CN113424735A - 一种智能温室大棚移动式精准灌溉机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种智能温室大棚移动式精准灌溉机器人，包括行走模块、土壤检测模块、灌溉模块以及处理器；所述处理器分别与行走模块、土壤检测模块以及灌溉模块连接，所述行走模块包括底盘、车身以及履带行走机构；所述土壤检测模块包括检测摄像头，所述检测摄像头与车身之间设有转动模块，所述转动模块包括转臂以及转动驱动机构；所述灌溉模块包括设置在所述车身内部用于存储灌溉水的水箱、设置在所述转臂末端与车身上的喷头、设置在水箱与喷头之间的输水管以及设置在所述输水管上的水泵。该机器人能够对作物土壤中的水分进行检测，根据检测结果对作物进行精准的灌溉，灌溉精度高，利于作物生长，且有效节省水资源。
Description
技术领域
本发明涉及农业机器人技术领域，具体涉及一种智能温室大棚移动式精准灌溉机器人。
背景技术
随着现代社会的发展，机器人在各个领域都发挥着极其重要的作用，在农业发展的过程中，逐渐往自动化、智能化方向发展；由于现在将农业用地进行统一集中，温室大棚逐渐兴起，为了改善农业生产模式，缓解劳动力压力，对发展精准农业、绿色农业，提高农业生产效率，农业机器人也逐渐代替人工劳动。
对于温室大棚中的灌溉技术，目前的主流灌溉方式依旧是使用人工进行喷灌，但是这种方式将会随着国内城市化程度的提高，农村人口老龄化和年轻人口流向城市而导致面临人力资源不足的难题。另外，通过人工进行灌溉会根据肉眼对对象的观察，依据过往的经验，做出主观的判断，因此，在灌溉时，存在很大的误差，导致灌溉精度低，灌溉不均匀，导致作物生长不统一，且浪费水资源。
发明内容
本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种智能温室大棚移动式精准灌溉机器人，该机器人能够对作物土壤中的水分进行检测，根据检测结果对作物进行精准的灌溉，灌溉精度高，利于作物生长，且有效节省水资源。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种智能温室大棚移动式精准灌溉机器人，包括行走模块、设置在行走模块上用于检测土壤水分的土壤检测模块、用于对作物进行喷灌的灌溉模块以及处理器；所述处理器分别与行走模块、土壤检测模块以及灌溉模块连接，其中，
所述行走模块包括底盘、设置在底盘上的车身以及设置在底盘两侧的履带行走机构；
所述土壤检测模块包括检测摄像头，其中，所述检测摄像头与车身之间设有转动模块，所述转动模块包括转动设置在所述车身顶部的转臂以及用于驱动转臂转动的转动驱动机构，所述检测摄像头设置在转臂的末端；
所述灌溉模块包括设置在所述车身内部用于存储灌溉水的水箱、设置在所述转臂末端与车身上的喷头、设置在水箱与喷头之间的输水管以及设置在所述输水管上的水泵，所述输水管的一端与水箱连通，另一端与所述喷头连通；其中，所述检测摄像头用于采集土壤图片，并将图片发送至处理器中，处理器检测图片中的RGB，进行量化处理，根据土壤的颜色计算土壤的含水量，生成灌溉处方，处理器根据灌溉处方控制喷头对土壤进行喷施灌溉水。
上述智能温室大棚移动式精准灌溉机器人的工作原理是：
工作时，机器人在智能温室大棚移动，检测摄像头实时对土壤的图像进行采集，并将图片发送至处理器中，处理器检测图片中的RGB，进行量化处理，根据土壤的颜色计算土壤的含水量，生成灌溉处方，处理器根据灌溉处方控制喷头对土壤进行喷施灌溉水；其中，转动驱动机构可以驱动转臂运动，从而带动检测摄像头以及安装在转臂上的喷头进行转动，灵活控制检测摄像头喷头的方向；机器人在移动时，履带行走机构能够适应温室大棚中地形地貌复杂的地块，灌溉过程中，有效防止打滑，提高抓地力。
本发明的一个优选方案，其中，还包括设置在所述车身上用于照明的灯光模块以及视觉识别模块，所述灯光模块与所述视觉识别模块均与处理器连接；其中，所述灯光模块包括设置在车身前端与后端的车灯；所述视觉识别模块包括设置在车身前端与后端的视觉摄像头。上述结构中，通过设置视觉摄像头采集周围环境信息，处理器根据该信息对行走模块的速度以及行走方向进行控制；当周围光线过于阴暗时，会影响车身上的视觉摄像头与检测摄像头的采集效果，处理器控制灯光模块开启照明，车灯开启。
优选地，所述水箱上设有用于检测水箱中灌溉水水位的水位检测模块，该水位检测模块与处理器连接，水位检测模块将检测的水位结果发送至处理器进行处理，当水位检测模块检测到水箱中水位低于阈值时，处理器会向行走模块下发指令，行走模块会驱动机器人移动至指定位置，给水箱进行添加灌溉水。
优选地，所述水箱上的顶部设有通孔，该水箱上设有用于关闭或者打开该通孔的箱盖；所述水箱上设有用于添加灌溉水的加水口。通过设置通孔，便于观察水箱内部情况，当水箱中因沉积物影响到水泵工作或水箱需要主动清洗时，可以打开箱盖对水箱内部清洗；通过设置加水口，当水箱中的灌溉水用完后，可以从加水口中注入灌溉水。
优选地，所述灌溉模块还包括电磁换向阀，其中，所述水箱为数量为两个，所述输水管包括主管和支管，所述主管的一端与所述水箱连通，另一端与所述电磁换向阀的输入端连通，所述水泵设置在所述主管上；所述支管的一端与所述电磁换向阀的输出端连通，另一端与所述喷头连通。通过设置两个水箱，可以储存不同种类的灌溉水，提高灌溉的灵活性，通过设置电磁换向阀，能够灵活控制灌溉水的流速、流量以及方向。
优选地，所述转臂的末端水平设有挡板，所述检测摄像头位于所述挡板的下端，且倾斜向下安装在挡板上；所述转臂上的喷头位于挡板的上端；其中，所述转臂内部为中空结构，所述输水管设置在转臂内部，且与转臂上的喷头连通。上述结构中，通过设置挡板，在喷头喷施灌溉水的过程中，能够有效阻挡灌溉水进入检测摄像头中，起到很好防水的作用，检测摄像头倾斜向下安装在挡板上，有利于检测摄像头采集土壤照片；另外，转臂内部为中空结构，能够很好将输水管以及电线布置在转臂内部，对输水管以及线路起到防水作用，且使得结构变得更加紧凑，结构布局更加合理。
优选地，所述车身的上端设有底板，所述底板上设有固定架；其中，所述转动驱动机构包括设置在所述固定架上的转动驱动电机、转动设置在固定架上的转轴、设置在转动驱动电机主轴上的主动齿轮以及同轴设置在所述转轴上且与所述主动齿轮啮合的从动齿轮；所述转轴的上端与所述转臂的下端固定连接。上述结构中，通过转动驱动电机驱动主动齿轮转动，带动从动齿轮转动，从而带动转轴在固定架上转动，进而带动转臂在固定架上转动，从而实现了转臂的旋转。
优选地，所述履带行走机构包括履带、设置在底盘上的电动马达、转动设置在底盘上的驱动轮、导向轮以及支重轮；其中，所述驱动轮与导向轮分别位于履带的两端，该驱动轮和导向轮分别与所述履带配合连接；所述电动马达与所述驱动轮连接；所述支重轮为两个，分别位于履带的上下两端，且与所述履带配合连接。上述结构中，通过电动马达驱动驱动轮转动，能够带动履带沿着导向轮与驱动轮转动，支重轮能够对履带起到支撑作用，使得机器人的重量传递到履带中，并能够对履带起到导向作用，使其不能够横向滑脱，使履带紧密接触地面。
优选地，所述履带行走机构还包括用于调节履带松紧程度的松紧调节装置，该松紧调节装置包括轮架、滚筒以及调节杆，其中，所述轮架的一端与所述导向轮连接，另一端与所述滚筒的一端连接，所述滚筒的中部滑动设置在所述底盘上；所述调节杆的一端与所述滚筒的另一端通过螺纹配合连接，另一端与所述底盘连接。采用上述结构，通过转动调节杆，改变调节滚筒在底盘上的位置，从而改变轮架的位置，进而改变导向轮的位置，最终实现导向轮与驱动轮之间的中心距调节，实现履带的松紧程度调节。
优选地，所述车身内部设有电源模块，所述电源模块包括电池以及电线，所述电池通过电线分别与所述行走模块、土壤检测模块、灌溉模块、处理器以及视觉识别模块进行电连接。通过设置电池，能够为行走模块、土壤检测模块、灌溉模块、处理器以及视觉识别模块供电。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明中的溉机器人，通过检测摄像头实时对土壤的图像进行采集，并将图片发送至处理器中，处理器检测图片中的RGB，进行量化处理，根据土壤的颜色计算土壤的含水量，生成灌溉处方，处理器根据灌溉处方控制喷头对土壤进行喷施灌溉水；能够对作物进行精准的灌溉，灌溉精度高，利于作物生长，且有效节省水资源。
2、本发明中的溉机器人，通过设置履带行走机构，抓地能力好，爬坡能力强，与地面的接触面积大，对较松软、地形较为复杂的作业场所具有较好的适宜性；当在灌溉过程中，土地会变得湿润，履带行走机构能有效防止打滑，提高抓地力。
附图说明
图1-图2为本发明中的一种智能温室大棚移动式精准灌溉机器人的一种具体实施方式的结构示意图，其中，图1为立体图，图2为另一个视角方向的立体图。
图3-图4为本发明中的一种智能温室大棚移动式精准灌溉机器人省去行走模块的结构示意图，其中，图3为立体图，图4为内部结构示意图。
图5-图6为本发明中的车身省去顶部的内部结构示意图，其中，图5为立体图，图6为俯视图。
图7为本发明中的车身省去顶部与中部的内部结构示意图。
图8为本发明中的转动模块省去固定架的立体结构示意图。
图9-图10为本发明中的行走模块的结构示意图，其中，图9为立体图，图10为主视图。
图11为本发明中的履带行走结构的内部结构示意图。
图12为本发明中的履带行走结构省去底盘的结构示意图。
图13为本发明中的一种智能温室大棚移动式精准灌溉机器人的控制结构图。
图14为本发明中的一种智能温室大棚移动式精准灌溉机器人的详细控制结构图。
图15为本发明中的处理器控制流程图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。
参见图1-图2和图13，本实施例公开一种智能温室大棚移动式精准灌溉机器人，包括行走模块、设置在行走模块上用于检测土壤水分的土壤检测模块、用于对作物进行喷灌的灌溉模块1、用于照明的灯光模块、用于观察的视觉识别模块以及处理器；所述处理器分别与行走模块、土壤检测模块、灌溉模块1、灯光模块以及视觉识别模块连接。
参见图1-图2和图9，所述行走模块包括底盘2、设置在底盘2上的车身3以及设置在底盘2两侧的履带行走机构4；所述底盘2由多块钢板焊接形成。由于我国温室大棚地形地貌复杂，初步选定适合应性高的履带行走机构4；抓地力好，即使存在斜坡或温室大棚中土壤较为泥泞，也不会由于打滑而不能行走；另外，本实施例中的机器人的工作场所是在温室大棚，由于作物需要较为松软的土地，以促进根部进行呼吸作用，防止根部缺氧坏死，因此，行走模块不能过度破坏温室大棚的土壤形状，因此，采用履带行走机构4会更加合适于本实施中的机器人的行走；再者当在灌溉过程中，土地会变得湿润，履带行走机构4能有效防止打滑，提高抓地力。
参见图1-图4和图13-图14，所述土壤检测模块包括检测摄像头5，其中，所述检测摄像头5与车身3之间设有转动模块6，所述转动模块6包括转动设置在所述车身3顶部的转臂6-1以及用于驱动转臂6-1转动的转动驱动机构，所述检测摄像头5设置在转臂6-1的末端。所述土壤检测模块作为灌溉模块1是否灌溉的主要依据。
参见图3-图7和图13-图14，所述灌溉模块1包括设置在所述车身3内部用于存储灌溉水的水箱1-1、设置在所述转臂6-1末端与车身3上的喷头1-2、设置在水箱1-1与喷头1-2之间的输水管1-3以及设置在所述输水管1-3上的水泵，所述输水管1-3的一端与水箱1-1连通，另一端与所述喷1-2头连通；其中，所述检测摄像头5用于采集土壤图片，并将图片发送至处理器中，处理器检测图片中的RGB，进行量化处理，根据土壤的颜色计算土壤的含水量，生成灌溉处方，处理器根据灌溉处方控制喷头1-2对土壤进行喷施灌溉水。该机器人能够对作物进行精准的灌溉，灌溉精度高，利于作物生长，且有效节省水资源。
具体地，不同地区的土壤的成分也是不一样的，其土壤特征参数也不同。因此土壤的含水量会影响土壤所表现出来的颜色，例如黄土壤，当其含水量较低时，其表现为淡黄色、泛白，当其含水量较高时，其表现为棕黄色。其RBG不一样，因此能够运用机器视觉，检测其RBG，进行量化处理，计算土壤含水量。
参见图14，土壤检测模块中检测摄像头5采集的图像先经过图像采集卡收集后，由图像采集卡控制传输，发送至处理器进行处理。
具体地，所述车身3上的喷头1-2数量为6个，转臂6-1上的喷头1-2数量为1个。
参见图1-图6，所述灯光模块包括设置在车身3前端与后端的车灯7；所述视觉识别模块包括设置在车身3前端与后端的视觉摄像头8。上述结构中，通过设置视觉摄像头8采集周围环境信息，处理器根据该信息对行走模块的速度以及行走方向进行控制；当周围光线过于阴暗时，会影响车身3上的视觉摄像头8与检测摄像头5的采集效果，处理器控制灯光模块开启照明，车灯7开启。
具体地，所述车灯7为LED车灯，车灯7是否开启主要依据光敏电阻，对光线亮度进行识别。
参见图14，所述视觉识别模块通过视觉摄像头8进行图像记录，反馈到处理器，处理器控制行走模块以及灯光模块，进而控制行走的速度与方向与灯光的是否开启。本实施例中的视觉识别模块，图像采集时，采用的是SONY 700线4140+811CCD模组，型号为SONYEFFIO-E-32TIR，其最大的帧率可以达到50帧/s，为了减少数据的堆叠，设置为20帧/s，并在连续的视频中每五帧采取一帧作为图像进行分析。该视觉摄像机为彩色摄像机板，画质清晰。视频中每帧的传输先经过图像采集卡收集后，由图像采集卡控制传输，因此在收集图像时，不会占用处理器的内存。在对图像进行预处理时，可以开启SONY 700线4140+811CCD模组的OSD功能，其能够在灯光充足的时候提升色彩的纯正，阴暗时对图像进行亮度、对比度进行调整，使图像更易于识别，降低失真现象的概率。
参见图13-图14，所述水箱1-1上设有用于检测水箱1-1中灌溉水水位的水位检测模块，该水位检测模块与处理器连接，水位检测模块将检测的水位结果发送至处理器进行处理，当水位检测模块检测到水箱1-1中水位低于阈值时，处理器会向行走模块下发指令，行走模块会驱动机器人移动至指定位置，给水箱1-1进行添加灌溉水。
参见图5-图7，所述水箱1-1上的顶部设有通孔，该水箱1-1上设有用于关闭或者打开该通孔的箱盖1-7；所述水箱1-1上设有用于添加灌溉水的加水口1-5。通过设置通孔，便于观察水箱1-1内部情况，当水箱1-1中因沉积物影响到水泵工作或水箱1-1需要主动清洗时，可以打开箱盖1-7对水箱1-1内部清洗；通过设置加水口1-5，当水箱1-1中的灌溉水用完后，可以从加水口1-5中注入灌溉水。
参见图5-图7，所述灌溉模块1还包括电磁换向阀1-6，其中，所述水箱1-1为数量为两个，所述输水管1-3包括主管1-31和支管1-32，所述主管1-31的一端与所述水箱1-1连通，另一端与所述电磁换向阀1-6的输入端连通，所述水泵设置在所述主管1-31上；所述支管1-32的一端与所述电磁换向阀1-6的输出端连通，另一端与所述喷头1-2连通。通过设置两个水箱1-1，可以储存不同种类的灌溉水，提高灌溉的灵活性，通过设置电磁换向阀1-6，能够灵活控制灌溉水的流速、流量以及方向。
参见图6，所述水箱1-1的载水重为100Kg～120Kg。水箱1-1的位置尽量居中布置在机器人上。水箱1-1选材为PVC塑料，水箱1-1厚度为10mm，所述车身3底部设有用于将水箱1-1卡在车身3上的卡位板3-1；水箱1-1的上端通过螺栓固定在车身3内壁上。
参见图3-图4和图8，所述转臂6-1的末端水平设有挡板6-2，所述检测摄像头5位于所述挡板6-2的下端，且倾斜向下安装在挡板6-2上；所述转臂6-1上的喷头1-2位于挡板6-2的上端；其中，所述转臂6-1为“7”字型，所述转臂6-1内部为中空结构，所述输水管1-3设置在转臂6-1内部，且与转臂6-1上的喷头1-2连通。上述结构中，通过设置挡板6-2，在喷头1-2喷施灌溉水的过程中，能够有效阻挡灌溉水进入检测摄像头5中，起到很好防水的作用，检测摄像头5倾斜向下安装在挡板6-2上，有利于检测摄像头5采集土壤照片；另外，转臂6-1内部为中空结构，能够很好将输水管1-3以及电线布置在转臂6-1内部，对输水管1-3以及线路起到防水作用，且使得结构变得更加紧凑，结构布局更加合理。
参见图4，所述检测摄像头5的安装面与竖直面呈45°，有效保证检测摄像头5拍到土壤的照片。
参见图3-图4和图8，所述车身3的上端设有底板6-3，所述底板6-3上设有固定架6-4；其中，所述转动驱动机构包括设置在所述固定架6-4上的转动驱动电机6-5、转动设置在固定架6-4上的转轴6-6、设置在转动驱动电机6-5主轴上的主动齿轮6-7以及同轴设置在所述转轴6-6上且与所述主动齿轮6-7啮合的从动齿轮6-8；所述转轴6-6的上端与所述转臂6-1的下端固定连接。上述结构中，通过转动驱动电机6-5驱动主动齿轮6-7转动，带动从动齿轮6-8转动，从而带动转轴6-6在固定架6-4上转动，进而带动转臂6-1在固定架6-4上转动，从而实现了转臂6-1的旋转。
具体地，所述从动齿轮6-8的材料为45号钢(调质)；模数为2mm，齿数Z＝60，分度圆直径为d＝120mm、齿顶圆直径da＝124mm，宽度B＝30mm；从动齿轮6-8的轴向定位利用套筒和轴端挡圈，径向定位用A型平键进行确定，采用双键的形式，在转轴6-6上分隔180°安装。
具体地，主动齿轮6-7材质应等于或略硬于从动齿轮6-8材质，故选择40Cr(调质)作为主动齿轮6-7材料。主动齿轮6-7的分度圆直径为d＝34mm、齿顶圆直径da＝38mm，宽度B＝30mm。其轴向固定和周向固定都是利用螺钉来安装在转动驱动电机6-5的主轴上。
具体地，所述转轴6-6选用45号钢，该转轴6-6通过轴承连接在固定架6-4上，所述轴承的上端通过螺钉与转臂6-1的下端固定连接。
具体地，所述固定架6-4高度为140mm，材料选用45号钢，该固定架6-4内部为中空结构，下端通过螺钉与底板6-3固定。
参见图9-图12，所述履带行走机构4包括履带4-1、设置在底盘2上的电动马达4-2、转动设置在底盘2上的驱动轮4-3、导向轮4-4以及支重轮4-5；其中，所述驱动轮4-3与导向轮4-4分别位于履带4-1的两端，该驱动轮4-3和导向轮4-4分别与所述履带4-1配合连接；所述电动马达4-2与所述驱动轮4-3连接；所述支重轮4-5为两个，分别位于履带4-1的上下两端，且与所述履带4-1配合连接。上述结构中，通过电动马达4-2驱动驱动轮4-3转动，能够带动履带4-1沿着导向轮4-4与驱动轮4-3转动，支重轮4-5能够对履带4-1起到支撑作用，使得机器人的重量传递到履带4-1中，并能够对履带4-1起到导向作用，使其不能够横向滑脱，使履带4-1紧密接触地面；另外，导向轮4-4用于引导履带4-1正确运转，可以有效地防止履带4-1跑偏和越轨。
具体地，履带4-1对地面的支承面积大，例如履带4-1推土机地面接触压力比为0.02Mpa～0.08Mpa，而轮式推土机地面接触压力比一般为0.2Mpa～0.5Mpa，两者地面接触压力比达到10倍以上差距。通过设置履带行走机构4，主要为了配合机器人进行土壤的检测以及灌溉时，行进速度比较慢；另外，本实施例中的机器人工作时的质量在0.8t～1.0t，采用履带4-1更加方便行走。
参见图12，所述驱动轮4-3选用45Mn2材料，45Mn2为中碳钢，其强度、耐磨性均较高。所述驱动轮4-3通过通过8个M10的螺钉与连轴端盖4-9固定连接，所述连轴端盖4-9转动连接在底盘2上并与电动马达4-2连接，该连轴端盖4-9的材料为45Mn2材料。所述驱动轮4-3其齿顶外圆直径大小为360mm，采用三圆弧曲线凹形，宽度为28mm。
具体地，所述电动马达4-2为减速电机，型号为SEW S系列，支重轮4-5的工作环境较为恶劣，因为机器人在大棚的泥地行走时，会有泥浆或者沙石飞溅，卷入履带4-1与支重轮4-5发生摩擦，支重轮4-5磨损剧烈，特别是轮缘。因此对支重轮4-5的材料要求有高强度和高耐磨性。支重轮4-5的数量根据驱动轮4-3与导向轮4-4的距离确定，当距离大于或等于2m时，上方设置两个支重轮4-5；当距离小于2m时，上方设置一个支重轮4-5；下方的支重轮4-5个数与位置的布置应尽可能使得履带4-1接触地面压力分布更均匀，且同时要避免出现支重轮4-5与导向轮4-4间，支重轮4-5和驱动轮4-3之间出现干涉。本实施例中的导向轮4-4和驱动轮4-3之间距离为680～700mm，距离小于2m，为了防止干涉现象，上方和下方各设置一个支重轮4-5。支重轮4-5最大直径与履带4-1之间滚动配合，该支重轮4-5取最大外圆直径为110mm，最大外圆厚度为25mm，两侧有一定坡度，支重轮4-5两侧直径为86mm；该支重轮4-5选用45Mn2材料，采用铸造加机械加工的方式进行加工，提高支重轮4-5的强度。
参见图10，所述底盘2上设有用于安装支重轮4-5的定位孔。所述履带4-1采用ZGMn13材料，其具有很好的耐磨性，也具有较好的韧性；良好的韧性可以在其行走过程中减少冲击和防止与碎石磕碰产生履带4-1断裂现象。所述履带4-1包括多节履带板构成，多节履带4-1依次通过销轴连接，形成闭合环状结构。履带板宽度为300mm，节距为101.6mm。
具体地，所述底盘2的材料为45号钢。
参见图4，所述车身3包括底架以及车体，所述车体与底架焊接固定，车身3采用45号钢。所述车身3顶部设有顶盖11，该顶盖11其中一端铰接在车身3上，该车身3的长度为1200mm，宽度为900mm，高度为450mm；顶盖11的宽度为900mm，长度为627mm；顶盖11的材料为45号钢；通过设置顶盖11，可以依据用户需求打开查看和检修车身3内部零部件。
参见图11-图12，所述履带行走机构4还包括用于调节履带4-1松紧程度的松紧调节装置，该松紧调节装置包括轮架4-6、滚筒4-7以及调节杆4-8，其中，所述轮架4-6的一端与所述导向轮4-4连接，另一端与所述滚筒4-7的一端连接，所述滚筒4-7的中部滑动设置在所述底盘2上；所述调节杆4-8的一端与所述滚筒4-7的另一端通过螺纹配合连接，另一端与所述底盘2连接。采用上述结构，通过转动调节杆4-8，改变调节滚筒4-7在底盘2上的位置，从而改变轮架4-6的位置，进而改变导向轮4-4的位置，最终实现导向轮4-4与驱动轮4-3之间的中心距调节，实现履带4-1的松紧程度调节，本实施例中的导向轮4-4，即起了导向作用，也起到张紧的作用。
具体地，导向轮4-4的移动方式有两种，分为摆动式和滑动式。本实施例采用滑动式，在一定范围内，导向轮4-4的尺寸越大，履带4-1载荷的波动越低，但是导向轮4-4尺寸大小会受到结构布置的限制，按照正常选择，导向轮4-4轮缘处直径一般应比驱动轮4-3外圆直径小20～120mm，这样可以使履带4-1依靠自身重力的作用向前滑动，利于履带4-1驱动。
具体地，本实施例中的机器人，长为1300～1400mm，宽度为950～1000mm，高度为1400～1500mm。
参见图5-图7，所述车身3内部设有电源模块，所述电源模块包括电池9以及电线，所述电池9通过电线分别与所述行走模块、土壤检测模块、灌溉模块1、处理器以及视觉识别模块进行电连接。通过设置电池9，能够为行走模块、土壤检测模块、灌溉模块1、处理器以及视觉识别模块供电。
参见图5-图7，所述车身3上设有控制盒10，所述处理器设置在所述控制盒10中。
具体地，所述处理器为嵌入式STM32单片机。
参见图14，所述处理器与灌溉模块1通过下位机PLC连接；所述处理器与转动模块6、行走模块以及灯光模块均通过下位机PLC连接。具体地，工作时，转动驱动电机6-5驱动转臂6-1旋转至制定方向，检测摄像头5采集土壤照片，由处理器进行处理，并把处理结果发送至下位机PLC，然后通过下位机PLC控制灌溉模块1中的水泵以及电磁换向阀1-6。
参见图13-图14，机器人还包括远程控制机，该远程控制机与处理器连接，该远程控制机的作用是接受机器人的反馈，也可以接受视觉识别模块的反馈。通过设置远程控制机，当机器人遇到故障时，能够主动提示农户进行维修，提高了机器人的智能性。
参见图15，本实施例中的机器人，行走模块控制机器人移动至指定位置，然后判断转臂6-1是否到移动至指定位置，如果没有，则转动驱动电机6-5驱动转臂6-1移动至指定位置；接着检测摄像头5采集土壤照片并上传至处理器，处理器根据照片选定灌溉方式并使得机器人保持移动喷灌，水位检测模块检测水箱1-1的水位是否到达阈值，如果到达阈值，驱动机器人移动到指定位置加灌溉水，并返回原位置继续工作；到达拐弯处停止喷灌，拐弯后继续喷灌，直到完成喷灌任务，结束喷灌。
参见图1-图7和图13-图14，上述智能温室大棚移动式精准灌溉机器人的工作原理是：
工作时，机器人在智能温室大棚移动，检测摄像头5实时对土壤的图像进行采集，并将图片发送至处理器中，处理器检测图片中的RGB，进行量化处理，根据土壤的颜色计算土壤的含水量，生成灌溉处方，处理器根据灌溉处方控制喷头1-2对土壤进行喷施灌溉水；其中，转动驱动机构可以驱动转臂6-1运动，从而带动检测摄像头5以及安装在转臂6-1上的喷头1-2进行转动，灵活控制检测摄像头5喷头1-2的方向；机器人在移动时，履带行走机构4能够适应温室大棚中地形地貌复杂的地块，灌溉过程中，有效防止打滑，提高抓地力。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种智能温室大棚移动式精准灌溉机器人，包括行走模块、设置在行走模块上用于检测土壤水分的土壤检测模块、用于对作物进行喷灌的灌溉模块以及处理器；所述处理器分别与行走模块、土壤检测模块以及灌溉模块连接，其特征在于，
所述行走模块包括底盘、设置在底盘上的车身以及设置在底盘两侧的履带行走机构；
所述土壤检测模块包括检测摄像头，其中，所述检测摄像头与车身之间设有转动模块，所述转动模块包括转动设置在所述车身顶部的转臂以及用于驱动转臂转动的转动驱动机构，所述检测摄像头设置在转臂的末端；
所述灌溉模块包括设置在所述车身内部用于存储灌溉水的水箱、设置在所述转臂末端与车身上的喷头、设置在水箱与喷头之间的输水管以及设置在所述输水管上的水泵，所述输水管的一端与水箱连通，另一端与所述喷头连通；其中，所述检测摄像头用于采集土壤图片，并将图片发送至处理器中，处理器检测图片中的RGB，进行量化处理，根据土壤的颜色计算土壤的含水量，生成灌溉处方，处理器根据灌溉处方控制喷头对土壤进行喷施灌溉水。
2.根据权利要求1所述的一种智能温室大棚移动式精准灌溉机器人，其特征在于，还包括设置在所述车身上用于照明的灯光模块以及视觉识别模块，所述灯光模块与所述视觉识别模块均与处理器连接；其中，所述灯光模块包括设置在车身前端与后端的车灯；所述视觉识别模块包括设置在车身前端与后端的视觉摄像头。
3.根据权利要求1所述的一种智能温室大棚移动式精准灌溉机器人，其特征在于，所述水箱上设有用于检测水箱中灌溉水水位的水位检测模块，该水位检测模块与处理器连接，水位检测模块将检测的水位结果发送至处理器进行处理，当水位检测模块检测到水箱中水位低于阈值时，处理器会向行走模块下发指令，行走模块会驱动机器人移动至指定位置，给水箱进行添加灌溉水。
4.根据权利要求1或3所述的一种智能温室大棚移动式精准灌溉机器人，其特征在于，所述水箱上的顶部设有通孔，该水箱上设有用于关闭或者打开该通孔的箱盖；所述水箱上设有用于添加灌溉水的加水口。
5.根据权利要求1或3所述的一种智能温室大棚移动式精准灌溉机器人，其特征在于，所述灌溉模块还包括电磁换向阀，其中，所述水箱为数量为两个，所述输水管包括主管和支管，所述主管的一端与所述水箱连通，另一端与所述电磁换向阀的输入端连通，所述水泵设置在所述主管上；所述支管的一端与所述电磁换向阀的输出端连通，另一端与所述喷头连通。
6.根据权利要求1所述的一种智能温室大棚移动式精准灌溉机器人，其特征在于，所述转臂的末端水平设有挡板，所述检测摄像头位于所述挡板的下端，且倾斜向下安装在挡板上；所述转臂上的喷头位于挡板的上端；其中，所述转臂内部为中空结构，所述输水管设置在转臂内部，且与转臂上的喷头连通。
7.根据权利要求1或6所述的一种智能温室大棚移动式精准灌溉机器人，其特征在于，所述车身的上端设有底板，所述底板上设有固定架；其中，所述转动驱动机构包括设置在所述固定架上的转动驱动电机、转动设置在固定架上的转轴、设置在转动驱动电机主轴上的主动齿轮以及同轴设置在所述转轴上且与所述主动齿轮啮合的从动齿轮；所述转轴的上端与所述转臂的下端固定连接。
8.根据权利要求1所述的一种智能温室大棚移动式精准灌溉机器人，其特征在于，所述履带行走机构包括履带、设置在底盘上的电动马达、转动设置在底盘上的驱动轮、导向轮以及支重轮；其中，所述驱动轮与导向轮分别位于履带的两端，该驱动轮和导向轮分别与所述履带配合连接；所述电动马达与所述驱动轮连接；所述支重轮为两个，分别位于履带的上下两端，且与所述履带配合连接。
9.根据权利要求8所述的一种智能温室大棚移动式精准灌溉机器人，其特征在于，所述履带行走机构还包括用于调节履带松紧程度的松紧调节装置，该松紧调节装置包括轮架、滚筒以及调节杆，其中，所述轮架的一端与所述导向轮连接，另一端与所述滚筒的一端连接，所述滚筒的中部滑动设置在所述底盘上；所述调节杆的一端与所述滚筒的另一端通过螺纹配合连接，另一端与所述底盘连接。
10.根据权利要求1所述的一种智能温室大棚移动式精准灌溉机器人，其特征在于，所述车身内部设有电源模块，所述电源模块包括电池以及电线，所述电池通过电线分别与所述行走模块、土壤检测模块、灌溉模块、处理器以及视觉识别模块进行电连接。
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