CN111425733A - 一种柔索并联驱动的无人农业机器人及其控制方法 - Google Patents

一种柔索并联驱动的无人农业机器人及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柔索并联驱动的无人农业机器人及其控制方法。该无人农业机器人包括移动平台、塔柱系统、卷扬系统、至少四根柔索、超声波模块以及控制系统。移动平台包括工作台以及自动钩锁装置，塔柱系统包括刚性支架以及至少四个滑轮组，卷扬系统包括位于刚性支架的四角且分别与至少四个滑轮组对应的至少四个卷扬机构。四根柔索的同一端分别固定在工作台的四角上，同另一端缠绕在对应的滚筒上。超声波模块用于产生超声波以采集农业设备在移动空间下方的空间位置信息。控制系统用于通过四根柔索实现工作台移动至农业设备的上方，并吊装农业设备。本发明能够提高农业机器人的稳定性和精度，无需人工导引，这样作业的自动化程度得到大幅提升。

Description

一种柔索并联驱动的无人农业机器人及其控制方法
技术领域
本发明涉及种植技术领域的一种无人农业机器人，尤其涉及一种柔索并联驱动的无人农业机器人，还涉及该无人农业机器人的控制方法。
背景技术
农业机器人是一种机器，是机器人在农业生产中的运用，是一种可由不同程序软件控制，以适应各种作业，能感觉并适应作物种类或环境变化，有检测(如视觉等)和演算等人工智能的新一代无人自动操作机械。农业机器人的广泛应用，改变了传统的农业劳动方式，提高了农民的劳动力，促进了现代农业的发展。
而且，随着智慧农业的飞速发展，许多传统的人工劳动环节被机器人所取代。目前人工劳作的工作强度大，劳动效率低，占用大量人力资源；农业机器人的出现取代了部分农业作业环节，极大的解放了人工劳动力，提高了生产效率。目前已有的农业机器人，从作业位置上大体可以分为两种，在空中作业的和在地面上作业的两种。在空中作业的工作效率高，但是精确度不高且操作复杂。在地面上作业的易碾压农作物、自动化程度不高。
发明内容
为解决现有的农业机器人存在空中作业精度低，地面作业自动化程度不高的技术问题，本发明提供一种柔索并联驱动的无人农业机器人及其控制方法。
本发明采用以下技术方案实现：一种柔索并联驱动的无人农业机器人，其用于吊装至少一个农业设备，其包括：
移动平台，其包括工作台以及自动钩锁装置；自动钩锁装置安装在工作台上，并用于钩住所述农业设备；
塔柱系统，其包括刚性支架以及均安装在刚性支架上并呈四角中心对称分布的至少四个滑轮组；刚性支架位于所述农业设备的上方，且内部具有供移动平台移动所述农业设备的移动空间；每个滑轮组包括均安装在刚性支架上的万向轮和定滑轮；
卷扬系统，其包括位于刚性支架的四角且分别与至少四个滑轮组对应的至少四个卷扬机构；每个卷扬机构包括电机、齿轮传动机构以及滚筒；电机通过齿轮传动机构驱动滚筒转动；
至少四根柔索，其分别与至少四个滑轮组对应，并分别绕过对应的万向轮和定滑轮；四根柔索的同一端分别固定在工作台的四角上，同另一端缠绕在对应的滚筒上；每个电机通过对应的滚筒拉动对应的柔索，使对应的柔索通过对应的卷扬机构将移动平台拉向对应的一个方向；
超声波模块，其用于产生超声波以采集所述农业设备在所述移动空间下方的空间位置信息；以及
控制系统，其用于先将所述空间位置信息与工作台的实时位置信息进行比对，获得所述空间位置信息与所述实时位置信息的位置偏差信息，再根据所述位置偏差信息并通过驱动相应的电机转动，使四根柔索拉动工作台在所述移动空间中移动至所述农业设备的上方，最后驱使自动钩锁装置钩住并吊装所述农业设备。
本发明通过超声波模块采集农业设备的位置，随后控制系统将采集信息与工作台的实时位置信息进行比对，从而获得位置偏差信息，而后控制系统根据位置偏差驱动相应的电机进行转动，利用柔索将工作台拉向其相应的方向，使得工作台能够移动到指定的位置，以便于钩锁装置能够将农业设备吊装起来，由于移动平台悬空，这可以避免对农作物造成损坏，而利用四个方向的四根柔索可以保证平台移动稳定性以及精度，同时小间距可减小平台倾斜扭转误差，解决了现有的农业机器人存在空中作业精度低，地面作业自动化程度不高的技术问题，得到了提高稳定性、作业精度和自动化程度的技术效果。
作为上述方案的进一步改进，移动平台还包括摄像装置；摄像装置安装在工作台的下底面上，并用于对位于工作台的下方区域进行摄像；所述控制系统用于在工作台位于所述农业设备的上方时，启动摄像装置以采集所述农业设备的图像信息；所述控制系统还用于先所述图像信息进行特征提取，再在一个预设设备数据特征库中搜寻与提取特征相似度达到一个预设比例的预设设备特征，再然后根据所述预设设备特征获取所述农业设备的设备信息，最后根据所述设备信息，驱使卷扬系统调整工作台的位置，使自动钩锁装置能够对准所述农业设备的钩锁部位。
作为上述方案的进一步改进，所述卷扬机构还包括两块L型板和三根圆杆；两块L型板呈对称设置，且中间具有一个安装空间；电机安装在所述安装空间中；齿轮传动机构包括半径不同且相互啮合的齿轮一和齿轮二；齿轮一安装在电机上，齿轮二安装在滚筒上；三根圆杆的中心轴呈三角排布，每根圆杆的两端分别安装在两块L型板上。
作为上述方案的进一步改进，移动平台还包括分别与四根柔索对应的四个绳索固定部；四个绳索固定部均固定在工作台的同一面上，并位于一个矩形的四角处；每根柔索的一端固定在对应的绳索固定部上；自动钩锁装置固定在工作台的另一面上。
作为上述方案的进一步改进，刚性支架包括至少四根竖框柱和分别与至少四个滑轮组对应的至少四根水平框柱；四根水平框柱依次相连以构成一个矩形框架；四根竖框柱的底端分别固定在所述矩形框架的四角处；每个滑轮组分别安装在对应的水平框柱上。
进一步地，刚性支架还包括分别与至少四个滑轮组对应的至少四组固定组件；每组固定组件包括固定架一、固定架二以及至少六个固定连接件；固定架一通过其中两个固定连接件而安装在对应的竖框柱的顶端上，万向轮安装在固定架一上；固定架二通过其中一个固定连接件而安装在对应的竖框柱的中部，定滑轮安装在固定架二上；剩余的三个固定连接件安装在竖框柱和水平框柱的连接处，并用于对竖框柱和水平框柱进行固定。
作为上述方案的进一步改进，万向轮包括滚轮一、滚轮轴一、滚轮架一以及旋转机构；滚轮一套在滚轮轴一上；滚轮轴一的两端分别转动安装在滚轮架一上；滚轮架一转动安装在旋转机构上；旋转机构固定在刚性支架上；
定滑轮包括滚轮二、滚轮轴二以及滚轮架二；滚轮二套在滚轮轴二上；滚轮轴二的两端分别转动安装在滚轮架二上；滚轮架二固定在刚性支架上。
进一步地，所述控制系统包括电机控制板、主控制板以及无线通讯单元；所述主控制板通过所述无线通讯单元与至少一个用户终端连接并接收所述用户终端的用户指令；所述主控制板还用于通过所述无线通讯单元将所述图像信息传输至所述用户终端，所述用户终端能够显示所述图像信息；所述主控制板根据所述用户指令，先计算各个电机的步进步数以及步进速度，再通过所述电机控制板驱使各个电机按照所述步进速度转动所述步进步数；所述主控制器还在各个电机转动时驱使所述超声波模块采集所述空间位置信息，并对各个电机的步态进行修正。
作为上述方案的进一步改进，所述无人农业机器人还包括报警系统和检测系统；所述检测系统包括测距传感器；所述测距传感器安装在工作台上，并用于在工作台位于所述农业设备的上方时检测所述农业设备与所述工作台的实时距离；所述控制系统还用于判断所述实时距离是否小于一个预设距离；在所述实时距离小于所述预设距离时，所述控制系统驱使所述报警系统发出报警信息。
本发明还提供一种控制方法，其应用于上述任意所述的柔索并联驱动的无人农业机器人中，其包括以下步骤：
步骤一、启动所述控制系统和用于向卷扬系统供电的电机供电系统，通过所述控制系统的内置储存复位键重置所述控制系统的静态存储器，建立一个工作参考系；
步骤二、输入一个目的坐标，并判断卷扬系统是否出现工作故障，是则驱使所述电机供电系统断电并重启；
步骤三、将所述目的坐标转化为工作指令，并将所述工作指令下发至所述控制系统；
步骤四、在所述控制系统接收到所述工作指令后，对所述工作指令进行求解，并获得各个电机的步进步数以及步进速度；
步骤五、驱使各个电机按照所述步进速度转动所述步进步数，使移动平台运动到所述目的坐标所对应的位置；
步骤六、通过所述超声波模块检测移动平台的实时位置，并将所述实时位置反馈至所述控制系统，使所述控制系统将所述实时位置保存在对应的静态存储器中。
相较于现有的农业机器人，本发明的柔索并联驱动的无人农业机器人及其控制方法具有以下有益效果：
1、该柔索并联驱动的无人农业机器人，其超声波模块能够通过发出超声波采集到农业设备的空间位置信息，这样控制系统就能够将空间位置信息与工作台的实时位置信息进行比对，通过比对获得的位置偏差信息进一步可以为各个电机转动提供依据，从而可以使需要动作的柔索将工作台往所需要移动的方向拉动，使得工作台能够位于农业设备的上方，最后驱使自动钩锁装置将农业设备钩住并进行吊装，而在拉动的过程中由于采用万向轮和定滑轮，定滑轮改变柔索中部的布置路径，万向轮给柔索的末端一定的自由旋转角度，便于对移动平台进行牵引。由于移动平台悬空，这可以避免对农作物造成损坏，并且利用四个方向的四根柔索可以保证平台移动稳定性以及精度，同时小间距可减小平台倾斜扭转误差，从而能够提高农业机器人在作业过程中的稳定性和精度，并且由于采用多个电机进行转动，移动平台的移动无需人工导引，这样作业的自动化程度得到大幅提升。
2、该柔索并联驱动的无人农业机器人，其移动平台还可设置摄像装置，摄像装置能够对工作台下方的区域进行摄像，这样控制系统就可以根据采集的图像信息对图像进行特征提取，随后将提取特征在预设设备数据特征库中进行比对，获得预设设备特征，随后根据预设设备特征获得该农业设备的设备信息，最后根据设备信息对工作台的位置进行调整，使得自动钩锁装置能够精准地将农业设备的钩锁部位钩住，实现精准操作。在整个操作的过程中，由于没有人工对移动平台的位置进行校准，这样可以节约人工校准的时间，提高农业机器人的工作效率，进而进一步提高农业机器人的自动化程度。
3、该柔索并联驱动的无人农业机器人，其卷扬系统的各个卷扬机构中齿轮传动机构能够将电机的转速放大或缩小，这样就可以使电机在高转速的条件下实现滚筒较慢转动并具有较大的扭矩，同时使柔索的拉动力提升，使得较重的农业设备也能够平稳有效地移动至指定位置，而且三根圆杆可以起到限位和定位作用，使柔索能够稳定地缠绕在滚筒上。四个绳索固定部设置在矩形的四角处，既可以保证移动平台的移动稳定性，也可以使移动平台的位置可控，使得位姿变化影响小同时稳定性得以保障。
4、该柔索并联驱动的无人农业机器人，其控制系统可设置电机控制板、主控制板以及无线通讯单元，主控制板能够通过无线通讯单元与外部的用户终端连接，因而使用人员可以远程对控制系统进行遥控，如此主控制板就可以根据用户指令，计算出各个电机需要的步进步数和速度，再通过电机控制板使对应的电机按照相应的速度步进相应的步数，实现远程遥控农业机器人吊装的功能。同时，主控制器还能够在电机转动时采集空间位置信息，并对电机的步态进行修正，使得移动平台能够稳定和精确地移动至指定位置。
该柔索并联驱动的无人农业机器人的控制方法，其有益效果与上述无人农业机器人的有益效果相同，在此不再做赘述。
附图说明
图1为本发明实施例1的柔索并联驱动的无人农业机器人的立体图。
图2为图1中的无人农业机器人的卷扬系统的立体图。
图3为图1中的无人农业机器人的移动平台从一个方向观察的立体图。
图4为图1中的无人农业机器人的移动平台从另一个方向观察的立体图。
图5为图1中的无人农业机器人的塔柱系统的立体图。
图6为图5中的无人农业机器人的塔柱系统的滑轮组的万向轮的立体图。
图7为图1中的无人农业机器人的塔柱系统的滑轮组的定滑轮的立体图。
图8为本发明实施例4的柔索并联驱动的无人农业机器人的控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
请参阅图1-7，本实施例提供了一种柔索并联驱动的无人农业机器人，该机器人用于吊装至少一个农业设备。本实施例提供的无人农业机器人以四索并联结构为基本架构，通过控制柔索的伸缩实现平台移动进行作业。在本实施例中，无人农业机器人包括移动平台2、塔柱系统、卷扬系统1、柔索5、超声波模块以及控制系统。其中，柔索5的数量至少为四根，并联驱动移动平台2。
请继续参阅图3和图4，移动平台2包括工作台2004以及自动钩锁装置2003，在本实施例中，该移动平台2还可包括绳索固定部2001和摄像装置2002。在本实施例中，工作台2004设置成矩形板，而在其他实施例中工作台2004可以设置成其他不同形状的板，还可以采用其他不规则形状的结构。自动钩锁装置2003安装在工作台2004上，并用于钩住农业设备。自动钩锁装置2003可以采用现有装置，其能够对农业设备进行限位。自动钩锁装置2003既可以采用电动设备，也可以采用需要工人上位的设备。绳索固定部2001的数量为四个，四个绳索固定部2001分别与四根柔索5对应。摄像装置2002安装在工作台2004的下底面上，并用于对位于工作台2004的下方区域进行摄像。四个绳索固定部2001均固定在工作台2004的同一面上，并位于一个矩形的四角处。每根柔索5的一端固定在对应的绳索固定部2001上。自动钩锁装置2003固定在工作台2004的另一面上。在本实施例中，四个绳索固定部2001安装在矩形区域的四角(实际上可以是正方形区域的四个角或顶点处)上，间距存在可保证平台移动稳定性，而小间距可减小平台倾斜扭转误差。
请继续参阅图5、图6以及图7，塔柱系统包括刚性支架3以及滑轮组4。滑轮组4的数量至少为四个，并且这四个滑轮组4分别与四根柔索5对应。四个滑轮组4均安装在刚性支架3上并呈四角中心对称分布。刚性支架3位于农业设备的上方，且内部具有供移动平台2移动农业设备的移动空间。每个滑轮组4包括万向轮4001和定滑轮4002，万向轮4001和定滑轮4002均安装在刚性支架3上。刚性支架3可以根据实际需要进行选择和制造，同时，其在使用时也可以采用可升降的机构，可以使滑轮组4上升至一定的高度。
在本实施例中，刚性支架3包括竖框柱3001和水平框柱3002，还可包括固定组件。竖框柱3001的数量至少为四根，四根水平框柱3002依次相连以构成一个矩形框架。水平框柱3002的数量也至少为四根，而且至少四根水平框柱3002分别与至少四个滑轮组4对应。四根竖框柱3001的底端分别固定在矩形框架的四角处。每个滑轮组4分别安装在对应的水平框柱3002上。固定组件的数量至少为四组，并且至少四组固定组件分别与至少四个滑轮组4对应。每组固定组件包括固定架一3003、固定架二3004以及至少六个固定连接件3005。固定架一3003通过其中两个固定连接件3005而安装在对应的竖框柱3001的顶端上，万向轮4001安装在固定架一3003上。固定架二3004通过其中一个固定连接件3005而安装在对应的竖框柱3001的中部，定滑轮4002安装在固定架二3004上。剩余的三个固定连接件3005安装在竖框柱3001和水平框柱3002的连接处，并用于对竖框柱3001和水平框柱3002进行固定。
在本实施例中，万向轮4001包括滚轮一4100、滚轮轴一4200、滚轮架一4300以及旋转机构4400。滚轮一4100套在滚轮轴一4200上。滚轮轴一4200的两端分别转动安装在滚轮架一4300上。滚轮架一4300转动安装在旋转机构4400上。旋转机构4400固定在刚性支架3上。定滑轮4002包括滚轮二4500、滚轮轴二4600以及滚轮架二4700。滚轮二4500套在滚轮轴二4600上。滚轮轴二4600的两端分别转动安装在滚轮架二4700上。滚轮架二4700固定在刚性支架3上。
卷扬系统1包括卷扬机构，卷扬机构的数量至少为四个。至少四个卷扬机构位于刚性支架3的四角，而且分别与至少四个滑轮组4对应。每个卷扬机构包括电机1001、齿轮传动机构1003以及滚筒1004，还可包括两块L型板1002和三根圆杆1005。电机1001通过齿轮传动机构1003驱动滚筒1004转动。其中，电机1001安装在安装空间中。在本实施例中，电机1001选用速率稳定的57BYG76步进电机，步距角1.8度，固定于卷扬架内部。57BYG76电机一种二相四线永磁体步进电机，步进电机可根据精度要求选取全步进模式工作、半步进、四分之一和十六分之一步进方式进行工作。电机驱动模块采用四个A4988驱动模块配合CNC扩展板进行工作。通过齿轮啮合，步进电机驱动卷扬轴旋转，卷扬轴上缠绕有柔索，从而实现对柔索伸缩的控制。接通电机供电系统前根据电机型号以及A4988内置电阻通过公式Vref＝Imax*Rcs*8，计算得出调试电压，并调节A4988电位器使A4988达到工作要求。CNC扩展板外接12V电源对四个电机进行供电。通过X、Y、Z、A四个端口发送对应四个电机的控制信号。其中A端口采用独立工作的方式进行工作。
两块L型板1002呈对称设置，且中间具有一个安装空间。齿轮传动机构1003包括半径不同且相互啮合的齿轮一1301和齿轮二1302。齿轮一1301安装在电机1001上，齿轮二1302安装在滚筒1004上。三根圆杆1005的中心轴呈三角排布，每根圆杆1005的两端分别安装在两块L型板1002上。
至少四根柔索5分别与至少四个滑轮组4对应，并分别绕过对应的万向轮4001和定滑轮4002。四根柔索5的同一端分别固定在工作台2004的四角上，同另一端缠绕在对应的滚筒1004上。每个电机1001通过对应的滚筒1004拉动对应的柔索5，使对应的柔索5通过对应的卷扬机构将移动平台2拉向对应的一个方向。
超声波模块用于产生超声波以采集农业设备在移动空间下方的空间位置信息。超声波模块可以包括超声波发生器和多个超声波传感器，超声波发生器能够产生超声波，这样超声波就可以在空气中传播，在碰到活动物体能产生多普勒效应，而多个超声波传感器则将超声波信号转换成其他能量信号。超声波模块既可以检测移动的农业设备的位置，也可以检测移动平台的位置，还可以检测其他设备或装置。
控制系统用于先将空间位置信息与工作台2004的实时位置信息进行比对，获得空间位置信息与实时位置信息的位置偏差信息，再根据位置偏差信息并通过驱动相应的电机1001转动，使四根柔索5拉动工作台2004在移动空间中移动至农业设备的上方，最后驱使自动钩锁装置2003钩住并吊装农业设备。
在本实施例中，控制系统包括电机控制板、主控制板以及无线通讯单元。主控制板通过无线通讯单元与至少一个用户终端连接并接收用户终端的用户指令。主控制板还用于通过无线通讯单元将图像信息传输至用户终端，用户终端能够显示图像信息。主控制板根据用户指令，先计算各个电机1001的步进步数以及步进速度，再通过电机控制板驱使各个电机1001按照步进速度转动步进步数。主控制器还在各个电机1001转动时驱使超声波模块采集空间位置信息，并对各个电机1001的步态进行修正。因此，在本实施例中，农业机器人的工作流程可以为：位置校正→启动程序→输入运动指令，路线与速度→卷扬机启动，控制四绳索伸缩→平台移动，画面数据传输→移动端接收数据。
无线通讯单元可采用外置蓝牙通讯模块，外置蓝牙通讯模块与Arduino通过固有输出和接受引脚进行串口通讯，无线蓝牙模块使设备支持在移动终端进行远程控制。固有输出和接收引脚使数据传输更加稳定。内置程序由数学模型计算出四个步进电机分别步进步数。调用AccelStepper库函数驱动步进电机。设定步进电机运转时长为3秒，由此计算出电机步进速度，从而使四根绳索同时到达目标位置。控制板采用电可擦只读存储器即EEPROM用以存储当前位置坐标，防止因设备断电导致数据丢失。
综上所述，相较于现有的农业机器人，本实施例的柔索并联驱动的无人农业机器人具有以下优点：
1、该柔索并联驱动的无人农业机器人，其超声波模块能够通过发出超声波采集到农业设备的空间位置信息，这样控制系统就能够将空间位置信息与工作台的实时位置信息进行比对，通过比对获得的位置偏差信息进一步可以为各个电机转动提供依据，从而可以使需要动作的柔索将工作台往所需要移动的方向拉动，使得工作台能够位于农业设备的上方，最后驱使自动钩锁装置将农业设备钩住并进行吊装，而在拉动的过程中由于采用万向轮和定滑轮，定滑轮改变柔索中部的布置路径，万向轮给柔索的末端一定的自由旋转角度，便于对移动平台进行牵引。由于移动平台悬空，这可以避免对农作物造成损坏，并且利用四个方向的四根柔索可以保证平台移动稳定性以及精度，同时小间距可减小平台倾斜扭转误差，从而能够提高农业机器人在作业过程中的稳定性和精度，并且由于采用多个电机进行转动，移动平台的移动无需人工导引，这样作业的自动化程度得到大幅提升。
2、该柔索并联驱动的无人农业机器人，其卷扬系统的各个卷扬机构中齿轮传动机构能够将电机的转速放大或缩小，这样就可以使电机在高转速的条件下实现滚筒较慢转动并具有较大的扭矩，同时使柔索的拉动力提升，使得较重的农业设备也能够平稳有效地移动至指定位置，而且三根圆杆可以起到限位和定位作用，使柔索能够稳定地缠绕在滚筒上。四个绳索固定部设置在矩形的四角处，既可以保证移动平台的移动稳定性，也可以使移动平台的位置可控，使得位姿变化影响小同时稳定性得以保障。
3、该柔索并联驱动的无人农业机器人，其控制系统可设置电机控制板、主控制板以及无线通讯单元，主控制板能够通过无线通讯单元与外部的用户终端连接，因而使用人员可以远程对控制系统进行遥控，如此主控制板就可以根据用户指令，计算出各个电机需要的步进步数和速度，再通过电机控制板使对应的电机按照相应的速度步进相应的步数，实现远程遥控农业机器人吊装的功能。同时，主控制器还能够在电机转动时采集空间位置信息，并对电机的步态进行修正，使得移动平台能够稳定和精确地移动至指定位置。
实施例2
本实施例提供了一种柔索并联驱动的无人农业机器人，其在实施例1的基础上增加了控制系统的部分控制功能。其中，控制系统用于在工作台2004位于农业设备的上方时，启动摄像装置2002以采集农业设备的图像信息；控制系统还用于先图像信息进行特征提取，再在一个预设设备数据特征库中搜寻与提取特征相似度达到一个预设比例的预设设备特征，再然后根据预设设备特征获取农业设备的设备信息，最后根据设备信息，驱使卷扬系统1调整工作台2004的位置，使自动钩锁装置2003能够对准农业设备的钩锁部位。
在本实施例中，控制系统可以根据采集的图像信息对图像进行特征提取，随后将提取特征在预设设备数据特征库中进行比对，获得预设设备特征，随后根据预设设备特征获得该农业设备的设备信息，最后根据设备信息对工作台的位置进行调整，使得自动钩锁装置能够精准地将农业设备的钩锁部位钩住，实现精准操作。在整个操作的过程中，由于没有人工对移动平台的位置进行校准，这样可以节约人工校准的时间，提高农业机器人的工作效率，进而进一步提高农业机器人的自动化程度。
实施例3
本实施例提供了一种柔索并联驱动的无人农业机器人，该机器人在实施例1的基础上增加了报警系统和检测系统。其中，检测系统包括测距传感器。测距传感器安装在工作台2004上，并用于在工作台2004位于农业设备的上方时检测农业设备与工作台2004的实时距离。控制系统还用于判断实时距离是否小于一个预设距离。在实时距离小于预设距离时，控制系统驱使报警系统发出报警信息。这样，当工作台和农业设备的距离过小时，报警系统就会发出报警信息，从而使得吊装过程得到及时制止，避免移动平台砸坏农业设备或农业设备撞坏农业机器人，使得农业机器人的工作安全性大幅提高，同时也能够保证农业设备的使用安全。
实施例4
请参阅图8，本实施例提供了一种柔索并联驱动的无人农业机器人的控制方法，该人农业机器人为实施例1中的农业机器人。其中，该控制方法能够对该农业机器人进行控制，使农业机器人在控制的作用下到达目的坐标。该控制方法既可以远程进行控制，也可以通过固定的程序实现。在本实施例中，该控制方法包括以下这些步骤。
步骤一、启动控制系统和用于向卷扬系统1供电的电机供电系统，通过控制系统的内置储存复位键重置控制系统的静态存储器，建立一个工作参考系。
步骤二、输入一个目的坐标，并判断卷扬系统1是否出现工作故障，是则驱使电机供电系统断电并重启。在本实施例中，检测电机及其控制板是否工作正常。对无线蓝牙模块通电，并且检测其是否工作正常。如果检测到工作故障，断电排除故障后重新启动系统。
步骤三、将目的坐标转化为工作指令，并将工作指令下发至控制系统。无人农业机器人接收用户指令，通过蓝牙模块将指令传输到主控制板。
步骤四、在控制系统接收到工作指令后，对工作指令进行求解，并获得各个电机1001的步进步数以及步进速度。主控制板通过通讯串口接收到指令，通过预置算法进行求解个步进电机运行速度及步数。
步骤五、驱使各个电机1001按照步进速度转动步进步数，使移动平台2运动到目的坐标所对应的位置。在本实施例中，主控制板调用Accelstepper库控制CNC扩展板驱动电机按求解结果驱动各个电机单元对柔索进行伸缩控制，实现工作平台高精度运动。
步骤六、通过超声波模块检测移动平台2的实时位置，并将实时位置反馈至控制系统，使控制系统将实时位置保存在对应的静态存储器中。这样，用户可调用相应指令获取当前坐标位置。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柔索并联驱动的无人农业机器人，其用于吊装至少一个农业设备，其特征在于，其包括：
移动平台(2)，其包括工作台(2004)以及自动钩锁装置(2003)；自动钩锁装置(2003)安装在工作台(2004)上，并用于钩住所述农业设备；
塔柱系统，其包括刚性支架(3)以及均安装在刚性支架(3)上并呈四角中心对称分布的至少四个滑轮组(4)；刚性支架(3)位于所述农业设备的上方，且内部具有供移动平台(2)移动所述农业设备的移动空间；每个滑轮组(4)包括均安装在刚性支架(3)上的万向轮(4001)和定滑轮(4002)；
卷扬系统(1)，其包括位于刚性支架(3)的四角且分别与至少四个滑轮组(4)对应的至少四个卷扬机构；每个卷扬机构包括电机(1001)、齿轮传动机构(1003)以及滚筒(1004)；电机(1001)通过齿轮传动机构(1003)驱动滚筒(1004)转动；
至少四根柔索(5)，其分别与至少四个滑轮组(4)对应，并分别绕过对应的万向轮(4001)和定滑轮(4002)；四根柔索(5)的同一端分别固定在工作台(2004)的四角上，同另一端缠绕在对应的滚筒(1004)上；每个电机(1001)通过对应的滚筒(1004)拉动对应的柔索(5)，使对应的柔索(5)通过对应的卷扬机构将移动平台(2)拉向对应的一个方向；
超声波模块，其用于产生超声波以采集所述农业设备在所述移动空间下方的空间位置信息；以及
控制系统，其用于先将所述空间位置信息与工作台(2004)的实时位置信息进行比对，获得所述空间位置信息与所述实时位置信息的位置偏差信息，再根据所述位置偏差信息并通过驱动相应的电机(1001)转动，使四根柔索(5)拉动工作台(2004)在所述移动空间中移动至所述农业设备的上方，最后驱使自动钩锁装置(2003)钩住并吊装所述农业设备。
2.如权利要求1所述的柔索并联驱动的无人农业机器人，其特征在于，移动平台(2)还包括摄像装置(2002)；摄像装置(2002)安装在工作台(2004)的下底面上，并用于对位于工作台(2004)的下方区域进行摄像；所述控制系统用于在工作台(2004)位于所述农业设备的上方时，启动摄像装置(2002)以采集所述农业设备的图像信息；所述控制系统还用于先所述图像信息进行特征提取，再在一个预设设备数据特征库中搜寻与提取特征相似度达到一个预设比例的预设设备特征，再然后根据所述预设设备特征获取所述农业设备的设备信息，最后根据所述设备信息，驱使卷扬系统(1)调整工作台(2004)的位置，使自动钩锁装置(2003)能够对准所述农业设备的钩锁部位。
3.如权利要求1所述的柔索并联驱动的无人农业机器人，其特征在于，所述卷扬机构还包括两块L型板(1002)和三根圆杆(1005)；两块L型板(1002)呈对称设置，且中间具有一个安装空间；电机(1001)安装在所述安装空间中；齿轮传动机构(1003)包括半径不同且相互啮合的齿轮一(1301)和齿轮二(1302)；齿轮一(1301)安装在电机(1001)上，齿轮二(1302)安装在滚筒(1004)上；三根圆杆(1005)的中心轴呈三角排布，每根圆杆(1005)的两端分别安装在两块L型板(1002)上。
4.如权利要求1所述的柔索并联驱动的无人农业机器人，其特征在于，移动平台(2)还包括分别与四根柔索(5)对应的四个绳索固定部(2001)；四个绳索固定部(2001)均固定在工作台(2004)的同一面上，并位于一个矩形的四角处；每根柔索(5)的一端固定在对应的绳索固定部(2001)上；自动钩锁装置(2003)固定在工作台(2004)的另一面上。
5.如权利要求1所述的柔索并联驱动的无人农业机器人，其特征在于，刚性支架(3)包括至少四根竖框柱(3001)和分别与至少四个滑轮组(4)对应的至少四根水平框柱(3002)；四根水平框柱(3002)依次相连以构成一个矩形框架；四根竖框柱(3001)的底端分别固定在所述矩形框架的四角处；每个滑轮组(4)分别安装在对应的水平框柱(3002)上。
6.如权利要求5所述的柔索并联驱动的无人农业机器人，其特征在于，刚性支架(3)还包括分别与至少四个滑轮组(4)对应的至少四组固定组件；每组固定组件包括固定架一(3003)、固定架二(3004)以及至少六个固定连接件(3005)；固定架一(3003)通过其中两个固定连接件(3005)而安装在对应的竖框柱(3001)的顶端上，万向轮(4001)安装在固定架一(3003)上；固定架二(3004)通过其中一个固定连接件(3005)而安装在对应的竖框柱(3001)的中部，定滑轮(4002)安装在固定架二(3004)上；剩余的三个固定连接件(3005)安装在竖框柱(3001)和水平框柱(3002)的连接处，并用于对竖框柱(3001)和水平框柱(3002)进行固定。
7.如权利要求1所述的柔索并联驱动的无人农业机器人，其特征在于，万向轮(4001)包括滚轮一(4100)、滚轮轴一(4200)、滚轮架一(4300)以及旋转机构(4400)；滚轮一(4100)套在滚轮轴一(4200)上；滚轮轴一(4200)的两端分别转动安装在滚轮架一(4300)上；滚轮架一(4300)转动安装在旋转机构(4400)上；旋转机构(4400)固定在刚性支架(3)上；
定滑轮(4002)包括滚轮二(4500)、滚轮轴二(4600)以及滚轮架二(4700)；滚轮二(4500)套在滚轮轴二(4600)上；滚轮轴二(4600)的两端分别转动安装在滚轮架二(4700)上；滚轮架二(4700)固定在刚性支架(3)上。
8.如权利要求2所述的柔索并联驱动的无人农业机器人，其特征在于，所述控制系统包括电机控制板、主控制板以及无线通讯单元；所述主控制板通过所述无线通讯单元与至少一个用户终端连接并接收所述用户终端的用户指令；所述主控制板还用于通过所述无线通讯单元将所述图像信息传输至所述用户终端，所述用户终端能够显示所述图像信息；所述主控制板根据所述用户指令，先计算各个电机(1001)的步进步数以及步进速度，再通过所述电机控制板驱使各个电机(1001)按照所述步进速度转动所述步进步数；所述主控制器还在各个电机(1001)转动时驱使所述超声波模块采集所述空间位置信息，并对各个电机(1001)的步态进行修正。
9.如权利要求1所述的柔索并联驱动的无人农业机器人，其特征在于，所述无人农业机器人还包括报警系统和检测系统；所述检测系统包括测距传感器；所述测距传感器安装在工作台(2004)上，并用于在工作台(2004)位于所述农业设备的上方时检测所述农业设备与所述工作台(2004)的实时距离；所述控制系统还用于判断所述实时距离是否小于一个预设距离；在所述实时距离小于所述预设距离时，所述控制系统驱使所述报警系统发出报警信息。
10.一种如权利要求1-9中任意一项所述的柔索并联驱动的无人农业机器人的控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤一、启动所述控制系统和用于向卷扬系统(1)供电的电机供电系统，通过所述控制系统的内置储存复位键重置所述控制系统的静态存储器，建立一个工作参考系；
步骤二、输入一个目的坐标，并判断卷扬系统(1)是否出现工作故障，是则驱使所述电机供电系统断电并重启；
步骤三、将所述目的坐标转化为工作指令，并将所述工作指令下发至所述控制系统；
步骤四、在所述控制系统接收到所述工作指令后，对所述工作指令进行求解，并获得各个电机(1001)的步进步数以及步进速度；
步骤五、驱使各个电机(1001)按照所述步进速度转动所述步进步数，使移动平台(2)运动到所述目的坐标所对应的位置；
步骤六、通过所述超声波模块检测移动平台(2)的实时位置，并将所述实时位置反馈至所述控制系统，使所述控制系统将所述实时位置保存在对应的静态存储器中。
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