CN114532321B - 一种可零半径转弯的太阳能全自动喷药车 - Google Patents

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Abstract

一种可零半径转弯的太阳能全自动喷药车，包括供电装置、喷药装置、纵向行进装置、横向转弯装置、控制装置。供电装置包括太阳能电池板、太阳能电池板支架、太阳能蓄电池；喷药装置包括固定平台、移动平台、支链、支链电机、主动臂、从动臂、球铰、喷嘴、药箱、液压泵、软管；纵向行进装置包括两个主动直行轮组和两个从动直行轮组；横向转弯装置包括两个主动转弯轮组和两个从动转弯轮组；控制装置包括控制器、电子罗盘、4G网络控制器、STC单片机、按钮；本发明采用太阳能蓄电池供能，可以保证长时间连续工作；采用垂直升降轮系实现零半径转弯；采用4G网络控制器与单片机相结合的控制方式实现遥控控制全自动化作业，提高农业生产效率。

Description

一种可零半径转弯的太阳能全自动喷药车
技术领域
本发明是一种可零半径转弯的太阳能全自动喷药车，属于自动喷药车技术领域。
背景技术
农业是人类衣食之源、生存之本，为了提高农作物产量，农业种植多采用大面积种植方式，农药的喷洒毫无疑问成为影响作物收成的问题之一。传统农药喷洒多为人工作业，存在效率低、浪费农药、植株易被踩踏、影响农民身体健康等问题，改善现有农药喷洒装备、寻找一种可以完全替代人工的全自动喷药车的社会需求越来越大，全自动喷药车在这样的社会背景下应运而生。
目前市面大多采用的农药喷洒装备有无人植保机和农用车悬挂与高压喷雾式喷药，采用这两种作业方式存在三个问题，第一个问题是采用无人植保机，无人机电池供能续航时间有限，无法长时间连续工作；第二个问题是采用农用车悬挂与高压喷雾式喷药，农用车在农田中行驶，转弯时转弯半径大，不可避免地会压倒植株，造成损失；第三个问题是人工驾驶农用车，人需长时间在相对恶劣环境下工作，工作环境影响身体健康。
为解决上述问题，本发明采用太阳能蓄电池为整套系统供能，不需要外接电源，可以保证长时间连续工作；采用一套具有自锁功能的垂直升降轮系，实现喷药车零半径转弯，可以避免因车辆在田地间转弯而压倒植株，减少对植株的损伤；采用4G网络控制器与单片机相结合的控制方式实现喷药车的遥控控制，整个喷药过程不需要人工驾驶，实现全自动化作业。
发明内容
本发明克服现有技术的不足，所要解决的技术问题是提供一种可零半径转弯的太阳能全自动喷药车。
一种可零半径转弯的太阳能全自动喷药车，包括供电装置、喷药装置、纵向行进装置、横向转弯装置、控制装置。
其特征在于所述供电装置包括太阳能电池板、太阳能电池板支架、太阳能蓄电池；所述支架上端与太阳能电池板通过螺栓连接，下端与底板通过螺栓连接，所述太阳能电池板为两块，通过太阳能电池板支架平行安装在底板上方，太阳能电池板在光伏作用下将太阳辐射的热能直接转化为电能，产生的电能储存在太阳能蓄电池内，所述太阳能蓄电池安装在底板上方，为全自动喷药车提供动力。
其特征在于所述喷药装置包括固定平台、移动平台、支链、支链电机、主动臂、从动臂、球铰、喷嘴、药箱、液压泵、软管；所述固定平台和移动平台是经由三组轴对称的支链连接，构成并联式机械手，所述支链包括主动臂、从动臂，所述支链电机安装在固定平台上，驱动主动臂运动，主动臂带动从动臂运动，所述从动臂是由四个球铰构成平行四边形机构，从动臂上端通过球面副与主动臂相连接，下端与移动平台连接，所述喷嘴通过螺栓固定安装在移动平台下端，所述药箱固定安装在底板上端，所述液压泵固定安装在底板上端，与药箱平行布置，工作时，应用STC单片机来设置并联式机械手左右摆动范围，实现不同垄距的农药喷洒作业，STC单片机控制并联式机械手左右摆动，液压泵工作，药液由药箱进入软管，经喷嘴喷出，并联式机械手左右摆动，喷嘴接近并达到前后两株作物的中间位置，每次可喷洒两株作物。
其特征在于纵向行进装置包括两个主动直行轮组和两个从动直行轮组，所述主动直行轮组包括直行电机、直行轮、前支撑腿、直行电机支架、角码，所述前支撑腿上端与底板通过角码螺栓连接，下端通过角码与直行电机支架连接，所述直行电机固定安装在直行电机支架上，所述直行轮通过键安装在直行电机轴上，所述从动直行轮组包括辅助轮、后支撑腿、辅助轮支架、角码，所述后支撑腿下端通过角码与辅助轮支架连接，上端通过角码与底板螺栓连接，所述辅助轮通过长螺栓与辅助轮支架连接。
其特征在于横向转弯装置包括两个主动转弯轮组和两个从动转弯轮组，所述主动转弯轮组包括电动推杆、左支撑腿、转向电机、转向电机支架、转向轮、角码，所述电动推杆上端通过螺栓安装在底板上，下端通过角码与左支撑腿上端螺栓连接，所述左支撑腿下端通过角码与转向电机支架连接，所述转向电机固定安装在转向电机支架上，所述转向轮通过键安装在转向电机轴上，所述从动转弯轮组包括电动推杆、右支撑腿、导向轮、导向轮支架、角码，所述电动推杆上端通过螺栓安装在底板上，下端通过角码与右支撑腿上端螺栓连接，所述右支撑腿下端通过角码与导向轮支架连接，所述导向轮通过长螺栓与导向轮支架连接。
其特征在于所述控制装置包括四个电动推杆控制器、两个直行电机控制器、两个转向电机控制器、电子罗盘、4G网络控制器、STC单片机、启动按钮、停止按钮、急停按钮，所述四个电动推杆控制器安装在底板上，控制电动推杆的伸缩，所述两个直行电机控制器安装在底板上，控制直行电机正反转，实现太阳能全自动喷药车纵向前进和后退，所述两个转向电机控制器安装在底板上，控制转向电机正反转，实现太阳能全自动喷药车左转弯和右转弯，所述电子罗盘安装在底板上，将方位信号传输给STC单片机，实现太阳能全自动喷药车的直线行驶，所述4G网络控制器安装在底板上，上位通过4G网络实现与手机APP通讯，实现太阳能全自动喷药车的遥控控制，下位给STC单片机发送控制指令，控制太阳能全自动喷药车的运动状态，所述启动按钮安装在底板上，实现启动功能，所述停止按钮安装在底板上，实现停止功能，所述急停按钮安装在底板上，当出现危险情况时实现急停，避免危险情况发生。
考虑到太阳能全自动喷药车的充电效果和工作效率，所述太阳能电池板为两块，面积为50cm×60cm，功率为50W。
考虑到太阳能全自动喷药车工作的稳定性和无人驾驶的安全性，直行电机和转向电机均采用蜗轮蜗杆减速直流电机，降速后，太阳能全自动喷药车的行驶速度为3m/s。
考虑到太阳能全自动喷药车升降稳定性，两个主动转弯轮组和两个从动转弯轮组使用相同的电动推杆，电动推杆的工作行程为0～2cm。
考虑到太阳能全自动喷药车零半径转弯，纵向行进装置中的直行轮和辅助轮与横向转弯装置中的转向轮和导向轮垂直布局。
考虑到太阳能全自动喷药车行驶稳定性，直行轮、辅助轮、转向轮及导向轮直径均为330mm。
上述太阳能全自动喷药车外观尺寸长×宽×高为1200mm×600mm×600mm。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：采用了太阳能蓄电池为整套系统供能，不需要外接电源，可以保证长时间连续工作；采用了一套具有自锁功能的垂直升降轮系实现喷药车的零半径转弯，可以避免因车辆在田地间转弯而压倒植株，减少了对植株的损害；采用了4G网络控制器与单片机相结合的控制方式实现喷药车的遥控控制，整个喷药过程不需要人工驾驶，实现了全自动化作业，提高了农业生产效率。
附图说明
图1是本发明太阳能全自动喷药车整体结构正视图；
图2是本发明太阳能全自动喷药车整体结构侧视图；
图3是本发明并联式机械手结构图；
图4是本发明并联式机械手移动平台结构图；
图5是本发明主动直行轮组结构图；
图6是本发明从动直行轮组结构图；
图7是本发明主动转弯轮组结构图；
图8是本发明从动转弯轮组结构图；
图9是本发明控制装置布局图；
图10是本发明遥控控制流程图。
其中：1、太阳能电池板，2、太阳能电池板支架，3、太阳能蓄电池，4、底板，5、药箱，6、从动转弯轮组，7、主动转弯轮组，8、液压泵，9、主动直行轮组，10、软管，11、喷嘴，12、支链，13、从动直行轮组，14、支链电机，15、固定平台，16、主动臂，17、从动臂，18、移动平台，19、并联式机械手，20、球铰，21、角码，22、前支撑腿，23、直行轮，24、直行电机支架，25、直行电机，26、后支撑腿，27、辅助轮支架，28、辅助轮，29、电动推杆，30、左支撑腿，31、转向电机，32、转向电机支架，33、转向轮，34、右支撑腿，35、导向轮支架，36、导向轮，37、电动推杆控制器，38、直行电机控制器，39、转向电机控制器，40、电子罗盘，41、4G网络控制器，42、STC单片机，43、启动按钮，44、停止按钮，45、急停按钮。
具体实施方式
如图1—图10所示，一种可零半径转弯的太阳能全自动喷药车，包括供电装置、喷药装置、纵向行进装置、横向转弯装置、控制装置。
其特征在于所述供电装置包括太阳能电池板1、太阳能电池板支架2、太阳能蓄电池3；所述太阳能电池板支架2上端与太阳能电池板1通过螺栓连接，下端与底板4通过螺栓连接，所述太阳能电池板1为两块，通过太阳能电池板支架2平行安装在底板4上方，太阳能电池板1在光伏作用下将太阳辐射的热能直接转化为电能，产生的电能储存在太阳能蓄电池3内，所述太阳能蓄电池3安装在底板4上方，为全自动喷药车提供动力。
其特征在于所述喷药装置包括固定平台15、移动平台18、支链12、支链电机14、主动臂16、从动臂17、球铰20、喷嘴11、药箱5、液压泵8、软管10；所述固定平台15和移动平台18是经由三组轴对称的支链12连接，构成并联式机械手19，所述支链12包括主动臂16、从动臂17，所述支链电机14安装在固定平台15上，驱动主动臂16运动，主动臂16带动从动臂17运动，所述从动臂17是由四个球铰20构成平行四边形机构，从动臂17上端通过球面副与主动臂16相连接，下端与移动平台18连接，所述喷嘴11通过螺栓固定安装在移动平台18下端，所述药箱5固定安装在底板4上端，所述液压泵8固定安装在底板4上端，与药箱5平行布置，工作时，应用STC单片机42来设置并联式机械手19左右摆动范围，实现不同垄距的农药喷洒作业，STC单片机42控制并联式机械手19左右摆动，液压泵8工作，药液由药箱5进入软管10，经喷嘴11喷出，并联式机械手19左右摆动，喷嘴11接近并达到前后两株作物的中间位置，每次可喷洒两株作物。
其特征在于纵向行进装置包括两个主动直行轮组9和两个从动直行轮组13，所述主动直行轮组9包括直行电机25、直行轮23、前支撑腿22、直行电机支架24、角码21，所述前支撑腿22上端与底板4通过角码21螺栓连接，下端通过角码21与直行电机支架24连接，所述直行电机25固定安装在直行电机支架24上，所述直行轮23通过键安装在直行电机25轴上，所述从动直行轮组13包括辅助轮28、后支撑腿26、辅助轮支架27、角码21，所述后支撑腿26下端通过角码21与辅助轮支架27连接，上端通过角码21与底板4螺栓连接，所述辅助轮28通过长螺栓与辅助轮支架27连接。
其特征在于横向转弯装置包括两个主动转弯轮组7和两个从动转弯轮组6，所述主动转弯轮组7包括电动推杆29、左支撑腿30、转向电机31、转向电机支架32、转向轮33、角码21，所述电动推杆29上端通过螺栓安装在底板4上，下端通过角码21与左支撑腿30上端螺栓连接，所述左支撑腿30下端通过角码21与转向电机支架32连接，所述转向电机31固定安装在转向电机支架32上，所述转向轮33通过键安装在转向电机31轴上，所述从动转弯轮组6包括电动推杆29、右支撑腿34、导向轮36、导向轮支架35、角码21，所述电动推杆29上端通过螺栓安装在底板4上，下端通过角码21与右支撑腿34上端螺栓连接，所述右支撑腿34下端通过角码21与导向轮支架35连接，所述导向轮36通过长螺栓与导向轮支架35连接。
其特征在于所述控制装置包括四个电动推杆控制器37、两个直行电机控制器38、两个转向电机控制器39、电子罗盘40、4G网络控制器41、STC单片机42、启动按钮43、停止按钮44、急停按钮45，所述四个电动推杆控制器37安装在底板4上，控制电动推杆29的伸缩，所述两个直行电机控制器38安装在底板4上，控制直行电机25正反转，实现太阳能全自动喷药车纵向前进和后退，所述两个转向电机控制器39安装在底板4上，控制转向电机31正反转，实现太阳能全自动喷药车左转弯和右转弯，所述电子罗盘40安装在底板4上，将方位信号传输给STC单片机42，实现太阳能全自动喷药车的直线行驶，所述4G网络控制器41安装在底板4上，上位通过4G网络实现与手机APP通讯，实现太阳能全自动喷药车的遥控控制，下位给STC单片机42发送控制指令，控制太阳能全自动喷药车的运动状态，所述启动按钮43安装在底板4上，实现启动功能，所述停止按钮44安装在底板4上，实现停止功能，所述急停按钮45安装在底板4上，当出现危险情况时实现急停，避免危险情况发生。
考虑到太阳能全自动喷药车的充电效果和工作效率，所述太阳能电池板1为两块，面积为50cm×60cm，功率为50W。
考虑到太阳能全自动喷药车工作的稳定性和无人驾驶的安全性，直行电机25和转向电机31均采用蜗轮蜗杆减速直流电机，降速后，太阳能全自动喷药车的行驶速度为3m/s。
考虑到太阳能全自动喷药车升降稳定性，两个主动转弯轮组7和两个从动转弯轮组6使用相同的电动推杆29，电动推杆29的工作行程为0～2cm。
考虑到太阳能全自动喷药车零半径转弯，纵向行进装置中的直行轮23和辅助轮28与横向转弯装置中的转向轮33和导向轮36垂直布局。
考虑到太阳能全自动喷药车行驶稳定性，直行轮23、辅助轮28、转向轮33及导向轮36直径均为330mm。
上述太阳能全自动喷药车外观尺寸长×宽×高为1200mm×600mm×600mm。
使用本发明时，当太阳能全自动喷药车到达指定工作位置时，接通电源按下启动按钮43，操作手机APP给并联式机械手19使能，读取当前坐标，根据田地垄距来设置并联式机械手19左右摆动范围，使各项工作准备就绪，手机APP发出工作指令，太阳能全自动喷药车开始纵向行走并喷药；当太阳能全自动喷药车行进到地垄尽头时，手机APP发出停止指令，太阳能全自动喷药车各项工作停止；这时手机APP发出指令，电动推杆29伸出，下放转向轮33和导向轮36，同时顶起直行轮23和辅助轮28，电动推杆29伸出长度达到2cm时电动推杆29停止工作，转向轮33和导向轮36工作就位，手机APP发出行走指令，转向电机31带动转向轮33和导向轮36行走到下一个地垄，手机APP给电动推杆29发出缩回指令，电动推杆29缩回，转向轮33和导向轮36回初始位置，直行轮23和辅助轮28工作就位，手机APP重新发出纵向行走指令，太阳能全自动喷药车反方向纵向行走并开始喷药，直至太阳能全自动喷药车再一次到达地垄尽头，这样就完成了一次往返循环，通过反复循环实现一整块农田的喷药工作，按下停止按钮44太阳能全自动喷药车停止工作，当遇到紧急情况，按下急停按钮45，太阳能全自动喷药车停止当前危险工作，避免危险发生。

Claims (7)

1.一种可零半径转弯的太阳能全自动喷药车，包括供电装置、喷药装置、纵向行进装置、横向转弯装置、控制装置；
所述供电装置包括太阳能电池板(1)、太阳能电池板支架(2)、太阳能蓄电池(3)；所述太阳能电池板支架(2)上端与太阳能电池板(1)通过螺栓连接，下端与底板(4)通过螺栓连接，太阳能电池板(1)在光伏作用下将太阳辐射的热能直接转化为电能，产生的电能储存在太阳能蓄电池(3)内，所述太阳能蓄电池(3)安装在底板(4)上方，为全自动喷药车提供动力；
所述喷药装置包括固定平台(15)、移动平台(18)、支链(12)、支链电机(14)、主动臂(16)、从动臂(17)、球铰(20)、喷嘴(11)、药箱(5)、液压泵(8)、软管(10)；所述固定平台(15)和移动平台(18)是经由三组轴对称的支链(12)连接，构成并联式机械手(19)，所述支链(12)包括主动臂(16)、从动臂(17)，所述支链电机(14)安装在固定平台(15)上，驱动主动臂(16)运动，所述从动臂(17)是由四个球铰(20)构成平行四边形机构，从动臂(17)上端通过球面副与主动臂(16)相连接，下端与移动平台(18)连接，所述喷嘴(11)通过螺栓固定安装在移动平台(18)下端，所述药箱(5)固定安装在底板(4)上端，所述液压泵(8)固定安装在底板(4)上端，与药箱(5)平行布置；
所述纵向行进装置包括两个主动直行轮组(9)和两个从动直行轮组(13)，所述主动直行轮组(9)包括直行电机(25)、直行轮(23)、前支撑腿(22)、直行电机支架(24)、角码(21)，所述前支撑腿(22)上端与底板(4)通过角码(21)螺栓连接，下端通过角码(21)与直行电机支架(24)连接，所述直行电机(25)固定安装在直行电机支架(24)上，所述直行轮(23)通过键安装在直行电机(25)轴上，所述从动直行轮组(13)包括辅助轮(28)、后支撑腿(26)、辅助轮支架(27)、角码(21)，所述后支撑腿(26)下端通过角码(21)与辅助轮支架(27)连接，上端通过角码(21)与底板(4)螺栓连接，所述辅助轮(28)通过长螺栓与辅助轮支架(27)连接；
所述横向转弯装置包括两个主动转弯轮组(7)和两个从动转弯轮组(6)，所述主动转弯轮组(7)包括电动推杆(29)、左支撑腿(30)、转向电机(31)、转向电机支架(32)、转向轮(33)、角码(21)，所述电动推杆(29)上端通过螺栓安装在底板(4)上，下端通过角码(21)与左支撑腿(30)上端螺栓连接，所述左支撑腿(30)下端通过角码(21)与转向电机支架(32)连接，所述转向电机(31)固定安装在转向电机支架(32)上，所述转向轮(33)通过键安装在转向电机(31)轴上，所述从动转弯轮组(6)包括电动推杆(29)、右支撑腿(34)、导向轮(36)、导向轮支架(35)、角码(21)，所述电动推杆(29)上端通过螺栓安装在底板(4)上，下端通过角码(21)与右支撑腿(34)上端螺栓连接，所述右支撑腿(34)下端通过角码(21)与导向轮支架(35)连接，所述导向轮(36)通过长螺栓与导向轮支架(35)连接；
所述控制装置包括四个电动推杆控制器(37)、两个直行电机控制器(38)、两个转向电机控制器(39)、电子罗盘(40)、4G网络控制器(41)、STC单片机(42)、启动按钮(43)、停止按钮(44)、急停按钮(45)，所述四个电动推杆控制器(37)安装在底板(4)上，控制电动推杆(29)的伸缩，所述两个直行电机控制器(38)安装在底板(4)上，控制直行电机(25)正反转，实现太阳能全自动喷药车纵向前进和后退，所述两个转向电机控制器(39)安装在底板(4)上，控制转向电机(31)正反转，实现太阳能全自动喷药车左转弯和右转弯，所述电子罗盘(40)安装在底板(4)上，将方位信号传输给STC单片机(42)，实现太阳能全自动喷药车的直线行驶，所述启动按钮(43)安装在底板(4)上，实现启动功能，所述停止按钮(44)安装在底板(4)上，实现停止功能，所述急停按钮(45)安装在底板(4)上，当出现危险情况时实现急停，避免危险情况发生。
2.如权利要求1所述的一种可零半径转弯的太阳能全自动喷药车，其特征在于太阳能电池板(1)为两块，面积为50cm×60cm，功率为50W，通过太阳能电池板支架(2)平行安装在底板(4)上方，保证太阳能电池板(1)接收的光照强度最佳。
3.如权利要求1所述的一种可零半径转弯的太阳能全自动喷药车，其特征在于直行轮(23)、辅助轮(28)、转向轮(33)及导向轮(36)直径均为330mm，纵向行进装置中的直行轮(23)和辅助轮(28)与横向转弯装置中的转向轮(33)和导向轮(36)垂直布局，实现零半径转弯。
4.如权利要求1所述的一种可零半径转弯的太阳能全自动喷药车，其特征在于4G网络控制器(41)安装在底板(4)上，上位通过4G网络实现与手机APP通讯，实现太阳能全自动喷药车的遥控控制，下位给STC单片机(42)发送控制指令，控制太阳能全自动喷药车的运动状态。
5.如权利要求1所述的一种可零半径转弯的太阳能全自动喷药车，其特征在于两个主动转弯轮组(7)和两个从动转弯轮组(6)使用相同的电动推杆(29)，电动推杆(29)的工作行程为0～2cm。
6.如权利要求1所述的一种可零半径转弯的太阳能全自动喷药车，其特征在于直行电机(25)和转向电机(31)采用蜗轮蜗杆减速直流电机，降速后，太阳能全自动喷药车的行驶速度为3m/s。
7.如权利要求1所述的一种可零半径转弯的太阳能全自动喷药车，其特征在于太阳能全自动喷药车外观尺寸长×宽×高为1200mm×600mm×600mm。
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