CN113951087A - 一种沙漠植树机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种沙漠植树机器人及其控制方法，本发明有效解决现有在沙漠中植树时工作人员劳动强度大且植树效率较低的问题；解决的技术方案包括：该装置集钻孔、植树、浇水、覆沙为一体，可实现在沙漠环境中自主行走，一次性完成植树流程，其自动化程度高、植树精准，降低植树人员劳动强度的同时也大大提高了植树、种植效率。

Description

一种沙漠植树机器人及其控制方法

技术领域

本发明属于荒漠植树技术领域，具体涉及一种沙漠植树机器人及其控制方法。

背景技术

为了保护自然生态环境，越来越多的荒漠地区开始进行植树，以到达防风、固沙的效果，由于荒漠区域面积通常较大，若采用人工种植的方式，则会导致植树效率大大降低，而且也给植树人员带来较大的挑战，目前有通过种树机器人来完成植树过程，但是现有的植树机器人通常存在植树结构复杂、植树效率低且自动化程度较低的问题，同样需要人工辅助方可完成植树过程；

由于沙漠中土质较为松软，传统的植树机器人在完成钻孔后，钻好的坑洞壁上沙土会因较为蓬松而产生松动并且掉入至钻好的坑洞内，导致坑洞底部部分被沙土所覆盖，还需重新进行开挖，导致植树过程耽误较多的时间，降低了植树效率；

鉴于以上，本方案提供一种沙漠植树机器人及其控制方法用于解决上述问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明提一种沙漠植树机器人及其控制方法，该装置集钻孔、植树、浇水、覆沙为一体，可实现在沙漠环境中自主行走，一次性完成植树流程，其自动化程度高、植树精准，降低植树人员劳动强度的同时也大大提高了植树、种植效率。

一种沙漠植树机器人，包括履带车，其特征在于，所述履带车上竖向滑动安装有钻头单元，所述履带车上转动安装有供树单元且履带车下端面固定安装有与供树单元相配合的导引管，所述履带车上竖向滑动安装有与钻头单元相配合的导向筒且导向筒与履带车之间可拆卸安装；

位于导引管背离钻头单元一侧的履带车下端面设有覆沙机构，所述履带车上设有与导引管上端相配合的浇水机构。

一种沙漠植树机器人的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将该植树机器人移动至工作地点，钻头单元启动并且两伸缩杆同步带动钻头单元、导向筒向下移动，完成坑洞的钻挖；

S2：控制电性回路得电，使得失电型电磁铁被消磁，使得导向筒和与之对应的伸缩杆完成分离，伸缩杆收缩并且上移至初始位置；

S3：履带车前行并且带动导引管移动至与坑洞相对应位置；

S4：供树单元启动并且将待种植树苗依次经导引管、导向筒送入至坑洞内；

S5：浇水机构经导引管向坑洞内输送水；

S6：履带车后退并且带动与导向筒配合的伸缩杆后退至位于导向筒正上方位置，控制该伸缩杆伸长以至使得其与导向筒上端面接触；

S7：控制电性回路失电，使得导向筒与伸缩杆连接为一体，伸缩杆收缩并且上移至初始位置；

S8：履带车前行并且通过覆沙机构将位于坑洞周围的土推入至坑洞中；

S9：重复上述动作直至植树结束。

上述技术方案有益效果在于：

（1）该装置集钻孔、植树、浇水、覆沙为一体，可实现在沙漠环境中自主行走，一次性完成植树流程，其自动化程度高、植树精准，降低植树人员劳动强度的同时也大大提高了植树、种植效率；

（2）在本方案中，通过水管与导引管上端连通，实现将从水箱出来的水直接经导引管进入至挖好的孔洞内，可精准的控制浇水量，而且每次所浇的水全部经导引管进入至孔洞内，避免了水资源的浪费，使得水资源得到充分的利用；

（3）在本方案中，进行钻孔的同时，与钻头同步下降的还有导向筒，当完成钻孔后，导向筒置于钻好的坑洞内，可较好避免坑洞内壁上松软的沙土掉落至坑洞底部，待完成树苗的移栽、入坑后再次将导向筒从坑洞内取出即可，结构巧妙，操作简单、便捷，实用性高。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明整体结构仰视示意图；

图3为本发明供树单元与履带车分离后示意图；

图4为本发明整体结构另一视角仰视示意图；

图5为本发明删去钻孔支架后两伸缩杆位置关系示意图；

图6为本发明钻孔电机删去防护罩后示意图；

图7为本发明水管、导引管连接关系示意图；

图8为本发明若干植树筒、供树架连接关系示意图；

图9为本发明导向筒结构示意图；

图10为本发明导向筒剖视后结构示意图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至10对实施例进行详细说明。

实施例1，本实施例提供一种沙漠植树机器人，如附图1所示，包括履带车1，本方案的改进之处在于：在履带车1上竖向滑动安装有钻头单元且履带车1上竖向滑动安装有与钻头单元相配合的导向筒27，导向筒27与履带车1之间可拆卸进行安装，如附图2所示，钻头单元可转动部分位于导向筒27内并且与导向筒27同轴心设置（注：初始时，钻头单元可转动部位末端向外伸出导向筒27底部），在进行钻孔时，钻头单元启动并且控制钻头单元向下移动，与此同时控制导向筒27与钻头单元同步向下移动，如附图3所示，在履带车1上端面转动安装有供树单元（用于存放待种植的树苗，本申请方案中所种植的植物为沙柳苗，其形态为一根竖直的枝干且无多余分叉，该植物在沙漠地区中可以实现较好的防风固沙的效果），如附图2所示，在履带车1下端面固定安装有与供树单元相配合的导引管2； 具体工作过程如下：待履带车1移动至工作地点后，首先控制履带车1上的钻头单元启动并且使得钻头单元与导向筒27同步向下移动，在向下移动的过程中，钻头单元的可转动部位首先接触到地表并且开始钻孔，待在地表钻出一定深度的坑洞后，导向筒27底部也随之进入至钻好的坑洞内并且导向筒27外壁与钻好的坑洞内壁紧密贴合（在设置导向筒27的时候，应使得其壁厚设置的较薄一些，只要能够起到避免坑洞内壁松软的沙土掉落至坑洞中即可），当导向筒27随着钻头单元同步下移的过程中，能够使得导向筒27进入至钻好的坑洞内，待钻孔深度达到预定位置后，控制钻头单元停止工作并且同步停止下移，随后控制钻头单元沿反方向上移以至移动至初始位置处（此时钻头单元完成复位），注：在 钻头单元上移的过程中，导向筒27仍处于钻好的坑洞内，与此同时将导向筒27与履带车1完成脱离； 随后控制履带车1向前移动一定距离并且使得安装在履带车1上的导引管2刚好移动至钻好的坑洞正上方位置处（此时与履带车1完成脱离的导向筒27仍处于坑洞内），随后控制供树单元动作并且使得供树单元上的树苗经导引管2向下掉落，树苗底部从导引管2底部穿出后，随机进入至导向筒27内并且最终完全掉落至坑洞中（在钻挖坑洞时应使得坑洞的深度稍大于树苗的高度，在沙漠中种植沙柳苗时，通常是用沙土完全将其覆盖，即，树苗完全覆盖于土中使得其上部不会露出地面），此时便完成树苗的移栽、入坑，随后控制浇水机构工作并且将水经导引管2上端输送至导引管2内，使得进入至导引管2内的水沿着导引管2向下掉落至钻好的坑洞中，实现浇水的效果，随后控制履带车1后退一定距离并且使得该后退的距离与履带车1刚才向前移动的距离相同，即，使得履带车1再次后退至初始完成坑洞钻挖位置，此时将位于坑洞内的导向筒27与履带车1实现连接并且控制导向筒27上移（最终使其移动至初始位置，完成导向筒27的复位），随后控制履带车1继续前行；

如附图2所示，覆沙机构位于导引管2后方位置，在随后履带车1向前移动的过程中，安装在履带车1下端面的覆沙机构将位于坑洞周围的土推入至坑洞中，实现对位于坑洞中树苗进行覆沙、封盖的效果，在随后履带车1带动钻头单元继续向前移动的过程中，以至使得钻头单元所处的位置与上一坑洞之间的距离达到相邻两树苗之间的间距后，控制履带车1停止移动，随后过程同上，循环上述过程即可实现对树苗的自动种植。

实施例2，如附图1所示，在履带车1上固定安装有钻孔支架4且钻孔支架4上间隔固定安装有两伸缩杆（均选用伸缩杆），如附图5所示，钻头单元固定安装在其中一个伸缩杆底部，另一伸缩杆底部固定安装有连接杆30且连接杆30末端与导向筒27可拆卸安装； 在植树过程中，工作人员通过控制两伸缩杆的伸长或者收缩进而实现控制带动钻头单元下移（钻孔）或者上移（从钻好的坑洞中撤出），当进行钻孔时，工作人员控制两伸缩杆同步动作，即，实现钻头单元与导向筒27同步下移的效果。

实施例3，在实施例2的基础上，如附图2所示，导向筒27上端一体设有导向柄28且导向柄28远离导向筒27一端固定安装有锥形筒31，如附图9所示，导向筒27与锥形筒31不同心设置，如附图2所示，连接杆30底部插入至锥形筒31内，在锥形筒31底壁上安装有铁片（图中未示出）且连接杆30插入至锥形筒31内部分安装有失电型电磁铁（失电型电磁铁串联于电性回路中，图中未示出），当连接杆30与导向筒27保持连接时，电性回路处于失电状态并且失电型电磁铁恢复电磁力通过吸附铁片进而实现将导向筒27与连接杆30固定连接的效果； 当开始钻孔时，工作人员同步控制两伸缩杆动作并且带动钻头单元、导向筒27同步下移，以至完成坑洞的钻挖后，控制电性回路得电，使得失电型电磁铁消磁并且失去电磁力（此时导向筒27与连接杆30之间不再连接），随后控制两伸缩杆同步收缩进而实现带动钻头单元从坑洞内向上退出（由于此时导向筒27已经与连接杆30之间断开连接，故，导向筒27便留在钻好的坑洞中），以至使得钻头单元上移至初始位置（完成复位）；

当完成树苗的移栽、入坑并且完成 浇水后，控制履带车1后退并且使得钻头单元再次移动至之前钻好的坑洞位置的正上方处（此时与导向筒27对应的伸缩杆也同步移动至位于锥形筒31正上方位置），随后控制与导向筒27对应的伸缩杆伸长并且最终使得该与该伸缩杆连接的连接管底部插入至锥形筒31内，此时控制电性回路失电进而使得失电型电磁铁恢复电磁力，使得导向筒27与连接杆30恢复连接关系，随后控制该伸缩杆收缩从而实现带动导向筒27从坑洞中上移，并且最终使得导向筒27移动至初始位置（完成复位）。

实施例4，在实施例3的基础上，如附图5、6所示，钻头单元包括固定安装在伸缩杆底部的钻孔电机5，钻孔电机5驱动有钻头6，如附图6所示，可在钻孔电机5外部设有防护罩25，用于实现对钻孔电机5的防护（避免风沙进入至钻孔电机5内部），钻孔电机5启动时进而带动钻头6高速旋转，如附图2所示，钻头6与导向筒27同轴心设置且钻头6位于导向筒27内（钻头6末端向外伸出导向筒27底部），钻头6表面设有螺旋槽，在设置的时候使得钻头6外壁与导向筒27内壁接触配合，当钻头6在钻孔电机5的带动下钻孔时，位于坑洞内的沙土在钻头6表面螺旋槽与导向筒27内壁的配合下，不断的向上输送，最终输送至至地表位置，此过程中相配合的相配合的钻头6、导向筒27相对于一个螺旋送料机构，实现将钻孔产生的沙土不断的从坑洞底部向地表输送的效果；

当完成坑洞的钻挖后，需要控制伸缩杆动作并且带动钻头6向上移动，此时为了避免钻头6上移过程中，将位于坑洞内的导向筒27同步带出，可先控制与钻头6对应的伸缩杆收缩实现将钻头6首先从坑洞中撤出，随后在控制电性回路得电（失电型电磁铁被消磁，失去电磁力）并且控制与导向筒27对应的伸缩杆收缩，以实现当钻头6首先向上移动时，与导向筒27对应的伸缩杆通过连接杆30实现对导向筒27的定位（避免因钻头6与导向筒27内壁之间的摩擦力而导致钻头6上升的过程中会带动导向筒27在竖向产生位移）。

实施例5，在实施例1的基础上，如附图3所示，供树单元包括转动安装于履带车1上的供树架7，履带车1上设有齿轮组26且齿轮组26中的其中一个齿轮轴与供树架7同轴心固定连接，如附图7所示，齿轮组26中的另一齿轮经固定安装在履带车1下端面的供树电机11驱动； 如附图8所示，供树架7上等距间隔环绕设有若干植树筒8且植树筒8上下贯穿设置，每个植树筒8内均放置有待种植的树苗，如附图1所示，当树苗处于植树筒8内时，树苗底部抵接在履带车1上端面，如附图3所示，在履带车1上设有与导引管2相对应的通孔10，当完成坑洞的钻挖后并且使得导引管2移动至位于坑洞的正上方位置处时，控制供树电机11启动并且带动供树架7转动一定角度，使得其中的一个植树筒8刚好转动至与通孔10相对应位置，此时位于该植树筒8内的树苗经通孔10向下掉落至导引管2中并且在导引管2的导向下向下掉落至开挖好的坑洞中，最终实现树苗的移栽、入坑；

注：本方案中在供树架7上设有多少个植树筒8（假设为N个），每次供树电机11带动供树架7转动的角度为360°/N（即，带动供树架7转动360°/N后停止转动），进而满足使得每当供树架7转动360°/N后，均能使得下一植树筒8转动至与通孔10相对应位置处。

实施例6，在实施例1的基础上，如附图7所示，浇水机构包括设于履带车1上的水箱12且水箱12经水管13与导引管2上端部位连通，水管13上设有电磁水阀14，当树苗经导引管2掉落至开挖好的坑洞中后，控制电磁水阀14打开，此时储存于水箱12内的水经水管13进入至导引管2并且随着导引管2向下掉落至坑洞中，完成对入坑的树苗浇水的效果，电磁水阀14的打开时间可提前进行设定，即，通过控制单元控制电磁水阀14打开的时间，从而实现精准的控制浇水量的效果；

在本实施例中，进入至导引管2中的水，在导引管2的引流下全部流入至坑洞中，未造成水资源的浪费，相对于传统的浇灌方式，使得水资源的利用率大大提高。

实施例7，在实施例1的基础上，如附图2所示，覆沙机构包括固定安装在履带车1底部的铲柄15，铲柄15底部一体连接翼形铲16，在完成树苗的移栽、入坑以及浇水后，履带车1继续向前移动过程中，通过翼形铲16将位于坑洞周围的土再次刮入至坑洞中，实现对树苗进行覆沙（本方案中所种植的沙柳苗在种植时，需要将沙土完全将其进行覆盖，即，当沙柳苗掉入至坑洞中内时，其整个部分完全位于坑洞中，不会有枝干向上伸出坑洞）。

实施例8，在实施例1-7的基础上，如附图4所示，履带车1包括工作台17（水箱12、控制箱9、供树架7、钻孔支架4均设于工作台17面上），工作台17底部固定安装有电驱履带23式底盘18且电驱履带23式底盘18两侧分别设有驱动轮19，驱动轮19连接有设于电驱履带23式底盘18上的减速机21（减速机21起到降速的效果）且减速机21经安装在电驱履带23式底盘18上的驱动电机22驱动，每个驱动轮19均配合有若干导向轮20且相配合的驱动轮19、导向轮20之间配合有履带23，在进行移动时，控制两驱动电机22同步工作（使得两驱动电机22以相同的转速运转），进而通过减速机21带动两驱动轮19以相同的速度前进，从而实现带动履带车1前进的效果（通过设置履带23使得该装置在沙漠中移动时更加可靠、稳定且不易打滑）； 当需要履带车1转向时，控制两驱动电机22以不同的转速运转（一个驱动电机22以较高转速运转，另一驱动电机22以较低转速运转），此时履带车1两侧产生速度差，进而可实现转向的效果；

为了使得履带车1上的各部分机构在不需要工作人员手动控制的情况下，能够实现协同工作，如附图1所示，在履带车1上设有控制箱9且控制箱9内设有控制模块，本方案中的驱动电机22、供树电机11、钻孔电机5、伸缩杆、电磁水阀14、电性回路分别和与之对应的控制器电性连接，若干控制器均与控制模块电性连接，控制模块根据内置程序指令而向控制器发出指令进而通过控制器控制相应的部件进行工作，从而实现控制驱动电机22、供树电机11、钻孔电机5、伸缩杆、电磁水阀14、电性回路之间的协同工作，实现自动完成植树过程； 如附图1所示，在履带车1上设有电瓶24，驱动电机22、伸缩杆、钻孔电机5、供树电机11、电磁水阀14、电性回路均由电瓶24供电，设于控制箱9内的控制模块也由电瓶24进行供电。

实施例9，在实施例3的基础上，如附图9所示，在导向筒27上端均布设有若干定位钉29，当与导向筒27对应的伸缩杆带动导向筒27随着钻头6同步向下移动时，以至完成钻孔时，使得设于导向筒27上端的若干定位钉29插入至坑洞周围的地面上，从而实现对位于坑洞内导向筒27的定位效果，避免其在坑洞内产生晃动（因为当树苗经导引管2向下掉落并且掉落至导向筒27内时，会不可避免的造成导向筒27相对于坑洞产生一定程度的晃动，此时会导致与导向筒27偏心安装的锥形筒31位置相对于其初始位置产生变化，以至使得当履带车1后退至钻头6与导向筒27相对应位置时，此时连接杆30与锥形筒31的位置在竖向不再对应，会产生稍许偏移），通过在导向筒27上端设有若干定位钉29进而实现当导向筒27进入至孔洞内时，位于其上端的若干定位钉29同步插入至地面中，实现对导向筒27相对于坑洞的定位，避免其相对应坑洞产生晃动（使得当履带车1后退至钻头6与导向筒27相对应位置时，连接杆30也同步处于锥形筒31正上方位置）。

实施例10，一种沙漠植树机器人的使用方法，包括以下步骤：

S1：将该植树机器人移动至工作地点，钻头单元启动并且两伸缩杆同步带动钻头单元、导向筒向下移动，完成坑洞的钻挖；

S2：控制电性回路得电（失电型电磁铁因通电被消磁，失去电磁力）使得导向筒和与之对应的伸缩杆完成分离，两伸缩杆收缩并且上移至初始位置，其中一伸缩杆带动钻头单元上移至初始位置并且完成复位；

S3：履带车前行并且带动导引管移动至与坑洞相对应位置时停止移动；

S4：供树单元启动并且将待种植树苗依次经导引管、导向筒送入至坑洞内；

S5：浇水机构经导引管向坑洞内定量输送水并且完成浇水；

S6：履带车后退相应距离并且带动与导向筒配合的伸缩杆后退至位于导向筒正上方位置，此时连接杆处于锥形筒正上方位置，控制该伸缩杆伸长以至使得连接杆末端再次插入至锥形筒内；

S7：控制电性回路失电（失电型电磁铁恢复电磁力），使得导向筒与连接杆连接为一体，随后伸缩杆收缩并且上移至初始位置，实现带动导线筒完成复位的效果；

S8：履带车前行并且通过覆沙机构将位于坑洞周围的土推入至坑洞中，完成对树苗的覆盖；

S9：重复上述动作直至植树结束。

上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种沙漠植树机器人，包括履带车（1），其特征在于，所述履带车（1）上竖向滑动安装有钻头单元，所述履带车（1）上转动安装有供树单元且履带车（1）下端面固定安装有与供树单元相配合的导引管（2），所述履带车（1）上竖向滑动安装有与钻头单元相配合的导向筒（27）且导向筒（27）与履带车（1）之间可拆卸安装； 位于导引管（2）背离钻头单元一侧的履带车（1）下端面设有覆沙机构，所述履带车（1）上设有与导引管（2）上端相配合的浇水机构。

2.根据权利要求1所述的一种沙漠植树机器人，其特征在于，所述履带车（1）上间隔固定安装有两伸缩杆，所述钻头单元、导向筒（27）分别经与之对应的伸缩杆驱动，所述导向筒（27）和与之对应的伸缩杆之间可拆卸安装。

3.根据权利要求2所述的一种沙漠植树机器人，其特征在于，所述导向筒（27）上端一体设有导向柄（28）且导向柄（28）远离导向筒（27）一端固定有锥形筒（31），所述伸缩杆可伸缩一端插入至锥形筒（31）内且锥形筒（31）底壁上设有铁片，所述伸缩杆插入至锥形筒（31）部位设有失电型电磁铁且失电型电磁铁电性连接有电性回路。

4.根据权利要求3所述的一种沙漠植树机器人，其特征在于，所述钻头单元包括固定安装在伸缩杆底部的钻孔电机（5）且钻孔电机（5）驱动有钻头（6）。

5.根据权利要求1所述的一种沙漠植树机器人，其特征在于，所述供树单元包括转动安装于履带车（1）上的供树架（7）且供树架（7）上等距间隔环绕设有若干植树筒（8），所述履带车（1）上端面设有与植树筒（8）相配合通孔（10），所述供树架（7）经供树电机（11）驱动。

6.根据权利要求1所述的一种沙漠植树机器人，其特征在于，所述浇水机构包括设于履带车（1）上的水箱（12）且水箱（12）经水管（13）与导引管（2）上端部位连通，所述水管（13）上设有电磁水阀（14）。

7.根据权利要求1所述的一种沙漠植树机器人，其特征在于，所述覆沙机构包括固定安装在履带车（1）底部的铲柄（15）且铲柄（15）底部一体连接翼形铲（16）。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种沙漠植树机器人，其特征在于，所述履带车（1）包括工作台（17）且工作台（17）底部固定安装有电驱履带（23）式底盘（18），所述电驱履带（23）式底盘（18）两侧分别设有驱动轮（19）且每个驱动轮（19）配合有若干导向轮（20），所述驱动轮（19）经联轴器连接有减速机（21）且减速机（21）经驱动电机（22）驱动，相配合的驱动轮（19）、导向轮（20）之间配合有履带（23）。

9.根据权利要求3所述的一种沙漠植树机器人，其特征在于，所述导向柄（28）下端面设有若干定位钉（29）。

10.一种沙漠植树机器人的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将该植树机器人移动至工作地点，钻头单元启动并且两伸缩杆同步带动钻头单元、导向筒向下移动，完成坑洞的钻挖；

S2：控制电性回路得电，失电型电磁铁被消磁，使得导向筒和与之对应的伸缩杆完成分离，伸缩杆收缩并且上移至初始位置；

S3：履带车前行并且带动导引管移动至与坑洞相对应位置；

S4：供树单元启动并且将待种植树苗依次经导引管、导向筒送入至坑洞内；

S5：浇水机构经导引管向坑洞内输送水；

S6：履带车后退并且带动与导向筒配合的伸缩杆后退至位于导向筒正上方位置，控制该伸缩杆伸长以至使得其与导向筒上端面接触；

S7：控制电性回路失电，使得导向筒与伸缩杆连接为一体，伸缩杆收缩并且上移至初始位置；

S8：履带车前行并且通过覆沙机构将位于坑洞周围的土推入至坑洞中；

S9：重复上述动作直至植树结束。

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