CN114802509B - 一种气动仿蚯蚓运动的温室大棚用机器人及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气动仿蚯蚓运动的温室大棚用机器人及控制方法，包括机器人装置和温室大棚环境变量数据远程监测系统，机器人装置包括尾部装置、尾部气缸、连杆机构、转向装置、头部装置、松土机构和喷雾装置，尾部装置与连杆机构的端部相连，连杆机构的另一端与转向装置的端部相连，转向装置的另一端与头部装置相连，头部装置与松土机构和喷雾装置相连。连杆机构在运动过程中推动转向装置运动，连杆机构的另一端带动尾部装置运动。温室大棚环境变量数据远程监测系统包括环境变量数据采集模块、无线通信模块和服务器，环境变量数据采集模块和无线通信模块安装在尾部装置上，无线通信模块将环境变量数据采集模块所采集的信息上传到服务器内。

Description

一种气动仿蚯蚓运动的温室大棚用机器人及控制方法

技术领域

本发明属于机械设备制造技术领域，具体涉及一种气动仿蚯蚓运动的温室大棚用机器人及控制方法。

背景技术

目前，仿生机械学的研究和运用从所取得的成果看，利用生物界的许多有益构思来发展技术是未来的发展方向，因此机械智能化必将是机构工程的发展方向之一。人们不仅要研究生物系统在进化过程中逐渐形成的那些机构和机能，更要着重揭示其组织机构的原理，评定其机能关系、适应方法、存活方法和自我更新方法等。因为只有这些方法才能使生物系统在复杂的生存环境中具有高度的适应性和生命力。把生物系统中可能应用的优越机构和物理学的特性结合使用，人类就可能得到在某些性能上比自然界形成的体系更为完善的仿生机械。

现有的仿生蚯蚓以及大多数仿生机械都是采用电路驱动元件实现驱动功能，辅以电路控制实现特定的功能。传统的运动部件采用电机驱动，往往操作复杂，维护难度大，同时对使用人员的要求较高。传统采用电机驱动的方式，对环境的要求较高，适应性较差。

温室大棚作为农业核心领域之一，其传统人工监测费时费力且调节滞后。随着智慧农业概念的发展，利用现代通信、计算机和机器人等新兴技术促进传统农业朝向智慧农业领域迈进。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种操作方便，结构简单，易于安装维护的模仿蚯蚓运动的温室大棚用机器人及控制方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种气动仿蚯蚓运动的温室大棚用机器人，包括机器人装置和温室大棚环境变量数据远程在线监测系统，机器人装置包括尾部装置、尾部气缸、连杆机构、转向装置、头部装置、松土机构和喷雾装置，尾部装置与连杆机构的端部相连，连杆机构的另一端与转向装置的端部相连，转向装置的另一端与头部装置相连，头部装置与松土机构和喷雾装置相连；尾部装置上安装有第一真空吸盘气缸和第一真空吸盘，头部装置上安装有第二真空吸盘气缸和第二真空吸盘，第一真空吸盘气缸控制第一真空吸盘的抬起和按下，第二真空吸盘气缸控制第二真空吸盘的抬起和按下，第一真空吸盘和第二真空吸盘用于吸附地面；连杆机构在运动过程中推动转向装置运动，连杆机构的另一端带动尾部装置运动；转向装置用于控制运动方向，头部装置用于控制机器人头部运动，松土机构用于对地面松土作业，喷雾装置用于向地面喷洒液体；温室大棚环境变量数据远程在线监测系统包括环境变量数据采集模块、无线通信模块和服务器，环境变量数据采集模块和无线通信模块安装在尾部装置上，无线通信模块将环境变量数据采集模块所采集的信息上传到服务器内，供工作人员查看和操作。

优选地，所述转向装置包括转向装置主体、转向装置第一气缸和转向装置第二气缸，第二真空吸盘安装在头部装置上；转向装置第一气缸和转向装置第二气缸安装在转向装置主体内，转向装置第一气缸的活塞杆端连接有转向装置第一弹簧，转向装置第二气缸的活塞杆端连接有转向装置第二弹簧，转向装置第一弹簧和转向装置第二弹簧分别与头部装置相连。

优选地，所述头部装置上设有头部气缸和头部装置连杆，头部装置连杆包括互相铰接的头部装置第一连杆和头部装置第二连杆，头部装置第一连杆的端部与头部装置相连，头部装置第二连杆的端部设有摆动气缸，摆动气缸与松土机构相连，摆动气缸的摆动轴带动松土机构摆动。

优选地，所述喷雾装置包括喷雾主管、喷雾吸管、营养液箱和喷嘴，营养液箱的底部与摆动气缸相连，喷雾主管内通入高压气体，喷雾主管的另一端与喷嘴相连，喷雾主管通过喷雾吸管与营养液箱相连，空压机通过喷雾主管喷射高压气体时，营养液箱内部的营养液通过喷雾吸管进入喷雾主管由喷嘴喷出。

优选地，所述松土机构包括松土电机和松土刀，松土刀与松土电机的转轴相连，松土电机工作时带动松土刀转动。

优选地，所述松土刀包括螺旋刀底座和螺旋刀支块，螺旋刀支块与螺旋刀底座的端面固连，螺旋刀底座呈圆环状结构，螺旋刀支块的截面为三角形结构；螺旋刀支块的数量为4个且均匀对称的分布在螺旋刀底座上。

优选地，所述尾部装置上安装有第一真空发生器，第一真空发生器与第一真空吸盘气路相连，使得第一真空吸盘产生吸附力；头部装置上安装有第二真空发生器，第二真空发生器与第二真空吸盘气路相连，使得第二真空吸盘产生吸附力，第一真空发生器和第二真空发生器结构相同。

优选地，所述尾部气缸的活塞杆上套设有尾部气缸弹簧，尾部气缸弹簧位于尾部气缸的缸体内，活塞杆伸出时能够对尾部气缸弹簧进行压缩，活塞杆缩回则靠弹簧复位。

优选地，所述环境变量数据采集模块和无线通信模块安装在尾部装置上，环境变量数据采集模块包括温湿度传感器、光照传感器和单片机，单片机的主控芯片和无线通信模块相连，环境变量数据采集模块将温湿度传感器和光照传感器所采集到的数据经过单片机的主控芯片处理后由无线通信模块上传到服务器中。

本发明还提供了一种气动仿蚯蚓运动的温室大棚用机器人控制方法，包括以下步骤：

S1、当一种气动仿蚯蚓运动的温室大棚用机器人要向前蠕动时，电磁阀10YA通电，打开第一真空发生器，第一真空吸盘在第一真空发生器的作用下产生真空吸附力，通过真空吸附力，第一真空吸盘紧紧吸附地面；

S2、第一真空吸盘吸附地面后，控制相应电磁阀通电开关，控制尾部气缸开始通气，尾部气缸的活塞杆向前伸出，从而推动尾部气缸前面的机构整体向前移动；

S3、当尾部气缸的活塞杆往前伸出后，位于前部的第二真空吸盘经过第二真空发生器48的工作产生真空吸附力进行吸附地面，第二真空吸盘吸附地面后，实现前面机构的固定；

S4、控制第一真空发生器停止工作，使得第一真空吸盘停止吸附地面，连接尾部气缸的电磁阀也开始停止工作，在弹簧弹性势能的作用下，后部的躯体被带动向前移动，从而实现整体的向前移动；

S5、依次循环以上步骤，便可实现机器人的向前移动。

本发明的有益效果是：

1、本发明所提供的一种气动仿蚯蚓运动的温室大棚用机器人装置，采用气缸驱动的方式可在温室大棚中进行可靠地工作，且操作简单，基本可实现免维护，免值守，可远程监测。气缸的原理及机构简单，易于安装维护，对于使用者的要求不高。气缸具有防尘、防水能力，适应性强。

2、本发明采用真空吸盘进行吸附固定，利用了真空吸盘在真空时与外界产生的压强差产生的吸力实现固定支撑，提高了稳定性、可靠性、可控制性。

3、本发明连杆机构以菱形的可变形性的原理，实现躯体的伸长与收缩。利用菱形作为平行四边形不稳定性的特点，本发明采用仿菱形机构进行连接，从而很好的模仿了蚯蚓通过伸缩蠕动的运动特点。

4、本发明头部加上松土机构，模仿蚯蚓的挖土功能。当仿生蚯蚓到达特定的位置后，可控制头部气缸通气使得头部装置下降以压下行程开关，导致电路导通，指示灯点亮，摆动气缸和松土电机开始工作，从而模仿蚯蚓的松土动作。当气缸排气后，头部上升，松开行程开关，导致电路断开，指示灯熄灭，摆动气缸和松土电动机停止工作。

5、转向装置采用弹簧和气缸结合的方式，实现躯体的气动转弯功能。转向装置是将两个气缸和弹簧平行放置于两侧，当后躯体真空吸盘固定后，控制电磁阀开关使其中一个气缸的活塞杆伸长，便会将另一个气缸上的弹簧往一个方向压缩，从而实现机器人头部小角度的转弯。

6、本发明采用喷雾装置，能够在进行松土作业时，同步实现喷雾功能。

7、本发明采用的温室大棚环境变量数据远程在线监测系统，能够实现远程数据通讯功能，能够实时监测本发明的工作环境参数，以便更好地指导机器人工作。

8、本发明中所采用的空气可以从大气中取得，同时用过的空气可以直接排放到大气中去，处理方便，即使管路有泄漏，也不致于产生对农作物的严重影响，更不会污染环境。

9、本发明的采用气动的方式，气动系统维护简单，不存在介质变质、补充、更换等问题。

10、本发明的气动系统与微电子技术、物联网技术相结合，可以加快实现智慧农业，实现松土过程的自动监测、同时改善农业生产条件、减轻劳动强度、降低成本。

附图说明

图1是本发明一种气动仿蚯蚓运动的温室大棚用机器人的原理图；

图2是本发明转向装置原理示意图；

图3是本发明转向装置左转向原理示意图；

图4是本发明转向装置右转向原理示意图；

图5是本发明松土刀的结构示意图；

图6是本发明电磁阀控制气缸原理图；

图7是本发明喷雾装置的结构示意图；

图8是本发明远程监测系统的原理图。

附图标记说明：1、尾部装置；2、尾部气缸；3、仿菱形连杆机构；4、转向装置；5、松土结构；6、喷雾装置；11、第一真空发生器；12、第一真空吸盘气缸；13、第一真空吸盘；31、第一连杆；32、第二连杆；40、转向装置主体；41、转向装置第一气缸；42、转向装置第二气缸；43、头部装置；431、第二真空吸盘气缸；432、第二真空吸盘；44、转向装置第一弹簧；45、转向装置第二弹簧；46、头部气缸；47、摆动气缸；48、第二真空发生器；49、头部装置连杆；51、松土电机；52、松土刀；53、螺旋刀底座；54、螺旋刀支块；491、头部装置第一连杆；492、头部装置第二连杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：

如图1到图8所示，本发明提供的一种气动仿蚯蚓运动的温室大棚用机器人，包括机器人装置和温室大棚环境变量数据远程监测系统，机器人装置包括尾部装置1、尾部气缸2、连杆机构3、转向装置4、头部装置43、松土机构5和喷雾装置6，尾部装置1与连杆机构3的端部相连，连杆机构3的另一端与转向装置4的端部相连，转向装置4的另一端与头部装置43相连，头部装置43与松土机构5和喷雾装置6相连。尾部装置1上安装有控制第一真空吸盘位移的气缸12和第一真空吸盘13，头部装置43上安装有控制第二真空吸盘位移的气缸431和第二真空吸盘432，第一真空吸盘气缸12控制第一真空吸盘13的抬起和按下，第二真空吸盘气缸431控制第二真空吸盘432的抬起和按下，第一真空吸盘13和第二真空吸盘432用于吸附地面，连杆机构3在运动过程中推动转向装置4运动，连杆机构3的另一端带动尾部装置1运动。转向装置4用于控制运动方向，头部装置43用于控制机器人头部运动，松土机构5用于对地面松土作业，喷雾装置6用于向地面喷洒液体。温室大棚环境变量数据远程监测系统包括环境变量数据采集模块、无线通信模块和服务器，环境变量数据采集模块和无线通信模块安装在尾部装置1上，无线通信模块将环境变量数据采集模块所采集的信息上传到服务器内，供工作人员查看和操作。

第一真空吸盘气缸12的活塞杆的端部与第一真空吸盘13相连，第一真空吸盘13为回转体状结构，其轴线与第一真空吸盘气缸12的活塞杆的轴线重合。第二真空吸盘气缸431的活塞杆的端部与第二真空吸盘432相连，第二真空吸盘432为回转体状结构，其轴线与第二真空吸盘气缸431的活塞杆的轴线重合。连杆机构3包括第一连杆31和第二连杆32，第一连杆31和第二连杆32之间转动连接，第一连杆31的端部与尾部装置1相连，第二连杆32的端部与转向装置4相连。

通过第一连杆31和第二连杆32之间的相对运动，从而使得尾部装置1和转向装置4之间进行对应的运动。在本实施例中，尾部装置1为长方体结构，用于安装第一真空吸盘13。尾部装置1上安装有环境变量数据采集模块和无线通信模块，环境变量数据采集模块包括温湿度传感器、光照传感器和单片机，单片机的主控芯片和无线通信模块相连，环境变量数据采集模块将温湿度传感器所采集到的数据经过单片机的主控芯片处理后由无线通信模块上传到服务器中。温湿度传感器用于检测环境的温湿度数据，光照传感器用于检测光照数据

转向装置4包括转向装置主体40、转向装置第一气缸41和转向装置第二气缸42，转向装置主体40为内部中空的长方体结构，转向装置第一气缸41和转向装置第二气缸42安装在转向装置主体40内，转向装置第一气缸41的活塞杆端连接有转向装置第一弹簧44，转向装置第二气缸42的活塞杆端连接有转向装置第二弹簧45，转向装置第一弹簧44和转向装置第二弹簧45分别与头部装置43相连。

在实际使用过程中，可根据使用需要将转向装置第一弹簧44和转向装置第二弹簧45去掉，转向装置第一气缸41的活塞杆端和转向装置第二气缸42的活塞杆分别直接与头部装置43相连。在进行转向作业的过程中，转向装置第一气缸41的活塞杆伸长时，推动转向装置第一弹簧44，转向装置第一弹簧44压缩，转向装置第二气缸42的活塞杆不运动，转向装置第二弹簧45压缩，从而实现头部装置43的转向，同时通过第二真空吸盘固定头部装置43，利用两个弹簧的复位力，把转向装置第一气缸41和转向装置第二气缸42顺到对应的位置，实现转向功能。当需要向另外一个方向转向时，转向装置第一气缸41停止工作，转向装置第二气缸42搭配第二真空吸盘工作实现另一个方向的转向。

头部装置43上设有头部气缸46和头部装置连杆49，头部装置连杆49包括互相铰接的头部装置第一连杆491和头部装置第二连杆492。头部装置第一连杆491的端部与头部装置43相连，头部装置第二连杆492的端部设有摆动气缸47，摆动气缸47与松土机构5相连，摆动气缸47的摆动轴带动松土机构5摆动。在本实施例中，头部装置第一连杆491的端部与头部装置43的连接方式是固定连接。头部气缸46的气缸端与头部装置第一连杆491连接，头部气缸46的活塞杆端部与头部装置第二连杆492相连，头部气缸46的活塞杆伸缩运动时推动头部装置第二连杆492转动，从而模仿蚯蚓的头部运动。摆动气缸47的摆动轴与松土机构5相连，通过摆动气缸47的摆动轴的摆动带动松土电机51运动，从而实现松土机构5的摆动，以扩大松土范围。

头部装置43为长方体的常规设备，第二真空吸盘432安装在头部装置43中的第二真空吸盘气缸431的底部，转向装置第一弹簧44和转向装置第二弹簧45分别与头部装置43的同一侧面相连。

如图7所示，喷雾装置6包括喷雾主管60、喷雾吸管61、营养液箱62和喷嘴63，营养液箱62的底部与摆动气缸47相连，喷雾主管60内通入高压气体，喷雾主管60的另一端与喷嘴63相连，喷雾主管60通过喷雾吸管61与营养液箱62相连，空压机通过喷雾主管60喷射高压气体时，营养液箱62内部的营养液通过喷雾吸管61进入喷雾主管60由喷嘴63喷出。

在本实施例中，喷雾主管60的外表面内凹形成喷雾主管汇合段，喷雾主管汇合段的内径小于喷雾主管60其他部分的直径。喷雾吸管61的上端部与喷雾主管汇合段连通，喷雾吸管61的底部伸入营养液箱62内部。在喷雾主管60中通入高压高速气体时，气体流经喷雾主管汇合段，由于管壁的内径变小形成真空区，从而将营养液箱62内部的液体通过喷雾吸管61吸出到喷雾主管60内，同时由喷嘴63喷出。

松土机构5包括松土电机51和松土刀52，松土刀52与松土电机51的转轴相连，松土电机51工作时带动松土刀52转动。在需要进行松土作业时，松土电机51工作带动松土刀52转动，完成松土作业。松土电机51与摆动气缸47的摆动轴相连，摆动气缸47的摆动轴运动时带动松土电机51同步运动。摆动气缸47为现有设备，能实现摆动运动，进而实现摆动效果。

在本实施例中，松土机构5的数量为二，在实际使用时，可根据实际使用需求进行增加和减少，以便能够完成设计要求，具有较强的实用性。

如图5所示，松土刀52包括螺旋刀底座53和螺旋刀支块54，螺旋刀支块54与螺旋刀底座53的端面固连，螺旋刀底座53呈圆环状结构，螺旋刀支块54的截面为三角形结构。

螺旋刀支块54的数量为4个且均匀对称的分布在螺旋刀底座53上。在实际使用时，螺旋刀支块54的数量以及形状可根据实际使用需要进行适当地更改，以便能够更好地完成松土作业。

尾部装置1上安装有第一真空发生器11，第一真空发生器11与第一真空吸盘13的气路相连，使得第一真空吸盘13产生吸附力；头部装置43上安装有第二真空发生器48，第二真空发生器48与第二真空吸盘432的气路相连，使得第二真空吸盘432产生吸附力，第一真空发生器11和第二真空发生器48结构相同。

第一真空发生器11、第二真空发生器48第一真空吸盘13和第二真空吸盘432均为现有设备，第一真空发生器11产生的真空吸附力通过第一真空吸盘13后，使得尾部装置1与地面进行吸附。同理，第二真空发生器48生的真空吸附力通过第二真空吸盘432后，使得头部装置43与地面进行吸附。

尾部气缸2的活塞杆上套设有尾部气缸弹簧，尾部气缸弹簧位于尾部气缸的缸体内，活塞杆伸出时能够对尾部气缸弹簧进行压缩，活塞杆缩回则靠弹簧复位。

在本实施例中，喷雾主管60、第一真空发生器11和第二真空发生器48均连接有空气压缩机，空气压缩机产生的空气吸附力通过第一真空发生器11和第二真空发生器48分别传递到第一真空吸盘13和第二真空吸盘432。同时空气压缩机产生高压高速气体通入喷雾主管60内。尾部气缸2、转向装置第一气缸41、转向装置第二气缸42、头部气缸46和摆动气缸47、第一真空吸盘气缸12、第二真空吸盘气缸431均与空气压缩机相连，对应每个气缸安装有电磁阀，电磁阀的开关分别控制尾部气缸2、转向装置第一气缸41、转向装置第二气缸42、头部气缸46和摆动气缸47、第一真空吸盘气缸12、第二真空吸盘气缸431的通气和放气功能。图6中，1YA到10YA为电磁阀标识。本发明在实际使用过程中，头部气缸46上安装有行程开关和指示灯，行程开关与控制摆动气缸47的电磁阀7YA和松土电机51的开关电连接，指示灯安装在松土电机51上。头部气缸46工作时，通过活塞杆的伸出运动压下行程开关，从而控制摆动气缸47和松土电机51的工作与停止，同时通过指示灯进行显示。

在本实施例中，第一真空吸盘13和第二真空吸盘432均为头部可摆动型真空吸盘，为现有成熟技术设备。第一真空吸盘13和第二真空吸盘432上均连接有控制真空吸盘位移的气缸，即分别为：第一真空吸盘气缸12和第二真空吸盘气缸431。两个控制真空吸盘的气缸分别推动第一真空吸盘13和第二真空吸盘432运动。

如图8所示，温室大棚环境变量数据远程在线监测系统包括环境变量数据采集模块、无线通信模块和服务器，环境变量数据采集模块和无线通信模块安装在尾部装置1上，无线通信模块将环境变量数据采集模块所采集的通信上传到服务器内，供工作人员查看和操作。

单片机STM32开发板包括环境变量数据采集模块、无线通信模块、主控芯片及其外围电路。环境变量数据采集模块与主控芯片进行通信，单片机在完成数据处理后通过无线通信模块上传数据。环境变量采集模块包括各类环境感知传感器，无线通信模块包含NB-IoT芯片、SIM卡装置、NB天线等，环境感知传感器与主控芯片通信，数据处理后通过无线通信模块上传数据。环境变量采集模块安装在机器人的尾部装置，通过传感器采集的环境变量信息后数据流经主控芯片、无线通信模块，经由NB天线及NB-IoT基站发送至服务器中，进而实现数据的远距离传输。工作人员可通过浏览器Web页面访问服务器中的数据，最终实现对温室大棚状态的监测。

本发明还公开了一种气动仿蚯蚓运动的温室大棚用机器人控制方法，包括以下步骤：

如图6所示，在本实施例中，控制尾部气缸工作的电磁阀代号为1YA，控制转向装置第一气缸41工作的电磁阀代号为电磁阀2YA，控制转向装置第二气缸42工作的电磁阀代号为电磁阀3YA，控制头部气缸46工作的电磁阀代号为电磁阀4YA，控制第一真空吸盘气缸12和第二真空吸盘气缸431工作的电磁阀代号分别为电磁阀5YA和电磁阀6YA，控制摆动气缸47工作的电磁阀代号为电磁阀7YA和电磁阀8YA，控制第二真空发生器48工作的电磁阀代号为电磁阀9YA，控制第一真空发生器11工作的电磁阀代号为电磁阀10YA。

电磁阀与运动状态控制表如下：

一种气动仿蚯蚓运动的温室大棚用机器人控制方法，包括以下步骤：

S1、当本发明要向前蠕动时，电磁阀10YA通电，打开第一真空发生器11，第一真空吸盘13在第一真空发生器11的作用下产生真空吸附力，通过真空吸附力，第一真空吸盘13紧紧吸附地面。

S2、第一真空吸盘13吸附地面后，控制相应电磁阀通电开关，控制尾部气缸2开始通气，尾部气缸2的活塞杆向前伸出，从而推动尾部气缸2前面的机构整体向前移动。

S3、当尾部气缸2的活塞杆往前伸出后，位于前部的第二真空吸盘432经过第二真空发生器48的工作产生真空吸附力进行吸附地面，第二真空吸盘432吸附地面后，实现前面机构的固定。

S4、控制第一真空发生器11停止工作，使得第一真空吸盘13停止吸附地面，连接尾部气缸2的电磁阀也开始停止工作，在弹簧弹性势能的作用下，后部的躯体被带动向前移动，从而实现整体的向前移动。

S5、依次循环以上步骤，便可实现本发明的向前移动。

本发明中的转向装置工作原理如下：

电磁阀10YA通电，第一真空吸盘13开始工作，紧紧吸住地面。若要向右转(左转)，则控制连接着转向装置第一气缸41(转向装置第二气缸42)气缸的电磁阀2YA(电磁阀3YA)，对应气缸开始通气从而推动弹簧，实现前面躯体的右转(左转)。电磁阀9YA通电，第二真空吸盘432开始工作吸附与地面，电磁阀10YA断电，第一真空吸盘13停止工作松开。转弯处气缸排气，弹簧恢复原状时产生的拉力将会带动后部分向右前(左前)方向移动，从而实现了转向装置4的转弯功能。

本发明的松土动作的实现原理：

当本发明到达指定位置后，第一真空吸盘13和第二真空吸盘432开始工作，实现本发明的固定支撑。头部气缸46在电磁阀4YA通电的作用下通气，从而使得头部下降，压下行程开关，电路导通，指示灯亮，摆动气缸47和松土电机51开始工作。松土电机51开始工作后，松土电机51带动松土刀52工作，从而模仿蚯蚓的松土动作。当松土完成后，头部气缸46在电磁阀4YA断电的作用下排气，从而使得摆动气缸47和松土结构5上升。松土结构5上升后松开行程开关，电路断路，摆动气缸47和松土电机51停止工作。

本发明采用气缸推动的方式有以下优点：

1、可在恶劣条件下可靠地工作，且操作简单，基本可实现免维护。

2、对使用者的要求较低：气缸的原理及机构简单，易于安装维护，对于使用者的要求不高。电动元件则不同，工程人员必需具备一定的电气知识，否则极有可能因为误操作而使之损坏。

4、适应性强：气缸能够正常工作且具有防尘、防水能力，可适应各种恶劣的环境。而电动元件由于具有大量电气部件的缘故，对环境的要求较高，适应性较差。

本发明所采用的真空吸盘进行吸附固定的方式，利用了真空吸盘在真空时与外界产生的压强差产生的吸力实现固定支撑。通过真空吸盘实现本发明的固定支撑，提高了稳定性、可靠性、可控制性。

本发明在设置的第一真空吸盘13和第二真空吸盘432，在实现蚯蚓向前驱动的姿态时，第一真空吸盘13和第二真空吸盘432交替工作，实现本发明在区域内固定，配合上气缸的伸缩从而达到向前运动的目标。以菱形的可变形性为灵感，实现躯体的伸长与收缩。菱形作为平行四边形的一种，具有不稳定性的特点，从而很好的模仿了蚯蚓通过伸缩蠕动的运动特点。本发明的松土结构5，模仿蚯蚓的挖土功能。当本发明到达特定的位置后，可控制头部气缸46通气使得摆动气缸47和松土结构5下降从而压下行程开关，导致电路开通，指示灯点亮，摆动气缸47和松土电机51开始工作，从而模仿蚯蚓的松土动作。当头部气缸46的气缸排气后，摆动气缸47和松土结构5上升，行程开关松开，导致电路断开，指示灯熄灭，摆动气缸47和松土电机51停止工作。本发明的转向机构采用弹簧加气缸的机构，实现躯体的气动转弯功能。转向装置4是将两个气缸和两个弹簧平行放置于两侧，当第一真空吸盘吸附固定后，控制电磁阀开关使其中一个气缸的活塞杆伸长，便会将另一个气缸上的弹簧压缩，从而实现小角度的转弯。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种气动仿蚯蚓运动的温室大棚用机器人，其特征在于：包括机器人装置和温室大棚环境变量数据远程在线监测系统，机器人装置包括尾部装置(1)、尾部气缸(2)、连杆机构(3)、转向装置(4)、头部装置(43)、松土机构(5)和喷雾装置(6)，尾部装置(1)与连杆机构(3)的端部相连，连杆机构(3)的另一端与转向装置(4)的端部相连，转向装置(4)的另一端与头部装置相连，头部装置与松土机构(5)和喷雾装置(6)相连；尾部装置(1)上安装有第一真空吸盘气缸(12)和第一真空吸盘(13)，头部装置(43)上安装有第二真空吸盘气缸(431)和第二真空吸盘(432)，第一真空吸盘气缸(12)控制第一真空吸盘(13)的抬起和按下，第二真空吸盘气缸(431)控制第二真空吸盘(432)的抬起和按下，第一真空吸盘(13)和第二真空吸盘(432)用于吸附地面；连杆机构(3)在运动过程中推动转向装置(4)运动，连杆机构(3)的另一端带动尾部装置(1)运动；转向装置(4)用于控制运动方向，头部装置(43)用于控制机器人头部运动，松土机构(5)用于对地面松土作业，喷雾装置(6)用于向地面喷洒液体；温室大棚环境变量数据远程在线监测系统包括环境变量数据采集模块、无线通信模块和服务器，环境变量数据采集模块和无线通信模块安装在尾部装置(1)上，无线通信模块将环境变量数据采集模块所采集的信息上传到服务器内，供工作人员查看和操作。

2.根据权利要求1所述的一种气动仿蚯蚓运动的温室大棚用机器人，其特征在于：所述转向装置(4)包括转向装置主体(40)、转向装置第一气缸(41)和转向装置第二气缸(42)，第二真空吸盘安装在头部装置(43)上；转向装置第一气缸(41)和转向装置第二气缸(42)安装在转向装置主体(40)内，转向装置第一气缸(41)的活塞杆端连接有转向装置第一弹簧(44)，转向装置第二气缸(42)的活塞杆端连接有转向装置第二弹簧(45)，转向装置第一弹簧(44)和转向装置第二弹簧(45)分别与头部装置相连。

3.根据权利要求2所述的一种气动仿蚯蚓运动的温室大棚用机器人，其特征在于：所述头部装置(43)上设有头部气缸(46)和头部装置连杆(49)，头部装置连杆(49)包括互相铰接的头部装置第一连杆(491)和头部装置第二连杆(492)，头部装置第一连杆(491)的端部与头部装置(43)相连，头部装置第二连杆(492)的端部设有摆动气缸(47)，摆动气缸(47)与松土机构(5)相连，摆动气缸(47)的摆动轴带动松土机构(5)摆动。

4.根据权利要求1所述的一种气动仿蚯蚓运动的温室大棚用机器人，其特征在于：所述喷雾装置(6)包括喷雾主管(60)、喷雾吸管(61)、营养液箱(62)和喷嘴(63)，营养液箱(62)的底部与摆动气缸(47)相连，喷雾主管(60)内通入高压气体，喷雾主管(60)的另一端与喷嘴(63)相连，喷雾主管(60)通过喷雾吸管(61)与营养液箱(62)相连，空压机通过喷雾主管(60)喷射高压气体时，营养液箱(62)内部的营养液通过喷雾吸管(61)进入喷雾主管(60)由喷嘴(63)喷出。

5.根据权利要求1所述的一种气动仿蚯蚓运动的温室大棚用机器人，其特征在于：所述松土机构(5)包括松土电机(51)和松土刀(52)，松土刀(52)与松土电机(51)的转轴相连，松土电机(51)工作时带动松土刀(52)转动。

6.根据权利要求5所述的一种气动仿蚯蚓运动的温室大棚用机器人，其特征在于：所述松土刀(52)包括螺旋刀底座(53)和螺旋刀支块(54)，螺旋刀支块(54)与螺旋刀底座(53)的端面固连，螺旋刀底座(53)呈圆环状结构，螺旋刀支块(54)的截面为三角形结构；

螺旋刀支块(54)的数量为4个且均匀对称的分布在螺旋刀底座(53)上。

7.根据权利要求1所述的一种气动仿蚯蚓运动的温室大棚用机器人，其特征在于：所述尾部装置(1)上安装有第一真空发生器(11)，第一真空发生器(11)与第一真空吸盘相连，使得第一真空吸盘产生吸附力；头部装置(43)上安装有第二真空发生器(48)，第二真空发生器(48)与第二真空吸盘相连，使得第二真空吸盘产生吸附力，第一真空发生器(11)和第二真空发生器(48)结构相同。

8.根据权利要求1所述的一种气动仿蚯蚓运动的温室大棚用机器人，其特征在于：所述尾部气缸(2)的活塞杆上套设有尾部气缸弹簧，尾部气缸弹簧位于尾部气缸的缸体内，活塞杆伸出时能够对尾部气缸弹簧进行压缩，活塞杆缩回则靠弹簧复位。

9.根据权利要求1所述的一种气动仿蚯蚓运动的温室大棚用机器人，其特征在于：所述环境变量数据采集模块和无线通信模块安装在尾部装置(1)上，环境变量数据采集模块包括温湿度传感器、光照传感器和单片机，单片机的主控芯片和无线通信模块相连，环境变量数据采集模块将温湿度传感器所采集到的数据经过单片机的主控芯片处理后由无线通信模块上传到服务器中。

10.一种根据权利要求1所述的气动仿蚯蚓运动的温室大棚用机器人控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、当一种气动仿蚯蚓运动的温室大棚用机器人要向前蠕动时，电磁阀10YA通电，打开第一真空发生器(11)，第一真空吸盘(13)在第一真空发生器(11)的作用下产生真空吸附力，通过真空吸附力，第一真空吸盘(13)紧紧吸附地面；

S2、第一真空吸盘(13)吸附地面后，控制相应电磁阀通电开关，控制尾部气缸(2)开始通气，尾部气缸(2)的活塞杆向前伸出，从而推动尾部气缸(2)前面的机构整体向前移动；

S3、当尾部气缸(2)的活塞杆往前伸出后，位于前部的第二真空吸盘(432)经过第二真空发生器(48)的工作产生真空吸附力进行吸附地面，第二真空吸盘(432)吸附地面后，实现前面机构的固定；

S4、控制第一真空发生器(11)停止工作，使得第一真空吸盘(13)停止吸附地面，连接尾部气缸(2)的电磁阀也开始停止工作，在弹簧弹性势能的作用下，后部的躯体被带动向前移动，从而实现整体的向前移动；

S5、依次循环以上步骤，便可实现机器人的向前移动。

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