CN112806340B - 一种可横向行走的全自动农药喷洒车 - Google Patents

Abstract

一种可横向行走的全自动农药喷洒车，包括横向行走装置、纵向行走装置、喷药装置、车体装置、控制装置。横向行走装置包括侧座、梯形丝杠、丝杠电机、滑块、侧连杆、转向轮、转向轮电机；纵向行走装置包括直行轮、车轴、直行轮电机、连杆；喷药装置包括喷嘴、并联机械手；车体装置包括车架、底板、药箱、软管、液压泵、液位传感器；控制装置包括方位陀螺仪、单片机、控制面板；本发明采用自动控制技术，整个喷药过程不需要人工驾驶，降低了对农民身体健康的影响；采用并联机构设计喷药装置，实现精准喷药，减少农药的浪费；采用一种可升降的轮系结构，实现喷药车在田间地垄横向行走，避免车辆转弯压倒植株，提高农业生产率。

Description

一种可横向行走的全自动农药喷洒车

技术领域

本发明是一种可横向行走的全自动农药喷洒车，属于自动喷药技术领域。

背景技术

中国是农业大国，农耕文明源远流长。随着科学技术的迅速发展，各种现代化科技开始不断地出现在农田中。在农业生产过程中，农药的喷洒毫无疑问会成为影响作物收成的主要问题之一。当前农药的喷洒大多还要靠人工作业，存在喷洒效率低、农药浪费、损坏植株、影响健康等问题，这给农药喷洒工作带来了诸多不便，寻找一种可以替代人工的农药喷洒车的社会需求越来越大，全自动农药喷洒车在这样的社会背景下应运而生。

目前农药喷洒车主要采用拖拉机悬挂与高压喷雾的方式，采用这种工作方式存在三个问题，第一个问题是：在喷洒农药过程中，农民需要在相对恶劣的环境下长时间工作，对农民的身体健康有影响；第二个问题是：当农田种植的作物为非密植型作物时，采用高压喷雾的方式，容易造成农药浪费；第三个问题是：拖拉机在农田中转弯时，转弯半径较大，转弯时不可避免地会压倒植株。

为解决上述问题，本发明采用自动控制技术，整个喷药过程不需要人工驾驶，实现了自动化作业，降低了对农民身体健康的影响；采用并联机构设计喷药装置，实现精准喷药，减少农药的浪费；采用一种可升降的轮系结构，实现全自动农药喷洒车在田间地垄横向行走，避免车辆转弯压倒植株，提高农业生产率。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，所要解决的技术问题是提供一种可横向行走的全自动农药喷洒车。

一种可横向行走的全自动农药喷洒车，包括横向行走装置、纵向行走装置、喷药装置、车体装置、控制装置。

其特征在于所述横向行走装置由四组升降机构组成，所述升降机构包括侧座、梯形丝杠、丝杠电机、滑块、侧连杆、转向轮、转向轮电机；所述侧座安装固定在车架上，所述梯形丝杠置于侧座内，不可上下移动，所述丝杠电机安装于侧座的上顶板，丝杠电机和梯形丝杠通过键连接实现同轴转动，所述滑块下端与梯形丝杠通过螺纹连接，上端通过销与侧连杆连接，从而实现共同上下移动，所述侧连杆下端与转向轮连接，由于梯形丝杠具有自锁性，所述转向轮升起后可保持锁住状态，所述转向轮电机驱动转向轮，当全自动农药喷洒车到达地垄尽头，转向轮下降，直至把全自动农药喷洒车的直行轮顶起离开地面，这样全自动农药喷洒车的行进方向由纵向变为横向，全自动农药喷洒车从植株的间隙横向前进一个地垄的宽度距离后，转向轮再缓慢上升至初始位置，直行轮进入工作状态，这样就完成了一次转弯且不会对农作物造成伤害。

其特征在于所述纵向行走装置包括四组行进机构；所述行进机构包括直行轮、车轴、直行轮电机、连杆，所述车轴一端通过键与直行轮电机连接，一端通过轴承与直行轮连接，直行轮电机旋转通过车轴带动直行轮转动，所述连杆下端连接直行轮，上端通过螺栓连接固定在车架上。

其特征在于所述喷药装置包括并联机械手、喷嘴；所述并联机械手包括固定平台、移动平台、支链、支链电机，所述固定平台和移动平台是经由三组轴对称的支链连接，所述支链包括主动臂、从动臂，所述支链电机驱动主动臂运动，主动臂带动从动臂运动，所述从动臂是由四个球铰连接的平行四边形机构，从动臂上端通过球面副与主动臂相串联，下端与移动平台串联，所述喷嘴安装在移动平台上，工作时，单片机控制并联机械手左右移动，药液由药箱进入软管，经喷嘴喷出，一次摆动可以喷洒四株植物，实现精准施药。

其特征在于所述车体装置包括车架、底板、药箱、软管、液压泵、液位传感器，所述车架通过螺栓连接在底板上，所述药箱固定在底板上，上部与液压泵连接，所述液位传感器安装在药箱底部，所述软管穿过底板上的孔将药箱出液口与喷嘴连接，所述液压泵为低压泵。

其特征在于所述控制装置包括方位陀螺仪、单片机、控制面板，所述方位陀螺仪安装在底板上，检测全自动农药喷洒车行进方向，并将其转化为电信号发送给单片机，单片机接收信号发出方向调整指令，以保证全自动农药喷洒车直线行走，所述控制面板上设有触摸屏、报警器、启动按钮、停止按钮、自动按钮、手动按钮，当药箱中液位传感器检测到药液过少，所述报警器会报警，提示需要补充药液，所述触摸屏用于输入田地的工作长度以及地垄的宽度，所述启动按钮与自动按钮相结合，实现全自动农药喷洒车自动操作模式，单片机接收触摸屏输入的信号，计算全自动农药喷洒车纵向行走的时间，到达终点时停止前进，单片机根据触摸屏输入的地垄宽度信号，计算横向行走时间，完成转弯，所述启动按钮与手动按钮相结合，实现全自动农药喷洒车手动操作模式，由人手持遥控器控制全自动农药喷洒车纵向、横向行走。

考虑到全自动农药喷洒车工作的稳定性和无人驾驶的安全性，通过降速处理后，划线车的行驶速度为0.3m/s。

考虑到工作效率，并联机械手左右摆动，喷嘴接近并达到前后两株作物的中间位置，采用大花洒喷嘴作业，每次可喷洒同一垄两株作物，一次摆动可以喷洒四株作物，每次喷洒时间为0.5s。

上述全自动农药喷洒车外观尺寸长×宽×高为1000mm×500mm×600mm，转向轮与直行轮直径为200mm。

本发明的与现有技术相比具有的有益效果是：采用了自动控制技术，全自动农药喷洒车不需人工驾驶，降低了农药对农民身体健康的影响；采用了并联机械手喷药装置，实现精准喷药，减少农药的浪费；采用了一种可升降的轮系结构，实现全自动农药喷洒车在田间地垄横向行走，避免了车辆转弯半径过大压倒植株，提高农业生产率。

附图说明

图1是本发明全自动农药喷洒车的整体结构图；

图2是本发明全自动农药喷洒车的侧视图；

图3是本发明横向行走装置的结构图；

图4是本发明喷药装置的结构图；

图5是本发明并联机械手支链的结构图；

图6是本发明喷嘴的结构图；

图7是本发明控制装置控制面板的布局图。

其中：1、液压泵，2、车架，3、药箱，4、液位传感器，5、控制面板，6、底板，7、行进机构，8、升降机构，9、支链电机，10、软管，11、喷嘴，12、并联机械手，13、方位陀螺仪，14、丝杠电机，15、直行轮，16、车轴，17、直行轮电机，18、连杆，19、梯形丝杠，20、滑块，21、转向轮，22、侧座，23、侧连杆，24、转向轮电机，25、固定平台，26、支链，27、移动平台，28、主动臂，29、从动臂，30、启动按钮，31、报警器，32、触摸屏，33、停止按钮，34、手动按钮，35、自动按钮，36、单片机。

具体实施方式

如图1—图7所示，一种可横向行走的全自动农药喷洒车，包括横向行走装置、纵向行走装置、喷药装置、车体装置、控制装置。

其特征在于所述横向行走装置由四组升降机构8组成，所述升降机构8包括侧座22、梯形丝杠19、丝杠电机14、滑块20、侧连杆23、转向轮21、转向轮电机24；所述侧座22安装固定在车架2上，所述梯形丝杠19置于侧座22内，不可上下移动，所述丝杠电机14安装于侧座22的上顶板，丝杠电机14和梯形丝杠19通过键连接实现同轴转动，所述滑块20下端与梯形丝杠19通过螺纹连接，上端通过销与侧连杆23连接，从而实现共同上下移动，所述侧连杆23下端与转向轮21连接，由于梯形丝杠19具有自锁性，所述转向轮21升起后可保持锁住状态，所述转向轮电机24驱动转向轮21，当全自动农药喷洒车到达地垄尽头，转向轮21下降，直至把全自动农药喷洒车的直行轮15顶起离开地面，这样全自动农药喷洒车的行进方向由纵向变为横向，全自动农药喷洒车从植株的间隙横向前进一个地垄的宽度距离后，转向轮21再缓慢上升至初始位置，直行轮15进入工作状态，这样就完成了一次转弯且不会对农作物造成伤害。

其特征在于所述纵向行走装置包括四组行进机构7；所述行进机构7包括直行轮15、车轴16、直行轮电机17、连杆18，所述车轴16一端通过键与直行轮电机17连接，一端通过轴承与直行轮15连接，直行轮电机17旋转通过车轴16带动直行轮15转动，所述连杆18下端连接直行轮15，上端通过螺栓连接固定在车架2上。

其特征在于所述喷药装置包括并联机械手12、喷嘴11；所述并联机械手12包括固定平台25、移动平台27、支链26、支链电机9，所述固定平台25和移动平台27是经由三组轴对称的支链26连接，所述支链26包括主动臂28、从动臂29，所述支链电机9驱动主动臂28运动，主动臂28带动从动臂29运动，所述从动臂29是由四个球铰连接的平行四边形机构，从动臂29上端通过球面副与主动臂28相串联，下端与移动平台27串联，所述喷嘴11安装在移动平台27上，工作时，单片机36控制并联机械手12左右移动，药液由药箱3进入软管10，经喷嘴11喷出，一次摆动可以喷洒四株植物，实现精准施药。

其特征在于所述车体装置包括车架2、底板6、药箱3、软管10、液压泵1、液位传感器4，所述车架2通过螺栓连接在底板6上，所述药箱3固定在底板6上，上部与液压泵1连接，所述液位传感器4安装在药箱3底部，所述软管10穿过底板6上的孔将药箱3出液口与喷嘴11连接，所述液压泵1为低压泵。

其特征在于所述控制装置包括方位陀螺仪13、单片机36、控制面板5，所述方位陀螺仪13安装在底板6上，检测全自动农药喷洒车行进方向，并将其转化为电信号发送给单片机36，单片机36接收信号发出方向调整指令，以保证全自动农药喷洒车直线行走，所述控制面板5上设有触摸屏32、报警器31、启动按钮30、停止按钮33、自动按钮35、手动按钮34，当药箱3中液位传感器4检测到药液过少，所述报警器31会报警，提示需要补充药液，所述触摸屏32用于输入田地的工作长度以及地垄的宽度，所述启动按钮30与自动按钮35相结合，实现全自动农药喷洒车自动操作模式，单片机36接收触摸屏32输入的信号，计算全自动农药喷洒车纵向行走的时间，到达终点时停止前进，单片机36根据触摸屏32输入的地垄宽度信号，计算横向行走时间，完成转弯，所述启动按钮30与手动按钮34相结合，实现全自动农药喷洒车手动操作模式，由人手持遥控器控制全自动农药喷洒车纵向、横向行走。

考虑到全自动农药喷洒车工作的稳定性和无人驾驶的安全性，通过降速处理后，划线车的行驶速度为0.3m/s。

考虑到工作效率，并联机械手12左右摆动，喷嘴11接近并达到前后两株作物的中间位置，采用大花洒喷嘴作业，每次可喷洒同一垄两株作物，一次摆动可以喷洒四株作物，每次喷洒时间为0.5s。

上述全自动农药喷洒车外观尺寸长×宽×高为1000mm×500mm×600mm，转向轮21与直行轮15直径为200mm。

使用本发明时，先在触摸屏32上输入田地的工作长度和地垄的宽度。按下启动按钮30和自动按钮35，直行轮电机17启动，全自动农药喷洒车开始纵向行进，并联机械手12左右摆动开始喷洒农药。纵向行进过程中，方位陀螺仪13会自动检测全自动农药喷洒车行进方向，并将其转化为电信号发送给单片机36，单片机36接收信号发出方向调整指令，以保证全自动农药喷洒车直线行走。当全自动农药喷洒车直线到达地垄尽头，单片机36发送指令，直行轮电机17停止工作，转向轮21下降，直至把全自动农药喷洒车的直行轮15顶起离开地面，转向轮电机24启动，转向轮21横向运动。若地垄的宽度是相同的，根据输入的地垄宽度，全自动农药喷洒车自动横向运动固定的宽度距离后，转向轮电机24停止工作，转向轮21缓慢上升至初始位置，直行轮15进入工作状态；若地垄宽度不同或者地形情况复杂，选择手动控制模式，按下手动按钮34，手动控制全自动农药喷洒车横向运动完成转弯。随着喷洒农药工作的进行，药箱3内的药液逐渐减少，当液位传感器4检测药箱3里的药液低于设定高度时，报警器31发出报警，提示需要添加药液，若报警器31已发出缺药报警，但规定时间内未及时添加药液，单片机36发出指令，使全自动农药喷洒车停止工作。

Claims (5)

1.一种可横向行走的全自动农药喷洒车，其特征在于该全自动农药喷洒车包括横向行走装置、纵向行走装置、喷药装置、车体装置、控制装置；

所述横向行走装置由四组升降机构(8) 组成，每一组升降机构(8)包括侧座(22)、梯形丝杠(19)、丝杠电机(14)、滑块(20)、侧连杆(23)、转向轮(21)、转向轮电机(24) ，侧座(22)固定安装在车架(2)上，梯形丝杠(19)置于侧座(22)内，不可上下移动，丝杠电机(14)安装于侧座(22)上顶板，丝杠电机(14)和梯形丝杠(19)通过键连接实现同轴转动，滑块(20)下端与梯形丝杠(19)通过螺纹连接，上端通过销与侧连杆(23)连接，侧连杆(23)下端与转向轮(21)连接，从而实现转向轮(21)下降，直至把全自动农药喷洒车的直行轮(15)顶起离开地面，转向轮电机(24)启动，转向轮(21)横向运动，实现全自动农药喷洒车在田间地垄横向行走，有效减小全自动农药喷洒车转弯半径，避免压倒植株；

所述纵向行走装置包括四组行进机构(7)，行进机构(7)包括直行轮(15)、车轴(16)、直行轮电机(17)、连杆(18)，车轴(16) 一端通过键与直行轮电机(17)连接，一端通过轴承与直行轮(15)连接，直行轮电机(17)旋转通过车轴(16)带动直行轮(15)转动，连杆(18)下端连接直行轮(15)，上端通过螺栓连接固定在车架(2)上；

所述喷药装置包括并联机械手(12)、喷嘴(11)，并联机械手(12)包括固定平台(25)、移动平台(27)、支链(26)、支链电机(9)，固定平台(25)和移动平台(27)是经由三组轴对称的支链(26)连接，支链(26)包括主动臂(28)、从动臂(29)，支链电机(9)驱动主动臂(28)运动，主动臂(28)带动从动臂(29)运动，从动臂(29)是由四个球铰连接的平行四边形机构，从动臂(29)上端通过球面副与主动臂(28)相串联，下端与移动平台(27)串联，喷嘴(11)安装在移动平台(27)上；

所述车体装置包括车架(2)、底板(6)、药箱(3)、软管(10)、液压泵(1)、液位传感器(4)，车架(2)通过螺栓连接在底板(6)上，药箱(3)固定在底板(6)上，上部与液压泵(1)连接，液位传感器(4)安装在药箱(3)底部，软管(10)穿过底板(6)上的孔将药箱(3)出液口与喷嘴(11)连接；

所述控制装置包括方位陀螺仪(13)、单片机(36)、控制面板(5)，方位陀螺仪(13)安装在底板(6)上，检测全自动农药喷洒车行进方向，并将其转化为电信号发送给单片机(36)，单片机(36)接收信号发出方向调整指令，以保证全自动农药喷洒车直线行走，控制面板(5)上设有触摸屏(32)、报警器(31)、启动按钮(30)、停止按钮(33)、自动按钮(35)、手动按钮(34)，当药箱(3)中液位传感器(4)检测到药液过少，报警器(31)会报警，提示需要补充药液，触摸屏(32)用于输入田地的工作长度以及地垄的宽度，启动按钮(30)与自动按钮(35)相结合，实现全自动农药喷洒车自动操作模式，单片机(36)接收触摸屏(32)输入的信号，计算全自动农药喷洒车纵向行走的时间，到达终点时停止前进，单片机(36)根据触摸屏(32)输入的地垄宽度信号，计算横向行走时间，完成转弯，启动按钮(30)与手动按钮(34)相结合，实现全自动农药喷洒车手动操作模式，由人手持遥控器控制全自动农药喷洒车纵向、横向行走。

2.如权利要求1所述的一种可横向行走的全自动农药喷洒车，其特征在于所述并联机械手(12)中固定平台(25)和移动平台(27)是经由三组轴对称的支链(26)连接，保证了结构的稳定性，从动臂(29)是由四个球铰连接的平行四边形机构，提高了并联机械手的强度和刚度，并联机械手(12)左右摆动一次喷洒四株作物，实现精准施药。

3.如权利要求1所述的一种可横向行走的全自动农药喷洒车，其特征在于并联机械手(12)上的喷嘴(11)接近并达到前后两株作物的中间位置，采用大花洒喷嘴作业，每次可喷洒同一垄两株作物，一次摆动喷洒四株植物，每次喷洒的时间为 0.5s。

4.如权利要求1 所述的一种可横向行走的全自动农药喷洒车，其特征在于全自动农药喷洒车行驶速度为 0.3m/s。

5.如权利要求 1 所述的一种可横向行走的全自动农药喷洒车，其特征在于全自动农药喷洒车外观尺寸长×宽×高为 1000mm×500mm×600mm，转向轮(21)与直行轮(15)直径为 200mm。

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