CN109819696A - 一种模块化的水田除草机器人及水流溅射株间除草方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化的水田除草机器人及水流溅射株间除草方法，机器人由行走机构模块、行距调整模块、履带前面倾角调整模块等组成。其中，行走机构模块是除草作业的执行部件，其由轮毂电机直接驱动。行距调整模块通过转动一根两端分别带有左右旋螺纹的丝杆来调整安装在两侧内挡板上的螺母的间距，从而改变作业行距。履带前面倾角调整模块通过改变从动轮轴和导轮轴的相对位置来调整履带与水田表面之间的角度。在杂草发芽时期，机器人在水田秧苗行间循环往复运动，利用行走机构运动产生向两侧飞溅的泥水对株间杂草进行掩埋作用，并使水田环境浑浊以抑制杂草光合作用来完成株间除草作业。

Description

一种模块化的水田除草机器人及水流溅射株间除草方法

技术领域

本发明涉及农业除草机器人领域，特别涉及一种模块化的水田除草机器人及水流溅射株间除草方法。

背景技术

随着机器人技术在农业领域的普遍研究，除草机器人相比传统除草机械在除草精确度、无人作业、对农田环境干扰小等方面表现出了明显的优势。从长远来看，除草机器人能为农田除草问题提供一个更好的、切实可行的解决方案。

依据水田杂草生长规律，不论是在移栽田、直播田还是抛秧田杂草的生长规律都是相似的，杂草发芽、生长时间会有些许差异。以移栽田为例，在移栽后7～10天左右将迎来第一个杂草发生的高峰期，此时杂草大体上是禾本科和一年生莎草科杂草，数量上占水田杂草总数的45%～75%。在移栽后20天左右将会迎来第二个杂草发生高峰期，此时杂草大体上是莎草科杂草和阔叶杂草。由于第一个高峰期发生的杂草具有发生早、数量大、危害大，水稻田除草作业主要集中在这一时期，去除杂草的最佳时间都是在杂草发芽时期。

由于株间杂草与作物秧苗距离很近，目前国内外水田株间除草主要以人工为主，辅助有简单的机械除草装置，大部分除草机器人在株间除草作业过程中都存在完成度不高和伤苗率较高的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有水田除草机器人无法有效实现株间除草的缺点，提供一种模块化的水田除草机器人及水流溅射株间除草方法，机器人由行走机构模块、电池箱模块、行距调整模块、履带前倾角调整模块等组成。利用行走机构模块运动产生向两侧飞溅的泥水对株间杂草进行掩埋作用，并使水稻田浑浊以抑制杂草光合作用来完成株间除草作业。

本发明的目的是通过以下的技术方案实现的。

本发明提供一种模块化的水田除草机器人包括行走机构模块，电池箱模块，行距调整模块，履带前面倾角调整模块，内挡板，外挡板；行走机构模块包括电机，第一链轮和第二链轮，从动轮，第一导轮和第二导轮，履带，链条，履带前面倾角调整模块包括：第一垫块和第二垫块，从动轮轴，导轮轴，第一U型槽和第二U型槽。行距调整模块包括：丝杠，螺母加强板，螺母，预紧螺母，直线轴承座，光杆，第一链轮和电机固定连接并一起作为主动轮驱动机器人运动，第二链轮安装在从动轮上，链条的副边上安装履带；电机，从动轮，第一导轮和第二导轮均安装在内挡板和外挡板之间。电池固定于电池箱模块内，电池箱模块安装在内挡板上，直线轴承座安装于电池箱模块侧面，光杆穿过直线轴承座。

导轮轴在第一U型槽中运动，通过调整第一垫块在第一U型槽两侧的数量可以改变导轮轴的位置，从动轮轴在第二U型槽中运动，通过调整第二垫块在第二U型槽两侧的数量可以改变从动轮轴的位置，当导轮轴和从动轮轴适当调整位置时，实现履带前面倾角的改变。

螺母和螺母加强板安装在电池箱模块和内挡板之间，丝杠与螺母通过螺纹连接；预紧螺母压在螺母上，防止螺母松动，在丝杠两端分别加工左右旋螺纹，转动丝杠会使得螺母向丝杠一端运动一段距离，基于对称原理，机器人作业行距增大量等于这段距离的两倍；反方向转动丝杠，作业行距将减小。控制丝杠转动的方向和角度就可以调整机器人作业行距来适应各地不同的水稻行距要求。

优选地，所述履带与水田土壤接触前表面的角度为50º~60º。

优选地，所述除草机器人的运动速度为0~5m/s。

优选地，电池作为动力源驱动电机。

本发明还提供了以上所述水田除草机器人在水流溅射株间除草方法，机器人利用行走机构模块运动产生向两侧飞溅的泥水对株间杂草进行掩埋作用，并使水稻田浑浊以抑制杂草光合作用来完成株间除草作业。水田环境的土壤种类和水层厚度不同，调整履带与水田土壤接触前表面的角度或除草机器人运动速度，选择合适的履带前面倾角和除草机器人运动速度能够既保证除草作业效果又能够使除草机器人行驶阻力较小。

本发明的有益效果如下：

(1)采用履带式行走机构，有效减小除草机器人接地压力，有效减小水田环境下除草机器人沉陷可能；

(2)可调节对称分布的行走机构模块之间的距离，适用于不同规格行距的水田除草作业；

(3)利用行走机构行间运动在两侧产生飞溅的泥水，掩埋株间杂草，同时使水田环境浑浊以抑制杂草的光合作用；

(4)可调节履带前面与地面倾角和除草机器人运动速度，针对不同的土壤种类和水层厚度可以获得较好的除草效果和较小行驶阻力。

附图说明

图1为除草机器人整体结构示意图；

图2为行走机构模块结构示意图；

图3为行距调整模块结构示意图；

图4为履带前面倾角调节模块结构示意图；

图5为水流溅射株间除草方法示意图；

图6为内挡板结构图；

图7为外挡板结构图。

具体实施方式

下面通过一种具体的实施方式结合附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

图1中，机器人由行走机构模块1，电池箱模块2，行距调整模块3，履带前面倾角调整模块4，内挡板13，外挡板14等组成。行走机构模块安装在内挡板13和外挡板14之间，电池箱模块2固定连接在内挡板13上；行距调整模块3位于左右对称模块之间起连接作用，同时可以调整机器人作业行距。

图2中，第一链轮6和电机5固定连接并一起作为主动轮驱动机器人运动，第二链轮7安装在从动轮8上，链条12的副边上安装履带11。电机5，从动轮8，第一导轮9和第二导轮10均安装在内挡板13和外挡板14之间。

图3中，电池箱模块2安装在内挡板13上，直线轴承座25安装于电池箱模块2侧面，光杆26穿过直线轴承座25，光杆26主要起导向作用；螺母23和螺母加强板22安装在电池箱模块2和内挡板13之间，丝杠21与螺母23通过螺纹连接；预紧螺母24压在螺母23上，防止螺母23松动。丝杠21两端分别加工左右旋螺纹，转动丝杠21会使得螺母23向丝杠一端运动一段距离，基于对称原理，机器人作业行距增大量等于这段距离的两倍；反方向转动丝杠21，作业行距将减小。控制丝杠21转动的方向和角度就可以调整机器人作业行距来适应各地不同的水稻行距要求。

图4中，在履带前面倾角调节模块4中，导轮轴18在第一U型槽19中运动，通过调整第一垫块15在第一U型槽19两侧的数量可以改变导轮轴18的位置，从动轮轴17在第二U型槽20中运动，通过调整第二垫块16在第二U型槽20两侧的数量可以改变从动轮轴17的位置，当导轮轴18和从动轮轴17适当调整位置时，实现履带11前面倾角的改变。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种模块化的水田除草机器人，其特征在于，包括行走机构模块（1），电池箱模块（2），行距调整模块（3），履带前面倾角调整模块（4），内挡板（13），外挡板（14）；

行走机构模块（1）包括电机（5），第一链轮（6）和第二链轮（7），从动轮（8），第一导轮（9）和第二导轮（10），履带（11），链条（12）；履带前面倾角调整模块（4）包括第一垫块（15）和第二垫块（16），从动轮轴（17），导轮轴（18），第一U型槽（19）和第二U型槽（20）；行距调整模块（3）包括丝杠（21），螺母加强板（22），螺母（23），预紧螺母（24），直线轴承座（25），光杆（26）；

第一链轮（6）和电机（5）固定连接并一起作为主动轮驱动机器人运动，第二链轮（7）安装在从动轮（8）上，链条（12）的副边上安装履带（11），电机（5），从动轮（8），第一导轮（9）和第二导轮（10）均安装在内挡板（13）和外挡板（14）之间，电池箱模块（2）安装在内挡板（13）上，直线轴承座（25）安装于电池箱模块（2）侧面，光杆（26）穿过直线轴承座（25），导轮轴（18）在第一U型槽（19）中运动，通过调整第一垫块（15）在第一U型槽（19）两侧的数量可以改变导轮轴（18）的位置，从动轮轴（17）在第二U型槽（20）中运动，通过调整第二垫块（16）在第二U型槽（20）两侧的数量可以改变从动轮轴（17）的位置，当导轮轴（18）和从动轮轴（17）调整位置时，实现履带（11）前面倾角的改变；螺母（23）和螺母加强板（22）安装在电池箱模块（2）和内挡板（13）之间，丝杠（21）与螺母（23）通过螺纹连接；预紧螺母（24）压在螺母（23）上，防止螺母（23）松动，在丝杠（21）两端分别加工左右旋螺纹，转动丝杠（21）使螺母（23）向丝杠（21）一端运动，机器人作业行距增大；反方向转动丝杠（21），机器人作业行距减小，控制丝杠（21）转动的方向和角度调整机器人作业行距。

2.根据权利要求1所述的模块化水田除草机器人，其特征在于，电池箱模块（2）内设有电池（27）。

3.根据权利要求1所述的模块化水田除草机器人，其特征在于，电机（7）采用轮毂电机直接驱动除草机器人。

4.根据权利要求1所述的模块化水田除草机器人，其特征在于，所述螺母（23）的运动行程为0.2m。

5.根据权利要求1所述的模块化水田除草机器人，其特征在于，所述履带（11）前面与水田表面之间的角度为50º~60º。

6.根据权利要求1所述的模块化的水田除草机器人，其特征在于，所述除草机器人的运动速度为0~5m/s。

7.根据权利要求1所述的模块化的水田除草机器人，其特征在于，电池（27）作为动力源驱动电机（5）。

8.一种用权利要求1至7任一项所述水田除草机器人在水流溅射株间除草方法，其特征在于，利用行走机构模块（1）运动产生向两侧飞溅的泥水对株间杂草进行掩埋作用，并使水稻田浑浊以抑制杂草光合作用来完成株间除草作业。