CN111716969A - 用于温室自动作业的路轨两用底盘车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于温室自动作业的路轨两用底盘车，包括底盘和安装在所述底盘上支撑所述底盘行走和转向的路轨行走转向机构，所述路轨行走转向机构包括主动轮组和驱动所述主动轮组转动的驱动组件，所述主动轮组包括用于在轨道上行走的轨道行走轮一和在路面上行走的路面行走轮，所述轨道行走轮一和路面行走轮同轴设置，所述路面行走轮的轮径大于所述轨道行走轮一的轮径。本发明底盘车能够同时兼容轨道和路面上的行走，且易于换轨，换轨方式更为简单。

Description

用于温室自动作业的路轨两用底盘车
技术领域
本发明涉及农业机器人领域，具体涉及一种用于温室自动作业的路轨两用底盘车。
背景技术
温室作业轨道底盘车是一种集AGV小车功能于一身的自动导引底盘车，可以实现沿规划的路径进行自动行驶，加、减速、转弯、换轨和定点停车。在设施农业中，轨道车需要适应路面工作和轨道工作两种不同的工况，在冬天需要保证温室内部稳定的温度来保证植物生长、发育所需要的条件，温室中的加温设备为平行的加温管道，在满足加温的同时可以为轨道车提供行驶轨道，提高作业稳定性，降低生产成本。由于轨道是平行放置，如何快速精准的实现换轨成为温室底盘车的一个技术瓶颈。
目前现有的换轨方式主要有两种：一是轨道车在入轨前，人为进行干预，将轨道车对准并推上轨道，进行作业，作业完成后，人为的推出轨道，进行换轨操作；二是在轨道车底部配有轨道轮升降装置，轨道轮和路面轮为垂直交错分布，当轨道车停至轨道入口时，轨道轮下降，进行入轨，当完成作业退出轨道后，轨道轮上升，路面轮进行工作。这两种换轨方式自动化程度存在明显的缺陷，同时需要人为干预，增加生产成本，同时换轨操作复杂，以及精度不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于温室自动作业的路轨两用底盘车，该底盘车换轨方式简单快捷。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于温室自动作业的路轨两用底盘车，包括底盘和安装在所述底盘上支撑所述底盘行走和转向的路轨行走转向机构，所述路轨行走转向机构包括主动轮组和驱动所述主动轮组转动的驱动组件，所述主动轮组包括用于在轨道上行走的轨道行走轮一和在路面上行走的路面行走轮，所述轨道行走轮一和路面行走轮同轴设置，所述路面行走轮的轮径大于所述轨道行走轮一的轮径。
进一步地，所述主动轮组数量至少为两组，且分别设置在所述底盘的两侧，每组所述主动轮组均设置驱动其独立转动的所述有驱动组件。
进一步地，所述路面行走轮位于所述轨道行走轮一的外侧并对所述主动轮组进行轴向限位。
进一步地，所述路轨行走转向机构还包括设置在所述底盘上的从动轮组，所述从动轮组包括连接轴和套设在所述连接轴两端的轨道行走轮二，所述轨道行走轮二的轮径小于所述路面行走轮的轮径，所述轨道行走轮二配合所述轨道行走轮一驱动所述底盘沿所述轨道行走。
进一步地，所述轨道行走轮二包括轮本体、限位部和连接二者的导向圆弧部，所述导向圆弧部的外径自所述轮本体至所述限位部逐渐增大，所述限位部的外径大于或等于所述导向圆弧部的最大外径。
进一步地，所述路轨行走转向机构还包括设置在所述底盘上的万向支撑轮组，所述万向支撑轮组包括可转动的万向支撑轮，所述万向支撑轮配合所述路面行走轮控制所述底盘车的转动和行走。
进一步地，所述底盘车还包括分别设置在其前后端的两组寻迹装置，所述寻迹装置包括安装在所述底盘上的摄像机安装板、安装在所述摄像机安装板上的摄像机和两组补偿光源，摄像机安装板相对于水平面倾斜，所述补偿光源分别位于所述摄像机两侧。
进一步地，所述底盘车还包括分别位于其前后端的两组防撞装置，所述防撞装置包括用于防护所述底盘车前后端的防撞条和检测所述底盘车路径中有无障碍物的超声波障碍检测模块。
进一步地，所述底盘车还包括控制其运动状态的工控模组，所述工控模组包括设置在所述底盘中心部位的RFID模块，所述RFID模块与预设在所述温室的轨道上的射频标签配合发出移动信号，并与预设在所述路面上的射频标签配合发出转向信号和移动信号。
进一步地，所述工控模组还包括工控主机、主控器、无线通讯模块和工控面板，所述工控主机设置在所述底盘上，并用于所述底盘车移动和转向过程中的数据处理，所述无线通讯模块与主控器连接，并用于无线收发数据，所述工控面板安装在底盘上，并用于供手动控制。
本发明的有益效果在于：本发明底盘车的路轨行走转向机构通过设置同轴的轨道行走轮一和路面行走轮，且轨道行走轮的轮径小于路面行走轮的轮径，在路面上行走时，轮径大的路面行走轮直接接触地面，轮径小的轨道行走轮一悬空不接触地面；当需要在轨道行走时，底盘车只需行入轨道，使得轨道行走轮一接触轨道，即可实现其沿着轨道行走，采用上述结构使得底盘车同时兼容路面和轨道行走，且易于换轨，换轨方式更为简单。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明底盘车的整体结构示意图。
图2是图1底盘车另一方向上的结构示意图。
图3是本发明底盘车去除底盘后的结构示意图。
图4是本发明底盘车的轨道行走轮二的结构示意图。
图5是本发明底盘车的工控模组的连接框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图2和图3所示，对应于本发明一种较佳实施例的用于温室自动作业的路轨两用底盘车，包括底盘1、安装在底盘1上的路轨行走转向机构、工控模组和蓄电池(图未示)。路轨行走转向机构用于支撑底盘1、并实现底盘1在路面上的行走和转向、以及在轨道上的行走，工控模组用于控制底盘车的各个运动状态，蓄电池用于为底盘车运行供电。
路轨行走转向机构包括主动轮组2和驱动主动轮组2转动的驱动组件3，主动轮组2数量为两组或者两组以上，在本实施例中，优选为两组，且分别设置在底盘1的两侧，驱动组件3数量为两组且分别用于控制不同的主动轮组2。主动轮组2包括同轴设置的轨道行走轮一21和路面行走轮22，路面行走轮22的轮径大于轨道行走轮一21的轮径，由于加温管道(即轨道)铺设在地表，在路面上行走时，轮径大的路面行走轮22直接接触地面，轮径小的轨道行走轮一21悬空不接触地面。路面行走轮22可以位于轨道行走轮一21的内侧或者外侧，本实施例技术方案中，优选的，路面行走轮22位于轨道行走轮一21的外侧，使得轨道行走轮一21驱动底盘1沿轨道行走时，路面行走轮22可以限制主动轮组2轴向移动。优选的，路面行走轮22上包覆有胶层或者包胶结构，从而能够增大路面行走轮22与路面的摩擦阻力，提高作业稳定性。
驱动组件3包括主动轴31和带动主动轴31转动的链轮传动部件，轨道行走轮一21和路面行走轮22同轴套设在主动轴31上，主动轴31通过带座轴承32装配在底盘1上。链轮传动部件包括链轮组33和驱动元件34，链轮组33包括套设在主动轴31上的第一链轮331、与驱动元件34的输出端相接的第二链轮332以及包绕在第一链轮331和第二链轮332上的链条(图未示)。通过转动驱动元件34，从而能够带动第二链轮332和链条转动，继而带动第一链轮331和主动轴31转动，实现轨道行走轮一21和路面行走轮22的转动。在本实施例中，驱动元件34具体可采用减速机配合驱动电机的方式实现传动，减速机和驱动电机通过支撑板安装在底盘1上，驱动元件34能够驱动底盘车前后行驶。作为一个优选的实施例，上述减速机采用1:25的减速比，驱动电机使用48V直流伺服电机，驱动电机的工作由驱动器(图未示)控制，该驱动器安装在底盘1上。
路轨行走转向机构采用两组独立驱动的主动轮组2，通过两轮组的差速实现底盘1的原地转向和行走转向。主动轮组2集路面行走轮和轨道行走轮于一体，轮径不等的轨道行走轮一21和路面行走轮22同轴安装，路面行走轮22作为主动轮驱动底盘1在路面上行走和转向，轨道行走轮一21作为主动轮驱动底盘1在轨道上行走，易于换轨、且换轨方式简单。
优选的，主动轮组2位于底盘1的中部位置，从而能够使得转向更为灵活。此外，路轨行走转向机构还包括从动轮组4，在本实施例中，从动轮组4数量为两组且分别设置在底盘1的前端和后端，以配合主动轮组2对底盘1进行支撑。在其他实施例中，从动轮组4也可根据实际需要进行增加和删减。从动轮组4包括连接轴41和套设在连接轴41两端的轨道行走轮二42，连接轴41同样通过带座轴承32装配在底盘1上。轨道行走轮二42作为从动轮配合轨道行走轮一21驱动底盘1沿温室内的轨道行走。为了减小对轨道行走轮二42的磨损，轨道行走轮二42的轮径也小于路面行走轮22，使得路面行走轮22在路面上行走时，轨道行走轮二42悬空不接触地面，减小磨损。结合图4所示，轨道行走轮二42包括轮本体421、限位部422和连接二者的导向圆弧部423，导向圆弧部423的外径自轮本体421至限位部422逐渐增大，限位部422的外径大于或等于导向圆弧部423的最大外径。底盘车由地面转轨道行走时，轨道行走轮二42触碰到轨道，通过导向圆弧部423引导和微调底盘车的姿态，确保底盘1能够精确的驶入轨道；同时在轨道上行走时，限位部422与路面行走轮22的作用相同，均形成底盘车沿主动轴31轴向向外侧移动的限位，确保底盘车在轨道上不偏不离的稳定行走。优选的，为了便于生产，轮本体421、限位部422和导向圆弧部423一体成型。
结合图2和图3所示，路轨行走转向机构还包括万向支撑轮组5，在本实施例中，万向支撑轮组5数量为两组且分别对称设置在主动轮组2两侧，以配合主动轮组2对底盘1进行支撑。在其他实施例中，支撑轮组5也可根据实际需要进行增加和删减。万向支撑轮组5包括固定在底盘1上的万向轮底座51和可转动地安装在万向轮底座51上的万向支撑轮52，万向支撑轮52用于辅助支撑底盘车，使得底盘车可以更加灵活的转动和行走。
作为一种优选的实施例，为了保证底盘车按预定轨迹规范行驶，底盘车还包括分别设置在其前端和后端的两组寻迹装置6。寻迹装置6包括安装在底盘1上的摄像机安装板61、安装在摄像机安装板61上的摄像机62和两组补偿光源63。摄像机安装板61相对于水平面倾斜，在本实施例中，优选为30°角，以保证补光后的反射对摄像机62不会形成干扰。优选的，补偿光源63为环形光源且分别位于摄像机62两侧，补偿光源采用白光进行补光。寻迹装置6工作时，摄像机62用来获取地面导航带的图像信息，为了获取稳定可靠的地图，适用不同的工况，工作时，两侧的补偿光源63同时开启，摄像机62两侧的环形光源能够对摄像机62进行充分补光。
此外，如图1所示，底盘车还包括罩设在底盘1外的防护罩7，防护罩7包括位于底盘1四周的防护板71和位于底盘1的顶部且与防护板71连接的顶板72，该防护罩7内形成有用于底盘车与不同执行部件(比如实现温室内巡检、打药、采摘和运输等的执行部件)配合时安装各自执行部件使用的空间。组装形成的底盘车重心低、结构紧凑，适合于空间狭窄的温室环境中负重行驶使用。
作为一种优选的实施例，为了避免底盘车因撞击而损坏，底盘车还包括分别设置在防护罩7前端和后端的两组防撞装置8。防撞装置8包括防撞条81和超声波故障检测模块(图未示)，防撞条81数量为两条且设置在防护罩7的前、后两端，优选的，在本实施例中，防撞条81采用圆弧形结构，从而能够有效分散撞击力，使撞击影响达到最小。此外，防撞条81遮挡在摄像机62的外侧，其能够为摄像机62提供一个较为封闭的视野空间，提高寻迹的稳定性。
超声波故障检测模块包括分别安装在底盘1前端和后端的超声波探头82，超声波探头82靠近防撞条81设置。超声波探头82用于检测底盘1移动路径中是否有障碍物，并将信号发送至超声波故障检测模块，从而控制底盘车的启停。在本实施例中，底盘车的前后两侧均设置有两个超声波探头82，从而能够实现多方位检测，提高检测范围。防撞装置8工作时，当底盘车行走的过程中出现障碍物，由超声波探头82探测与障碍物的间距，并根据障碍物距离进行语音提示前方有障碍，距离过近时停车，当超声波探头82出现故障失灵时，防撞条81起最后保护，防撞条81碰撞到障碍物停车。通过将防撞条81和超声波探头82结合使用，从而增加了底盘车行驶稳定性，提高了安全系数。
如图5所示，工控模组包括工控主机201、主控器202、无线通讯模块203、RFID模块204和工控面板205。无线通讯模块203与主控器202连接，其用于无线收发数据。RFID模块204装配在底盘1的中心部位，其与预设在温室轨道上的射频标签(图未示)配合发出移动信号、与预设在路面上的射频标签配合发出转向信号和移动信号，为了屏蔽干扰信号，RFID模块204安装在RFID抗金属板(图未示)上，RFID抗金属板通过螺栓安装在底盘1上。工控面板205安装在底盘1一端的防护罩7上，工控面板205上设有与主控器202连接的总开关按钮、急停开关按钮、UCB插口、状态灯和充电接口等；底盘车行走和转向过程中的数据处理和动作控制由工控主机201和主控器202协调完成，为了使工控主机201绝缘，可以将工控主机201安装在PVC板(图未示)上，PVC板通过螺栓安装在底盘1上。
综上所述：本发明的路轨两用底盘车能够在路面和轨道两种环境下快速、稳定的行驶和转向，易于换轨、且换轨方式简单，并具有紧凑的结构和较低的重心，适合于空间狭窄的温室内部负重行驶使用；该底盘车可以依托不同的执行部件完成温室内巡检、打药、采摘和运输等作业于一体，真正实现温室内无人自动化作业；
本发明的路轨两用底盘车，双主动轮组各自独立驱动，通过两轮的差速实现底盘的行走和转向；其中，轮径不等的轨道行走轮一和路面行走轮共轴安装，路面行走轮做为主动轮驱动底盘在路面上行走和转向，轨道行走轮一做为主动轮、轨道行走轮二作为从动轮驱动底盘在轨道上行走，易于换轨、且换轨方式简单。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
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发明专利范围的限制。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，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于温室自动作业的路轨两用底盘车，包括底盘，其特征在于，还包括安装在所述底盘上支撑所述底盘行走和转向的路轨行走转向机构，所述路轨行走转向机构包括主动轮组和驱动所述主动轮组转动的驱动组件，所述主动轮组包括用于在轨道上行走的轨道行走轮一和在路面上行走的路面行走轮，所述轨道行走轮一和所述路面行走轮同轴设置，所述路面行走轮的轮径大于所述轨道行走轮一的轮径。
2.根据权利要求1所述的用于温室自动作业的路轨两用底盘车，其特征在于，所述主动轮组数量至少为两组，且分别设置在所述底盘的两侧，每组所述主动轮组均设置有驱动其独立转动的所述驱动组件。
3.根据权利要求2所述的用于温室自动作业的路轨两用底盘车，其特征在于，所述路面行走轮位于所述轨道行走轮一的外侧并对所述主动轮组进行轴向限位。
4.根据权利要求1所述的用于温室自动作业的路轨两用底盘车，其特征在于，所述路轨行走转向机构还包括设置在所述底盘上的从动轮组，所述从动轮组包括连接轴和套设在所述连接轴两端的轨道行走轮二，所述轨道行走轮二的轮径小于所述路面行走轮的轮径，所述轨道行走轮二配合所述轨道行走轮一驱动所述底盘沿所述轨道行走。
5.根据权利要求4所述的用于温室自动作业的路轨两用底盘车，其特征在于，所述轨道行走轮二包括轮本体、限位部和连接二者的导向圆弧部，所述导向圆弧部的外径自所述轮本体至所述限位部逐渐增大，所述限位部的外径大于或等于所述导向圆弧部的最大外径。
6.根据权利要求1所述的用于温室自动作业的路轨两用底盘车，其特征在于，所述路轨行走转向机构还包括设置在所述底盘上的万向支撑轮组，所述万向支撑轮组包括可转动的万向支撑轮，所述万向支撑轮配合所述路面行走轮控制所述底盘车的转动和行走。
7.根据权利要求1至6任一项所述的用于温室自动作业的路轨两用底盘车，其特征在于，所述底盘车还包括分别设置在其前后端的两组寻迹装置，所述寻迹装置包括安装在所述底盘上的摄像机安装板、安装在所述摄像机安装板上的摄像机和两组补偿光源，所述摄像机安装板相对于水平面倾斜，所述补偿光源分别位于所述摄像机两侧。
8.根据权利要求1至6任一项所述的用于温室自动作业的路轨两用底盘车，其特征在于，所述底盘车还包括分别位于其前后端的两组防撞装置，所述防撞装置包括用于防护所述底盘车前后端的防撞条和检测所述底盘车路径中有无障碍物的超声波障碍检测模块。
9.根据权利要求1至6任一项所述的用于温室自动作业的路轨两用底盘车，其特征在于，所述底盘车还包括控制其运动状态的工控模组，所述工控模组包括设置在所述底盘中心部位的RFID模块，所述RFID模块与预设在所述温室的轨道上的射频标签配合发出移动信号，并与预设在所述路面上的射频标签配合发出转向信号和移动信号。
10.根据权利要求9所述的用于温室自动作业的路轨两用底盘车，其特征在于，所述工控模组还包括工控主机、主控器、无线通讯模块和工控面板，所述工控主机设置在所述底盘上，并用于所述底盘车移动和转向过程中的数据处理，所述无线通讯模块与主控器连接，并用于无线收发数据，所述工控面板安装在底盘上，并用于供手动控制。
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