CN113439584A - 一种温室大棚一体化搭建系统及工作方法 - Google Patents

Abstract

本说明书一个或多个实施例提供一种温室大棚一体化搭建系统及工作方法，包括适合一体化搭建的一体化大棚框架与一体化搭建设备，其中搭建设备通过设置车体、升降机构、凸轮安装机构、凸轮检测模块和控制模块，可通过升降机构的升降对一体化大棚框架进行支撑，并通过使车体沿设定路线行驶，在行驶过程中通过凸轮安装机构依次将一体化大棚框架压下并压入目标安装处，完成一体化大棚框架的安装，相对于传统的手工建造方式，更加安全高效，节约大棚安装人力，具有较好的市场推广价值。

Description

一种温室大棚一体化搭建系统及工作方法

技术领域

本说明书一个或多个实施例涉及智能机器技术领域，尤其涉及一种温室大棚一体化搭建系统及工作方法。

背景技术

温室大棚，是能够透光、保温，用来栽培植物的设施，在现代农业种植领域应用广泛，但对于农业温室大棚来说，传统的人工搭建方式主要包括：确定安装的位置及框架的数量和长度后，将所需材料托运到目标场地，确定好位置后撒上石灰，在石灰线上打孔，并插上大棚管，用棚顶连接管将两边大棚管连在一起，用弹簧卡卡住顶部纵拉杆，用三件套五金卡件卡住薄膜卡槽，再装上大棚加固杆，覆上薄膜，拉紧压膜线，完成建造，传统的建造过程工程量大，而且传统方式多采用人工建造，造成建造周期长，人力物力投入大的问题。

发明内容

有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种温室大棚一体化搭建系统及工作方法，以解决传统大棚建造周期长、人力物力投入大的问题。

基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了1.一种温室大棚一体化搭建系统，其特征在于，包括一体化大棚框架与一体化搭建设备，一体化搭建设备包括车体和升降机构，升降机构安装在车体上，用于通过升降撑起一体化大棚框架，车体用于带动升降机构移动；

凸轮安装机构，安装在车体上，用于将一体化大棚框架压下；

凸轮监测模块，用于监测凸轮是否达到最大、最小推程；

控制模块，用于控制车体沿设定路线移动，并根据凸轮监测模块的监测结果，控制凸轮安装机构将一体化大棚框架压入目标安装处，并在完成压入后，控制凸轮安装机构回正，直到所有的一体化大棚框架搭建完成；

优选地，一体化大棚框架两侧开有槽体，相邻一体化大棚框架之间连接有剪式连接架，剪式连接架的一端嵌入安装在槽体中。

优选地，一体化大棚框架一体化连接有用于插入地面的钉子，一体化大棚框架侧面安装有踏板。

优选地，凸轮安装机构包括分别安装在车体两侧的第一凸轮和第二凸轮，第一凸轮和第二凸轮分别用于通过与踏板接触，将升降机构两侧的一体化大棚框架压下，第一凸轮连接有带动其转动的第一液压泵，第二凸轮连接有带动其转动的第二液压泵，第一液压泵连接有用于带动其工作的凸轮左闭环电机，第二液压泵连接有用于带动其工作的凸轮右闭环电机。

优选地，凸轮监测模块包括第一光电传感器模块和第二光电传感器模块，第一光电传感器模块用于监测凸轮是否压到踏板，第二光电传感器用于监测凸轮是否达到最大、最小推程，并发送监测结果给控制模块，控制模块用于根据监测结果控制凸轮左闭环电机和凸轮右闭环电机工作。

优选地，凸轮左闭环电机和凸轮右闭环电机分别连接有直流电机调速器，控制模块通过直流电机调速器，对凸轮左闭环电机和凸轮右闭环电机的转速进行调整。

优选地，升降机构顶部的一端安装有簧片，簧片相对于升降机构顶面倾斜设置，用于在前一根一体化大棚框架拉下后，对下一根一体化大棚框架进行限位，簧片上安装有触点开关，当一体化大棚框架从簧片上经过时，触发触点开关，向控制模块发送信号，控制模块接收到信号时，控制车体停止行驶。

优选地，升降机构两侧分别安装有可拆卸的起钉板，起钉板与一体化大棚框架上的踏板匹配，用于在车体行驶时与插入地面中的一体化大棚框架上的踏板相抵，并在车体继续行驶时，将一体化大棚框架拔出。

本说明书还提供一种温室大棚一体化搭建系统的工作方法，基于上述的温室大棚一体化搭建系统，本工作方法包括：

一体化搭建设备启动并行驶；

判断一体化搭建设备是否偏离设定路径，若偏离，则控制一体化搭建设备驶回设定路径，直到一体化搭建设备按设定路径行驶到达设定节点；

一体化搭建设备停止前进，凸轮安装机构下压，判断是否遇到障碍物，若遇到障碍物则停止下压，并发出报警；

若没有遇到障碍物，则判断一体化大棚框架的钉子是否压进土里，若是则控制凸轮安装机构恢复初始状态；

一体化搭建设备继续前进，并依次将一体化大棚框架下压，直到完成一体化大棚框架的搭建。

从上面所述可以看出，本说明书一个或多个实施例提供的温室大棚一体化搭建系统及工作方法，通过设置车体、升降机构、凸轮安装机构、凸轮检测模块和控制模块，可通过升降机构的升降对一体化大棚框架进行支撑，并通过使车体沿设定路线行驶，在行驶过程中通过凸轮安装机构依次将一体化大棚框架压下并压入目标安装处，完成一体化大棚框架的安装，相对于传统的手工建造方式，具有安全高效的优势，且本系统操作简单方便，大大节约了安装大棚所需的人力，具有很好的市场推广价值。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书一个或多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本说明书一个或多个实施例的温室大棚一体化搭建系统结构示意图；

图2为本说明书一个或多个实施例的温室大棚一体化搭建系统另一个视角的结构示意图；

图3为本说明书一个或多个实施例的一体化大棚框架结构示意图；

图4为本说明书一个或多个实施例一体化搭建设备原理框图；

图5为本说明书一个或多个实施例的一体化搭建设备大棚搭建流程示意图；

图6为本说明书一个或多个实施例的一体化搭建设备初始化流程示意图；

图7为本说明书一个或多个实施例的一体化搭建设备模式切换示意图；

图8为本说明书一个或多个实施例的一体化搭建设备寻迹流程示意图；

图9为本说明书一个或多个实施例的一体化搭建设备遇障处理流程示意图；

图10为本说明书一个或多个实施例的一体化搭建设备拆除大棚流程示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

本说明书实施例提供一种温室大棚一体化搭建系统，结构如图1-3所示，包括一体化大棚框架与一体化搭建设备，该一体化搭建设备又可称为智能机器人，其中一体化搭建设备包括车体和升降机构，其中升降机构安装在车体上，用于通过升降撑起一体化大棚框架，车体用于带动升降机构移动，车体上还安装有用于将一体化大棚框架压下的凸轮安装机构，本系统还包括凸轮监测模块和控制模块，其中凸轮监测模块用于监测凸轮是否达到最大、最小推程，控制模块用于控制车体沿设定路线移动，并根据凸轮监测模块的监测结果，控制凸轮安装机构将一体化大棚框架压入目标安装处，并在完成压入后，控制凸轮安装机构回正，直到所有的一体化大棚框架搭建完成。

本说明书实施例提供的温室大棚一体化搭建系统，通过设置车体、升降机构、凸轮安装机构、凸轮检测模块和控制模块，可通过升降机构的升降对一体化大棚框架进行支撑，并通过使车体沿设定路线行驶，在行驶过程中通过凸轮安装机构依次将一体化大棚框架压下并压入目标安装处，完成一体化大棚框架的安装，相对于传统的手工建造方式，具有安全高效的优势，且本系统操作简单方便，大大节约了安装大棚所需的人力，具有很好的市场推广价值。

举例来说，上述设定路线可以在开始移动时，调节好移动的方向，使车体沿直线移动，也可以在移动过程中，实时调整移动路径，作为另一种实施例，也可以设置有寻迹模块，预先划定好移动路线，通过寻迹模块判断车体是否沿设定的移动路线行驶，从而对移动方向进行实施矫正。

作为一种实施方式，上述一体化大棚框架两侧开有槽体，相邻一体化大棚框架之间连接有剪式连接架，用于将一体化大棚框架连接，起到稳定和平衡整个大棚的作用，槽体便于前一根一体化大棚框架下压时与后一根一体化大棚框架竖直方向上不在同一平面。

作为一种实施方式，一体化大棚框架底部一体化连接有用于插入地面的钉子，一体化大棚框架侧面安装有踏板，方便将踏板下压，使钉子插入土里，并且踏板还能防止一体化大棚框架下陷。

举例来说，一体化大棚框架顶部还安装有限位装置，避免一体化大棚框架偏离一体化搭建设备的中心位置，钉子上做倒钩工艺处理，增强其抓地能力。

作为一种实施方式，凸轮安装机构包括分别安装在车体两侧的第一凸轮和第二凸轮，第一凸轮和第二凸轮分别用于通过与踏板接触，将升降机构两侧的一体化大棚框架压下，第一凸轮连接有带动其转动的第一液压泵，第二凸轮连接有带动其转动的第二液压泵，第一液压泵连接有用于带动其工作的凸轮左闭环电机，第二液压泵连接有用于带动其工作的凸轮右闭环电机。

举例来说，第一凸轮和第二凸轮与带动其转动的液压泵或其他驱动机构之间设置有单向结，非工作状态时，可将驱动机构的输出轴与凸轮的轴之间的单向结折起，使凸轮紧靠车体，工作状态时，再将单向结打开，使凸轮可以正常工作。

作为一种实施方式，升降机构设置为三段式升降结构，不工作时可通过降下升降机构将其收起，工作时升起，升降高度可由人工调节，用于对一体化大棚框架进行支撑，方便将一体化大棚框架装载在车体上，也方便一体化大棚框架拉开。

作为一种实施方式，凸轮监测模块包括第一光电传感器模块和第二光电传感器模块，其中第一光电传感器模块用于监测凸轮是否压到踏板，第二光电传感器用于监测凸轮是否达到最大，最小推程，并发送监测结果给控制模块，控制模块用于根据监测结果，控制凸轮左闭环电机和凸轮右闭环电机工作，举例来说，第一光电传感器模块监测凸轮是否准确压到踏板上，只有当监测到凸轮准确压到踏板上，并且凸轮从最小推程转到了最大推程，才判定钉子被完全压入土中。

作为一种实施方式，凸轮左闭环电机和凸轮右闭环电机分别连接有直流电机调速器，控制模块通过直流电机调速器，对凸轮左闭环电机和凸轮右闭环电机的转速进行调整，还可以通过对凸轮左闭环电机和凸轮右闭环电机的转速和电流进行检测，当电机转动速度和电流出现偏差时，控制模块就会收到测速模块和电流检测模块给它的信号，控制电机做出应答,以消除偏差。

举例来说，车体通过智能车后闭环电机带动其移动，并且连接有相应的直流电机调速器和测速模块，一体化搭建设备按规定速度行驶，测速模块实时检测当前速度并将速度反馈给控制模块，当电机转动速度出现偏差时，控制模块就会收到测速模块给它的这个偏差信号，然后电机做出相应的应答，以消除偏差。

作为一种实施方式，升降机构连接有作为升降动力的升降电机，本设备还包括用于检测升降电机电流的电流检测模块，在升降机构将一体化大棚框架升起的过程中，电流检测模块实时将电流信息反馈给控制模块，若一体化大棚框架过重超载，则通过升降电机的电流会超过设定的电流，则控制模块发出指令，使升降机构降下，避免对一体化搭建设备造成损伤，减少安全事故。

作为一种实施方式，升降机构顶部的一端安装有簧片，簧片相对于升降机构顶面倾斜设置，用于在前一根一体化大棚框架拉下后，对下一根一体化大棚框架进行限位，簧片上安装有触点开关，当一体化大棚框架从簧片上经过时，触发触点开关，向控制模块发送信号，控制模块接收到信号时，控制车体停止行驶。

作为一种实施方式，升降机构两侧分别安装有可拆卸的起钉板，起钉板与一体化大棚框架上的踏板匹配，用于在车体行驶时与插入地面中的一体化大棚框架上的踏板相抵，并在车体继续行驶时，将一体化大棚框架拔出，举例来说，凸轮安装机构也可设置为可拆卸式，通过拆装或更换凸轮安装机构与起钉板，可将本设备在搭建模式与拆卸模式之间切换，实现本设备的多功能效果，更加便于实际应用。

作为一种实施方式，本系统的一体化大棚框架尺寸参数、车体尺寸参数、凸轮左闭环电机和凸轮右闭环电机的电机参数等可根据现实土地面积、环境和大棚型号进行调整。

本实施例中，电机PID控制由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数(Kp，Ti和Td)即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。

PID控制器由比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)组成。

其输入e(t)与输出u(t)的关系为：

u(t)＝kp[e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt]

式中积分的上下限分别是0和t；

其中kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数。

在我们这个系统中，经测试，设置kp为：0.4，TI为0.2，TD为0.2。

我们设计每次一体化搭建设备所装载的框架数为50根，即(以第二种型号为例)30m长，当搭完一批次框架后，机器人需重新装载50根；若在搭建过程中，未搭到50根(例搭27根)就已经搭完客户要求的长度，则需要人工拆除大棚终点(27根)与下一框架间(第28根)的剪式结构及大棚膜。若在搭建过程中，需要搭建超过30m长的大棚，那么我们将第50根框架与第51根框架紧挨着下插，且在第50根框架与第51根框架间须由人工用卡钉固定，并且这一部分的膜也由人工覆盖。

作为一种实施方式，上述控制模块可选用STC89C52单片机，可通过设置两台单片机，分别用于寻迹和控制车体移动，以及控制升降机构和凸轮安装机构，寻迹模块选用寻迹摄像头，实时监测一体化搭建设备是否行驶在设定路径上，若偏离路径，则给单片机指令用以修正，电流检测模块选用ACS712电流传感器模块，光电传感器模块中设置两组光电码盘，电机转动带动光电码盘转动，通过软件计数测得凸轮转动角度，以判断凸轮是否达到最大推程。

本说明书实施例还提供一种温室大棚一体化搭建系统，包括上述温室大棚一体化搭建系统和上位机，一体化搭建设备和上位机均设置有无线收发模块进行通信，如可选用Zigbee组网进行通信，上位机可对一体化搭建设备发出控制指令，并接收各监测模块的监测信息，对一体化搭建设备的工作状态进行监控。

单片机还可通过放大电路连接蜂鸣器，对一体化搭建设备的异常状态进行报警。

本说明书实施例还提供一种温室大棚一体化搭建系统的工作方法，如图5所示，包括以下步骤：

一体化搭建设备启动并行驶；

判断一体化搭建设备是否偏离设定路径，若偏离，则控制一体化搭建设备驶回设定路径，直到一体化搭建设备按设定路径行驶到达设定节点；

一体化搭建设备停止前进，凸轮安装机构下压，判断是否遇到障碍物，若遇到障碍物则停止下压，并发出报警；

若没有遇到障碍物，则判断一体化大棚框架的钉子是否压进土里，若是则控制凸轮安装机构恢复初始状态；

一体化搭建设备继续前进，并依次将一体化大棚框架下压，直到完成一体化大棚框架的搭建。

举例来说，在一体化搭建设备工作前，确定安装的位置及框架的数量和长度，用车将所需材料托运到目标场地，确定好位置后，拉一条白线，将一体化搭建设备开到起点，并设置好相关参数，并人工将第一根框架拉下并拉进土里，之后即可通过一体化搭建设备完成一体化大棚框架的自动搭建，举例来说，相邻框架之间的搭建距离设置为0.6m，即完成一根框架的搭建后，再向前行驶0.6m进行下一根框架的搭建。

作为一种实施方式，本设备可工作在手动模式或自动模式下，操作人员可根据实际情况进行选择，如图7所示。

在一体化搭建设备进行工作前，需进行初始化，如图6所示。

经初步试验，要搭建一款长100米，宽6米，高2.5米的农业蔬菜大棚，如果由人工来搭建，从选定位置到搭建完成需要4个人工作8天，若采用本说明书实施例提供的一体化搭建设备，则是需要由一体化搭建设备将一体化大棚框架托运到起点位置，人工将大棚的第一根框架拉下并固定，然后完全交由机器人完成，搭建速度可为100米/小时，大大提高了温室大棚的搭建效率，节约人力物力。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本说明书一个或多个实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本说明书一个或多个实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本说明书一个或多个实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本说明书一个或多个实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种温室大棚一体化搭建系统，其特征在于，包括一体化大棚框架与一体化搭建设备，所述一体化搭建设备包括车体和升降机构，所述升降机构安装在所述车体上，用于通过升降撑起一体化大棚框架，所述车体用于带动所述升降机构移动；

凸轮安装机构，安装在所述车体上，用于将一体化大棚框架压下；

凸轮监测模块，用于监测凸轮是否达到最大、最小推程；

控制模块，用于控制所述车体沿设定路线移动，并根据所述凸轮监测模块的监测结果，控制所述凸轮安装机构将一体化大棚框架压入目标安装处，并在完成压入后，控制所述凸轮安装机构回正，直到所有的一体化大棚框架搭建完成。

2.根据权利要求1所述的温室大棚一体化搭建系统，其特征在于，所述一体化大棚框架两侧开有槽体，相邻所述一体化大棚框架之间连接有剪式连接架，所述剪式连接架的一端嵌入安装在所述槽体中。

3.根据权利要求1所述的温室大棚一体化搭建系统，其特征在于，所述一体化大棚框架一体化连接有用于插入地面的钉子，所述一体化大棚框架侧面安装有踏板。

4.根据权利要求3所述的温室大棚一体化搭建系统，其特征在于，所述凸轮安装机构包括分别安装在所述车体两侧的第一凸轮和第二凸轮，所述第一凸轮和所述第二凸轮分别用于通过与所述踏板接触，将所述升降机构两侧的一体化大棚框架压下，所述第一凸轮连接有带动其转动的第一液压泵，所述第二凸轮连接有带动其转动的第二液压泵，所述第一液压泵连接有用于带动其工作的凸轮左闭环电机，所述第二液压泵连接有用于带动其工作的凸轮右闭环电机。

5.根据权利要求4所述的温室大棚一体化搭建系统，其特征在于，所述凸轮监测模块包括第一光电传感器模块和第二光电传感器模块，所述第一光电传感器模块用于监测凸轮是否压到所述踏板，所述第二光电传感器用于监测凸轮是否达到最大、最小推程，并发送监测结果给所述控制模块，所述控制模块用于根据监测结果控制所述凸轮左闭环电机和所述凸轮右闭环电机工作。

6.根据权利要求4所述的温室大棚一体化搭建系统，其特征在于，所述凸轮左闭环电机和所述凸轮右闭环电机分别连接有直流电机调速器，所述控制模块通过所述直流电机调速器，对所述凸轮左闭环电机和所述凸轮右闭环电机的转速进行调整。

7.根据权利要求1所述的温室大棚一体化搭建系统，其特征在于，所述升降机构顶部的一端安装有簧片，所述簧片相对于所述升降机构顶面倾斜设置，用于在前一根一体化大棚框架拉下后，对下一根一体化大棚框架进行限位，所述簧片上安装有触点开关，当一体化大棚框架从所述簧片上经过时，触发所述触点开关，向所述控制模块发送信号，所述控制模块接收到信号时，控制所述车体停止行驶。

8.根据权利要求1所述的温室大棚一体化搭建系统，其特征在于，所述升降机构两侧分别安装有可拆卸的起钉板，所述起钉板与所述一体化大棚框架上的踏板匹配，用于在车体行驶时与插入地面中的一体化大棚框架上的踏板相抵，并在所述车体继续行驶时，将所述一体化大棚框架拔出。

9.一种温室大棚一体化搭建系统的工作方法，其特征在于，基于如权利要求1-8中任意一项所述的温室大棚一体化搭建系统，所述工作方法包括：

一体化搭建设备启动并行驶；

判断一体化搭建设备是否偏离设定路径，若偏离，则控制一体化搭建设备驶回设定路径，直到一体化搭建设备按设定路径行驶到达设定节点；

一体化搭建设备停止前进，凸轮安装机构下压，判断是否遇到障碍物，若遇到障碍物则停止下压，并发出报警；

若没有遇到障碍物，则判断一体化大棚框架的钉子是否压进土里，若是则控制凸轮安装机构恢复初始状态；

一体化搭建设备继续前进，并依次将一体化大棚框架下压，直到完成一体化大棚框架的搭建。

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