CN110301418B - 一种智能对行升降植保喷雾机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能对行升降植保喷雾机器人，属于农业机械技术领域。该机器人的前支架固定前端横梁以及对行升降喷雾架；前端横梁与喷雾移动平台构成横向移动副，喷雾移动平台与喷雾区域调节杆伸出端铰接，喷雾区域调节杆的固定端与前支架固连；对行升降喷雾架与行距移动器构成横向移动副，行距移动器安装喷雾升降杆的固定端，喷雾升降杆的伸缩端安置喷头；行距移动器的立轴穿过X形铰接架的交叉铰接中心，相邻行距移动器的X形铰接架邻近端对应铰接，两相邻X形铰接架的铰接处与行距调节杆伸出端铰接，行距调节杆的固定端安装在喷雾移动平台上。本发明将喷雾区域、行距、喷雾高度等功能集于一体，可以实现智能化自动控制完成精准无人喷雾作业。

Description

一种智能对行升降植保喷雾机器人

技术领域

本发明涉及一种植保机械，尤其涉及一种田间作业用的智能对行升降植保喷雾机器人,属于农业机械技术领域。

背景技术

喷雾机械主要应用于农药和水的喷雾作业，以提高农药和水的利用率，降低劳动强度，提升作业效率，保护农作物正常生长，因此是日光温室和田间作业必不可少的植保工具。

据申请人了解,现有喷雾机械虽数量众多，但种类较少，大部分地区依然主要采用手动喷雾机械。而且这些喷雾机械大都比较简陋，精准度差,农药和水的利用率以及作业效率较低，难免对作业人员身体健康造成伤害，无法满足农业现代化发展的需求。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种可以根据田间农作物的行距和植株高度进行对行和仿形的智能对行升降植保喷雾机器人，从而实现电动智能化精准高效喷雾作业，在提高喷雾作业效率和质量的同时，确保田间劳动人员的健康安全，为达到环保农业奠定基础。

为了达到上述目的，本发明的基本技术方案是：一种智能对行升降植保喷雾机器人，包括可行进的机架，其特征在于：所述机架由通过机架连接轴铰接的前支架和后支架构成；所述前支架的前端固定前端横梁以及对行升降喷雾架；所述前端横梁与喷雾移动平台构成横向移动副，所述喷雾移动平台与可伸缩的喷雾区域调节杆伸出端铰接，所述喷雾区域调节杆的固定端与前支架固连；所述对行升降喷雾架与一组彼此平行的行距移动器构成横向移动副，所述行距移动器安装下倾的可伸缩喷雾升降杆的固定端，所述喷雾升降杆的伸缩端安置有与分流输液管连通的喷头；所述行距移动器的立轴穿过X形铰接架的交叉铰接中心，相邻行距移动器的X形铰接架邻近端对应铰接，位于中间的两相邻X形铰接架的铰接处与可伸缩的行距调节杆伸出端铰接，所述行距调节杆的固定端安装在喷雾移动平台上。

由于可以通过调控喷雾区域调节杆的伸缩，调节整个喷雾区域的左右位置；通过调控行距调节杆的伸缩，借助行距移动器调节相邻喷头的间距；而通过调控喷雾升降杆的伸缩，可以调节喷头的喷洒高度；因此将喷雾区域、行距、喷雾高度等功能集于一体，从而实现智能化自动控制完成精准无人喷雾作业，在提高喷雾作业效率和质量的同时，确保田间劳动人员的健康安全。

本发明进一步的完善是，所述前支架和后支架分别通过支撑在两侧插装于下支撑腿的机身升降杆上，底部装有驱动电机带动的滚轮。因此可以实现四轮差速驱动，完成折腰转向，直行和转向行走稳定、方便、灵活。

本发明更进一步的完善是，所述后支架上支撑储液设施的液压泵以及定位的药液输出管，所述液压泵经药液输出管、并通过与所述机架连接轴同轴的液压旋转接头与位于前支架上的药液运输管连通，再经分流器连通各分流运输管前端的喷头，从而可以实现通过硬管完成经过铰接环节的液体输送，输液稳定可靠。

本发明再进一步的完善是，所述对行升降喷雾架两侧分别铰装与展开后与对行升降喷雾架横向导轨两端对接的拓展喷雾架内端，所述拓展喷雾架的铰装处延伸出与可伸缩对行拓展喷雾架调节杆伸出端铰接的杠杆臂，所述对行拓展喷雾架调节杆的安置端铰支在机架上。这样，可以按需通过调控对行拓展喷雾架调节杆的伸出，实现对行升降喷雾架两端与拓展喷雾架的无缝对接，从而大大扩展喷雾区域、行距调节范围。而当对行拓展喷雾架调节杆缩回时，拓展喷雾架可以收折于对行升降喷雾架两侧，便于设备运输、贮存。

进一步，所述前端横梁通过滑动轨道与带滑动轮的喷雾移动平台构成横向移动副，所述对行升降喷雾架由前端横梁上下前伸的门形梁架构成。

进一步，所述拓展喷雾架的上下铰接处分别延伸出长度与对行升降喷雾架前伸长度相应的短架臂，再由短架臂的外端弯折延伸出U字形的长架臂，所述长架臂上具有与滑动轨道相配延长的滑移轨道。

进一步，所述对行升降喷雾架的上下门形梁架分别通过横向轨道与一组彼此平行的行距移动器上下对应部位构成横向移动副。

进一步，所述行距移动器后部的立轴通过前伸的三角支撑结构安装下倾的可伸缩喷雾升降杆的固定端，所述喷雾升降杆的伸缩端通过扇形喷雾箱安置与分流输液管连通的喷头。

附图说明

图1是一个实施例的立体结构示意图。

图2是图1实施例另一个视角的立体结构示意图。

图3是图1实施例的侧视结构示意图。

图4是图1实施例对行拓展喷雾架展开后的俯视结构示意图。

图5是图1实施例中行距调节机构的立体结构示意图。

图6是图1实施例中喷雾区域调节机构部分的结构示意图。

图7是图1实施例中的仿形升降喷雾部分的立体结构结构图。

图中：1、分流运输管，2、喷雾升降杆，3、喷雾升降测量器，4、扇形喷雾箱，5、喷雾高度测距器，6、喷头，7、行距移动器，8、对行拓展喷雾架，9、X形铰接架，10、行距调节杆，11、行距测量器，12、对行拓展喷雾架调节杆，13、控制箱盖，14、药液运输管，15、运输管固定架，16、分流器，17、喷雾区域调节杆，18、喷雾区域测量器，19、对行升降喷雾架，20、锂电池，21、喷雾行距调节控制器，22、单片机主控制器，23、无线WiFi，24、GPS定位器，25、机架，26、喷雾升降控制器，27、喷雾移动平台，28、滑动轮，29（29’）、滑动轨道（滑移轨道），30、前端横梁，32、后机盖，33、液压泵，34、运输管固定架，35、药液输出管，36、液压旋转接头，37、滚轮，38、驱动电机，39、下支撑腿，40、机身升降杆，41、机架连接轴，42、前支架，43、后支架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步的说明。

实施例一

本实施例的智能对行升降植保喷雾机器人如图1至图4所示，可行进的机架25由通过机架连接轴41铰接的前支架42和后支架43构成，用于构成智能对行仿形升降装置的结构框架，承载全部的组成模块。前支架42和后支架43分别通过支撑在两侧插装于下支撑腿39的机身升降杆40上，底部装有驱动电机38带动的滚轮37。

后支架43上支撑储液设施，包括位于后机盖32上的液压泵33，以及借助运输管固定架34定位的药液输出管35，液压泵33经药液输出管35、并经与机架连接轴41同轴的液压旋转接头36与位于前支架42上的药液运输管14连通，再经分流器16输送到各分流运输管1前端的喷头6。

前支架42的前端固定前端横梁30以及由前端横梁30上下前伸门形梁架构成的对行升降喷雾架19。前端横梁30通过滑动轨道29与带滑动轮28的喷雾移动平台27构成横向移动副（参见图6）。喷雾移动平台27与可伸缩的喷雾区域调节杆17伸出端铰接，喷雾区域调节杆17的固定端与前支架42固连。喷雾区域调节杆17采用电动推杆，根据需要控制其伸缩可以改变喷雾移动平台27相对于前端横梁30的左右位置，从而调整喷雾区域。喷雾区域测量器18固定在喷雾区域调节杆17的前侧，运动端固定在喷雾区域调节杆17的运动端上，用于测量喷雾区域调节杆17的伸缩距离。

对行升降喷雾架19的上下门形梁架分别通过横向轨道与一组八个彼此平行的行距移动器7上下对应部位构成横向移动副。行距移动器7后部的立轴通过前伸的三角支撑结构安装下倾的可伸缩喷雾升降杆2的固定端，如图7所示，喷雾升降杆2的伸缩端通过扇形喷雾箱4安置有与分流输液管1连通的喷头6。喷头6的前侧安置喷雾高度测距器5。

行距移动器7的立轴穿过X形铰接架9的交叉铰接中心，相邻行距移动器7的X形铰接架9邻近端对应铰接，构成连续的菱形四连杆机构。如图5所示，位于中间的两相邻X形铰接架9的铰接处与可伸缩的行距调节杆10伸出端铰接，行距调节杆10的固定端安装在喷雾移动平台27上。因此，控制行距调节杆10的伸缩可以使行距移动器7按需沿对行升降喷雾架19上的横向轨道滑移，并通过连续的菱形四连杆机构改变各行距移动器7彼此之间的距离，满足对行喷雾的需求。行距测量器11采用直线位移传感器，固定在行距调节杆10的左侧，运动端与行距调节杆10的运动端固定，用于测量行距调节杆10的伸缩位移。

此外，对行升降喷雾架19的两侧分别铰装展开后与对行升降喷雾架横向导轨两端对接的拓展喷雾架8内端，拓展喷雾架8的铰装处延伸出与可伸缩对行拓展喷雾架调节杆12伸出端铰接的杠杆臂，对行拓展喷雾架调节杆12采用电动推杆，其安置端铰支在机架25上。具体而言，拓展喷雾架8的上下铰接处分别延伸出长度与对行升降喷雾架19前伸长度相应的短架臂，再由短架臂的外端直角弯折延伸出U字形的长架臂。长架臂上具有与滑动轨道29相配延长的滑移轨道29’。控制电动推杆的伸缩可以使对行拓展喷雾架8与对行拓展喷雾架19对合无缝对接或如图1所示的相互分离状态。

如图4所示，本实施例具有安置在控制箱内的智能调控与动力模块，包括锂电池20、单片机主控制器22、无线WiFi23、GPS定位器24、喷雾行距调节控制器21和喷雾升降控制器26。锂电池20为整体装置提供动力。控制箱主体与机架25一体，具有控制箱盖13，用于搭载控制设备。单片机主控制器22固定在控制箱内，采用32单片机，用于智能对行仿形升降装置的整体装置控制。无线WiFi23固定在控制箱内，用于无线网络信号的传输和接收。GPS定位器24安装在控制箱内，用于检测整体装置的位置信息和形成电子地图。喷雾行距调节控制器21固定在控制箱内，用于控制喷雾区域调节杆17和行距调节杆10，用来调控喷雾区域的具体位置和调节喷雾行距的大小。喷雾升降控制器26固定在控制箱内，用于喷雾升降杆2的作业调控；喷雾升降杆2采用电动推杆，安装在行距移动器7的外侧，实现扇形喷雾箱4和喷头6的高度升降；喷雾高度测距器5采用超声波测距传感器，固定在扇形喷雾箱4的前端，用于探测农作物的高度；喷雾升降测量器3采用直线位移传感器，固定在行距移动器7的左侧且两者的运动端一起固定，用于测量喷雾升降杆2的仿形升降高度。

本实施例的智能对行升降植保喷雾机器人启动工作时，可以借助控制箱内的无线wifi接收到作为远程终端的平板电脑或智能手机发射的信号，传递到单片机主控制器，再控制喷雾机器人各个部件分别执行田间农作物的性状参数、作业的路线、自动导航行驶、智能对行升降、自动混药的时间和检测与反馈调节的参数等喷雾作业任务指令，并在远程终端上显示喷雾机器人运行状态的各种信息。关停喷雾机器人时，在APP软件上点击关停键，单片机主控制器通过无线wifi控制接收关停信息，控制智能对行升降植保喷雾机器人的各个部件执行关停运作，回归初始状态。

在此过程中，智能对行和智能升降两种作业具体操控方式为：

智能对行作业——在远程终端的APP软件中点击对行拓展喷雾架的打开按键，通过无线WiFi将信号传递到单片机主控制器，单片机主控制器控制对行拓展喷雾架调节杆运作展开对行拓展喷雾架，实现对行拓展喷雾架与对行升降喷雾架的轨道无缝衔接；在APP软件中输入行距数值，通过无线wifi将行距信息传递给单片机主控制器，单片机主控制器控制行距调节杆进行前后方向的伸缩运动，与行距调节杆铰链接的X形铰接架的前后运动端也进行同方向同距离的伸缩运动，因为X形铰接架前后运动端的伸缩运动会同时进行左右运动端的距离变化，且连续的X形铰接架的运动端是首尾铰链接的，又因为X形铰接架的中点位置与行距移动器的圆杆铰链接，所以在行距调节杆进行前后方向的伸缩运动时，会同时完成连续的X形铰接架的左右运动端和中点位置的距离变化且变化距离相同，如此便完成行距的调节；通过行距测量器测得行距调节杆前后方向的伸缩移动数值并在远程终端显示，行距的变化数值与行距调节杆前后方向的伸缩移动数值可以通过推导的公式进行表示和计算，根据编辑好的程序，在远程终端可直接显示行距的数值和变化值。在完成行距的调节后，要进行喷雾区域的精准调节，以便于喷头喷出的药液对准成行的农作物，在APP软件中调节喷雾区域调节杆运动端的位移大小，通过无线WiFi将信号传递给单片机主控制器，单片机主控制器控制喷雾区域调节杆运动端进行左右直线运动，喷雾移动平台随之进行左右直线运动，因为行距调节杆固定在喷雾移动平台上，所以实现喷雾升降装置的整体左右直线运动，喷雾区域测量器测得喷雾区域调节杆运动端的左右直线位移，并且反馈给单片机主控制器，通过无线WiFi将信息传递到远程终端进行精准显示。

智能升降作业——根据田间农作物的生长情况，在远程终端的APP软件中调节机身的升降高度，通过无线WiFi传递到单片机主控制器，单片机主控制器控制机身升降控制器调节机身升降杆的升降完成机身整体高度的调节；在APP软件中设定最佳喷雾高度为一定值h，喷雾高度与喷雾升降杆的伸缩距离可以用一个公式表示，按照编辑好的程序，将最佳喷雾高度转化成喷雾升降杆的伸缩距离，在进行高度仿形精准喷雾作业时，喷雾升降测量器测量农作物的植株高度大于h或小于h时，将这两种情况的信息传到单片机主控制器，单片机主控制器控制喷雾升降控制器调节喷雾升降杆的伸缩距离，实现喷头的升降，以确保喷雾升降高度保持在一定高度h，实现智能升降精准喷雾；并且喷雾高度测距器测量的农作物植株高度信息传递到单片机主控制器，经由无线WiFi传递到远程终端，形成植株高度的信息分布图，用于分析农作物的生长规律。

试验证明，本实施例的智能对行升降植保喷雾机器人具有如下有益效果：

（1）采用四轮差速驱动，可进行折腰转向，直行和转向行走非常稳定和方便，灵活度高，整体机架轻便，结构紧凑牢固，节省材料，操作简单，最大程度的实现田间农作物的智能植保精准喷雾作业。

（2）智能导航作业行驶系统可定位喷雾机器人的地理位置形成电子地图，根据设定的导航路线进行自动导航行驶和直线作业行走，最大程度的实现无人自动驾驶和精准定位，采用电动驱动，绿色环保。

（3）自动混药喷雾装置实现农药和水的自动搅拌均匀，可根据农作物的农药实际需求量进行喷雾量的调节，提高农药的利用效率，减少农药浪费，节约成本。

（4）智能对行升降喷雾装置实现喷雾行距和喷雾区域的准确调节，可随作物的植株高度进行仿形喷雾，应用于所有田间农作物的喷雾作业，同时统计作物的生长高度，准确把握田间农作物的生长状况，喷雾精准度高，应用范围广，智能化程度高。

（5）由于采用了检测与反馈调控，因此可以实时监测和显示药液与电量的剩余量，及时补充农药和水，保证电量充足，确保了喷雾作业的连续性，节省作业时间，喷雾作业效率高，劳动强度低。

（6）采用程终端显示与智能调控可精准的显示喷雾作业的各种信息，实现无线远程操控，自动化程度高，功能全面，节省劳动力，设有安全装置，安全度高。

总之，本实施例的智能对行升降植保喷雾机器人集无线远程显示与调控、无人驾驶、自动调节行距、精确调节喷雾区域、仿形作物高度和精准喷雾等功能于一身体，应用于农作物的喷药和洒水等喷雾作业时，可以提高喷雾作业效率，减轻劳动强度，有效减少喷药和洒水等喷雾作业对劳动者身体的损害。

Claims (8)

1.一种智能对行升降植保喷雾机器人，包括可行进的机架（25），其特征在于：

所述机架由通过机架连接轴（41）铰接的前支架（42）和后支架（43）构成；

所述前支架的前端固定前端横梁（44）以及对行升降喷雾架（19）；

所述前端横梁（30）与喷雾移动平台（27）构成横向移动副，所述喷雾移动平台（27）与可伸缩的喷雾区域调节杆（17）伸出端铰接，所述喷雾区域调节杆（17）的固定端与前支架固连；

所述对行升降喷雾架（19）与一组彼此平行的行距移动器（7）构成横向移动副，所述行距移动器（7）安装下倾的可伸缩喷雾升降杆（2）的固定端，所述可伸缩喷雾升降杆（2）的伸缩端安置有与分流输液管（1）连通的喷头（6）；

所述行距移动器（7）的立轴穿过X形铰接架（9）的交叉铰接中心，相邻行距移动器（7）的X形铰接架（9）邻近端对应铰接，位于中间的两相邻X形铰接架（9）的铰接处与可伸缩的行距调节杆（10）伸出端铰接，所述行距调节杆（10）的固定端安装在喷雾移动平台（27）上。

2.根据权利要求1所述的智能对行升降植保喷雾机器人，其特征在于：所述前支架和后支架分别支撑在两侧并插装于下支撑腿的机身升降杆上，底部装有驱动电机带动的滚轮。

3.根据权利要求2所述的智能对行升降植保喷雾机器人，其特征在于：所述后支架上支撑储液设施的液压泵以及定位的药液输出管，所述液压泵经药液输出管、并通过与所述机架连接轴同轴的液压旋转接头与位于前支架上的药液运输管连通，再经分流器连通各分流运输管前端的喷头。

4.根据权利要求3所述的智能对行升降植保喷雾机器人，其特征在于：所述对行升降喷雾架两侧分别铰装于展开后与对行升降喷雾架横向导轨两端对接的拓展喷雾架内端，所述拓展喷雾架的铰装处延伸出与可伸缩对行拓展喷雾架调节杆伸出端铰接的杠杆臂，所述可伸缩对行拓展喷雾架调节杆的安置端铰支在机架上。

5.根据权利要求4所述的智能对行升降植保喷雾机器人，其特征在于：所述前端横梁通过滑动轨道与带滑动轮的喷雾移动平台构成横向移动副，所述对行升降喷雾架由前端横梁上下前伸的门形梁架构成。

6.根据权利要求5所述的智能对行升降植保喷雾机器人，其特征在于：所述拓展喷雾架的上下铰接处分别延伸出长度与对行升降喷雾架前伸长度相应的短架臂，再由短架臂的外端弯折延伸出U字形的长架臂，所述长架臂上具有与滑动轨道相配延长的滑移轨道。

7.根据权利要求6所述的智能对行升降植保喷雾机器人，其特征在于：所述对行升降喷雾架的上下门形梁架分别通过横向轨道与一组彼此平行的行距移动器上下对应部位构成横向移动副。

8.根据权利要求7所述的智能对行升降植保喷雾机器人，其特征在于：所述行距移动器后部的立轴通过前伸的三角支撑结构安装下倾的可伸缩喷雾升降杆的固定端，所述可伸缩喷雾升降杆的伸缩端通过扇形喷雾箱安置于分流输液管连通的喷头。

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