CN114600856A - 多功能自主喷药机器人装置、其的行驶控制方法及作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能自主喷药机器人装置、其的行驶控制方法及作业方法。该装置包括四驱电动底盘、农田喷药执行机械臂、果树喷药执行机械臂、喷药组件和整车电气控制箱；农田喷药执行机械臂调节喷施高度和横向喷施距离；果树喷药执行机械臂调节喷施高度和喷施角度；喷药组件包括固定在农田喷药执行机械臂上的第一喷管和固定在果树喷药执行机械臂上的第二喷管；整车电气控制箱控制四驱电动底盘、农田喷药执行机械臂和喷药组件运行以对农田植株喷药，以及控制四驱电动底盘、果树喷药执行机械臂和喷药组件运行以对果树喷药。该装置可以兼顾使用于农田与果园两种场合，环境的适应能力更强，作业效率高，喷施精确，能节省农药使用量及减少环境污染。

Description

多功能自主喷药机器人装置、其的行驶控制方法及作业方法

技术领域

本发明涉及农作物喷药机器人技术领域，尤其是涉及一种多功能自主喷药机器人装置、其的行驶控制方法及作业方法。

背景技术

截止到目前，在大田区域或者大型农场及果园环境下，主要采用的是高地隙喷雾机和航空喷雾机。其一般采取连续喷药的方式，作业效率高，可以大面积覆盖喷洒，但存在药物损失严重，空气污染等主要问题；现如今，我国农业的种植模式主要以分散式小农经济和个体经营果园及大棚为主，这种模式的特点是种植区域较为分散，并且种植范围较小，不适合大型喷雾机和航空喷雾机进行病虫害防治，因此农药的喷施方式仍然主要是以人工操作背负式为主，这就会导致作业效率低、需要大量的劳动力、药物喷洒不均及损失严重，更为严重的是损害劳动者的身体健康

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种多功能自主喷药机器人装置，可以兼顾使用于农田与果园两种场合，环境的适应能力更强，作业效率高，喷施精确，能节省农药使用量及减少环境污染，整体结构简单，运行可靠，使用方便。

根据本发明第一方面实施例的多功能自主喷药机器人装置，包括：

四驱电动底盘，所述四驱电动底盘包括四个电机车轮和安装支撑在所述四个所述电机车轮上的车架；

农田喷药执行机械臂，所述农田喷药执行机械臂安装在所述车架上，用于调节喷施高度和横向喷施距离；

果树喷药执行机械臂，所述果树喷药执行机械臂安装在所述车架上，用于调节喷施高度和喷施角度；

喷药组件，所述喷药组件包括安装在所述车架上的药水箱、固定在所述农田喷药执行机械臂上且用于喷出药水的第一喷管、固定在所述果树喷药执行机械臂上且用于喷出药水的第二喷管、以及用于将所述药水箱中的药水泵送至所述第一喷管和所述第二喷管的电动喷泵；

整车电气控制箱，所述整车电气控制箱控制所述四驱电动底盘、所述农田喷药执行机械臂和所述喷药组件共同协作运行，以实现对农田植株喷药；所述整车电气控制箱控制所述四驱电动底盘、所述果树喷药执行机械臂和所述喷药组件共同协作运行，以实现对果树喷药。

根据本发明第一方面实施例的多功能自主喷药机器人装置，具有如下的优势：第一、本发明第一方面实施例的多功能自主喷药机器人装置可以适用于农田与果园两种场合，特别地，可以适用于分散式小农经济和个体经营果园及大棚种植环境，相比于单一场景，适应能力更强。第二、农田喷药执行机械臂可以根据农田植株的长势调节喷施作业位置，如调节喷射高度和横向喷施距离，果树喷药执行机械臂可以根据果树的长势调节喷施作业位置，如调节喷射高度和喷射角度，因此，农田植株的喷施和果树的喷施更加的精确，在一定程度上节省了农药的使用量，对于环境的保护就有一定的作用。第三、采用四驱电动底盘可以使得本发明第一方面实施例的多功能自主喷药机器人装置转向方式更加的灵活，环境的适应能力更强。第四、装置结构简单，具有动作灵活，运行可靠，使用方便。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述车架可升降地支撑在四个所述电机车轮上。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述四驱电动底盘还包括四个举升推杆，四个所述举升推杆的上端分别与所述车架固定，四个所述举升推杆的下端分别与四个所述电机车轮一一对应地固定。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述四驱电动底盘还包括与每个所述电机车轮配套设置的车轮连接肋板、底盘安装连接件、防扭支撑内套筒和防扭支撑外套筒，其中，所述车轮连接肋板与所述电机车轮固定，所述底盘安装连接件与所述车架固定，所述举升推杆的下端和上端分别与所述车轮连接肋板和所述底盘安装连接件固定，所述防扭支撑内套筒套设在所述举升推杆的外周且所述防扭支撑内套筒的下端与所述车轮连接肋板固定，所述防扭支撑外套筒套设在所述防扭支撑内套筒的外周且所述防扭支撑外套筒的上端与所述车架固定，所述防扭支撑外套筒和所述防扭支撑内套筒之间可相对移动。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述四驱电动底盘还包括轮毂电机控制器，所述轮毂电机控制器分别与四个所述电机车轮电连接，用于控制四个所述电机车轮的前进、后退、转向、停车和行驶速度。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述车架的前侧均安装有用于检测障碍物的障碍物检测模块。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述车架或所述果树喷药执行机械臂上安装有用于检测植株高度的植株高度检测模块。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述车架上安装有导航定位模块，所述导航定位模块用于接收自身定位信息以及基站发送的数据信息进行差分处理，实现精准定位；所述车架上安装有遥控红外接收装置。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述农田喷药执行机械臂包括安装架和喷杆，所述安装架的一端与所述车架相连而形成悬臂式设置，所述喷杆可横向展开且可折叠地与所述安装架的另一端相连。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述安装架包括悬臂梁和安装梁，所述悬臂梁的一端与所述车架相连，所述悬臂梁的另一端与所述安装梁相连；所述喷杆包括顺次活动连接的第一喷杆、第二喷杆和第三喷杆，所述第二喷杆与所述安装梁固定；所述第一喷杆和所述第三喷杆分别通过第一伸缩推杆与所述安装梁相连；当所述第一伸缩推杆伸长时，所述第一喷杆和所述第三喷杆横向打开，当所述第一伸缩推杆收缩时，所述第一喷杆和所述第三喷杆向所述安装梁靠拢。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述悬臂梁的一端与所述车架之间的连接为活动连接；所述农田喷药执行机械臂还包括第二伸缩推杆，所述第二伸缩推杆的一端与所述车架相连且另一端与所述悬臂梁连接。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述农田喷药执行机械臂还包括加强件，所述加强件固定在所述悬臂梁与所述安装梁之间的连接处。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述果树喷药执行机械臂包括喷药执行机构，所述喷药执行机构可升降地支撑在所述车架上。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述果树喷药执行机械臂还包括升降推杆，所述升降推杆的下端与所述车架固定且上端与所述喷药执行机构的下端固定。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述喷药执行机构有两组，每组所述喷药执行机构包括喷药臂、舵机安装底板、旋转舵机和水管连接件；所述喷药臂的下端与所述升降推杆的上端固定，所述舵机安装底板固定在所述喷药臂的上端，所述旋转舵机固定在所述舵机安装底板上，所述水管连接件与所述旋转舵机相连；所述第二喷管固定在两组所述喷药执行机构的所述水管连接件上。

本发明第二方面还提出了一种如本发明第一方面实施例的多功能自主喷药机器人装置的行驶控制方法

根据本发明第二方面实施例的多功能自主喷药机器人装置的行驶控制方法，包括如下步骤：

系统经过初始化，进入作业模式选择，选择遥控模式或自主导航模式；

检测多功能自主喷药机器人装置行驶前方是否有障碍物；

如无障碍物，则选择前进模式，所述四驱电动底盘前进行驶作业；

若有障碍物，则根据检测到的障碍物的大小合理选择不同的避障模式，相应地，所述四驱电动底盘进行相应的避障动作。

根据本发明第二方面实施例的多功能自主喷药机器人装置的行驶控制方法，具有如下的优势：第一、可以适用于农田与果园两种场合，特别地，可以适用于分散式小农经济和个体经营果园及大棚种植环境，相比于单一场景，适应能力更强。第二、具有灵活的避障能力。第三、具有遥控和导航两种作业模式，可以根据不同的场景进行切换，改变了传统的人工背负式及人工驾驶植保机械作业的模式，减轻了农民的劳动强度，一定程度上防止了农民因药物中毒的现象的发生。第四、四驱电动底盘转向方式更加的灵活，环境的适应能力更强。第五、运行可靠，使用方便，所搭载的导航定位模块可以有效的监控机器人的运行状态。

根据本发明第二方面的一些实施例，所述遥控模式通过红外线接收模块接收信号；所述自主导航模式为：利用导航模块接收自身定位信息以及基站发送的数据信息进行差分处理，实现精准定位，并且在导航终端上位机显示位置及姿态数据，模拟所述多功能自主喷药机器人装置作业时的行驶轨迹。

根据本发明第二方面的一些实施例，所述不同的避障模式包括：

升降避障模式：当障碍物在所述四驱电动底盘的车架举升高度范围内时，可以通过车架的升高，跨过障碍物行驶作业；

小半径转向避障模式：当障碍物无法跨越时且较小时，通过小半径转向绕过障碍物行驶作业；

大半径转向避障模式：若障碍物较大，则以大半径转向绕过障碍物行驶作业；

停车模式：若障碍物很大无法跨越时，选择停车模式，结束作业。

本发明第三方面还提出了一种如本发明第一方面实施例的多功能自主喷药机器人装置的作业方法。

根据本发明第三方面实施例的所述多功能自主喷药机器人装置的作业方法，包括如下步骤：

系统经过初始化，进入作业场景选择，选择大田环境或果园环境；

当选择大田环境后，检测农田植株高度，控制农田喷药执行机械臂的喷施高度及横向喷施距离，利用第一喷管向农田喷药；

当选择果园环境后，检测果树高度，控制果树喷药执行机械臂的喷施高度及喷施角度，利用第二喷管向果树喷药。

根据本发明第三方面实施例的多功能自主喷药机器人装置的作业方法，具有如下的优势：第一、可以适用于农田与果园两种场合，特别地，可以适用于分散式小农经济和个体经营果园及大棚种植环境，相比于单一场景，适应能力更强。第二、可以根据农作物和果树的长势调节喷施作业位置，作物的喷施更加的精确，一定程度上节省了农药的使用量，对于环境的保护就有一定的作用。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明的多功能自主喷药机器人装置的一个方位的立体示意图。

图2为本发明的多功能自主喷药机器人装置的另一个方位的立体示意图。

图3为本发明的四驱电动底盘的局部结构示意图。

图4为图3中A处的透视图。

图5为本发明的农田喷药执行机械臂的结构示意图。

图6为本发明的果树喷药执行机械臂的结构示意图。

图7为图6中A处放大示意图。

图8为本发明的多功能自主喷药机器人装置的电路硬件模块图。

图9为本发明的多功能自主喷药机器人装置的模型图。

图10为本发明的多功能自主喷药机器人装置大半径转向模型图。

图11为本发明的多功能自主喷药机器人装置小半径转型模型图。

图12为本发明的多功能自主喷药机器人装置的四驱电动底盘行驶控制策略图。

图13为本发明的多功能自主喷药机器人装置的作业流程图。

附图标记：

四驱电动底盘1 电机车轮101 车架102 底盘1021 举升推杆103

车轮连接肋板104 底盘安装连接件105 防扭支撑内套筒106

防扭支撑外套筒107 农田喷药执行机械臂2 安装架201 悬臂梁2011

安装梁2012 喷杆202 第一喷杆2021 第二喷杆2022 第三喷杆2023

第一伸缩推杆203 第二伸缩推杆204 加强件205 果树喷药执行机械臂3

喷药执行机构301 喷药臂安装连接件3011 喷药臂3012 舵机安装底板3013

旋转舵机3014 水管连接件3015 升降推杆302 下连接板3021

上连接板3022 喷药组件4 药水箱401 第二喷管402 整车电气控制箱5

障碍物检测模块6 植株高度检测模块7 导航定位模块8

RTK导航设备801 移动定位板卡箱802

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明专利针对分散式小农经济和个体经营果园及大棚种植环境下得机械化、智能化水平不足、大型喷雾机械无法普及、作业时存在安全隐患等问题所设计的一种基于导航定位、集自动和遥控模式于一体的多功能自主喷药机器人装置，并设计了行驶控制控制方法及作业方法。

下面结合图1至图13来描述本发明实施例的多功能自主喷药机器人装置1000、其的行驶控制方法及作业方法。

如图1至图7所示，根据本发明第一方面实施例的多功能自主喷药机器人装置1000，包括四驱电动底盘1、农田喷药执行机械臂2、果树喷药执行机械臂3、喷药组件4和整车电气控制箱5。其中，四驱电动底盘1包括四个电机车轮101和安装支撑在四个电机车轮101上的车架102；农田喷药执行机械臂2安装在车架102上，农田喷药执行机械臂2用于调节喷施高度和横向喷施距离；果树喷药执行机械臂3安装在车架102上，果树喷药执行机械臂3用于调节喷施高度和喷施角度；喷药组件4包括安装在车架102上的药水箱401、固定在农田喷药执行机械臂2上且用于喷出药水的第一喷管(图中未示出)、固定在果树喷药执行机械臂3上且用于喷出药水的第二喷管402、以及用于将药水箱401中的药水泵送至第一喷管和第二喷管402的电动喷泵；整车电气控制箱5控制四驱电动底盘1、农田喷药执行机械臂2和喷药组件4共同协作运行，以实现对农田植株喷药；整车电气控制箱5控制四驱电动底盘1、果树喷药执行机械臂3和喷药组件4 共同协作运行，以实现对果树喷药。

具体而言，四驱电动底盘1包括四个电机车轮101和安装支撑在四个电机车轮101上的车架102。可以理解的是，采用四个电机车轮101，能够省略大量传动部件，可以让四驱电动底盘1结构变得非常简单，且由于单个电机车轮101具备独立驱动的特性，能够使四驱电动底盘1实现前进、后退、小半径转向、大半径转向等功能。车架102可以带有底盘1021，底盘1021支撑在四个电机车轮101上，车架102为各功能部件如农田喷药执行机械臂2、果树喷药执行机械臂3、喷药组件4和整车电气控制箱5等提供安装和支撑。

农田喷药执行机械臂2安装在车架102上，这样，农田喷药执行机械臂2可以跟随四驱电动底盘1的行驶而移动。农田喷药执行机械臂2用于调节喷施高度和横向喷施距离，也就是说，农田喷药执行机械臂2可以根据农田植株的高度来调节喷施高度，可以提高喷施效率，减少喷出药物的损失及喷出药物对空气环境的污染，农田喷药执行机械臂2根据农田植株覆盖的宽度实际情况来调整横向喷施距离，减少喷出药物的损失及喷出药物对空气环境的污染。

果树喷药执行机械臂3安装在车架102上，这样，果树喷药执行机械臂3可以跟随四驱电动底盘1的行驶而移动。果树喷药执行机械臂3用于调节喷施高度和喷施角度，有利于扩大对果树的喷施面积与范围。

喷药组件4包括安装在车架102上的药水箱401、固定在农田喷药执行机械臂2上且用于喷出药水的第一喷管、固定在果树喷药执行机械臂3上且用于喷出药水的第二喷管402、以及用于将药水箱401中的药水泵送至第一喷管和第二喷管402的电动喷泵。可以理解的是，药水箱401用于储存药水。第一喷管固定在农田喷药执行机械臂2上，适用于对农田植株进行喷药，第一喷管的侧壁上沿第一喷管的长度方向排布多个喷口，有利于提高喷施范围和喷施效率；同样，第二喷管402固定在果树喷药执行机械臂3上，适用于对果树进行喷药，第二喷管402的侧壁上沿第二喷管402的长度方向排布多个喷口，有利于提高喷施范围和喷施效率。电动喷泵的作用主要是将药水箱401中的药水泵送至第一喷管和第二喷管402，当需要对农田植株喷药时，电动喷泵将药水箱401中的药水输送给第一喷管；当需要对果树喷药时，电动喷泵将药水箱401中的药水输送给第二喷管402；具体地，电动喷泵可以有两个，其中一个电动喷泵为第一电动喷泵，第一电动喷泵与第一喷管配套使用，用于将药水箱401中的药水泵送至第一喷管，其中另一个电动喷泵为第二电动喷泵，第二电动喷泵与第二喷管402配套使用，用于将药水箱401 中的药水泵送至第二喷管402；当然电动喷泵也可以只有一个，该一个电动喷泵与三通控制阀配合使用，三通控制阀可以实现根据实际需要切换地向第一喷管输送要输药水或向第二喷管402输送药水。

整车电气控制箱5控制四驱电动底盘1、农田喷药执行机械臂2和喷药组件4共同协作运行，以实现对农田植株喷药。也就是说，当需要对农田植株喷药时，整车电气控制箱5可以控制四驱电动底盘1的行驶、可以控制农田喷药执行机械臂2的横向喷施距离以及根据农田植株的高度控制农田喷药执行机械臂2的喷施高度、可以控制喷药组件 4使得药水从第一喷管喷出，从而可以提高喷施效率，减少喷出药物的损失及喷出药物对空气环境的污染。

整车电气控制箱5控制四驱电动底盘1、果树喷药执行机械臂3和喷药组件4共同协作运行，以实现对果树喷药。也就是说，当需要对果树喷药时，整车电气控制箱5可以控制四驱电动底盘1的行驶、可以控制果树喷药执行机械臂3的喷施高度和喷施角度，有利于扩大对果树的喷施面积与范围，从而可以提高喷施效率，减少喷出药物的损失及喷出药物对空气环境的污染。

根据本发明第一方面实施例的多功能自主喷药机器人装置1000，具有如下的优势：第一、本发明第一方面实施例的多功能自主喷药机器人装置1000可以适用于农田与果园两种场合，特别地，可以适用于分散式小农经济和个体经营果园及大棚种植环境，相比于单一场景，适应能力更强。第二、农田喷药执行机械臂2可以根据农田植株的长势调节喷施作业位置，如调节喷射高度和横向喷施距离，果树喷药执行机械臂3可以根据果树的长势调节喷施作业位置，如调节喷射高度和喷射角度，因此，农田植株的喷施和果树的喷施更加的精确，在一定程度上节省了农药的使用量，对于环境的保护就有一定的作用。第三、采用四驱电动底盘1可以使得本发明第一方面实施例的多功能自主喷药机器人装置1000转向方式更加的灵活，环境的适应能力更强。第四、装置结构简单，具有动作灵活，运行可靠，使用方便。

根据本发明第一方面的一些实施例，车架102可升降地支撑在四个电机车轮101上。这样，一方面，可以根据植株高度来调节支架的高度，使得喷施更加精确，另一方面，当遇到障碍物时，若障碍物在四驱电动底盘1的车架102举升高度范围内时，可以在不通过紧急制动或者转向的方式而通过升高车架102，轻松跨过障碍物行驶作业。

如图3和图4所示，根据本发明第一方面的一些实施例，四驱电动底盘1还包括四个举升推杆103，四个举升推杆103的上端分别与车架102固定，四个举升推杆103的下端分别与四个电机车轮101一一对应地固定。也就是说，通过设置举升推杆103可以实现车架102的自动升降功能，可选的，举升推杆103可以采用电动推杆。

根据本发明第一方面的一些实施例，四驱电动底盘1还包括与每个电机车轮101配套设置的车轮连接肋板104、底盘安装连接件105、防扭支撑内套筒106和防扭支撑外套筒107，其中，车轮连接肋板104与电机车轮101固定，底盘安装连接件105与车架 102固定，举升推杆103的下端和上端分别与车轮连接肋板104和底盘安装连接件105 固定，防扭支撑内套筒106套设在举升推杆103的外周且防扭支撑内套筒106的下端与车轮连接肋板104固定，防扭支撑外套筒107套设在防扭支撑内套筒106的外周且防扭支撑外套筒107的上端与车架102固定，防扭支撑外套筒107和防扭支撑内套筒106之间可相对移动，防扭支撑外套筒107和防扭支撑内套筒106的作用是防止在转向过程中因扭矩过大而破坏四驱电动底盘1的举升推杆103，从而有利于提高四驱电动底盘1的使用寿命。

根据本发明第一方面的一些实施例，四驱电动底盘1还包括轮毂电机控制器，轮毂电机控制器分别与四个电机车轮101电连接，用于控制四个电机车轮101的前进、后退、转向、停车和行驶速度。

如图1和图2所示，根据本发明第一方面的一些实施例，车架102的前后安装有用于检测障碍物的障碍物检测模块6。通过设置障碍物检测模块6，可以检测多功能自主喷药机器人装置1000行驶前方是否有障碍物。可选的，障碍物检测模块6可以为避障传感器。

根据本发明第一方面的一些实施例，车架102上或果树喷药执行机械臂3(如图2和图6所示)上安装有用于检测植株高度的植株高度检测模块7。通过设置植株高度检测模块7，可以检测出喷施植株的高度，以便农田喷药执行机械臂2或果树喷药执行机械臂3调节喷施高度。

根据本发明第一方面的一些实施例，车架102上安装有导航定位模块8，导航定位模块8用于接收自身定位信息以及基站发送的数据信息进行差分处理，实现精准定位。具体地，导航定位模块8包括RTK导航设备801、移动定位板卡箱802，RTK导航设备 801可以接收自身定位信息以及基站发送的数据信息，移动定位板卡箱802可以根据该自身定位信息和数据信息进行差分处理，实现厘米级的精准定位，对多功能自主喷药机器人装置1000实现位置及姿态信息的检测并且在上位机终端监控系统中显示，实现多功能自主喷药机器人装置1000的自主作业模式，从而改变了传统的人工背负式及人工驾驶植保机械作业的模式，减轻了农民的劳动强度，一定程度上防止了农民因药物中毒的现象的发生。

车架102上安装有遥控红外接收装置，可以实现多功能自主喷药机器人装置1000的遥控模式作业，从而改变了传统的人工背负式及人工驾驶植保机械作业的模式，减轻了农民的劳动强度，一定程度上防止了农民因药物中毒的现象的发生。

如图1和图2及图5所示，根据本发明第一方面的一些实施例，农田喷药执行机械臂2包括安装架201和喷杆202，安装架201的一端与车架102相连而形成悬臂式设置，喷杆202可横向展开且可折叠地与安装架201的另一端相连。可以理解的是，喷杆202 通过安装架201与车架102相连。喷杆202用于固定第一喷管，第一喷管的侧壁在第一喷管长度方向上具有多个喷口，第一喷管固定在喷杆202上时，第一喷管的长度方向与喷杆202的长度方向一致。当需要对农田植株喷药时，喷杆202横向展开，第一喷管也跟随展开，扩大了横向喷施距离，可以大大地提高喷施作业效率。当不需要对农田植株喷药时，喷杆202可以折叠收回，有效节省空间大小，避免喷杆202损坏，有利于提高多功能自主喷药机器人装置1000的使用寿命。

根据本发明第一方面的一些实施例，安装架201包括悬臂梁2011和安装梁2012，悬臂梁2011的一端与车架102相连，悬臂梁2011的另一端与安装梁2012相连；喷杆 202包括顺次活动连接的第一喷杆2021、第二喷杆2022和第三喷杆2023，第二喷杆2022 与安装梁2012固定；第一喷杆2021和第三喷杆2023分别通过第一伸缩推杆203与安装梁2012相连；当第一伸缩推杆203伸长时，第一喷杆2021和第三喷杆2023横向打开，当第一伸缩推杆203收缩时，第一喷杆2021和第三喷杆2023向安装梁2012靠拢。由此，实现了喷杆202的横向展开和可折叠功能。

第一伸缩推杆203可以采用电动推杆，但不限于此。

根据本发明第一方面的一些实施例，悬臂梁2011的一端与车架102之间的连接为活动连接；农田喷药执行机械臂2还包括第二伸缩推杆204，第二伸缩推杆204的一端与车架102相连且另一端与悬臂梁2011连接。通过第二伸缩推杆204的伸缩运动，可以使得悬臂梁2011的另一端可绕悬臂梁2011与车架102之间的连接部位上下转动，从而带动喷杆202上升和下降，实现了农田喷药执行机械臂2的喷施高度调节的功能。

第二伸缩推杆204可以采用电动推杆，但不限于此。

根据本发明第一方面的一些实施例，农田喷药执行机械臂2还包括加强件205，加强件205分布固定在悬臂梁2011与安装梁2012之间的连接处，用于以及分布固定在安装梁2012与第二喷杆2022之间的连接处。安装架201和加强件205的作用是增强农田喷药执行机械臂2的可靠性和使用寿命。

如图1和图2、图6和图7所示，根据本发明第一方面的一些实施例，果树喷药执行机械臂3包括喷药执行机构301，喷药执行机构301可升降地支撑在车架102上。喷药执行机构301用于固定第二喷管402，喷药执行机构301的高度可调，可以实现对果树的精准喷施，有利于扩大对果树的喷施面积与范围，从而可以提高喷施效率，减少喷出药物的损失及喷出药物对空气环境的污染。

根据本发明第一方面的一些实施例，果树喷药执行机械臂3还包括升降推杆302，升降推杆302的下端与车架102固定且上端与喷药执行机构301的下端固定。通过设置升降推杆302，能够调节喷药执行机构301的高度，从而实现果树喷药执行机械臂3的喷施高度可调。

需要说明明的是，升降推杆302可以采用电动推杆，但不限于此。升降推杆302的下端设有下连接板3021，下连接板3021与车架102固定；升降推杆302的上端设有上连接板3022，喷药执行机构301的下端设有喷药臂安装连接件3011，上连接板3022与喷药臂安装连接件3011固定。

根据本发明第一方面的一些实施例，喷药执行机构301有两组，每组喷药执行机构301包括喷药臂3012、舵机安装底板3013、旋转舵机3014、水管连接件3015；舵机安装底板3013固定在喷药臂3012的上端，旋转舵机3014固定在舵机安装底板3013上，水管连接件3015与旋转舵机3014相连；第二喷管402固定在两组喷药执行机构301的水管连接件3015上。可以理解的是，第二喷管402的侧壁上沿第二喷管402长度方向上具有多个喷口，第二喷管402固定在两个间隔开的水管连接件3015上。当需要对果树喷药时，两个旋转舵机3014可以分别驱动对应的两个水管连接件3015旋转，从而带动第二喷管402转动，实现了果树喷药执行机械臂3的喷施角度的调节，有利于扩大对果树的喷施面积与范围，从而可以提高喷施效率，减少喷出药物的损失及喷出药物对空气环境的污染。也就是说，喷药执行机构301执行喷药动作的同时，旋转舵机3014在角度上控制喷施范围。

如图8和图12所示，本发明第二方面还提出了一种用于本发明第一方面实施例的多功能自主喷药机器人装置1000的行驶控制方法。

根据本发明第二方面实施例的多功能自主喷药机器人装置1000的行驶控制方法，包括如下步骤：

如图12所示，系统经过初始化，进入作业模式选择，选择遥控模式或自主导航模式。具体地，如图8所示，多功能自主喷药机器人装置1000上设置遥控红外接收模块，通过遥控红外接收模块接收信号并将接收的信号输送给整车电气控制箱5中的总控制器如STM32F4控制器，总控制器进入遥控模式作业；多功能自主喷药机器人装置1000上设置有导航定位模块8如RTK导航模块801和移动定位板卡箱802，RTK导航设备801 可以接收自身定位信息以及基站发送的数据信息，移动定位板卡箱802可以根据该自身定位信息和数据信息进行差分处理，实现厘米级的精准定位，对多功能自主喷药机器人装置1000实现位置及姿态信息的检测并且在上位机终端监控系统中显示，模拟多功能自主喷药机器人装置1000作业时的行驶轨迹，实现多功能自主喷药机器人装置1000的自主作业模式。通过选择遥控模式作业或自主导航模式作业，均可以改变了传统的人工背负式及人工驾驶植保机械作业的模式，减轻了农民的劳动强度，一定程度上防止了农民因药物中毒的现象的发生。

如图12所示，检测多功能自主喷药机器人装置1000行驶前方是否有障碍物；如无障碍物，则选择前进模式，相应地，四驱电动底盘1前进行驶作业；若有障碍物，则根据检测到的障碍物的大小合理选择不同的避障模式，相应地，四驱电动底盘1进行相应的避障动作。

具体地，如1和图2、图8所示，多功能自主喷药机器人装置1000上的车架102 的前侧安装有用于检测障碍物的障碍物检测模块6，该障碍物检测模块6可以对多功能自主喷药机器人装置1000行驶前方是否有障碍物检测，并将检测信息传输给整车电气控制箱5中的总控制器如STM32F4控制器，以判断障碍物的有无以及障碍物的大小，并合理地选择执行动作模式。如无障碍物，总控制器将选择前进模式，通过底盘控制模块控制多功能自主喷药机器人装置1000前进行驶，同时通过控制执行机构控制模块执行相应的喷施作业。若有障碍物，总控制器则根据检测到的障碍物的大小合理选择不同的避障模式，不同的避障模式包括升降避障模式、小半径转向避障模式、大半径转向避障模式和停车模式。其中，升降避障模式为：当障碍物在四驱电动底盘1的车架102举升高度范围内时，总控制器可以通过底盘控制模块控制车架102升高，直接跨过障碍物行驶作业。小半径转向避障模式为：当障碍物无法跨越时且较小时，总控制器通过底盘控制模块控制多功能自主喷药机器人装置1000小半径转向绕过障碍物行驶，同时通过控制执行机构控制模块执行相应的喷施作业。大半径转向避障模式为：若障碍物较大，总控制器通过底盘控制模块控制多功能自主喷药机器人装置1000以大半径转向绕过障碍物行驶，同时通过控制执行机构控制模块执行相应的喷施作业。停车模式为：若障碍物很大无法跨越时，总控制器通过底盘控制模块控制多功能自主喷药机器人装置1000停车，同时，通过控制执行机构控制模块结束作业。

如图9至图11所示，下面针对大半径转向和小半径转向的工作原理作具体说明。多功能自主喷药机器人装置1000所采取的转向方式是滑移转向，如图9为建立的多功能自主喷药机器人模型图。滑移转向的原理是，控制四个轮毂电机的不同转速达到转向的目的，这就要求机器人的轮距B大于轴距L，当左侧轮毂电机与右侧轮毂电机同时正转，且 Vx1＝Vx2＝Vx3＝Vx4时，机器人前进；当Vx1＝Vx4<Vx2＝Vx3，机器人大半径转向，如图10所示；当左侧轮毂电机与右侧轮毂电机同时反转，且Vx1＝Vx2＝Vx3＝Vx4时，机器人后退；当左侧轮毂电机反转，右侧轮毂电机正转，且|Vx1|＝|Vx2|<Vx3＝Vx4时，机器人小半径转向，如图11所示；极限状态下，|Vx1|＝|Vx2|＝Vx3＝Vx4,左侧轮毂电机转速和右侧轮毂电机转速相等但是方向相反，此时机器人从理论上可以达到原地转向状态。

根据本发明第二方面实施例的多功能自主喷药机器人装置1000的行驶控制方法，具有如下的优势：第一、可以适用于农田与果园两种场合，特别地，可以适用于分散式小农经济和个体经营果园及大棚种植环境，相比于单一场景，适应能力更强。第二、具有灵活的避障能力。第三、具有遥控和导航两种作业模式，可以根据不同的场景进行切换，改变了传统的人工背负式及人工驾驶植保机械作业的模式，减轻了农民的劳动强度，一定程度上防止了农民因药物中毒的现象的发生。第四、四驱电动底盘1转向方式更加的灵活，环境的适应能力更强。第五、运行可靠，使用方便，所搭载的导航定位模块8 可以有效的监控机器人的运行状态。

如图13所示，本发明第三方面还提出了一种用于本发明第一方面实施例的多功能自主喷药机器人装置1000的作业方法。

根据本发明第三方面实施例的多功能自主喷药机器人装置1000的作业方法，包括如下步骤：

系统经过初始化，进入作业场景选择，选择大田环境或果园环境。

当选择大田环境后，检测农田植株高度，控制农田喷药执行机械臂2的喷施高度及横向喷施距离，利用第一喷管向农田喷药。

当选择果园环境后，检测果树高度，控制果树喷药执行机械臂3的喷施高度及喷施角度，利用第二喷管402向果树喷药。

例如，具体地，多功能自主喷药机器人装置1000在工作时，有两种作业环境可以选择，一是大田环境：针对大田环境，在工作过程中，首先，利用植株高度检测模块7 如超声波传感器检测农田植株的高度信息，整车电气控制箱5通过控制第二伸缩推杆 204来控制农田喷药执行机械臂2的喷施高度；其次，整车电气控制箱5控制农田喷药机械臂的第一伸缩推杆203将机械臂第一推杆和机械臂第三推杆打开，合理的控制喷施的横向范围，工作结束以后，第一推杆和机械臂第三推杆折叠收回。二是果园环境：针对果园环境，在工作时，首先，利用植株高度检测模块7如超声波传感器识别可喷植株的位置，然后，整车电气控制箱5通过控制升降推杆302来控制喷药执行机构301的喷施行程，最后，通过喷药执行机构301中的旋转舵机3014控制喷施角度，覆盖更大的喷施面积，并且采取间接喷施的方式有效的避免了农药浪费。

根据本发明第三方面实施例的多功能自主喷药机器人装置1000的作业方法，具有如下的优势：第一、可以适用于农田与果园两种场合，特别地，可以适用于分散式小农经济和个体经营果园及大棚种植环境，相比于单一场景，适应能力更强。第二、可以根据农作物和果树的长势调节喷施作业位置，作物的喷施更加的精确，一定程度上节省了农药的使用量，对于环境的保护就有一定的作用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (19)

1.一种多功能自主喷药机器人装置，其特征在于，包括：

四驱电动底盘，所述四驱电动底盘包括四个电机车轮和安装支撑在所述四个所述电机车轮上的车架；

农田喷药执行机械臂，所述农田喷药执行机械臂安装在所述车架上，用于调节喷施高度和横向喷施距离；

果树喷药执行机械臂，所述果树喷药执行机械臂安装在所述车架上，用于调节喷施高度和喷施角度；

喷药组件，所述喷药组件包括安装在所述车架上的药水箱、固定在所述农田喷药执行机械臂上且用于喷出药水的第一喷管、固定在所述果树喷药执行机械臂上且用于喷出药水的第二喷管、以及用于将所述药水箱中的药水泵送至所述第一喷管和所述第二喷管的电动喷泵；

整车电气控制箱，所述整车电气控制箱控制所述四驱电动底盘、所述农田喷药执行机械臂和所述喷药组件共同协作运行，以实现对农田植株喷药；所述整车电气控制箱控制所述四驱电动底盘、所述果树喷药执行机械臂和所述喷药组件共同协作运行，以实现对果树喷药。

2.根据权利要求1所述的多功能自主喷药机器人装置，其特征在于，所述车架可升降地支撑在四个所述电机车轮上。

3.根据权利要求2所述的多功能自主喷药机器人装置，其特征在于，所述四驱电动底盘还包括四个举升推杆，四个所述举升推杆的上端分别与所述车架固定，四个所述举升推杆的下端分别与四个所述电机车轮一一对应地固定。

4.根据权利要求3所述的多功能自主喷药机器人装置，其特征在于，所述四驱电动底盘还包括与每个所述电机车轮配套设置的车轮连接肋板、底盘安装连接件、防扭支撑内套筒和防扭支撑外套筒，其中，所述车轮连接肋板与所述电机车轮固定，所述底盘安装连接件与所述车架固定，所述举升推杆的下端和上端分别与所述车轮连接肋板和所述底盘安装连接件固定，所述防扭支撑内套筒套设在所述举升推杆的外周且所述防扭支撑内套筒的下端与所述车轮连接肋板固定，所述防扭支撑外套筒套设在所述防扭支撑内套筒的外周且所述防扭支撑外套筒的上端与所述车架固定，所述防扭支撑外套筒和所述防扭支撑内套筒之间可相对移动。

5.根据权利要求2所述的多功能自主喷药机器人装置，其特征在于，所述四驱电动底盘还包括轮毂电机控制器，所述轮毂电机控制器分别与四个所述电机车轮电连接，用于控制四个所述电机车轮的前进、后退、转向、停车和行驶速度。

6.根据权利要求2所述的多功能自主喷药机器人装置，其特征在于，所述车架的前侧均安装有用于检测障碍物的障碍物检测模块。

7.根据权利要求2所述的多功能自主喷药机器人装置，其特征在于，所述车架或所述果树喷药执行机械臂上安装有用于检测植株高度的植株高度检测模块。

8.根据权利要求2所述的多功能自主喷药机器人装置，其特征在于，所述车架上安装有导航定位模块，所述导航定位模块用于接收自身定位信息以及基站发送的数据信息进行差分处理，实现精准定位；所述车架上安装有遥控红外接收装置。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的多功能自主喷药机器人装置，其特征在于，所述农田喷药执行机械臂包括安装架和喷杆，所述安装架的一端与所述车架相连而形成悬臂式设置，所述喷杆可横向展开且可折叠地与所述安装架的另一端相连。

10.根据权利要求9所述的多功能自主喷药机器人装置，其特征在于，所述安装架包括悬臂梁和安装梁，所述悬臂梁的一端与所述车架相连，所述悬臂梁的另一端与所述安装梁相连；所述喷杆包括顺次活动连接的第一喷杆、第二喷杆和第三喷杆，所述第二喷杆与所述安装梁固定；所述第一喷杆和所述第三喷杆分别通过第一伸缩推杆与所述安装梁相连；当所述第一伸缩推杆伸长时，所述第一喷杆和所述第三喷杆横向打开，当所述第一伸缩推杆收缩时，所述第一喷杆和所述第三喷杆向所述安装梁靠拢。

11.根据权利要求10所述的多功能自主喷药机器人装置，其特征在于，所述悬臂梁的一端与所述车架之间的连接为活动连接；所述农田喷药执行机械臂还包括第二伸缩推杆，所述第二伸缩推杆的一端与所述车架相连且另一端与所述悬臂梁连接。

12.根据权利要求11所述的多功能自主喷药机器人装置，其特征在于，所述农田喷药执行机械臂还包括加强件，所述加强件固定在所述悬臂梁与所述安装梁之间的连接处。

13.根据权利要求1-8中任意一项所述的多功能自主喷药机器人装置，其特征在于，所述果树喷药执行机械臂包括喷药执行机构，所述喷药执行机构可升降地支撑在所述车架上。

14.根据权利要求13所述的多功能自主喷药机器人装置，其特征在于，所述果树喷药执行机械臂还包括升降推杆，所述升降推杆的下端与所述车架固定且上端与所述喷药执行机构的下端固定。

15.根据权利要求14所述的多功能自主喷药机器人装置，其特征在于，所述喷药执行机构有两组，每组所述喷药执行机构包括喷药臂、舵机安装底板、旋转舵机和水管连接件；所述喷药臂的下端与所述升降推杆的上端固定，所述舵机安装底板固定在所述喷药臂的上端，所述旋转舵机固定在所述舵机安装底板上，所述水管连接件与所述旋转舵机相连；所述第二喷管固定在两组所述喷药执行机构的所述水管连接件上。

16.一种用于如权利要求1-15中任意一项所述的多功能自主喷药机器人装置的行驶控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

系统经过初始化，进入作业模式选择，选择遥控模式或自主导航模式；

检测多功能自主喷药机器人装置行驶前方是否有障碍物；

如无障碍物，则选择前进模式，所述四驱电动底盘前进行驶作业；

若有障碍物，则根据检测到的障碍物的大小合理选择不同的避障模式，相应地，所述四驱电动底盘进行相应的避障动作。

17.根据权利要求16所述的多功能自主喷药机器人装置的行驶控制方法，其特征在于，所述遥控模式通过红外线接收模块接收信号；所述自主导航模式为：利用导航模块接收自身定位信息以及基站发送的数据信息进行差分处理，实现精准定位，并且在导航终端上位机显示位置及姿态数据，模拟所述多功能自主喷药机器人装置作业时的行驶轨迹。

18.根据权利要求16所述的多功能自主喷药机器人装置的行驶控制方法，其特征在于，所述不同的避障模式包括：

升降避障模式：当障碍物在所述四驱电动底盘的车架举升高度范围内时，可以通过车架的升高，跨过障碍物行驶作业；

小半径转向避障模式：当障碍物无法跨越时且较小时，通过小半径转向绕过障碍物行驶作业；

大半径转向避障模式：若障碍物较大，则以大半径转向绕过障碍物行驶作业；

停车模式：若障碍物很大无法跨越时，选择停车模式，结束作业。

19.一种用于如权利要求1-15中任意一项所述的多功能自主喷药机器人装置的作业方法，其特征在于，包括如下步骤：

系统经过初始化，进入作业场景选择，选择大田环境或果园环境；

当选择大田环境后，检测农田植株高度，控制农田喷药执行机械臂的喷施高度及横向喷施距离，利用第一喷管向农田喷药；

当选择果园环境后，检测果树高度，控制果树喷药执行机械臂的喷施高度及喷施角度，利用第二喷管向果树喷药。

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