CN109526372A - 前驱动转向式挖藕机器人及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种前驱动转向式挖藕机器人，包括设置在浮体上的控制器，设置在浮体上的泵水装置，冲刷机构以及转向机构，所述的转向喷嘴受控转动以改变其出水角度并对浮体产生侧向作用力，或者，所述的转向喷嘴出水方向相对浮体向外固定设置且受控喷水以对浮体产生侧向作用力。本发明利用旋转的转向喷嘴实现转向，对于流路的改变减少了电磁阀的应用，能有效适用于污水环境，减少因为电磁阀动作受影响带来的弊端，同时，在不需要转向时，转向喷嘴同样能执行挖藕功能，增强设备的整体性。而且采用前端喷水驱动式转向，转向更直接有效，能减少转弯半径，减轻劳动强度，提高采收效率。

Description

前驱动转向式挖藕机器人及控制方法

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，特别是涉及一种前驱动转向式挖藕机器人及控制方法。

背景技术

目前，由于我国莲藕产业的发展壮大，挖藕机研发的相关单位也在不断增多，市面也呈现了一些挖藕机。但是，多数挖藕机产品存在机器结构笨重、工作不稳定、损藕率高，效率低、造价成本也高等问题，且大部分挖藕机产品以挖掘湖藕(即藕田水深大于200mm)为主，不适宜丘陵地区浅水田藕的采收。

中国专利CN 205961850 U公开了一种新型挖藕机，包括机体；所述机体下方设有浮船；所述机体上设有水泵，水泵的进水口连接有进水管，进水管的末端设有渣水过滤器；所述水泵的出水口设有出水管，出水管的末端连接有喷头装置；所述机体上设置有驱动喷头装置上下移动的操纵杆。

但是，现有的挖藕机一般都需要人工操作，但是在转向时，因为整体重量较大，体积也大，造成转向操作困难，转弯时间长，导致人工成本增加。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种前驱动转向式挖藕机器人及控制方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种前驱动转向式挖藕机器人，包括设置在浮体上的控制器，设置在浮体上的泵水装置，冲刷机构以及转向机构，所述的泵水装置包括动力装置，与所述的动力装置传动连接的水泵，所述的冲刷机构包括设置在浮体尾部且与所述的水泵的出水口连通的集水管，多个固定设置在集水管底部且与所述的集水管连通的冲刷管，所述的转向机构包括设置在所述的浮体前端一侧或两侧的且与所述的水泵的出水口连通的转向喷嘴，所述的转向喷嘴受控转动以改变其出水角度并对浮体产生侧向作用力，或者，所述的转向喷嘴出水方向相对浮体向外固定设置且受控喷水以对浮体产生侧向作用力。

所述的浮体前端底部或者侧部形成有凹窝，所述的转向喷嘴设置在所述的凹窝内。

所述的转向喷嘴可旋转地设置在所述的凹窝内，在所述的浮体上设置有与所述的转向喷嘴传动连接且与所述的控制器可控连接的转向电机。

所述的转向喷嘴通过旁通管与所述的水口出水口相连通，在所述的旁通管进水口处设置有过滤网，在所述的旁通管上串设有与所述的控制器可控连接的电磁阀。

还包括固定设置在浮体上的且与控制器通讯连接的水位感测机构，所述的浮体端部固定设置有定位架，所述的冲刷机构固定在活动架上，所述的活动架设置在所述的定位架上且所述的活动架与所述的定位架间设置有导向驱动机构以实现所述的上下移动。

所述的泵水装置包括与所述的控制器通讯连结的发动机，与所述的发动机传动连接的涡流式水泵，所述的水泵的进水口侧设置有进水格栅，所述的水泵的叶轮轴穿出所述的进水格栅并在端部固定设置有绞碎刀片。

浮体中部形成有槽孔，所述的水泵的进水口被定位在所述的槽孔内，水泵的进水口侧设置有与所述的控制器通讯连结的水位传感器。

还包括与所述的水泵固定连接的齿轮箱，所述的水泵的壳体内设置有水封机构，所述的水封机构包括设置在叶轮轴上的动密封环，套设在所述的叶轮轴上且与所述的动密封环顶持接触的静密封环，齿轮箱与壳体的叶轮间的传动轴上设置有外套筒，在外套筒内设置有漏水传感器。

所述泵水装置设置有手控或者与所述的控制器通讯连接的离合机构。

所述的前驱动转向式挖藕机器人的控制方法，包括以下步骤，

1)启动时先自检，自检通过后离合机构断开并启动泵水装置，水位感测机构感测水位深度并控制活动架向下移动至预定深度；

2)当达到预定条件后离合机构控制连通动力；冲刷管喷水进行冲洗式挖藕同时实现自行走；

3)控制器输出控制，转向喷嘴受驱动转动以改变出水角度或者向转向喷嘴供水，浮体在反作用力作用下转向。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明利用旋转的转向喷嘴实现转向，对于流路的改变减少了电磁阀的应用，能有效适用于污水环境，减少因为电磁阀动作受影响带来的弊端，同时，在不需要转向时，转向喷嘴同样能执行挖藕功能，增强设备的整体性。而且采用前端喷水驱动式转向，转向更直接有效，能减少转弯半径，减轻劳动强度，提高采收效率。

附图说明

图1所示为本发明的挖藕机器人的斜视图；

图2所示为图1所示的侧视图；

图3所示为图1所示的仰视图；

图4所示为水泵分解结构示意图；

图5所示为水密封机构示意图；

图6所示为离合机构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图所示，本发明的前驱动转向式挖藕机器人，包括设置在浮体2上的控制器1，固定设置在浮体上的泵水装置3，冲刷机构4以及转向机构，所述的泵水装置包括动力装置31，与所述的动力装置传动连接的水泵32，所述的冲刷机构包括设置在浮体尾部且与所述的水泵的出水口连通的集水管41，多个固定设置在集水管底部且与所述的集水管连通的冲刷管42，所述的转向机构包括设置在所述的浮体前端一侧或两侧的且与所述的水泵的出水口连通的转向喷嘴9，所述的转向喷嘴受受控转动以改变其出水角度并对浮体产生侧向作用力，或者，所述的转向喷嘴出水方向相对浮体向外固定设置且受控喷水以对浮体产生侧向作用力。

本发明的挖藕机器人，在浮体前端增加了转向喷嘴，在水喷出时的反作用力下提供侧向推力以实现辅助或者自动转向，采用前端利用喷水实现转向，结构简单，而且前侧向力转向速度快，转向半径小。

进一步地，为防止转向喷嘴被枝蔓等杂物影响，所述的浮体前端底部或者侧部形成有凹窝，所述的转向喷嘴设置在所述的凹窝内，所述的凹窝可采用贯通底部一侧的设计，即可利用一个或一组可转向的喷嘴实现左右转向，当然，也可在浮体前端两侧分别形成凹窝，利用两个或两组转向喷嘴实现转向。

具体地，所述的转向喷嘴可旋转地设置在所述的凹窝内，在所述的浮体上设置有与所述的转向喷嘴传动连接且与所述的控制器可控连接的转向电机，所述的转向喷嘴在转向电机驱动下可实现朝下喷水或者朝外侧喷水，朝下喷水时可进行正常的冲刷池底，还可利用水流将集水管前端的杂物冲散，提高整体运行的平稳性。转向喷嘴可固定在旋转座等机构上，利用一侧的转向电机进行驱动，具体不再赘述。

其中，所述的转向喷嘴可以为一个，两个，或者多个为一组，多个分为两组等任意数量，其通过转动改变与水平面的夹角，即，转动的时候会改变其在竖直面及水平面内的投影角度，借助喷水产生的反作用力，即可为转向提供动力，实现辅助甚至自动转向，具体转向可由一侧的前推力或后推力实现，也可由两侧前推力和后推力配合实现，也可由两侧同向不同大小的推力实现以实现大直径转向等。

作为另一种实施方式，所述的转向喷嘴通过旁通管与所述的水口出水口相连通，在所述的旁通管进水口处设置有过滤网，在所述的旁通管上串设有与所述的控制器可控连接的电磁阀。采用电磁阀配合过滤网的设置，控制更为精细快速，而且，旁通管加过滤网，利用水流冲击避免过滤网处堵塞，提高电磁阀动作的灵敏度和使用效果。

同时，在集水管或者水泵出口设置有与所述的控制器通讯连结的压力传感器，通过采集当前柴油机的输出以及压力计算，可以判断是否会出现冲刷管堵塞的情况，对实际运行进行有效监控，实现万物联网。

具体来说，本发明的挖藕机还包括水位感测机构，所述的冲刷机构4设置在受驱动相对浮体上下移动的活动架45上，所述的卧式集水管41与所述的活动架固定连接且与所述的泵水装置的出水口连通，所述的冲刷管的出水方向为相对浮体的斜后方或/和斜前方以借助出水反作用力实现浮体的滑行，即，借助水流实现将池底污泥冲开的同时，借助水流的反作用力为浮体前行提供动力，实现自助滑行。其中，为实现斜后方出水，所述的冲刷管可采用倾斜设置的方式，当然，也可将冲刷管竖直设置并在冲刷管底部设置朝斜后喷水的喷嘴同样能实现上述之目的。其中，喷水方向可采用全部朝斜后方设置，或者部分超斜前方部分朝斜后方设计，利用两组出水方向，可实现两次冲洗，提高冲洗效果，防止一次冲刷后的再次被覆盖情况。

本发明的智能挖藕机，通过水位感测机构感测水位深度并根据该深度自动控制冲刷机构向下移动至设定深度，自动调整出水口的高度，实现对不同藕田水深的自适应性，实现升降装置调节的自动化、智能化。所述的冲刷管为固定设置，角度一般都为固定，而转向喷嘴的角度是可调节的，在利用其进行转向控制的同时，还可借助其角度的变化实现行进速度的控制，即，在泵水量不变的情况下，改变行进速度。

作为其中一个具体实施例，所述的浮体尾端部固定设置有定位架21，所述的定位架顶部设置有扶手杆以便操控，所述的控制器1容纳于箱体之内并固定设置在定位架上，同时，在所述的箱体上还设置有与控制器通讯连接的显示屏以进行人机交互，实现触控操作、一键操作等，在操控时，操作者手扶扶手杆即可便捷控制控制器，而且，借助冲击水的反作用力能实现自助滑行，减少人工劳动强度，所述的活动架45可上下移动地设置在固定架21上，所述的活动架与所述的定位架间设置有导向驱动机构以实现所述的上下移动，具体地说，所述的导向驱动机构包括设置在定位架上的套筒，对应设置在活动架上的导杆，与所述的导杆平行设置且与所述的活动架可旋转固定连接的螺杆，以及对应设在固定架上的螺母，所述的螺母或螺杆可由升降电机或手轮驱动以实现升降。所述的上下移动可以为竖直上下运动，或者沿斜向上下移动。通过升降电机驱动螺杆螺母继而实现活动架的上下移动，可实时根据水位进行冲刷管下端出水口高度的调整。

其中，所述的水位感测机构可采用超声波传感器感测水位深度，所述的超声波传感器设置在浮体上、固定架21或者活动架上，同时，为进一步提升智能性，在所述的活动架或固定架上还可设置能与水底泥面相接触的触板，在所述的触板上设置有压力传感器，所述的触板由电动或手动通过丝杠螺母机构或者直线电机等实现上下移动直至压力传感器感测到预定压力，通过触板伸出距离与水深的差值判断松软度，即实现通过压力传感器配合超声波感测器对水底泥土的松软度进行评测，通过对水底泥土的松软度的检测，实时修正出水口的实际高度及出水压力，提高挖藕效果，当然也可以通过选定不同的泥土类型进行线下数据输入以修正该超声波感测水深度后实际控制活动架的移动距离。具体地，在活动架上设置导向筒等机构，利用推拉钳将触板向下垂直送出固定距离并与水底泥面接触，通过对压力传感器的数据读取来对浮动架的高度进行进一步修正以实现对不同泥面硬度的冲击泥土式挖藕。

具体地说，所述的泵水装置3包括通过减震装置固定设置在浮体上的柴油式双杠、三缸或四缸等型号的发动机31，与所述的发动机通过皮带传动连接的涡流式水泵32，多缸设计，有效满足其功率需求，适用于不同的应用场合，如挖藕或者翻土等，所述的发动机的输出轴与水平面平行，所述的水泵的输入轴采用与水平面垂直的卧式设计，该转向利用减速器32来实现，平轴卧式设计，有效减少空间，提高运行稳定性，防止侧翻，其中，浮体中部形成有槽孔，所述的水泵的轴向进水口被定位在所述的槽孔内以进行水泵壳体的进水口处直接进水，所述的水泵的出水口由容嵌在槽孔内的输水管36实现水向集水管的泵送，最终经集水管的分流至各冲刷管喷出进行泥土的冲击，其中，所述的水泵的进水口侧设置有进水格栅34，所述的水泵的叶轮轴穿出所述的进水格栅并在端部固定设置有绞碎刀片35。所述的浮体可采用游船式设计，两侧采用长条形腔式漂浮物，利用两端的连接板将两侧的漂浮物连接为一体，前端采用三角形设计构成船头，后端采用桥式连接以保证其稳定性，中间的通道即构成所述的槽孔，同时，在所述的槽孔内还可设置转向浆叶等，该转向浆叶可由人直接操控，也可与所述的控制器可控连接，通过对控制器的遥控等实现自动控制。

采用减震装置能减小整机震动和噪音，同时对动力单元起到一定的保护作用，通过安装在水泵32泵壳底部的滤网式进水格栅34，可以过滤藕田内体积较大的茎叶等杂物，而绞碎刀片35又可以通过旋转运动，绞碎刀片与进水格栅的剪切作用将吸附到进水格栅上的较大的茎叶杂物切断切碎至不影响水泵正常运行的尺寸，可保证进水顺畅，避免进水格栅处的堵塞，从而实现对水泵的保护，也可以使整机更安全、可靠。利用槽口设计，将水泵的进水口及绞碎刀片等容嵌其中，能有效防止意外碰触，同时在槽口前部还可设置格网等防止大体积杂物进入。

水泵轴与绞碎刀片同轴联动设置，简化了部件结构，而且二者同步运行，减少电子控制可能带来的故障，同时，借助齿轮箱或者离合器的扭矩保护能实现对水泵和绞碎刀片的同步保护。

其中，为进一步提升运行效果，还包括与所述的水泵固定连接的齿轮箱33，利用齿轮箱，可实现动力传输方向的转换，而且能进行减速增矩，提高水流输送能力，所述的水泵的壳体内设置有水封机构，所述的水封机构包括设置在叶轮轴上的动密封环37，套设在所述的叶轮轴上且与所述的动密封环顶持接触的静密封环38，所述的静密封环可上下浮动地且密封地套设在基套39上，所述的基套将部分叶轮轴及叶轮轴的轴承等隔护其中，所述的基套上套设有用以将所述的密封环与动密封环压紧的弹簧，所述的静密封环的接触面上设置有碳化硅密封层，所述的动密封环上设置有合金密封层，如合金耐磨钢等制成，所述的动密封环和精密封环的密封面将所述的基套的开口处密封。籍以实现齿轮箱和水泵的整体式密封。齿轮箱与壳体的叶轮间设置有外套筒，在外套筒内设置有漏水传感器，当所述的水封机构存在漏水时，可及时感测并通过控制器进行报警处理，防止进一步对设备造成损伤。

利用齿轮箱进行传动，同时在水泵内进行水封设计，有效避免水进入水泵轴承及齿轮箱，同时在外套筒内增加漏水传感器，能对其进行有效监测，防止漏水导致的齿轮箱损害。同时，为防止无水启动对水泵旋切装置及水封机构带来的损害，所述的浮体底部设置有水位传感器，只有当浮体处于水中，至少水封机构处能被水覆盖才能启动，避免水封处过热导致的破坏。

同时，为保护设备，所述泵水装置设置有手控或者与所述的控制器通讯连接的离合机构。如所述的齿轮箱的输入轴侧设置有与所述的控制器通讯连接的离合机构。所述的离合机构包括手柄或微型电机，与所述的手柄或微型电机的动作端经联动绳依次串接两个杠杆，所述的杠杆6直接驱动的离合器7。即借助手柄的动作或者微型电机5的卷绕实现离合器的动作，利用两个杠杆6可实现转向增矩，在小空间内实现传动，减少对空间要求。当然，该处也可选择电磁控制式或者其他结构形式的离合机构。

作为优选方案，为实现整体智能控制，还包括置于齿轮箱上的齿轮箱传感器，其可以检测箱体内油液余量，达到设定极限值即报警，起到提醒作用，使齿轮箱得到及时保养维护，延长其使用寿命。而且齿轮箱上部设置有呼吸器，起到改善齿轮箱内部的透气和散热的效果，有利于改善齿轮的运行环境，提高其使用寿命。而且在发动机上加装有燃油传感器和机油传感器，由控制器设定并控制更换机油的时间，在超过设定时间或机油缺少的情况下，发动机将自动熄火；在燃油传感器检测到燃油量过少，达到警戒值时，会有报警信号。通过以上两项实现对发动机的保护功能。

同时，本发明还公开了一种所述的前驱动转向式挖藕机器人的控制方法，包括以下步骤，

1)启动时先自检，自检通过后离合机构断开并启动泵水装置，当达到预定条件后离合机构控制连通动力；所述的自检步骤包括检测泵水装置的自身状态以及浮体底部有无水，同时当燃油、机油或者水封机构漏水等情况出现时同样会禁止启动并提供相应的报警信息以便进行排查，

2)水位感测机构感测水位深度并控制活动架向下移动至预定深度，

3)冲刷管喷水进行冲洗式挖藕同时实现自行走，操作者即可扶着所述的扶手杆进行速度、方向等的控制。

4)在转向时，控制器输出控制，转向喷嘴受驱动转动以改变出水角度或者转向喷嘴受控喷水，浮体在反作用力作用下转向。

本发明的控制方法，可实现一键式安全启动，启动时进行必要的安全自检，避免次生损伤，而其，通过对离合机构的控制，时发动机无负载启动，避免过大冲击对发动机的影响，当到达合理转速，如2500转每分钟时再进行动力接驳。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种前驱动转向式挖藕机器人，其特征在于，包括设置在浮体上的控制器，设置在浮体上的泵水装置，冲刷机构以及转向机构，所述的泵水装置包括动力装置，与所述的动力装置传动连接的水泵，所述的冲刷机构包括设置在浮体尾部且与所述的水泵的出水口连通的集水管，多个固定设置在集水管底部且与所述的集水管连通的冲刷管，所述的转向机构包括设置在所述的浮体前端一侧或两侧的且与所述的水泵的出水口连通的转向喷嘴，所述的转向喷嘴受控转动以改变其出水角度并对浮体产生侧向作用力，或者，所述的转向喷嘴出水方向相对浮体向外固定设置且受控喷水以对浮体产生侧向作用力。

2.如权利要求1所述的前驱动转向式挖藕机器人，其特征在于，所述的浮体前端底部或者侧部形成有凹窝，所述的转向喷嘴设置在所述的凹窝内。

3.如权利要求2所述的前驱动转向式挖藕机器人，其特征在于，所述的转向喷嘴可旋转地设置在所述的凹窝内，在所述的浮体上设置有与所述的转向喷嘴传动连接且与所述的控制器可控连接的转向电机。

4.如权利要求2所述的前驱动转向式挖藕机器人，其特征在于，所述的转向喷嘴通过旁通管与所述的水口出水口相连通，在所述的旁通管进水口处设置有过滤网，在所述的旁通管上串设有与所述的控制器可控连接的电磁阀。

5.如权利要求1-4任一项所述的前驱动转向式挖藕机器人，其特征在于，还包括固定设置在浮体上的且与控制器通讯连接的水位感测机构，所述的浮体端部固定设置有定位架，所述的冲刷机构固定在活动架上，所述的活动架设置在所述的定位架上且所述的活动架与所述的定位架间设置有导向驱动机构以实现所述的上下移动。

6.如权利要求1-4任一项所述的前驱动转向式挖藕机器人，其特征在于，所述的泵水装置包括与所述的控制器通讯连结的发动机，与所述的发动机传动连接的涡流式水泵，所述的水泵的进水口侧设置有进水格栅，所述的水泵的叶轮轴穿出所述的进水格栅并在端部固定设置有绞碎刀片。

7.如权利要求6所述的前驱动转向式挖藕机器人，其特征在于，浮体中部形成有槽孔，所述的水泵的进水口被定位在所述的槽孔内，水泵的进水口侧设置有与所述的控制器通讯连结的水位传感器。

8.如权利要求6所述的前驱动转向式挖藕机器人，其特征在于，还包括与所述的水泵固定连接的齿轮箱，所述的水泵的壳体内设置有水封机构，所述的水封机构包括设置在叶轮轴上的动密封环，套设在所述的叶轮轴上且与所述的动密封环顶持接触的静密封环，齿轮箱与壳体的叶轮间的传动轴上设置有外套筒，在外套筒内设置有漏水传感器。

9.如权利要求1-4任一项所述的前驱动转向式挖藕机器人，其特征在于，所述泵水装置设置有手控或者与所述的控制器通讯连接的离合机构。

10.如权利要求1-9任一项所述的前驱动转向式挖藕机器人的控制方法，包括以下步骤，

1)启动时先自检，自检通过后离合机构断开并启动泵水装置，水位感测机构感测水位深度并控制活动架向下移动至预定深度；

2)当达到预定条件后离合机构控制连通动力；冲刷管喷水进行冲洗式挖藕同时实现自行走；

3)控制器输出控制，转向喷嘴受驱动转动以改变出水角度或者向转向喷嘴供水，浮体在反作用力作用下转向。