CN114711124A - 一种果园智能机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种果园智能机器人，农业机械领域，包括控制器、接收器、避障系统、动力系统、洒水装置、喷药装置和施肥装置，所述接收器和避障系统与控制器连接，所述控制器与动力系统、洒水装置、喷药装置和施肥装置连接，所述接收器还与外部遥控器无线连接，通过在设计中采用PWM控制H桥驱动机器人电机，能使电机功率充足，损耗小。用单片机、传感器技术控制机器人的避障和液位、水位报警，采用网络通讯功能实现洒水、喷药、施肥自动果园管理。洒水、喷药和施肥三大主功能采用同一个喷水管和喷水口，设置机械装置使得洒水、喷药和施肥同时最多只有一个能流通，避免了干涉扰乱的问题。
Description
技术领域
本发明涉及农业机械领域，具体涉及一种果园智能机器人。
背景技术
农业机器人的出现和应用，极大的改变了传统耕作模式，提高农业机械智能化程度，不仅能够提高效率。还能减少季节性和品种性的制约，现有的智能机器人操控性比较差，而且功能比较单一，增加功能则需要考虑干涉的问题。例如在喷药的同时洒水，容易导致药性流失等等。
瞄准现有农业机器人功能单一，智能程度低,这两点设计出一款多功能、智能化操作性强，体积小成本低的智能果园机器人。
发明内容
本发明的目的在于提供一种果园智能机器人，通过在设计中采用PWM控制H桥驱动机器人电机，其优点是PWM输入信号的占空比与电源电压VM的乘积为等效平均施加电压，能使电机功率充足，损耗小，快速实现电机正传——停止——反转——停止的变化过程。用单片机、传感器技术控制机器人的避障和液位、水位报警，采用网络通讯功能实现洒水、喷药、施肥自动果园管理。洒水、喷药和施肥三大主功能采用同一个喷水管和喷水口，设置机械装置使得洒水、喷药和施肥同时最多只有一个能流通，避免了干涉扰乱的问题。
一种果园智能机器人，其特征在于，包括控制器、接收器、避障系统、动力系统、洒水装置、喷药装置和施肥装置，所述接收器和避障系统与控制器连接，所述控制器与动力系统、洒水装置、喷药装置和施肥装置连接，所述接收器还与外部遥控器无线连接；
上述智能机器人的遥控方法为：
首先，所述遥控器发出指令信号后通过编码电路SC2262进行8位4态编码，组成Z地址和数据D位从17脚输出；
然后，输出的编码信号经过三极管Q1和三极管Q2进行功率放大后通过天线发射；
再然后，接收器接收到天线发射的高频ASK数据D位信号后，经过SYN531R组成的集成接收机电路分频解调、脉宽调制，并将处理好的信号经过解码处理后传送给控制器；
最后，控制器经过总线通讯和内部信号处理，将各项数据变成数字信号用于控制动力系统、洒水装置、喷药装置和施肥装置。
优选的，改变编码电路SC2262中的OSC1引脚和OSC2引脚之间的电阻R5的阻值，能够调节电路的震荡频率。
优选的，所述接收器主电路是由SYN531R组成的集成接收机电路，工作频率在300MHZ—400MHZ之间，接收灵敏度-109dBm，所述控制器为STC11F04单片机，所述避障系统采用型号为HC—SRF05的超声波测距模块。
优选的，所述水装置包括水箱、水泵和洒水管，所述喷药装置包括药水箱、水泵和药水管，所述施肥装置包括肥水箱、水泵和肥水管，所述洒水管、药水管和肥水管通过切换连接盘与喷水管连接。
优选的，所述连接盘外圈设有外厚边，所述连接盘上设有一个连通口，所述连接盘与摩擦轮连接，所述摩擦轮连接在切换电机的输出轴上，所述洒水管、药水管和肥水管上各设有一个电磁锁，所述外厚边上设有一个与电磁锁相配合的锁孔。
优选的，所述电磁锁内设有锁杆，所述锁杆滑动连接在电磁线圈中，且锁杆的内端固定连接有金属盘，所述金属盘与电磁线圈之间连接有弹簧。
优选的，智能机器人内还设有电源模块，所述电源模块包括锂电池和太阳能电池板，所述太阳能电池板与锂电池连接，所述锂电池通过稳压源为整个智能机器人供电。
优选的，所述洒水箱、药水箱和肥水箱都设有液位传感器，液位传感器与控制器连接，控制器还与报警器连接。
本发明的优点在于：通过在设计中采用PWM控制H桥驱动机器人电机，其优点是PWM输入信号的占空比与电源电压VM的乘积为等效平均施加电压，能使电机功率充足，损耗小，快速实现电机正传——停止——反转——停止的变化过程。用单片机、传感器技术控制机器人的避障和液位、水位报警，采用网络通讯功能实现洒水、喷药、施肥自动果园管理。洒水、喷药和施肥三大主功能采用同一个喷水管和喷水口，设置机械装置使得洒水、喷药和施肥同时最多只有一个能流通，避免了干涉扰乱的问题。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明中遥控器的原理示意图；
图3为本发明中接收机的原理示意图；
图4为本发明的解码原理示意图；
图5为本发明的电源原理示意图；
图6为本发明装置中洒水、喷药和施肥管路与喷水管的连接结构示意图；
图7为本发明装置中切换连接盘部分的结构示意图；
图8为本发明装置中电磁锁的结构示意图；
图9为本发明的工作流程图；
其中，101、切换连接盘，102、洒水管，103、药水管，104、肥水管，105、喷水管，106、电磁锁，107、切换电机，108、摩擦轮，111、外厚边，112、连通口，113、锁孔，114、锁杆，115、金属盘，116、电磁线圈，117、弹簧。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图9所示，本发明包括控制器、接收器、避障系统、动力系统、洒水装置、喷药装置和施肥装置，所述接收器和避障系统与控制器连接，所述控制器与动力系统、洒水装置、喷药装置和施肥装置连接，所述接收器还与外部遥控器无线连接；
机器人遥控器发出运行、关闭报警、喷药、施肥等信号通过编码电路SC2262进行8位4态编码组成Z地址和数据D位从17脚(Dout)输出给三极管Q1、Q2对管功率放大通过天线发射，改变OSC1—OSC2之间电阻R5的阻值可调节电路的震荡频率如(图1)所示：
由SYN531R组成的集成接收机电路，工作频率在300MHZ——400MHZ之间，接收灵敏度-109dBm。当接收到天线发射的高频ASK数据D位信号经过SYN531R组成的集成接收机电路如(图2)所示。内部接收分频解调、脉宽调制后的信号经过解码处理由物联网网络传送给单片机11F04。再经过单片机总线通讯和内部信号处理各项数据变成数字信号控制机器人通过网络传输听从遥控器操作完成果园作业系统流程图如(图3)所示。
其中，为了防止洒水、喷药和施肥操作互相干涉，甚至同时进行。设置了相应的机械结构避免，具体的所述洒水装置包括水箱、水泵和洒水管102，所述喷药装置包括药水箱、水泵和药水管103，所述施肥装置包括肥水箱、水泵和肥水管104，所述洒水管102、药水管103和肥水管104通过切换连接盘101与喷水管105连接。所述连接盘101外圈设有外厚边111，所述连接盘101上设有一个连通口112，所述连接盘101与摩擦轮108连接，所述摩擦轮108连接在切换电机107的输出轴上，所述洒水管102、药水管103和肥水管104上各设有一个电磁锁106，所述外厚边111上设有一个与电磁锁106相配合的锁孔113。所述电磁锁106内设有锁杆114，所述锁杆114滑动连接在电磁线圈116中，且锁杆114的内端固定连接有金属盘115，所述金属盘115与电磁线圈116之间连接有弹簧117。
因此，但启动命令时，例如命令喷药，此时药水管103上的电磁锁106启动，锁杆114受电磁力下落，而另外两个电磁锁106关闭，锁杆114受弹簧117的弹力复位。同时，切换电机107启动，驱动摩擦轮108转动一圈后自动停止，摩擦轮108转动过程中，会靠摩擦力带着切换连接盘101转动，连接盘101转动过程中，当连通口112转到药水管103位置时，此时锁孔113也转动到药水管103上的电磁锁106的锁杆114正下方，因此该锁杆114会落入到锁孔113中，将连接盘101锁死，使得药水管103与喷水管105连通(且仅有药水管103与喷水管105连通)。
智能机器人内还设有电源模块，所述电源模块包括锂电池和太阳能电池板，所述太阳能电池板与锂电池连接，所述锂电池通过稳压源为整个智能机器人供电。
所述洒水箱、药水箱和肥水箱都设有液位传感器，液位传感器与控制器连接，控制器还与报警器连接。
当相应的水箱中的液位传感器检测到水面后，会通过控制器控制报警器报警，提醒用户需要添加相应物质。
具体实施方式及原理：
机器人通过网络传输听从遥控器操作完成果园作业系统流程图如图9所示，具体如下：
1、小车开始运行：按下远程按钮S1，遥控器发射信号，系统接收信号，通过解码单片机开始处理信号，信号自动传送到洒水装置，若水面低于设定水位时则单片机P3.2引脚输出高电平信号经过三极管Q1驱动报警装置发出报警，这是提醒用户需要添加水，水位传感器J1检测到水面后，按下远程遥控按钮S2关闭报警。此时单片机P3.5引脚输出高电平信号经过放大三极管Q4驱动H桥电机驱动电机正转小车进行工作。
2、用户按下喷药控制按钮S3，机器人进行喷药。若液面低于设定液位时，则单片机P3.2引脚输出高电平信号经过三极管Q1驱动报警装置发出报警，这是提醒用户需要添加农药，用户知道需要农药，液位传感器J2检测到液面后，按下远程遥控按钮S2关闭报警。此时单片机P3.5引脚输出高电平信号经过放大三极管Q4驱动H桥电机驱动电机正转小车进行工作，同时单片机P3.3引脚输出高电平驱动三极管Q2使喷药装置开始果园喷洒农药。
3、当按下施肥控制按钮S4，机器人进行施肥工作。若液面低于设定液位时，则单片机P3.2引脚输出高电平信号经过三极管Q1驱动报警装置发出报警，这是提醒用户需要添加肥料，添加肥料后，液位传感器J2检测到液面，按下远程遥控按钮S2关闭报警。此时单片机P3.5引脚输出高电平信号经过放大三极管Q4驱动H桥电机驱动电机正转小车进行工作，同时单片机P3.4引脚输出高电平驱动三极管Q3使施肥装置开始果园施肥。
4、当工作完成以后，单片机P3.7引脚输出高电平信号经过三极管Q9放大驱动H桥电机驱动电机反转使小车返回补充所有物料，工作结束。
小车前进避障采用超声波HC—SRF05传感器测距功能其原理是超声波传感器采用串口通信无接触方式，只需要在3脚(Trig)检测得到一个10us的高电平信号，模块触发测距功能，高电平触发后，超声波模块自动发送8个40KHZ的超声波脉冲，4脚(ECHO)会输出高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。获取得到测距的结果后可计算出小车前进与障碍物的距离。
当小车前安装的超声波测距模块HC—SRF05感应到前方450cm处有障碍物时，超声波测距功能模块3脚(Trig)有信号输入开始测距，4脚(ECHO)高电平送到主控单元单片机11F04输入端P1.7端，经主控单元单片机11F04判断后由P1.0引脚输出低电平信号迭加到三极管Q4的基极，使Q4的基极电压由高点平变为低电平从而Q4由导通变为截止状态，小车停止运行，直到排除障碍物后小车继续前行。解码图如(图4)所示。
小车的电源部分采用电源模块(18650锂电池)21V经稳压源LM317稳压在+12V直流电压为H桥驱动电机提供电源，经LM2576S稳压芯片稳定在+5V、其5V电源连接所用的各个传感器及输入端模块的电源端。通过电源电压表V可以看出，当18650锂电池模块电压降到18V时可按K开关接上型号FS-M30-36功率为30W的太阳能电池板充电使电池继续工作，这样的配置方式无污染绿色环保原理图如(图5)所示。
18650锂电池参数：电池电压4.2V，电流容量4000mAh,电池寿命为循环充电1000次，重量轻，在工作中的稳定性能非常好，广泛应用于各大电子领域如：高档强光手电、随身电源、无线数据传输器、便携式仪器仪表、机器人、工业仪器、医疗仪器等。
FS-M30-36太阳能电池板参数：功率30W，开路电压22.33V,工作电流1.66A，外形尺寸533*419*25(mm),重量2.0KG。
基于上述，本发明通过在设计中采用PWM控制H桥驱动机器人电机，其优点是PWM输入信号的占空比与电源电压VM的乘积为等效平均施加电压，能使电机功率充足，损耗小，快速实现电机正传——停止——反转——停止的变化过程。用单片机、传感器技术控制机器人的避障和液位、水位报警，采用网络通讯功能实现洒水、喷药、施肥自动果园管理。洒水、喷药和施肥三大主功能采用同一个喷水管和喷水口，设置机械装置使得洒水、喷药和施肥同时最多只有一个能流通，避免了干涉扰乱的问题。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (8)
1.一种果园智能机器人，其特征在于，包括控制器、接收器、避障系统、动力系统、洒水装置、喷药装置和施肥装置，所述接收器和避障系统与控制器连接，所述控制器与动力系统、洒水装置、喷药装置和施肥装置连接，所述接收器还与外部遥控器无线连接；
上述智能机器人的遥控方法为：
首先，所述遥控器发出指令信号后通过编码电路SC2262进行8位4态编码，组成Z地址和数据D位从17脚输出；
然后，输出的编码信号经过三极管Q1和三极管Q2进行功率放大后通过天线发射；
再然后，接收器接收到天线发射的高频ASK数据D位信号后，经过SYN531R组成的集成接收机电路分频解调、脉宽调制，并将处理好的信号经过解码处理后传送给控制器；
最后，控制器经过总线通讯和内部信号处理，将各项数据变成数字信号用于控制动力系统、洒水装置、喷药装置和施肥装置。
2.根据权利要求1所述的一种果园智能机器人，其特征在于：改变编码电路SC2262中的OSC1引脚和OSC2引脚之间的电阻R5的阻值，能够调节电路的震荡频率。
3.根据权利要求1所述的一种果园智能机器人，其特征在于：所述接收器主电路是由SYN531R组成的集成接收机电路，工作频率在300MHZ—400MHZ之间，接收灵敏度-109dBm，所述控制器为STC11F04单片机，所述避障系统采用型号为HC—SRF05的超声波测距模块。
4.根据权利要求1所述的一种果园智能机器人，其特征在于：所述水装置包括水箱、水泵和洒水管(102)，所述喷药装置包括药水箱、水泵和药水管(103)，所述施肥装置包括肥水箱、水泵和肥水管(104)，所述洒水管(102)、药水管(103)和肥水管(104)通过切换连接盘(101)与喷水管(105)连接。
5.根据权利要求4所述的一种果园智能机器人，其特征在于：所述连接盘(101)外圈设有外厚边(111)，所述连接盘(101)上设有一个连通口(112)，所述连接盘(101)与摩擦轮(108)连接，所述摩擦轮(108)连接在切换电机(107)的输出轴上，所述洒水管(102)、药水管(103)和肥水管(104)上各设有一个电磁锁(106)，所述外厚边(111)上设有一个与电磁锁(106)相配合的锁孔(113)。
6.根据权利要求5所述的一种果园智能机器人，其特征在于：所述电磁锁(106)内设有锁杆(114)，所述锁杆(114)滑动连接在电磁线圈(116)中，且锁杆(114)的内端固定连接有金属盘(115)，所述金属盘(115)与电磁线圈(116)之间连接有弹簧(117)。
7.根据权利要求1所述的一种果园智能机器人，其特征在于：智能机器人内还设有电源模块，所述电源模块包括锂电池和太阳能电池板，所述太阳能电池板与锂电池连接，所述锂电池通过稳压源为整个智能机器人供电。
8.根据权利要求4所述的一种果园智能机器人，其特征在于：所述洒水箱、药水箱和肥水箱都设有液位传感器，液位传感器与控制器连接，控制器还与报警器连接。
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- 2022-04-12 CN CN202210381806.4A patent/CN114711124A/zh active Pending
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