CN114467713B - 一种空地协同作业节水灌溉机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种空地协同作业节水灌溉机器人，可与无人机配合使用，包括：行走系统、平衡系统、灌溉系统及控制系统，本发明通过将控制器与无人机无线连接，可以利用无人机视野广阔的优势，准确获取到某地区具体的干旱区域并将信号传递至控制器，便于控制器控制节水灌溉装置对重点区域进行准确灌溉；通过在底板行进方向前端的两侧安装两个下光电传感器，并在中层板的两侧安装电控升降装置，两个光电传感器可以检测底板行进方向两侧的地面是否平齐，并将信号传递至控制器，控制器根据传递的地面信息调控两个电控升降装置升降，从而确保安装在顶板上的灌溉系统保持水平，提高喷灌准确性。
Description
技术领域
本发明涉及灌溉农业装置领域，特别涉及一种空地协同作业节水灌溉机器人。
背景技术
在农业机械转化为智能化的今天，越来越多的农业种植、农业灌溉都交给了机器人，从而解放人类双手、提高农业智能化水平。
但市场上已出现的一些灌溉机器人获取信息不准确，无法独立完成操作，仍需人工后台逐步工作，而且只能进行大面积灌溉，水资源浪费严重，对于复杂地形适配性差，较难投入正常应用中。
因此，如何提供一种空地协同作业节水灌溉机器人是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明提供一种空地协同作业节水灌溉机器人，解决现有灌溉机器人灌溉信息不准确、水资源浪费严重且无法适应复杂地形的技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下，一种空地协同作业节水灌溉机器人，可与无人机配合使用，包括：行走系统、平衡系统、灌溉系统及控制系统，
所述行走系统包括底板、多个车轮及车轮电机，多个所述车轮分别布置于所述底板的两侧；所述车轮电机固定在所述底板的底部且传动连接多个所述车轮；
所述平衡系统包括中层板和至少两个电控升降装置，所述中层板通过安装柱平行固定在所述底板的上方；至少两个所述电控升降装置沿垂直所述底板的行进方向分别固定在所述中层板的两侧；
所述灌溉系统包括顶板和灌溉装置，所述顶板平行布置于所述中层板的上方且其底面固定在两个所述电控升降装置的升降端；所述灌溉装置固定在所述顶板上；
所述控制系统包括蓄电池、下光电传感器及控制器，所述蓄电池固定在所述底板上；两个所述下光电传感器对应固定在所述底板行进方向前端的两侧；所述控制器固定在所述底板上且分别与所述车轮电机、至少两个所述电控升降装置、所述灌溉装置、所述蓄电池、所述下光电传感器电性连接，所述控制器与所述无人机无线连接。
本发明的有益效果是：通过将控制器与无人机无线连接，可以利用无人机视野广阔的优势，准确获取到某地区具体的干旱区域并将信号传递至控制器，便于控制器控制节水灌溉装置对重点区域进行准确灌溉；
通过在底板行进方向前端的两侧安装两个下光电传感器，并在中层板的两侧安装电控升降装置，两个光电传感器可以检测底板行进方向两侧的地面是否平齐，并将信号传递至控制器，控制器根据传递的地面信息调控两个电控升降装置升降，从而确保安装在顶板上的灌溉系统保持水平，提高喷灌准确性。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述车轮电机为多个，多个所述车轮电机分别固定在所述底板的底部两侧且分别一一传动连接多个所述车轮。
进一步，至少两个所述电控升降装置均包括舵机支架、平衡舵机、舵机连接件、升降架、上限位杆和下限位杆，
至少两个所述舵机支架沿垂直所述底板的行进方向分别固定在所述中层板的两侧；至少两个所述平衡舵机分别固定在两个所述舵机支架内部且均与所述控制器电性连接；至少两个所述舵机连接件的一端分别垂直传动连接在两个所述平衡舵机的输出轴上；至少两个所述升降架均竖直布置且其底端固定在两个所述舵机连接件的另一端，至少两个所述升降架对应所述顶板的上方和下方分别设有两个上限位孔和两个下限位孔；至少两个所述上限位杆和两个所述下限位杆分别可拆卸插接在两个所述上限位孔和两个所述下限位孔中。
进一步，所述升降架包括连接杆和两个升降杆，两个所述升降杆均竖直布置且其底端固定在所述连接杆的两端，两个所述升降杆设有所述上限位孔和所述下限位孔；所述舵机连接件包括两个连接板，所述平衡舵机的两端均伸出有输出轴，两个所述连接板的一端分别垂直传动连接在所述平衡舵机两端的输出轴上，另一端分别固定在所述连接杆的两端。
电控升降装置操作原理说明：控制器操控平衡舵机转动，平衡舵机两端的输出轴带动连接杆的一端转动，连接杆的另一端随之上下摆动并带动升降杆上下升降，由于升降杆对应顶板的上方和下方设有上限位孔和下限位孔，上限位杆和下限位杆分别可拆卸插入上限位孔和下限位孔，上下升降的升降杆可以带动顶板的一侧上下移动，从而保证顶板始终处于水平状态。
进一步，所述灌溉装置包括水箱、水泵、云台舵机、云台、支梁、角件、横梁和两个喷水装置，
所述水箱固定在所述顶板上；所述水泵放置于所述水箱内；所述云台舵机固定在所述顶板中间部位；所述云台平行布置于所述顶板的上方且其中部传动连接在所述云台舵机的输出轴；所述支梁的底端垂直固定在所述云台上；所述角件固定在所述支梁的顶端；所述横梁沿垂直所述底板的行进方向垂直固定在所述角件的顶端；两个所述喷水装置分别固定在所述横梁的两端；所述控制器分别与所述水泵、所述云台舵机和两个所述喷水装置电性连接。
进一步，所述控制系统还包括两个所述上光电传感器和两个摄像装置，两个所述上光电传感器和两个所述摄像装置均沿垂直所述底板行进方向固定在所述顶板的两侧，两个所述上光电传感器和两个所述摄像装置均与所述控制器电性连接。
采取上述技术方案的有益效果是：节水灌溉机器人行驶过程中，两个上光电传感器常开、两个摄像装置常闭，常开的两个上光电传感器可以检测顶板两侧是否存在遮挡并将检测信号传递至控制器，控制器根据遮挡信号开启两个摄像装置，并根据摄像装置观测的信息内容判断是否为植被，当判断为植被时，控制器开启灌溉装置喷灌植被。
进一步，所述水泵为两个，所述水箱内部为两个独立的储水空腔，两个所述水泵分别布置于两个所述储水空腔内，
两个所述喷水装置均包括喷头舵机、三爪喷头支架和三个喷头，
两个所述喷头舵机分别固定在所述横梁的两端；两个所述三爪喷头支架分别传动连接在两个所述喷头舵机上；六个所述喷头分别安装在两个所述三爪喷头支架上，一个所述水泵与两个所述三爪喷头支架的一个所述喷头连通，另一个所述水泵与两个所述所述三爪喷头支架的另两个所述喷头连通；所述控制器分别与两个所述水泵、两个所述喷头舵机电性连接。
采取上述技术方案的有益效果是：横梁一端的喷水装置连接两个水泵，一水泵与喷水装置中的一个喷头连通，另一个水泵与喷水装置中的另两个喷头连通，可以使喷水装置针对不同的植被使用单喷头、双喷头或三喷头三种不同的灌溉模式。
进一步，灌溉系统还包括云台支架、转动连杆和两个滑柱，所述云台支架对应所述云台舵机的外周侧固定在所述顶板上且其顶面对应所述云台的下方设有通过孔，所述云台支架的顶面对应所述通过孔的外周侧设有环形轨道；所述转动连杆对应所述通过孔的上方垂直传动连接在所述云台舵机的输出轴穿过所述通过孔的一端，所述转动连杆的两端均设有安装槽；两个所述滑柱的垂直放置于两个所述安装槽内且其底端滑动连接在所述环形轨道内；所述云台的底面垂直固定在两个所述滑柱的顶端。
采取上述技术方案的有益效果是：云台支架、转动连杆和两个滑柱可以支撑云台，避免云台转动过程中发生晃动，提高节水灌溉机器人结构稳定性。
进一步，所述控制系统还包括降压模块，所述降压模块固定在所述底板上且与所述控制器电性连接。
采取上述技术方案的有益效果是：降压模块可以降低控制系统内部电流电压，进而保护控制系统内各部件，延长控制系统的使用寿命。
附图说明
图1为本发明一种空地协同作业节水灌溉机器人立体结构示意图；
图2为本发明一种空地协同作业节水灌溉机器人正视结构示意图；
图3为本发明一种空地协同作业节水灌溉机器人侧视结构示意图；
图4为本发明一种空地协同作业节水灌溉机器人中电控升降装置结构示意图；
图5为本发明一种空地协同作业节水灌溉机器人中电控升降装置内部结构示意图；
图6为本发明一种空地协同作业节水灌溉机器人中云台舵机和云台连接结构示意图；
图7为本发明一种空地协同作业节水灌溉机器人中云台支架、转动连杆和滑柱安装的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、行走系统，11、底板，12、车轮，13、车轮电机，
2、平衡系统，21、中层板，22、电控升降装置，221、舵机支架，222、平衡舵机，223、舵机连接件，2231、连接板，224、升降架，2241、连接杆，2242、升降杆，225、上限位杆，226、下限位杆。
3、灌溉系统，31、顶板，32、灌溉装置，321、水箱，322、云台舵机，323、云台，324、支梁，325、角件，326、横梁，327、喷水装置，3271、喷头舵机，3272、三爪喷头支架，3273、喷头，33、云台支架，331、通过孔，332、环形轨道，34、转动连杆，341、安装槽，35、滑柱，
4、控制系统，41、蓄电池，42、下光电传感器，43、控制器，44、降压模块，45、上光电传感器，46、摄像装置。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种空地协同作业节水灌溉机器人，可与无人机配合使用，包括：行走系统1、平衡系统2、灌溉系统3及控制系统4，
行走系统1包括底板11、多个车轮12及车轮电机13，多个车轮12分别布置于底板11的两侧；车轮电机13固定在底板11的底部且传动连接多个车轮12；
平衡系统2包括中层板21和至少两个电控升降装置22，中层板21通过安装柱平行固定在底板11的上方；至少两个电控升降装置22沿垂直底板11的行进方向分别固定在中层板21的两侧；
灌溉系统3包括顶板31和灌溉装置32，顶板31平行布置于中层板21的上方且其底面固定在两个电控升降装置22的升降端；灌溉装置32固定在顶板31上；
控制系统4包括蓄电池41、下光电传感器42及控制器43，蓄电池41固定在底板11上；两个下光电传感器42对应固定在底板11行进方向前端的两侧；控制器43固定在底板11上且分别与车轮电机13、至少两个电控升降装置22、灌溉装置32、蓄电池41、下光电传感器42电性连接，控制器43与无人机无线连接。
具体地，控制器43为myrio控制器。
在一些具体实施例中，车轮电机13为多个，多个车轮电机13分别固定在底板11的底部两侧且分别一一传动连接多个车轮12。
在一些具体实施例中，至少两个电控升降装置22均包括舵机支架221、平衡舵机222、舵机连接件223、升降架224、上限位杆225和下限位杆226，
至少两个舵机支架221沿垂直底板11的行进方向分别固定在中层板21的两侧；至少两个平衡舵机222分别固定在两个舵机支架221内部且均与控制器43电性连接；至少两个舵机连接件223的一端分别垂直传动连接在两个平衡舵机222的输出轴上；至少两个升降架224均竖直布置且其底端固定在两个舵机连接件223的另一端，至少两个升降架224对应顶板31的上方和下方分别设有两个上限位孔和两个下限位孔；至少两个上限位杆225和两个下限位杆226分别可拆卸插接在两个上限位孔和两个下限位孔中。
在一些具体实施例中，升降架224包括连接杆2241和两个升降杆2242，两个升降杆2242均竖直布置且其底端固定在连接杆2241的两端，两个升降杆2242设有上限位孔和下限位孔；舵机连接件223包括两个连接板2231，平衡舵机222的两端均伸出有输出轴，两个连接板2231的一端分别垂直传动连接在平衡舵机222两端的输出轴上，另一端分别固定在连接杆2241的两端。
在一些具体实施例中，灌溉装置32包括水箱321、水泵、云台舵机322、云台323、支梁324、角件325、横梁326和两个喷水装置327，
水箱321固定在顶板31上；水泵放置于水箱321内；云台舵机322固定在顶板31中间部位；云台323平行布置于顶板31的上方且其中部传动连接在云台舵机322的输出轴；支梁324的底端垂直固定在云台323上；角件325固定在支梁324的顶端；横梁326沿垂直底板11的行进方向垂直固定在角件325的顶端；两个喷水装置327分别固定在横梁326的两端；控制器43分别与水泵、云台舵机322和两个喷水装置327电性连接。
在一些具体实施例中，控制系统4还包括两个上光电传感器45和两个摄像装置46，两个上光电传感器45和两个摄像装置46均沿垂直底板11行进方向固定在顶板31的两侧，两个上光电传感器45和两个摄像装置46均与控制器43电性连接。
在一些具体实施例中，水泵为两个，水箱321内部为两个独立的储水空腔，两个水泵分别布置于两个储水空腔内，
两个喷水装置327均包括喷头舵机3271、三爪喷头支架3272和三个喷头3273，
两个喷头舵机3271分别固定在横梁326的两端；两个三爪喷头支架3272分别传动连接在两个喷头舵机3271上；六个喷头3273分别安装在两个三爪喷头支架3272上，一个水泵与两个三爪喷头支架3272的一个喷头3273连通，另一个水泵与两个三爪喷头支架3272的另两个喷头3273连通；控制器43分别与两个水泵、两个喷头舵机3271电性连接。
在一些具体实施例中，灌溉系统3还包括云台支架33、转动连杆34和两个滑柱35，云台支架33对应云台舵机322的外周侧固定在顶板31上且其顶面对应云台323的下方设有通过孔331，云台支架33的顶面对应通过孔331的外周侧设有环形轨道332；转动连杆34对应通过孔331的上方垂直传动连接在云台舵机322的输出轴穿过通过孔331的一端，转动连杆34的两端均设有安装槽341；两个滑柱35的垂直放置于两个安装槽341内且其底端滑动连接在环形轨道332内；云台323的底面垂直固定在两个滑柱35的顶端。
在一些具体实施例中，控制系统4还包括降压模块44，降压模块44固定在底板11上且与控制器43电性连接。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种空地协同作业节水灌溉机器人，可与无人机配合使用，其特征在于,包括：行走系统(1)、平衡系统(2)、灌溉系统(3)及控制系统(4)，
所述行走系统(1)包括底板(11)、多个车轮(12)及车轮电机(13)，多个所述车轮(12)分别布置于所述底板(11)的两侧；所述车轮电机(13)固定在所述底板(11)的底部且传动连接多个所述车轮(12)；
所述平衡系统(2)包括中层板(21)和至少两个电控升降装置(22)，所述中层板(21)通过安装柱平行固定在所述底板(11)的上方；至少两个所述电控升降装置(22)沿垂直所述底板(11)的行进方向分别固定在所述中层板(21)的两侧；
所述灌溉系统(3)包括顶板(31)和灌溉装置(32)，所述顶板(31)平行布置于所述中层板(21)的上方且其底面固定在两个所述电控升降装置(22)的升降端；所述灌溉装置(32)固定在所述顶板(31)上；
所述控制系统(4)包括蓄电池(41)、下光电传感器(42)及控制器(43)，所述蓄电池(41)固定在所述底板(11)上；两个所述下光电传感器(42)对应固定在所述底板(11)行进方向前端的两侧；所述控制器(43)固定在所述底板(11)上且分别与所述车轮电机(13)、至少两个所述电控升降装置(22)、所述灌溉装置(32)、所述蓄电池(41)、所述下光电传感器(42)电性连接，所述控制器(43)与所述无人机无线连接；
所述灌溉装置(32)包括水箱(321)、水泵、云台舵机(322)、云台(323)、支梁(324)、角件(325)、横梁(326)和两个喷水装置(327)，所述水箱(321)固定在所述顶板(31)上；所述水泵放置于所述水箱(321)内；所述云台舵机(322)固定在所述顶板(31)中间部位；所述云台(323)平行布置于所述顶板(31)的上方且其中部传动连接在所述云台舵机(322)的输出轴；所述支梁(324)的底端垂直固定在所述云台(323)上；所述角件(325)固定在所述支梁(324)的顶端；所述横梁(326)沿垂直所述底板(11)的行进方向垂直固定在所述角件(325)的顶端；两个所述喷水装置(327)分别固定在所述横梁(326)的两端；所述控制器(43)分别与所述水泵、所述云台舵机(322)和两个所述喷水装置(327)电性连接；
所述控制系统(4)还包括两个上光电传感器(45)和两个摄像装置(46)，两个所述上光电传感器(45)和两个所述摄像装置(46)均沿垂直所述底板(11)行进方向固定在所述顶板(31)的两侧，两个所述上光电传感器(45)和两个所述摄像装置(46)均与所述控制器(43)电性连接；
所述水泵为两个，所述水箱(321)内部为两个独立的储水空腔，两个所述水泵分别布置于两个所述储水空腔内，两个所述喷水装置(327)均包括喷头舵机(3271)、三爪喷头支架(3272)和三个喷头(3273)，两个所述喷头舵机(3271)分别固定在所述横梁(326)的两端；两个所述三爪喷头支架(3272)分别传动连接在两个所述喷头舵机(3271)上；六个所述喷头(3273)分别安装在两个所述三爪喷头支架(3272)上，一个所述水泵与两个所述三爪喷头支架(3272)的一个所述喷头(3273)连通，另一个所述水泵与两个所述所述三爪喷头支架(3272)的另两个所述喷头(3273)连通；所述控制器(43)分别与两个所述水泵、两个所述喷头舵机(3271)电性连接;
所述控制系统(4)还包括降压模块(44)，所述降压模块(44)固定在所述底板(11)上且与所述控制器(43)电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种空地协同作业节水灌溉机器人，其特征在于，所述车轮电机(13)为多个，多个所述车轮电机(13)分别固定在所述底板(11)的底部两侧且分别一一传动连接多个所述车轮(12)。
3.根据权利要求1所述的一种空地协同作业节水灌溉机器人，其特征在于，至少两个所述电控升降装置(22)均包括舵机支架(221)、平衡舵机(222)、舵机连接件(223)、升降架(224)、上限位杆(225)和下限位杆(226)，
至少两个所述舵机支架(221)沿垂直所述底板(11)的行进方向分别固定在所述中层板(21)的两侧；至少两个所述平衡舵机(222)分别固定在两个所述舵机支架(221)内部且均与所述控制器(43)电性连接；至少两个所述舵机连接件(223)的一端分别垂直传动连接在两个所述平衡舵机(222)的输出轴上；至少两个所述升降架(224)均竖直布置且其底端固定在两个所述舵机连接件(223)的另一端，至少两个所述升降架(224)对应所述顶板(31)的上方和下方分别设有两个上限位孔和两个下限位孔；至少两个所述上限位杆(225)和两个所述下限位杆(226)分别可拆卸插接在两个所述上限位孔和两个所述下限位孔中。
4.根据权利要求1所述的一种空地协同作业节水灌溉机器人，其特征在于，所述升降架(224)包括连接杆(2241)和两个升降杆(2242)，两个所述升降杆(2242)均竖直布置且其底端固定在所述连接杆(2241)的两端，两个所述升降杆(2242)设有上限位孔和下限位孔；所述舵机连接件(223)包括两个连接板(2231)，所述平衡舵机(222)的两端均伸出有输出轴，两个所述连接板(2231)的一端分别垂直传动连接在所述平衡舵机(222)两端的输出轴上，另一端分别固定在所述连接杆(2241)的两端。
5.根据权利要求1所述的一种空地协同作业节水灌溉机器人，其特征在于，灌溉系统(3)还包括云台支架(33)、转动连杆(34)和两个滑柱(35)，所述云台支架(33)对应所述云台舵机(322)的外周侧固定在所述顶板(31)上且其顶面对应所述云台(323)的下方设有通过孔(331)，所述云台支架(33)的顶面对应所述通过孔(331)的外周侧设有环形轨道(332)；所述转动连杆(34)对应所述通过孔(331)的上方垂直传动连接在所述云台舵机(322)的输出轴穿过所述通过孔(331)的一端，所述转动连杆(34)的两端均设有安装槽(341)；两个所述滑柱(35)的垂直放置于两个所述安装槽(341)内且其底端滑动连接在所述环形轨道(332)内；所述云台(323)的底面垂直固定在两个所述滑柱(35)的顶端。
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