CN114711212A - 一种可变高度和跨度的植保无人车 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种变高度和跨度的植保无人车，主要包括顶部平台、侧部车体、转向系统、行走系统、电控系统、作业系统。本发明提供的益处在于：植保无人车的车体为门框形结构，工作时横跨多行植株，顶部平台下可以安装各种功能的作业系统，包括施药、采摘等；顶部平台的高度可调，车体可以适应不同高度的植株；侧部车体之间的距离可变，即改变整车门框形结构的跨度，使得无人车可以适应不同的行距或覆盖不同行数的植株。以本发明提供的无人车为载体，结合机器视觉等实时感知技术和智能算法，可实现精准植保。

Description

一种可变高度和跨度的植保无人车

技术领域

本发明涉及植保作业车辆技术领域，特别是涉及一种可变高度和跨度的植保无人车。

背景技术

植株的行式种植便于机械化播种、管理和收获，目前大豆和玉米这两种重要作物一般采用行式种植，为提高土地利用效率，种植行距小，在成熟期相邻两行植株的叶片基本处于接触或交叠状态，因此普通高度的无人车无法在这类种植地进行植保作业。大豆和玉米这种大田作物的植保一般还是采用大型机械设备进行全覆盖式喷洒，农药用量大，带来食品安全问题。

近年采用多旋翼无人机进行喷药植保的方案有较大发展，不过目前无人机使用的大电流动力电池寿命有限，并且对设备使用人员的技术要求较高，进一步抬高了无人机植保作业的成本。在丘陵山区这类种植地，无人机作业相比于地面车辆有一定优势。对平整地面的大规模种植，地面设备是植保作业的主要执行平台。如申请号为201910775667.1的专利公开了一种农业无人车，车体结构紧凑，具有摄像头模块和喷洒系统，该发明提供的无人车不是采用高地隙结构，无法跨垄工作；更适合于果园这种大行距的种植地，无人车行进在两行作物之间，对两侧的植株进行药物喷洒。申请号为201910101930.9的专利公开了一种植保无人车，该发明采用连杆机构实现车轮跨度和轴距调节，车体顶部平台具有一定的离地高度，高度与车轮跨度调节耦合变化，该无人车可以适应不同的种植行距，不过从结构原理可以看出，该车辆顶部平台的承载能力有限，并且连杆机构为倾斜状态，会与车体所覆盖作物的最外侧两行植株产生干涉。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种可变高度和跨度的植保无人车。其整体结构为门框形，工作时车体覆盖多行植株，安装在顶部平台下的作业系统可同时对多行植株进行作业；侧部车体的结构宽度尺寸小，使得车辆可以在窄行距的植株中行进；车辆顶部平台的高度可变，车辆可以适应不同高度的植株；针对不同品种的作物，由于其种植行距不同，车辆的跨度可以调节，增大了植保无人车的适用范围；车辆采用四轮驱动和四轮转向，可实现侧向行进和原地转向，具有灵活的路径跟踪能力，适用于我国小地块种植的国情。

为了实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种可变高度和跨度的植保无人车，包括顶部平台、侧部车体、转向系统、行走系统和电控系统。所述侧部车体的数量为两个，分别安装于顶部平台的左右两侧；侧部车体下部与转向系统连接；转向系统下部与行走系统连接；

所述顶部平台包括顶部框架和变跨度模块；顶部框架构成长方体结构，内部空间用于安装变跨度模块；所述侧部车体包括侧部框架和升降模块，侧部框架内部空间用于安装升降模块。

所述变跨度模块包括：销轴、光轴、第一直线轴承、空心轴、第二直线轴承和第三直线轴承。光轴一端设有销轴孔，销轴穿过销轴孔和顶部框架上的安装孔，实现光轴与顶部框架的连接。空心轴一端与第一直线轴承固定连接，第一直线轴承的内壁与光轴配合，形成滑动摩擦副。在光轴活动端安装有第二直线轴承，第二直线轴承的外壁与空心轴内壁配合，形成滑动摩擦副。第三直线轴承与顶部框架固定安装，第三直线轴承的内壁与空心轴外壁配合，形成滑动摩擦副，空心轴与光轴进行同轴心的直线滑动。

顶部框架由钢管焊接而成，顶部框架底部设置机械接口用于安装作业系统。

侧部框架由钢管焊接而成，侧部框架下部设置机械接口用于安装转向系统。

所述升降模块包括电动推杆、剪式升降器、伸缩杆、平台连接器。电动推杆与剪式升降器下部的销轴连接；剪式升降器与伸缩杆连接。平台连接器安装于伸缩杆的顶部；平台连接器与顶部平台连接。

所述转向系统包括减速器、转向驱动电机、转向电机驱动器和转向角度传感器。

所述行走系统包括行走系统支架、行走电机、行走电机驱动器、行走减速器、第一链轮、链条、第二链轮、车轮轴、轴承、轴承座和车轮。其中行走电机包括定子和动子，定子与行走系统支架固定安装，动子与行走减速器的输入轴连接，行走减速器的输出轴与第一链轮连接，第一链轮通过链条驱动第二链轮，第二链轮与车轮轴连接，从而使得车轮轴与第二链轮同步旋转，车轮与车轮轴的输出法兰固定连接。轴承座与行走系统支架固定安装，轴承外圈与轴承座内圈配合安装，轴承内圈与车轮轴配合安装，使得车轮轴只有旋转自由度。

所述电控系统包括电源、主控制器、转向系统控制器和行走系统控制器。主控制器用于向转向系统控制器发送转向指令，以及向行走系统控制器发送行走指令，主控制器与转向系统控制和行走系统控制器通过现场总线进行通讯。

优选地，现场总线采用CAN总线或485总线通讯。转向系统控制器向主控制器发送转向角度状态，行走系统控制器向主控制器发送车轮行走状态。

优选地，所述电控系统还应包含急停系统，从俯视图视角观察，在车体四角设置急停开关。

伸缩杆的数量为四个；

升降模块的数量为两个，分别安装于侧部框架的前后两端。

本发明具有以下优点及有益效果：本发明提供一种可变高度和跨度的植保无人车，针对行式种植模式设计为门框形结构，工作时横跨多行植物，具有较高的作业效率。无人车顶部平台的高度可调节，适应不同高度的植株；侧部车体的跨度可调节，适应不同的种植行距。变高度和变跨度能力增强了无人车的适用性，可提高设备利用率。侧部车体的结构宽度尺寸小，使得车辆可以在窄行距的植株中行进。无人车采用四轮独立驱动和四轮转向原理，可实现原地掉头和转向，并且可以直接反向行走和侧向行走，可适应小地块的种植条件。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分，本领域技术人员应该理解的是，这些附图未必是按比例绘制的。

图1是本发明实施例公开的一种可变高度和跨度的植保无人车的结构示意图；

图2是本发明实施例公开的一种可变高度和跨度的植保无人车的顶部平台的结构示意图；

图3是本发明实施例公开的一种可变高度和跨度的植保无人车的变跨度模块的结构示意图；

图4a是本发明实施例公开的一种可变高度和跨度的植保无人车的侧部车体的结构示意图；

图4b是本发明实施例公开的升降模块的结构示意图；

图5是本发明实施例公开的一种可变高度和跨度的植保无人车的转向系统的结构示意图；

图6a是本发明实施例公开的一种可变高度和跨度的植保无人车的行走系统的结构示意图。

图6b是本发明实施例公开的行走系统的剖面结构示意图。

其中：1，顶部平台；2，侧部车体；3，转向系统；4，行走系统；5，电控系统；11，顶部框架；12，变跨度模块；121，销轴；122，光轴；123，第一直线轴承；124，空心轴；125，第二直线轴承；126，第三直线轴承；21，侧部框架；22，升降模块；221，电动推杆；222，剪式升降器；223，伸缩杆；224，平台连接器；31，转向驱动电机；32，减速器；33，转向角度传感器；401，行走系统支架；402，行走电机；404，行走减速器；405，第一链轮；406，链条；407，第二链轮；408车轮轴；409，轴承；410，轴承座；411，车轮。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行说明。

一种可变高度和跨度的植保无人车，包括顶部平台1、侧部车体2、转向系统3、行走系统4、电控系统5。所述侧部车体的数量为两个，分别安装于顶部平台的左右两侧；侧部车体下部与转向系统连接；转向系统下部与行走系统连接。

所述顶部平台1包括顶部框架11、变跨度模块12。顶部框架由钢管焊接而成，构成长方体结构，内部空间用于安装变跨度模块和其它系统，顶部框架底部设置机械接口用于安装作业系统。所述变跨度模块包括：销轴121、光轴122、第一直线轴承123、空心轴124、第二直线轴承125、第三直线轴承126。其中光轴一端设有销轴孔，销轴穿过销轴孔和顶部框架上的安装孔，实现光轴与顶部框架的连接。空心轴一端与第一直线轴承固定连接，第一直线轴承的内壁与光轴配合，形成滑动摩擦副。在光轴活动端安装有第二直线轴承，第二直线轴承的外壁与空心轴内壁配合，形成滑动摩擦副。第三直线轴承与顶部框架固定安装，第三直线轴承的内壁与空心轴外壁配合，形成滑动摩擦副，空心轴与光轴进行同轴心的直线滑动。

所述侧部车体2包括侧部框架21、升降模块22。侧部框架21由钢管焊接而成，内部空间用于安装升降模块和电控系统的一部分元件，侧部框架下部设置机械接口用于安装转向系统3。所述升降模块22包括电动推杆221、剪式升降器222、伸缩杆223、平台连接器224。

伸缩杆的数量为四个；

电动推杆连接剪式升降器下部的销轴；剪式升降器与伸缩杆连接。平台连接器安装于伸缩杆的顶部。

平台连接器与顶部平台连接。

升降模块的数量为两个，分别安装于侧部框架的前后两端。

所述转向系统3包括减速器32、转向驱动电机31、转向电机驱动器、转向角度传感器33。

所述行走系统4包括行走系统支架401、行走电机402、行走电机驱动器、行走减速器404、第一链轮405、链条406、第二链轮407、车轮轴408、轴承409、轴承座410、车轮411。其中行走电机包括定子和动子，定子与行走系统支架固定安装，动子与行走减速器的输入轴连接，行走减速器的输出轴与第一链轮连接，第一链轮通过链条驱动第二链轮，第二链轮与车轮轴连接，从而使得车轮轴与第二链轮同步旋转，车轮与车轮轴的输出法兰固定连接。轴承座与行走系统支架固定安装，轴承外圈与轴承座内圈配合安装，轴承内圈与车轮轴配合安装，使得车轮轴只有旋转自由度。

所述电控系统5包括电源、主控制器、转向系统控制器、行走系统控制器。主控制器用于向转向系统控制器发送转向指令，以及向行走系统控制器发送行走指令，主控制器与转向系统控制和行走系统控制器通过现场总线进行通讯。

优选地，现场总线采用CAN总线或485总线通讯。转向系统控制器向主控制器发送转向角度状态，行走系统控制器向主控制器发送车轮行走状态。

优选地，所述电控系统还应包含急停系统，从俯视图视角观察，在车体四角设置急停开关，在紧急状态下，按下急停开关时车辆的行走电机驱动器和转向电机驱动器断电，使得车辆紧急停止。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的实质和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的保护范围。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种可变高度和跨度的植保无人车，其特征在于，包括：顶部平台、侧部车体、转向系统、行走系统和电控系统；所述侧部车体的数量为两个，分别安装于顶部平台的左右两侧；侧部车体下部与转向系统连接；转向系统下部与行走系统连接；

所述顶部平台包括顶部框架和变跨度模块；顶部框架构成长方体结构，内部空间用于安装变跨度模块；所述侧部车体包括侧部框架和升降模块，侧部框架内部空间用于安装升降模块。

2.如权利要求1所述的可变高度和跨度的植保无人车，其特征在于：所述变跨度模块包括：销轴、光轴、第一直线轴承、空心轴、第二直线轴承和第三直线轴承；光轴一端设有销轴孔，销轴穿过销轴孔和顶部框架上的安装孔，实现光轴与顶部框架的连接；空心轴一端与第一直线轴承固定连接，第一直线轴承的内壁与光轴配合，形成滑动摩擦副；在光轴活动端安装有第二直线轴承，第二直线轴承的外壁与空心轴内壁配合，形成滑动摩擦副；第三直线轴承与顶部框架固定安装，第三直线轴承的内壁与空心轴外壁配合，形成滑动摩擦副，空心轴与光轴进行同轴心的直线滑动。

3.如权利要求1所述的可变高度和跨度的植保无人车，其特征在于：顶部框架由钢管焊接而成，顶部框架底部设置机械接口用于安装作业系统。

4.如权利要求1所述的可变高度和跨度的植保无人车，其特征在于：侧部框架由钢管焊接而成，侧部框架下部设置机械接口用于安装转向系统。

5.如权利要求1所述的可变高度和跨度的植保无人车，其特征在于：所述升降模块包括电动推杆、剪式升降器、伸缩杆和平台连接器；电动推杆与剪式升降器下部的销轴连接；剪式升降器与伸缩杆连接；平台连接器安装于伸缩杆的顶部；平台连接器与顶部平台连接。

6.如权利要求1所述的可变高度和跨度的植保无人车，其特征在于：所述转向系统包括减速器、转向驱动电机、转向电机驱动器和转向角度传感器。

7.如权利要求1所述的可变高度和跨度的植保无人车，其特征在于：所述行走系统包括行走系统支架、行走电机、行走电机驱动器、行走减速器、第一链轮、链条、第二链轮、车轮轴、轴承、轴承座和车轮；行走电机包括定子和动子，定子与行走系统支架固定安装，动子与行走减速器的输入轴连接，行走减速器的输出轴与第一链轮连接，第一链轮通过链条驱动第二链轮，第二链轮与车轮轴连接，从而使得车轮轴与第二链轮同步旋转，车轮与车轮轴的输出法兰固定连接；轴承座与行走系统支架固定安装，轴承外圈与轴承座内圈配合安装，轴承内圈与车轮轴配合安装，使得车轮轴只有旋转自由度。

8.如权利要求1所述的可变高度和跨度的植保无人车，其特征在于：所述电控系统包括电源、主控制器、转向系统控制器和行走系统控制器；主控制器用于向转向系统控制器发送转向指令，以及向行走系统控制器发送行走指令，主控制器与转向系统控制和行走系统控制器通过现场总线进行通讯。

9.如权利要求8所述的可变高度和跨度的植保无人车，其特征在于：现场总线采用CAN总线或485总线通讯；转向系统控制器向主控制器发送转向角度状态，行走系统控制器向主控制器发送车轮行走状态。

10.如权利要求1所述的可变高度和跨度的植保无人车，其特征在于：所述电控系统还包括急停系统，从俯视图视角观察，在车体四角设置急停开关。

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