参数进行巡回测量，并对测量的结果进行优化补偿，并进行调控，此外，单片机AT89C55还可以同时完成系统参数测量，数据存储，与上位机602通信功能。

如图2和图5所示，所述智能监测与控制系统2通过铅酸蓄电池供电模块11进行供电，所述铅酸蓄电池供电模块11的一个输出端电性连接有稳压模块12并实现输出转换后的电压，且铅酸蓄电池供电模块11的另一个输出端通过逆变器13输出交流电，采用铅酸蓄电池供电模块11进行供电，具有如下优点：

在电池整个使用寿命期间，无需添加水，无需调整酸密度等维护工作，具有“免维护”功能(相对于传统铅酸蓄电池的维护而言)；

不漏液、无酸雾、不腐蚀设备；

自放电小，25℃自放电率小于3％(每月)；

电池寿命长，25℃下浮充状态使用可达10年以上；

结构紧凑，密封良好，抗振动，比容量高；

电池的高低温性能较好，可在-40～50℃范围内使用；

不存在镉镍电池的“记忆效应”，浅循环工作时不容易损失。

另一方面，在本实施例中，利用稳压模块12将铅酸蓄电池提供的直流电转化为整个控制系统的可用电压，而利用逆变器13将直流电转化为220v，50Hz交流电供全方位喷淋装置1使用；逆变器是把直流电能(电池、蓄电瓶)转变成交流电(一般为220v50HZ正弦或方波)，通俗的讲，逆变器是一种将直流电(DC)转化为交流电(AC)的装置，它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组，逆变器可以将低压(12或24伏或48伏)直流电转变为220伏交流电，具有如下优点：转换效率高、启动快；安全性能好：产品具备短路、过载、过/欠电压、超温5种保护功能；物理性能良好：产品采用全铝质外壳，散热性能好，表面硬氧化处理，耐摩擦性能好，并可抗一定外力的挤压或碰击。

不仅为整个机器人提供合适的电力，而且整体工作稳定，不易出现安全问题，大大延长了整体的使用寿命。

在上位机602发生指令之后，通过输出接口10控制动作模块9和全方位喷淋装置1进行调节，所述动作模块9包括用于监测植物状态的摄像头组件901和探测金属的金属探测仪902，所述摄像头组件901和探测金属的金属探测仪902均通过输入端的驱动电路903驱动，所述驱动电路903与输出接口10电性连接，利用摄像头组件901对植物进行实时拍摄，而金属探测仪902主要用于检测植物的金属含量，从而结合摄像头组件901更加精确的判断植物的种类，摄像头组件901和探测金属的金属探测仪902均通过输入端的驱动电路903驱动。

进一步的，中央处理器6接收到的信号反馈到电机驱动芯片上，控制全方位喷淋装置1的步进电机驱动喷洒头进行高度、角度上的调节和控制减速电机在轨道上运行等功能，对整个全方位喷淋装置1实现智能调节和全面喷淋浇灌处理，实现整个机器人的自动化运行。

如图1和图2所示，所述全方位喷淋装置1包括用于移动调节的悬式轨道101，所述悬式轨道101上设置有浇灌机器人主体102，浇灌机器人主体102在悬式轨道101上自由滑动，使得整个灌溉机器人主体102可以在不同的位置进行全面喷淋灌溉，实现灌溉资源的合理利用，它解决了传统施肥灌溉方式上效率低下，劳动强度大，资源浪费严重的缺点，有利于实现农业自动化。

所述浇灌机器人主体102底端通过液压升降系统103连接有配料箱104，利用液压升降系统103的液压升降作用，实现灌溉机器人主体102底部的配料箱104的位置调整，从而使得整体可以在不同的高度上进行灌溉工作，在进行灌溉工作的时候，同时配合浇灌机器人主体102在悬式轨道101所在平面移动，实现全方位喷淋装置1整体在空间位置上的自由调整，从而便于实现不同的位置喷淋灌溉。

所述配料箱104包括支撑平台107和若干个用于装放不同肥料的储料仓105，所述储料仓105均通过排料管106固定在支撑平台107上，所述支撑平台107底端安装有用于称重的称重箱108，所述称重箱108内部安装有活动阻挡门109，所述活动阻挡门109内部安装有称重传感器110，且每一个排料管106均插入称重箱108内部，所述称重箱108底端连接有用于混合肥料的混料箱111，所述混料箱111内部安装有搅拌轴112，且混料箱111底端连接有输料导管120，所述储料仓105内部安装有电磁振动给料机113，所述支撑平台107上还安装有水箱114。

通过多个储料仓105分别存储不同类别的肥料，同时利用带有自动阀门的排料管106将肥料排出，而在排出的时候通过具有称重功能的称重箱108对肥料进行称重处理，使得排出的肥料分料更加精准，不易出现过量或者少量的情况，在排料的时候，储料仓105通过内部的电磁振动给料机113进行给料，电磁振动给料机运用机械振动学的共振原理双质体在临界近共振状态下工作，具有耗电少、体积小、运行费用低等特点。

如图2所示，打开对应的排料管106上的自动阀门(自动阀门通过智能监测与控制系统2的中央处理器6进行控制)，将不同的肥料从不同的储料仓105排出的肥料进入到底部的称重箱108内部，此时通过称重箱108进行称重处理，在称重处理的时候，活动阻挡门109上的称重传感器110接收到压力信号进行称重，接收到的压力信号传输到智能监测与控制系统2进行数据处理，从而实行实时称重，从而便于精准控制加入的不同肥料的量，减少浪费的同时，有效防止因为过度施肥而导致植株硝酸盐、亚硝酸盐等有害物质的含量超标。

具体使用时，智能监测与控制系统2根据所提供的信息(在进行环境监测之后得出的所需肥料的量或者直接通过键盘输入的量)进行配方，根据系统所需要的肥料量，打开其中一种所需储料仓105底部的排料管106上的自动阀门，将肥料从储料仓105通过电磁振动给料机113导入称重箱108；当肥料达到所需量的90％时，通过电磁振动给料机113降低加料速度直到达到预关断点，待加料得当后，关闭电磁振动给料机113该种肥料的加料，进而重复以上步骤对其他肥料进行加料。

当一种肥料加料完毕之后打开称重箱108的活动阻挡门109，将肥料导入混料箱111内部，从而使得称重器可以对其他肥料进行称重。

等到所有的废料均完成称重之后，集中在混料箱111内部，通过搅拌轴112的转动搅拌作用，使得混料箱111内部的肥料之间混合更加均匀，提高施肥的效果。

所述水箱114内部安装有用于感应水压的液压传感器115和用于注水的注水泵116，所述注水泵116进水端连接有进水管117，且水箱114通过安装有第一电磁阀118的导通管119与混料箱111连接，注水泵116通过进水管117为水箱114供水，而水箱114内部的水通过导通管119排入到混料箱111内部，实现肥料和水的混合搅拌，而此时通过第一电磁阀118控制导通管119的量，便于控制导通管119排出的供水的量，实现肥料混合浓度的精准控制。

液压传感器115将检测到的液压信号传输到智能监测与控制系统2的中央处理器6，通过液压传感器115检测水箱114内部水压的增减，从而判断水箱114内部的水位，以便于注水泵116及时向水箱114内部注水，防止出现缺水的情况。

整个第一电磁阀118具体也是采用智能监测与控制系统2的中央处理器6进行自动化控制。

如图1和图4所示，所述浇灌机器人主体102通过双杆双动组件3在悬式轨道101上移动，所述双杆双动组件3包括设置在浇灌机器人主体102底端的龙门架301，所述龙门架301左右两端通过安装的滚动球302在悬式轨道101两侧的滑槽303内部滑动，且龙门架301前后两端安装有驱动杆304，且浇灌机器人主体102通过动力滑动组件305在龙门架301上滑动，驱动杆304推动龙门架301在悬式轨道101上自由滑动，浇灌机器人主体102利用双杆双动组件3在悬式轨道101上自由滑动，从而实现浇灌机器人主体102在整个悬式轨道101所处的水平面上自由移动，实现大棚植株的全方位触及，配合垂直升降的液压升降系统103，使得整个浇灌机器人主体102的配料箱104可以在竖直方向上自由移动，可以实现机器人对单一植株的整体接触，两种调节方式相互配合，使得整个配料箱104可以在空间上实现位置的自由切换，实现大棚内部的全面浇灌。

在本实施例中，双杆双动组件3的工作类似于四轴龙门结构或者三轴龙门结构，龙门架301通过两端的滚动球302在悬式轨道101上滑动，同时浇灌机器人主体102通过动力滑动组件305在龙门架301上滑动，两个垂直方向的运动相互配合，使得浇灌机器人主体102可以在悬式轨道101所在平面上自由移动，即可实现浇灌机器人主体102底部的配料箱104的自由移动，便于实现机器人在对大棚内部植株的全方位触及，提高喷灌的效率。

需要补充说明的是，所述配料箱104上安装有微雾系统7，所述微雾系统7包括安装在混料箱111底端的浇灌箱701，所述浇灌箱701内部安装有高压泵702，所述高压泵702输出端分别连接有两个方向相反的输出管路703，所述浇灌箱701两侧均通过旋转伸缩杆704连接有三级喷雾嘴705，所述输出管路703采用弹簧缠绕方式螺旋缠绕在同一侧的旋转伸缩杆704表面，且输出管路703末端与三级喷雾嘴705输入端连接，所述输出管路703上安装有第二电磁阀706，通过带有三个独立出水喷嘴的三级喷雾嘴705进行喷料，以实现喷雾大小三级变换，以及喷水喷药施肥的分离，从而保证合理有效的利用喷嘴，避免出现喷药程度过大，喷水程度不够，施肥力度过大等一系列问题。

同时利用第二电磁阀706进行输出管路的输出肥料或者农药的导通控制，主要通过中央处理器6进行控制。

通过浇灌箱701下端的两个旋转伸缩杆704，工作时伸缩杆伸长，非工作阶段缩回。实现旋转伸缩杆704的伸缩调节，在对植株的立体接触的同时提高工作效率，实现多植株同时喷药浇水施肥。

而采用悬式轨道101的行走机构，减少对地面面积的侵占，同时相比落地式导轨减少成本，另外同比轮式机械更节能，可原地转向，极大提高了整机的机动性。

对于悬式轨道101上浇灌机器人主体102的移动，利用双杆双动组件3实现传动作用(类似于三轴龙门，四轴龙门结构)，可以实现机器人水平面上对大棚植株的全方位触及；利用竖直方向上的液压升降系统103则可以实现机器人对单一植株的整体接触，可以分别实现对植物的叶步或者根部的浇灌处理，有效解决了传统机器人施肥方式是根肥叶肥一起施，容易造成土地板结，灵活性低，农药喷洒量无法掌握的问题。

而对于输出管路703的安装，采用弹簧式管路设计，令旋转伸缩杆704与输出管路703形成一体继而同步伸缩，使机身整体简约化，美观化。

在本实施例中，旋转伸缩杆704可以为实现同时旋转和伸缩的杆状结构，并不限于某一特定结构。

进一步说明的是，所述浇灌机器人主体102顶端安装有加湿系统8，所述加湿系统8包括安装在浇灌机器人主体102顶端的支撑座801，所述支撑座801顶端连接有空心转动轴802，所述空心转动轴802通过合金轴承803连接有雾化喷头804，所述空心转动轴802侧面通过金属软管805分别与水箱114、混料箱111连接，且金属软管805上安装有第三电磁阀806。

整个加湿系统8主要以微米级的雾粒形式喷向整个温室内部，雾化的颗粒迅速蒸发，利用水的蒸发吸热的特点，大量吸收室内空气中的热量，从而达到降温的目的；同时其微雾也可作为喷灌系统应用，从而形成温室微喷。

灌溉水或者肥料液在电动泵的作用下，分别从水箱114、混料箱111抽出进入到金属软管805内部，从而进入到空心转动轴802内部，喷出的水在高压作用下，雾化喷头804高速旋转形成均匀水滴向外喷出，通过合金轴承803有效减小空心转动轴802转动的摩擦作用好，提高雾化喷头804的转动效果。

均匀喷出的雾化之后的肥料液雾粒或者浇灌水雾粒，对于温室不仅起灌溉作用，还可以起到降温，调节湿度，叶面施肥等作用，在温室内已经广泛应用，结合机器人的水平行进，垂直升降令成为行走喷灌机，提高了灌溉均匀度，也可控制灌水位置，时间，重复次数等，同时设置多种不同流量和雾化程度的喷嘴，通过平移轨道进行横向移动，通过机器人自身进行垂直移动。水滴可直接作用于植物叶部，根部；工作时只湿润部分土层和表土，大大减少水分蒸发，节约灌溉用水；亦可令各种微量元素直接作用于叶面，提高经济效益。

需要补充说明的是，在本实施例中，在覆盖件设计、整机布置等方面充分考虑了大棚作业的特殊性，大量选用圆角化处理和遮挡处理，防止作物受到伤害；2、根据一般作物距地面高度在10—120cm的特点，整机高度设计为70cm左右；根据作物行距不同，整机宽度设计为50cm。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种用于农业的温室大棚智能机器人，其特征在于：包括全方位喷淋装置(1)和智能监测与控制系统(2)，所述全方位喷淋装置(1)包括用于移动调节的悬式轨道(101)，所述悬式轨道(101)上设置有浇灌机器人主体(102)，所述智能监测与控制系统(2)包括顺次电性连接的用于检测环境参数的环境参数检测模块(4)、实现数据转换和传输的A/D转换模块(5)以及用于数据处理与控制的中央处理器(6)，且中央处理器(6)输出端通过输出接口(10)连接有动作模块(9)。

2.根据权利要求1所述的一种用于农业的温室大棚智能机器人，其特征在于：所述浇灌机器人主体(102)底端通过液压升降系统(103)连接有配料箱(104)，所述配料箱(104)包括支撑平台(107)和若干个用于装放不同肥料的储料仓(105)，所述储料仓(105)均通过排料管(106)固定在支撑平台(107)上，所述支撑平台(107)底端安装有用于称重的称重箱(108)，所述称重箱(108)内部安装有活动阻挡门(109)，所述活动阻挡门(109)内部安装有称重传感器(110)，且每一个排料管(106)均插入称重箱(108)内部，所述称重箱(108)底端连接有用于混合肥料的混料箱(111)，所述混料箱(111)内部安装有搅拌轴(112)，且混料箱(111)底端连接有输料导管(120)，所述储料仓(105)内部安装有电磁振动给料机(113)，所述支撑平台(107)上还安装有水箱(114)。

3.根据权利要求2所述的一种用于农业的温室大棚智能机器人，其特征在于：所述水箱(114)内部安装有用于感应水压的液压传感器(115)和用于注水的注水泵(116)，所述注水泵(116)进水端连接有进水管(117)，且水箱(114)通过安装有第一电磁阀(118)的导通管(119)与混料箱(111)连接。

4.根据权利要求2所述的一种用于农业的温室大棚智能机器人，其特征在于：所述浇灌机器人主体(102)通过双杆双动组件(3)在悬式轨道(101)上移动，所述双杆双动组件(3)包括设置在浇灌机器人主体(102)底端的龙门架(301)，所述龙门架(301)左右两端通过安装的滚动球(302)在悬式轨道(101)两侧的滑槽(303)内部滑动，且龙门架(301)前后两端安装有驱动杆(304)，且浇灌机器人主体(102)通过动力滑动组件(305)在龙门架(301)上滑动。

5.根据权利要求2所述的一种用于农业的温室大棚智能机器人，其特征在于：所述配料箱(104)上安装有微雾系统(7)，所述微雾系统(7)包括安装在混料箱(111)底端的浇灌箱(701)，所述浇灌箱(701)内部安装有高压泵(702)，所述高压泵(702)输出端分别连接有两个方向相反的输出管路(703)，所述浇灌箱(701)两侧均通过旋转伸缩杆(704)连接有三级喷雾嘴(705)，所述输出管路(703)采用弹簧缠绕方式螺旋缠绕在同一侧的旋转伸缩杆(704)表面，且输出管路(703)末端与三级喷雾嘴(705)输入端连接，所述输出管路(703)上安装有第二电磁阀(706)。

6.根据权利要求2所述的一种用于农业的温室大棚智能机器人，其特征在于：所述浇灌机器人主体(102)顶端安装有加湿系统(8)，所述加湿系统(8)包括安装在浇灌机器人主体(102)顶端的支撑座(801)，所述支撑座(801)顶端连接有空心转动轴(802)，所述空心转动轴(802)通过合金轴承(803)连接有雾化喷头(804)，所述空心转动轴(802)侧面通过金属软管(805)分别与水箱(114)、混料箱(111)连接，且金属软管(805)上安装有第三电磁阀(806)。

7.根据权利要求1所述的一种用于农业的温室大棚智能机器人，其特征在于：所述环境参数检测模块(4)包括用于检测植物根部位置的植株根部位置监测传感器(401)、用于检测温度的温度传感器(402)、用于检测湿度的湿度传感器(403)、用于检测光照强度的光照传感器(404)、用于检测CO₂浓度的CO₂传感器(405)以及土壤微量元素检测仪(406)，且植株根部位置监测传感器(401)、温度传感器(402)、湿度传感器(403)、光照传感器(404)、CO2传感器(405)和土壤微量元素检测仪(406)输出端均通过ZigBee组网(407)和A/D转换模块(5)电性连接，所述A/D转换模块(5)输出端与中央处理器(6)输入端电性连接。

8.根据权利要求1所述的一种用于农业的温室大棚智能机器人，其特征在于：所述中央处理器(6)输出端通过RS485总线(601)连接有上位机(602)，所述上位机(602)输出端连接有LCD显示屏(603)，且中央处理器(6)输入端连接有用于直接输入数据的键盘接口(604)，所述中央处理器(6)输出端通过GPRS网络(605)电性连接有数据库(606)实现数据的传输和调用，且上位机(602)通过通信总线与数据库(606)连接实现数据交互，所述上位机(602)也通过GPRS网络(605)与专业农业网站(607)进行通信和数据传输。

9.根据权利要求1所述的一种用于农业的温室大棚智能机器人，其特征在于：所述智能监测与控制系统(2)通过铅酸蓄电池供电模块(11)进行供电，所述铅酸蓄电池供电模块(11)的一个输出端电性连接有稳压模块(12)并实现输出转换后的电压，且铅酸蓄电池供电模块(11)的另一个输出端通过逆变器(13)输出交流电。

10.根据权利要求1所述的一种用于农业的温室大棚智能机器人，其特征在于：所述动作模块(9)包括用于监测植物状态的摄像头组件(901)和探测金属的金属探测仪(902)，所述摄像头组件(901)和探测金属的金属探测仪(902)均通过输入端的驱动电路(903)驱动，所述驱动电路(903)与输出接口(10)电性连接。