CN110063321A - 一种喷农药机器人系统 - Google Patents

Abstract

一种喷农药机器人系统，涉及喷农药技术领域，其包括上位机端和下位机端；所述上位机端包括集成板、遥控模块、红外发射模块、显示模块、无线图像接收模块和电池，所述遥控模块与所述红外发射模块通讯连接，所述显示模块与所述无线图像接收模块通讯连接，所述电池分别与所述遥控模块、所述红外发射模块、所述显示模块和所述无线图像接收模块电源连接；所述下位机端包括履带机器人、处理器、红外接收模块、图像采集模块、无线图像传输模块、喷药控制系统和供电装置，所述红外接收模块与所述处理器连接，所述无线图像传输模块与所述图像采集模块连接；与传统的劳动力相比，本发明能更好的减轻劳动者的负担，提高工作效率，并为劳动者提供安全保障。

Description

一种喷农药机器人系统

【技术领域】

本发明涉及喷农药技术领域，特别涉及一种喷农药机器人系统。

【背景技术】

近200年来，随着我国人口的不断激增，粮食的需求量也在不断增加，如何高效快速的生产高质量粮食就成为了人们目前急迫需要解决的问题，农药的出现为解决这个问题开阔了一条道路。

全球农药行业经过数十年的发展已经进入比较成熟的发展阶段，从市场规模变动趋势看，受世界人口和粮食需求不断增加的推动，对农药的刚性需求不变，全球农药市场销售额在过去的十几年内整体呈上升趋势，与此同时农药的迅猛发展，也带来了一系列问题，除了熟知的环境问题外，还对人体有极大的威胁，人们在喷洒农药的同时，若不注意细节而使皮肤与农药接触，会对人体造成伤害。同时，传统的劳动力使得工作效率并不会很高。随着科学技术的发展，越来越多的行业都出现了机器人的身影，利用机器人代替人工喷洒作业，可有效防止该问题发生。当前，日本研发出的喷农药机器人，主要用于数目及果园病虫害的防治，并取得了不错的成效。

【发明内容】

鉴于上述内容，有必要提供一种喷农药机器人系统，与传统的劳动力相比，本发明能更好的减轻劳动者的负担，提高工作效率，并为劳动者提供安全保障。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种喷农药机器人系统，其包括上位机端和下位机端，

所述上位机端包括集成板、遥控模块、红外发射模块、显示模块、无线图像接收模块和电池，所述遥控模块设置在所述集成板上且与所述红外发射模块通讯连接，所述红外发射模块设置在所述集成板上，所述显示模块设置在所述集成板的正面且与所述无线图像接收模块通讯连接，所述无线图像接收模块设置在所述集成板上，所述电池设置在所述集成板上且分别与所述遥控模块、所述红外发射模块、所述显示模块和所述无线图像接收模块电源连接；

所述下位机端包括履带机器人、处理器、红外接收模块、图像采集模块、无线图像传输模块、喷药控制系统和供电装置，所述处理器固定在所述履带机器人上且与所述履带机器人的运动驱动模块连接，所述红外接收模块固定在所述履带机器人上且与所述处理器连接，所述图像采集模块固定在所述履带机器人上，所述无线图像传输模块固定在所述履带机器人上且与所述图像采集模块连接，

所述红外发射模块和所述红外接收模块无线连接，所述无线图像接收模块和所述无线图像传输模块无线信号连接；

所述喷药控制系统包括水箱、水泵、水泵驱动模块和可调喷头，所述水箱固定在所述所述履带机器人上，所述水泵固定在所述所述履带机器人上且以管道与所述水箱连通，所述水泵驱动模块固定在所述履带机器人上且分别与所述水泵和所述处理器连接，所述可调喷头固定在所述履带机器人上且与所述水泵以管道连接，所述可调喷头与所述处理器连接，

所述供电装置固定在所述履带机器人上，所述运动驱动模块、所述处理器、所述图像采集模块、所述无线图像传输模块、所述水泵、所述水泵驱动模块以及所述可调喷头均与所述供电装置电源连接。

进一步地，所述可调喷头包括喷头、脉冲电机和驱动器，所述脉冲电机与所述履带机器人固定连接，所述喷头的外壁与所述脉冲电机的电机轴垂直固定连接，所述驱动器分别与所述脉动电机和所述处理器连接，所述驱动器还与所述供电装置电源连接。

进一步地，所述图像采集模块至少包括一个喷洒监控摄像头、一个前方视野摄像头和一个后方视野摄像头，所述喷洒摄像头固定在所述可调喷头上并且朝向所述可调喷头的前方，所述前方视野摄像头通过固定在所述履带机器人的前端且朝向前方，所述后方视野摄像头通过固定在所述履带机器人的尾部且朝向后方，所述喷洒监控摄像头、所述前方视野摄像头和所述后方视野摄像头均与所述无线图像传输模块连接，且所述喷洒监控摄像头、所述前方视野摄像头和所述后方视野摄像头还分别与所述供电装置连接。

进一步地，所述无线图像传输模块包括编码模块、调制模块、功放模块和发射天线，所述编码模块固定在所述履带机器人且与所述图像采集模块连接，所述调制模块固定在所述履带机器人上且与所述编码模块连接，所述功放模块固定在所述履带机器人上且所述调制模块连接，所述发射天线固定在所述履带机器人上且与所述功放模块连接，所述编码模块、所述调制模块和所述功放模块均与所述供电装置电源连接。

进一步地，所述无线图像接收模块包括接收天线、滤波模块、低噪增强模块、解调模块和解码模块，所述接收天线固定在所述集成板上且朝外，所述滤波模块设置在所述集成板内部且与所述接收天线连接，所述低噪增强模块设置在所述集成板内部且与所述滤波模块连接，所述解调模块设置在所述集成板内部且与所述低噪增强模块连接，所述解码模块设置在所述集成板内部且与所述解调模块连接，所述接收天线、所述滤波模块、所述低噪增强模块、所述解调模块和所述解码模块均与所述电池电源连接。

进一步地，所述喷药控制系统还包括药箱、药泵和药泵驱动模块，所述药箱固定在所述履带机器人上，所述药泵固定在所述履带机器人上且与以管道所述药箱连通，所述药泵驱动模块分别与所述药泵和所述处理器连接，所述药泵还以管道与所述水箱连通，所述药泵和所述药泵驱动模块均与所述供电装置电源连接；所述遥控模块与所述显示模块连接。

进一步地，所述喷农药机器人系统还包括液位提醒系统，所述液位提醒系统包括水箱液位传感器和药箱液位传感器，所述水箱液位传感器和所述药箱液位传感器均与所述无线图像传输模块连接，所述水箱液位传感器和所述药箱液位传感器还分别与所述供电装置电源连接。

进一步地，所述水箱内还设置有一搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌电机和搅拌手，所述电机固定在所述水箱顶部，所述搅拌手与所述搅拌电机的电机轴连接，所述搅拌手位于所述水箱内部。

本发明具有如下有益效果：

1、通过上位机端远程控制下位机端喷洒农药，能够有效减轻劳动者的负担，提高工作效率，并为劳动者提供安全保障。

2、可调喷头能够改变喷洒农药的仰角，使得本发明的喷农药机器人能够喷到更远的位置，覆盖面积更加广。

3、采用多个摄像头能够有效监控喷农药机器人的工作环境，以便及时调整喷农药机器人的运动，以及喷洒的落点范围。

4、设置药箱、药泵有利于及时调整喷洒农药的浓度，同时有利于精准控制水箱内农药的浓度，而且在药箱中一次性配好农药之后，水箱中的水喷洒完之后只需要往水箱中注入水即可，减轻了工作量。

5、液位提醒系统能够让劳动者及时发现药箱内的农药或者是水箱内的水不足，及时加药或者加水。

6、所述风扇的作用在于发生火灾烟雾弥漫时能吹散烟雾，为无人车获取视野，能够及时反馈火灾现场的数据以及视频回到上位机端。

7、所述搅拌装置能够快速使得农药和水均匀混合。

【附图说明】

图1是本发明中的下位机端系统结构示意图。

图2是本发明中的上位机端系统结构示意图。

图3是本发明中的无线图像接收模块系统结构示意图。

图4是本发明中的图像采集模块系统结构示意图。

图5是本发明中的喷药控制系统结构示意图。

图6是本发明中的无线图像传输模块系统结构示意图。

图7是本发明中的液位提示系统结构示意图。

图8是本发明中的可调节喷头系统结构图。

图9是本发明中的搅拌装置示意图。

图中标号为：11-集成板，111-电源模块，12-遥控模块，13-红外发射模块，14-显示模块，15-无线图像接收模块，151-接收天线，152-滤波模块，153-低噪增强模块，154-解调模块，155-解码模块，16-电池，21-履带机器人，212-运动驱动模块，211-驱动电机，22-处理器，23-红外接收模块，24-图像采集模块，241-喷洒监控摄像头，242-前方视野摄像头，243-后方视野摄像头，25-无线图像传输模块，251-编码模块，252-调制模块，254-功放模块，255-发射天线，27-喷药控制系统，271-水箱，272-水泵，273-水泵驱动模块，274-可调喷头，2741-喷头，2742-脉冲电机，2743-驱动器，275-药箱，276-药泵，277-药泵驱动模块，26-供电装置，3-液位提醒系统，31-水箱液位传感器，32-药箱液位传感器，278-搅拌电机，279-搅拌手。

【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。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参见图1至图9，本发明一较佳实施方式提供一种喷农药机器人系统，其包括上位机端和下位机端，

所述上位机端包括集成板11、遥控模块12、红外发射模块13、显示模块14、无线图像接收模块15和电池16，

所述集成板11用于固定其他元器件。

所述遥控模块12设置在所述集成板11上且与所述红外发射模块13通讯连接，所述遥控模块12与所述电池16电源连接。

所述红外发射模块13设置在所述集成板11上，所述红外发射模块13与所述电池16电源连接。

所述显示模块14设置在所述集成板11的正面且与所述无线图像接收模块15通讯连接，所述显示模块14还与所述电池16电源连接，且所述遥控模块12还与所述显示模块14连接。

所述无线图像接收模块15设置在所述集成板11上，所述无线图像接收模块15还与所述电池16电源连接。

优选地，所述无线图像接收模块15包括接收天线151、滤波模块152、低噪增强模块153、解调模块154和解码模块155，所述接收天线151固定在所述集成板11上且朝外，所述滤波模块152设置在所述集成板11内部且与所述接收天线151连接，所述低噪增强模块153设置在所述集成板11内部且与所述滤波模块152连接，所述解调模块154设置在所述集成板11内部且与所述低噪增强模块153连接，所述解码模块155设置在所述集成板11内部且与所述解调模块154连接，所述接收天线151、所述滤波模块152、所述低噪增强模块153、所述解调模块154和所述解码模块155均与所述电池16电源连接。

所述电池16固定在所述集成板11上，并且所述电池16设置有电源接口和充电接口。

优选地，在本实施例中，所述集成板11设置有一个电源模块111，所述电源模块111与所述电池16的电源接口插接，所述电源模块111具有变压以及稳压的作用。所述遥控模块12、所述红外发射模块13、所述显示模块14、所述接收天线151、所述滤波模块152、所述低噪增强模块153、所述解调模块154和所述解码模块155均通过所述电源模块111与所述电池16电源连接。

所述下位机端包括履带机器人21、处理器22、红外接收模块23、图像采集模块24、无线图像传输模块25、喷药控制系统27和供电装置26，

所述履带机器人21为下位机端所有模块和元器件的载体。在本实施例中，所述履带机器人21的两条履带分别由两个驱动电机211带动，两个驱动电机211分别与两个运动驱动模块212连接，两个所述运动驱动模块212独立控制所述履带机器人21的两个驱动电机211转动，两个所述运动驱动模块212分别与所述供电装置26电源连接。

所述处理器22固定在所述履带机器人21上且与所述履带机器人21的运动驱动模块212连接，所述处理器22与所述供电装置26电源连接。所述供电装置26固定在所述履带机器人21上。

所述红外接收模块23固定在所述履带机器人21上且与所述处理器22连接，所述红外接收模块23与所述供电装置26电源连接，所述红外接收模块23与所述红外发射模块13无线连接。

所述图像采集模块24固定在所述履带机器人21上，所述图像采集模块24与所述供电装置26电源连接。

所述无线图像传输模块25固定在所述履带机器人21上且与所述图像采集模块24连接，所述无线图像传输模块25与所述供电装置26电源连接。所述无线图像传输模块25与所述无线图像接收模块15无线信号连接。

优选地，所述无线图像传输模块25包括编码模块251、调制模块252、功放模块254和发射天线255，所述编码模块251固定在所述履带机器人21且与所述图像采集模块24连接，所述调制模块252固定在所述履带机器人21上且与所述编码模块251连接，所述功放模块254固定在所述履带机器人21上且所述调制模块252连接，所述发射天线255固定在所述履带机器人21上且与所述功放模块254连接，所述编码模块251、所述调制模块252和所述功放模块254均与所述供电装置26电源连接。

所述喷药控制系统27包括水箱271、水泵272、水泵驱动模块273和可调喷头274，所述水箱271固定在所述所述履带机器人21上，所述水泵272固定在所述所述履带机器人21上且以管道与所述水箱271连通，所述水泵驱动模块273固定在所述履带机器人21上且分别与所述水泵272和所述处理器22连接，所述可调喷头274固定在所述履带机器人21上且与所述水泵272以管道连接，所述可调喷头274与所述处理器22连接，所述水泵272、所述水泵驱动模块273以及所述可调喷头274均与所述供电装置26电源连接。

优选地，所述可调喷头274包括喷头2741、脉冲电机2742和驱动器2743，所述脉冲电机2742与所述履带机器人21固定连接，所述喷头2741的外壁与所述脉冲电机2742的电机轴垂直固定连接，所述喷头2741在所述脉冲电机2742的驱动下能改变仰角；所述驱动器2743分别与所述脉动电机和所述处理器22连接，所述驱动器2743还与所述供电装置26电源连接。

优选地，所述图像采集模块24至少包括一个喷洒监控摄像头241、一个前方视野摄像头242和一个后方视野摄像头243，所述喷洒监控摄像头241固定在所述喷头2741上并且朝向所述喷头2741的前方，所述前方视野摄像头242通过固定在所述履带机器人21的前端且朝向前方，所述后方视野摄像头243通过固定在所述履带机器人21的尾部且朝向后方，所述喷洒监控摄像头241、所述前方视野摄像头242和所述后方视野摄像头243均与所述无线图像传输模块25连接，且所述喷洒监控摄像头241、所述前方视野摄像头242和所述后方视野摄像头243还分别与所述供电装置26电源连接。

优选地，所述喷药控制系统27还包括药箱275、药泵276和药泵驱动模块277，所述药箱275固定在所述履带机器人21上，所述药泵276固定在所述履带机器人21上且以管道与所述药箱275连通，所述药泵驱动模块277分别与所述药泵276和所述处理器22连接，所述药泵276还以管道与所述水箱271连通，所述药泵276和所述药泵驱动模块277均与所述供电装置26电源连接。

优选地，所述喷农药机器人系统还包括液位提醒系统3，所述液位提醒系统3包括水箱液位传感器31和药箱液位传感器32，所述水箱液位传感器31和所述药箱液位传感器32均与所述无线图像传输模块25连接，所述水箱液位传感器31和所述药箱液位传感器32还分别与所述供电装置26电源连接。

在本实施例中，所述水箱271的开口设置在侧边，所述水箱271内还设置有一搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌电机278和搅拌手279，所述搅拌电机278固定在所述水箱271的顶部，所述搅拌手279与所述搅拌电机278的电机轴连接，所述搅拌手279位于所述水箱271内。所述搅拌装置能够快速使得农药和水均匀混合。

本发明的喷农药机器人系统工作原理：

所述上位机端由遥控模块12发出的操控指令依次经过红外发射模块13、红外接收模块23进入处理器22，操控指令由处理器22识别之后控制对应的模块(运动驱动模块212、水泵驱动模块273和药泵驱动模块277)工作。所述遥控模块12包括有履带机器人21转向控制通道、履带机器人21加速度控制通道、药泵驱动模块277控制通道、水泵驱动模块273控制通道和可调节喷头274控制通道。

所述履带机器人21转向控制通道：转向指令依次经过红外发射模块13、红外接收模块23进入处理器22后以数字信号的形式输出到所述运动驱动模块212，通过控制运动驱动模块212的输出来控制驱动电机211的转动，两个驱动电机211之间的转速差决定所述履带机器人21的转向。

所述履带机器人21加速度控制通道：加速度指令依次经过红外发射模块13、红外接收模块23进入处理器22后以数字信号的形式输出到所述运动驱动模块212，通过控制运动驱动模块212的输出来控制所述驱动电机211的转动快慢。

所述药泵驱动模块277控制通道：关于药泵276的控制指令依次经过红外发射模块13、红外接收模块23进入处理器22后以数字信号的形式输出到所述药泵驱动模块277，通过控制所述药泵驱动模块277的输出来控制药泵276的工作；同时依据药泵276的流速乘以时间得出抽取农药的药量并在所述显示模块14上显示。

所述水泵驱动模块273控制通道：关于水泵272的控制指令依次经过红外发射模块13、红外接收模块23进入处理器22后以数字信号的形式输出到所述水泵驱动模块273，通过控制所述水泵驱动模块273的输出来控制所述水泵272的工作。

所述可调节喷头274控制通道：关于喷头2741的控制指令依次经过红外发射模块13、红外接收模块23进入处理器22后以数字信号的形式输出到所述驱动器2743，通过控制驱动器2743的输出来控制脉冲电机2742的工作，从而改变所述喷头2741的仰角。

下位机端由图像采集模块24拍摄的图像信息和液位提醒系统3检测到的数据依次经过无线图像传输模块25、无线图像接收模块15进入显示模块14。操控人员根据显示模块14的显示内容决定并控制所述遥控模块12发送操控指令。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种喷农药机器人系统，其特征在于：所述喷农药机器人系统包括上位机端和下位机端；

所述上位机端包括集成板、遥控模块、红外发射模块、显示模块、无线图像接收模块和电池，所述遥控模块设置在所述集成板上且与所述红外发射模块通讯连接，所述红外发射模块设置在所述集成板上，所述显示模块设置在所述集成板的正面且与所述无线图像接收模块通讯连接，所述无线图像接收模块设置在所述集成板上，所述电池设置在所述集成板上且分别与所述遥控模块、所述红外发射模块、所述显示模块和所述无线图像接收模块电源连接；

所述下位机端包括履带机器人、处理器、红外接收模块、图像采集模块、无线图像传输模块、喷药控制系统和供电装置，所述处理器固定在所述履带机器人上且与所述履带机器人的运动驱动模块连接，所述红外接收模块固定在所述履带机器人上且与所述处理器连接，所述图像采集模块固定在所述履带机器人上，所述无线图像传输模块固定在所述履带机器人上且与所述图像采集模块连接，

所述红外发射模块和所述红外接收模块无线连接，所述无线图像接收模块和所述无线图像传输模块无线信号连接；

所述喷药控制系统包括水箱、水泵、水泵驱动模块和可调喷头，所述水箱固定在所述所述履带机器人上，所述水泵固定在所述所述履带机器人上且以管道与所述水箱连通，所述水泵驱动模块固定在所述履带机器人上且分别与所述水泵和所述处理器连接，所述可调喷头固定在所述履带机器人上且以管道与所述水泵连接，所述可调喷头与所述处理器连接，

所述供电装置固定在所述履带机器人上，所述运动驱动模块、所述处理器、所述图像采集模块、所述无线图像传输模块、所述水泵、所述水泵驱动模块以及所述可调喷头均与所述供电装置电源连接。

2.如权利要求1所述的一种喷农药机器人系统，其特征在于：所述可调喷头包括喷头、脉冲电机和驱动器，所述脉冲电机与所述履带机器人固定连接，所述喷头的外壁与所述脉冲电机的电机轴垂直固定连接，所述驱动器分别与所述脉动电机和所述处理器连接，所述驱动器还与所述供电装置电源连接。

3.如权利要求1所述的一种喷农药机器人系统，其特征在于：所述图像采集模块至少包括一个喷洒监控摄像头、一个前方视野摄像头和一个后方视野摄像头，所述喷洒摄像头固定在所述可调喷头上并且朝向所述可调喷头的前方，所述前方视野摄像头通过固定在所述履带机器人的前端且朝向前方，所述后方视野摄像头通过固定在所述履带机器人的尾部且朝向后方，所述喷洒监控摄像头、所述前方视野摄像头和所述后方视野摄像头均与所述无线图像传输模块连接，且所述喷洒监控摄像头、所述前方视野摄像头和所述后方视野摄像头还分别与所述供电装置连接。

4.如权利要求1所述的一种喷农药机器人系统，其特征在于：所述无线图像传输模块包括编码模块、调制模块、功放模块和发射天线，所述编码模块固定在所述履带机器人且与所述图像采集模块连接，所述调制模块固定在所述履带机器人上且与所述编码模块连接，所述功放模块固定在所述履带机器人上且所述调制模块连接，所述发射天线固定在所述履带机器人上且与所述功放模块连接，所述编码模块、所述调制模块和所述功放模块均与所述供电装置电源连接。

5.如权利要求1所述的一种喷农药机器人系统，其特征在于：所述无线图像接收模块包括接收天线、滤波模块、低噪增强模块、解调模块和解码模块，所述接收天线固定在所述集成板上且朝外，所述滤波模块设置在所述集成板内部且与所述接收天线连接，所述低噪增强模块设置在所述集成板内部且与所述滤波模块连接，所述解调模块设置在所述集成板内部且与所述低噪增强模块连接，所述解码模块设置在所述集成板内部且与所述解调模块连接，所述接收天线、所述滤波模块、所述低噪增强模块、所述解调模块和所述解码模块均与所述电池电源连接。

6.如权利要求1所述的一种喷农药机器人系统，其特征在于：所述喷药控制系统还包括药箱、药泵和药泵驱动模块，所述药箱固定在所述履带机器人上，所述药泵固定在所述履带机器人上且与以管道所述药箱连通，所述药泵驱动模块分别与所述药泵和所述处理器连接，所述药泵还以管道与所述水箱连通，所述药泵和所述药泵驱动模块均与所述供电装置电源连接；所述遥控模块与所述显示模块连接。

7.如权利要求1所述的一种喷农药机器人系统，其特征在于：所述喷农药机器人系统还包括液位提醒系统，所述液位提醒系统包括水箱液位传感器和药箱液位传感器，所述水箱液位传感器和所述药箱液位传感器均与所述无线图像传输模块连接，所述水箱液位传感器和所述药箱液位传感器还分别与所述供电装置电源连接。

8.如权利要求1所述的一种喷农药机器人系统，其特征在于：所述水箱内还设置有一搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌电机和搅拌手，所述电机固定在所述水箱顶部，所述搅拌手与所述搅拌电机的电机轴连接，所述搅拌手位于所述水箱内部。