CN113196931A - 一种灌溉机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及农业灌溉技术领域，公开了一种灌溉机器人，包括：底盘、储液装置、机械臂、处理器和电源，储液装置包括储液桶和搅拌机构，储液桶固定于底盘上端，储液桶的出液口连接有输液组件，输液组件上设置有电磁阀，输液组件的自由端设置有湿度传感器，储液桶内设置有搅拌机构，用于搅拌储液桶内的液体，机械臂的一端连接于底盘或储液装置上，另一端夹持输液组件，机械臂与动力机构连接，以驱动机械臂带动输液组件的上下移动，处理器分别与电磁阀、搅拌机构、湿度传感器和动力机构信号连接，本发明提供的一种灌溉机器人，适用于投放在温度大棚、田间地头等设有灌溉穴孔的种植田地，能够实现对每棵植株较为精准的沼液水肥一体化灌溉施肥。

Description

一种灌溉机器人
技术领域
本发明涉及农业灌溉技术领域，特别涉及一种灌溉机器人。
背景技术
给农作物灌溉沼液是因为沼液中含有90％以上的水分，施用沼液可减少作物的灌溉用水，起到节约水资源的作用，同时沼液中含有丰富的蛋白质、氨基酸、糖类、腐殖酸、维生素、植物激素和抑制病虫害活性的物质，是作物良好的生长促进剂，既可增强作物对干旱、冷冻等非生物逆境和病虫害生物逆境的抗性，也可对形成土壤团粒结构起到重要作用，并可络合其他营养成分，减缓营养物质流失，此外，沼液还具有调节土壤酸碱度，增强土壤微生物活性和降低土壤重金属毒性等作用。
目前的沼液灌溉方式主要是人工灌溉和滴灌灌溉，人工灌溉式简单粗放，人工投入大，水分养分利用效率低，采用人工灌溉沼液的方式，不仅劳动强度大、灌溉量无法精准控制，还会由于长期接触沼液对人体健康产生一定影响；采用传统滴灌模式灌溉过程中，沼液中含有的有机悬浮颗粒容易堵塞滴头，降低了灌溉均匀度，影响灌溉效果。
发明内容
本发明提供的一种灌溉机器人，适用于投放在温度大棚、田间地头等设有灌溉穴孔的种植田地，能够实现对每棵植株较为精准的沼液水肥一体化灌溉施肥。
本发明提供了一种灌溉机器人，包括：
底盘；
储液装置，包括储液桶和搅拌机构，储液桶固定于底盘上端，储液桶的出液口连接有输液组件，输液组件上设置有电磁阀，输液组件的自由端设置有湿度传感器，湿度传感器用于检测灌穴处的土壤湿度，储液桶内设置有搅拌机构，用于搅拌储液桶内的液体；
机械臂，一端连接于底盘或储液桶上，另一端夹持输液组件，机械臂与动力机构连接，以驱动机械臂带动输液组件的上下移动；
处理器，分别与电磁阀、搅拌机构、湿度传感器和动力机构信号连接；
电源，分别与动力机构、搅拌机构及处理器电性连接。
可选的，搅拌机构包括：
驱动电机，固定于底盘上，驱动电机的输出轴竖直向上设置，微处理器与驱动电机信号连接，驱动电机与电源电连接；
搅拌杆，下端与驱动电机的输出轴轴连接，上端延伸入储液桶内，搅拌杆上固连有多个搅拌叶。
可选的，输液组件包括：
软管，第一端与储液桶的出液口固连；
刚性管，第一端与软管的第二端固连，刚性管的第二端可拆卸的连接有喷头，湿度传感器设于刚性管靠近喷头处，机械臂的另一端夹持刚性管。
可选的，喷头的下端为尖角状。
可选的，还包括：
电气箱，固定于底盘上，处理器和电源均固定于电气箱内，电气箱内设置有温度传感器，温度传感器用于检测电气箱内的温度，电气箱的箱壁上具有散热孔，电气箱内安装有散热风扇，温度传感器和散热风扇分别与处理器信号连接，散热风扇与电源电连接，当温度传感器检测到的温度高于预设温度时，微处理器控制散热风扇打开，当温度传感器检测到的温度小于或等于预设温度时，微处理器控制散热风扇关闭。
可选的，还包括设置于底盘下端的行走机构，行走机构与微处理器信号连接，行走机构与电源电连接，行走机构带动底盘移动。
可选的，行走机构包括轮式行走机构或履带式行走机构，轮式行走机构或履带式行走机构与底盘可拆卸连接。
可选的，储液桶的外壁覆盖一层光伏发电薄膜，电源为蓄电池，光伏发电薄膜与蓄电池连接。
可选的，机械臂为两个，分别对称设置于底盘的左右侧。
可选的，还包括设置于储液桶侧壁上的摄像头，摄像头与处理器信号连接，用于实时摄取地面图片。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过设置的储液桶能够将沼液水肥等存储在其中，当需要对植株进行灌溉时，通过搅拌机构对储液桶内的液体进行搅拌，通过将输液组件插入穴孔中，并打开电磁阀使经搅拌的液体能够灌溉穴孔内的土壤，通过湿度传感器实时检测土壤湿度，当湿度达到预设的湿度时，则说明灌溉量已达标，则处理器控制电磁阀关闭，从而实现了对每棵植株较为精准的沼液水肥一体化灌溉施肥，克服了现有技术中水、沼液一体化穴灌技术人工投入大、效率低且灌溉量难以精准控制的问题，主要用于投放在温室大棚、田间地头等设有灌溉穴孔的种植田地，实现智能化的沼液水肥一体精准穴灌，搅拌机构能够避免在进行沼液灌溉时防止沼液沉淀，避免有机悬浮颗粒造成的堵塞问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种灌溉机器人的主视图；
图2为本发明实施例提供的一种灌溉机器人的俯视图；
图3为本发明实施例提供的机械臂的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的电气箱的内部结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种灌溉机器人的控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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的技术方案和简化描述，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。
如图1-2所示，本发明实施例提供的一种灌溉机器人，包括：底盘10、储液装置、机械臂30、处理器40和电源53，储液装置包括储液桶20和搅拌机构22，储液桶20固定于底盘10上端，储液桶20的出液口连接有输液组件21，输液组件21上设置有电磁阀，输液组件21的自由端设置有湿度传感器23，湿度传感器23用于检测灌穴处的土壤湿度，储液桶20内设置有搅拌机构22，用于搅拌储液桶20内的液体，机械臂30的一端连接于底盘10或储液装置上，另一端夹持输液组件21，机械臂30与动力机构连接，以驱动机械臂30带动输液组件21的上下移动，处理器40分别与电磁阀、搅拌机构22、湿度传感器23和动力机构信号连接，当湿度传感器23检测到的土壤湿度小预设湿度时，则微处理器控制搅拌机构22开始搅拌并同时控制电磁阀开启，并通过控制动力机构驱动机械臂30带动输液组件21向下移动固定距离使输液组件21部分插入土壤中对土壤进行灌溉，当湿度传感器23检测到的土壤湿度大于或等于预设湿度时，则微处理器控制电磁阀关闭，并控制动力机构驱动机械臂30带动输液组件21向上移动至固定高度，电源53分别与动力机构、搅拌机构22及处理器40电性连接，在本实施例中，处理器40为STMS32单片机。
本发明通过设置的储液桶能够将沼液水肥等存储在其中，当需要对植株进行灌溉时，通过搅拌机构对储液桶内的液体进行搅拌，通过将输液组件插入穴孔中，并打开电磁阀使经搅拌的液体能够灌溉穴孔内的土壤，通过湿度传感器实时检测土壤湿度，当湿度达到预设的湿度时，则说明灌溉量已达标，则处理器控制电磁阀关闭，从而实现了对每棵植株较为精准的沼液水肥一体化灌溉施肥，克服了现有技术中水、沼液一体化穴灌技术人工投入大、效率低且灌溉量难以精准控制的问题，主要用于投放在温室大棚、田间地头等设有灌溉穴孔的种植田地，实现智能化的沼液水肥一体精准穴灌，搅拌机构能够避免在进行沼液灌溉时防止沼液沉淀，避免有机悬浮颗粒造成的堵塞问题。
可选的，搅拌机构22包括：驱动电机220和搅拌杆221，驱动电机220固定于底盘10上，驱动电机220的输出轴竖直向上设置，微处理器40与驱动电机220信号连接，驱动电机220与电源53电连接，搅拌杆221的下端与驱动电机220的输出轴轴连接，上端延伸入储液桶20内，搅拌杆221上固连有多个搅拌叶222，在搅拌杆221与底盘10接口处设有密封圈，防止沼液从中渗出，在其底盘10部分通过螺栓连接方式设置有用于驱动搅拌杆221转动的驱动电机220，将搅拌杆221底端通过滚齿轮进行固定连接。
可选的，输液组件21包括：软管210和刚性管211，软管210的第一端与储液桶20的出液口固连，刚性管211的第一端与软管210的第二端固连，刚性管211的第二端可拆卸的连接有喷头212，湿度传感器23设于刚性管211靠近喷头212处，机械臂30的另一端夹持刚性管211，将湿度传感器23设置在刚性管211上，避免其与喷头212距离较近，避免检测的土壤湿度不准确，这样机械臂30则将刚性管211的下部和喷头212均插入土壤中，使灌溉从较深处开始，满足对植株深层灌溉的需求。
可选的，喷头212的下端为尖角状，便于插入土壤中。
参考图4，还包括电气箱50，电气箱50固定于底盘10上，处理器40和电源53均固定于电气箱50内，电气箱50内设置有温度传感器51，温度传感器51用于检测电气箱50内的温度，电气箱50的箱壁上具有散热孔，电气箱50内安装有散热风扇52，温度传感器51和散热风扇52分别与处理器40信号连接，散热风扇52与电源53电连接，当温度传感器51检测到的温度高于预设温度时，微处理器控制散热风扇52打开，当温度传感器51检测到的温度小于或等于预设温度时，微处理器控制散热风扇52关闭，电气箱50可以放置电器元件，起到防护作用，同时处理器的工作温度一般为40-80℃，由于大棚内温度较高，为了避免温度过高导致处理器无法工作，通过散热风扇52及时散热降温，同时电气箱50起到平衡作用。
可选的，还包括设置于底盘10下端的行走机构11，行走机构11与微处理器信号连接，行走机构11与电源53电连接，行走机构11带动底盘10移动。
可选的，行走机构11包括轮式行走机构或履带式行走机构，轮式行走机构或履带式行走机构与底盘10可拆卸连接，当在平地行走时可采用轮式行走机构，若需要越障则可更换为履带式行走机构，提升机器人的整体平稳性能。
可选的，储液桶20的外壁覆盖一层光伏发电薄膜25，电源53为蓄电池，光伏发电薄膜25与蓄电池连接，采用外部覆膜且可搅拌储液桶20，可以防止沼液沉淀或内部气体泄漏发生危险，通过光电效益发电为电源53(蓄电池)充电，从而实现电量的自给自足，以保证机器人更长时间的续航，节能环保。
可选的，机械臂30为两个，分别对称设置于底盘10的左右侧，能够满足同时给左右两个灌穴同时灌溉。
参考图3，机械臂30包括：底座300、支撑臂301、大臂302和小臂303，底座300固定于底盘10上，支撑臂301竖直连接于底座300的上端，大臂302第一端与支撑臂301的上端相铰接，小臂303第一端与大臂302的第二端铰接，第二端通过转动副链接有水平夹爪304，水平夹爪304夹持输液组件21，大臂302为主动件采用伺服电机来实现手臂摆动、回转，小臂303为从动部件经传动杆传动，实现手臂的摆动，机械臂采用主从控制方式，以AT89S52为主控制器，PSC伺服控制器为从控制器。
可选的，还包括设置于储液桶20侧壁上的摄像头，摄像头与处理器信号连接，用于实时摄取地面图片，通过摄像头实时摄取的图片信息判断当前位置是否为灌穴，若是的话，则进行灌溉操作。
使用方法及工作原理：参考图5，灌溉机器人由处理器操控履带或行走轮行走，再由处理器控制电磁阀，使电磁阀操控机械臂，进行养料灌溉，机械臂下部夹有输液管，输液管内部的养料通过储液桶导入土壤中，将养料通过喷头注射入土壤中，输液到一定量，土壤的湿度达到一定值，停止注射，履带每经过一农作物(此间距通过控制履带或行走轮的行走间歇控制)，重复以上过程，在行进过程中搅拌机在储液桶里搅拌养料，防止养料沉淀，并且光伏发电膜进行光电效应给蓄电池一定量的充电，以保证灌溉机器人正常工作。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种灌溉机器人，其特征在于，包括：
底盘(10)；
储液装置，包括储液桶(20)和搅拌机构(22)，所述储液桶(20)固定于所述底盘(10)上端，所述储液桶(20)的出液口连接有输液组件(21)，所述输液组件(21)上设置有电磁阀，所述输液组件(21)的自由端设置有湿度传感器(23)，所述湿度传感器(23)用于检测灌穴处的土壤湿度，所述储液桶(20)内设置有搅拌机构(22)，用于搅拌所述储液桶(20)内的液体；
机械臂(30)，一端连接于所述底盘(10)或储液桶(20)上，另一端夹持所述输液组件(21)，所述机械臂(30)与动力机构连接，以驱动所述机械臂(30)带动所述输液组件(21)上下移动；
处理器(40)，分别与所述电磁阀、搅拌机构(22)、湿度传感器(23)和动力机构信号连接；
电源(53)，分别与所述动力机构、搅拌机构(22)及处理器(40)电性连接。
2.如权利要求1所述的灌溉机器人，其特征在于，所述搅拌机构(22)包括：
驱动电机(220)，固定于所述底盘(10)上，所述驱动电机(220)的输出轴竖直向上设置，所述微处理器(40)与所述驱动电机(220)信号连接，所述驱动电机(220)与所述电源(53)电连接；
搅拌杆(221)，下端与所述驱动电机(220)的输出轴轴连接，上端延伸入所述储液桶(20)内，所述搅拌杆(221)上固连有多个搅拌叶(222)。
3.如权利要求1所述的灌溉机器人，其特征在于，所述输液组件(21)包括：
软管(210)，第一端与所述储液桶(20)的出液口固连；
刚性管(211)，第一端与所述软管(210)的第二端固连，所述刚性管(211)的第二端可拆卸的连接有喷头(212)，所述湿度传感器(23)设于所述刚性管(211)靠近所述喷头(212)处，所述机械臂(30)的另一端夹持所述刚性管(211)。
4.如权利要求3所述的灌溉机器人，其特征在于，所述喷头(212)的下端为尖角状。
5.如权利要求1所述的灌溉机器人，其特征在于，还包括：
电气箱(50)，固定于所述底盘(10)上，所述处理器(40)和电源(53)均固定于所述电气箱(50)内，所述电气箱(50)内设置有温度传感器(51)，所述温度传感器(51)用于检测所述电气箱(50)内的温度，所述电气箱(50)的箱壁上具有散热孔，所述电气箱(50)内安装有散热风扇(52)，所述温度传感器(51)和散热风扇(52)分别与所述处理器(40)信号连接，所述散热风扇(52)与所述电源(53)电连接，当所述温度传感器(51)检测到的温度高于预设温度时，所述微处理器控制所述散热风扇(52)打开，当所述温度传感器(51)检测到的温度小于或等于预设温度时，所述微处理器控制所述散热风扇(52)关闭。
6.如权利要求1所述的灌溉机器人，其特征在于，还包括设置于所述底盘(10)下端的行走机构(11)，所述行走机构(11)与所述微处理器信号连接，所述行走机构(11)与所述电源(53)电连接，所述行走机构(11)带动所述底盘(10)移动。
7.如权利要求6所述的灌溉机器人，其特征在于，所述行走机构(11)包括轮式行走机构或履带式行走机构，所述轮式行走机构或履带式行走机构与所述底盘(10)可拆卸连接。
8.如权利要求1所述的灌溉机器人，其特征在于，所述储液桶(20)的外壁覆盖一层光伏发电薄膜(25)，所述电源(53)为蓄电池，所述光伏发电薄膜(25)与所述蓄电池连接。
9.如权利要求1所述的灌溉机器人，其特征在于，所述机械臂(30)为两个，分别对称设置于所述底盘(10)的左右侧。
10.如权利要求1所述的灌溉机器人，其特征在于，还包括设置于所述储液桶(20)侧壁上的摄像头，所述摄像头与所述处理器信号连接，用于实时摄取地面图片。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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