CN114918945B - 一种轮距和地隙可调的大田作物冠层信息采集机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轮距和地隙可调的大田作物冠层信息采集机器人，包括感知模块、车体固定机构、车体滑动机构、轮距调节模块、地隙调节模块、后轮行驶机构和前轮转向机构，感知模块安放在车体固定机构上，轮距调节模块、地隙调节模块、后轮行驶机构与前轮转向机构均安装在车体固定机构的下方，轮距调节模块通过驱动车体滑动机构相对车体固定机构移动以调节轮距尺寸，地隙调节模块用于调节地隙尺寸，后轮行驶机构用于实现机器人的行驶功能；前轮转向机构用于实现前轮转向功能。本发明提供了一种轮距和地隙可调的大田作物冠层信息采集机器人，使得机器人可以用于多种作物种植行距，以及多个生长周期的作物冠层信息采集，增强机器人的适用性。

Description

一种轮距和地隙可调的大田作物冠层信息采集机器人

技术领域

本发明属于农业机器人技术领域，尤其涉及一种轮距和地隙可调的大田作物冠层信息采集机器人。

背景技术

大田作物冠层信息包含形状、结构、颜色、尺寸等丰富的表观特征，是用于作物表型研究和农机自主导航研究的重要基础数据。当前针对大田作物冠层信息的采集装置主要有人工手持设备、地面行驶机器和植保无人机系统。其中，地面行驶系统具有操作便捷、管理方便、使用安全、可靠性高等优势，应用最为广泛。

由于种植模式差异，不同类型作物的种植行距、株距存在较大差别。对于同种作物的不同生长时期，冠层宽度、株高、叶面积等农艺性状变化较大。因此，为了适应不同作物的种植差异和同种作物的生长差异，需要地面行驶机器在结构紧凑、重量轻便、成本低廉的基础上，还要具备轮距和地隙可调功能提高通过能力。然而，相关机器仍然缺乏，并且自动化和智能化程度较低，采集过程需要人工驾驶机器或遥控控制等较多人为干预。

专利CN113875730A公开了一种多功能农业机器人，通过深度相机进行环境识别，机器人可根据环境情况改变工作状态，进行自动巡迹。但该装置不能调节轮距和地隙，无法适应作物类型或生长时期的变化。

专利CN 113878593 A公开了一种地隙和轮距可调的农田信息采集机器人及信息采集方法，但其结构较复杂，且仍需要人工操控机器人行驶，智能化程度不足。

因此，针对大田作物冠层信息采集，仍缺乏高通过性、智能化的地面行驶机器技术方案。

综上所述，如何增强大田作物冠层信息采集装置的适用性，不仅能够用于多种作物种植行距，也可以用于多个生长周期的作物冠层信息采集，提高工作效率、降低人工操作强度，已经成为亟需解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本发明的目的在于针对上述问题，提供一种轮距和地隙可调的大田作物冠层信息采集机器人，包括感知模块100、车体固定机构2、车体滑动机构3、轮距调节模块4、地隙调节模块5、后轮行驶机构7和前轮转向机构8，其特征在于，感知模块100安放在车体固定机构2上，轮距调节模块4、地隙调节模块5、后轮行驶机构7与前轮转向机构8均安装在车体固定机构2的下方，轮距调节模块4通过驱动车体滑动机构3相对于车体固定机构2的移动以调节轮距尺寸，地隙调节模块5用于调节地隙尺寸，后轮行驶机构7用于实现机器人的行驶功能；前轮转向机构8用于实现前轮转向功能。

优选的，感知模块100包括双目相机信息采集机构、GNSS定位模块103、决策控制器104、感知控制器105和蓄电池106，双目相机信息采集机构包括双目相机支架101、高精度双目相机102和相机连接架107，其中，双目相机支架101固定安装在车体固定机构2上，相机连接架107固定连接在双目相机支架101上，高精度双目相机102安装在双目相机支架101上，高精度双目相机102与感知控制器105连接，高精度双目相机102将采集到的信号数据传输给感知控制器105；

感知控制器105与决策控制器104相互通信；

根据外界环境的变化，决策控制器104控制机器人及时调整状态以适应外界环境的变化，增加信息采集机器人的适用灵活性；

GNSS定位模块103与感知控制器105相连，GNSS定位模块103为信息采集机器人提供定位导航，传递信息采集机器人的位置信息；

感知控制器105采用NX SUB开放板作为作物冠层信息处理的核心，将双目相机采集的外界信息传递给感知控制器105，感知控制器105根据双目相机采集到的作物冠层信息进行处理，提取作物行线，用于机器人巡迹的依据；同时，感知控制器105将会与NX SUB开放板进行串口通信，根据大田作物的种植情况及时通过决策控制器104发出控制信号调整机器人的轮距和地隙，使机器人能够及时调整状态以适应外界环境的变化，从而实现机器人的自动巡迹。

优选的，蓄电池106的规格为48V、100Ah，用于为农田信息采集机器人整体供电；决策控制器104以STM32F103单片机作为下层控制器驱动机器人行走。

优选的，轮距调节模块4包括横向电推杆401、横向电推杆安装座402、水平直线滑动模组A403、电推杆顶杆支撑座404、滑轨轨道405和水平直线滑动模组B407，其中，

车体固定机构2既充当感知模块100的载物平台，也作为轮距调节模块4的一部分，实现一物多用；

水平直线滑动模组A403与水平直线滑动模组B407相互平行且分别设置于车体固定机构2的左右两侧；

水平直线滑动模组A403与水平直线滑动模组B407里面均安装有滑轨轨道405，车体滑动机构3通过滑轨轨道405搭载在车体固定机构2上；

横向电推杆安装座402固定连接在车体滑动机构3上，电推杆顶杆支撑座404安装在车体固定机构2上；

横向电推杆401一端通过横向电推杆安装座402安装在车体滑动机构3上，另外一端通过电推杆顶杆支撑座404安装在车体固定机构2上；

当进行轮距调节时，决策控制器104向横向电推杆401发送电信号，横向电推杆401运动带动车体滑动机构3在滑轨轨道405上向左运动，而车体固定机构2始终不动，从而实现车体滑动机构3相对于车体固定机构2的相对运动，进一步的实现了轮距调节。

优选的，水平直线滑动模组A403与水平直线滑动模组B407的前后两端还设置滑轨滑块406，滑轨滑块406用来限制车体固定机构2和车体滑动机构3移动的极限位置。

优选的，地隙调节模块5、后轮行驶机构7与前轮转向机构8均设有结构完全相同的两组，且布置在采集机器人的左右两侧。

优选的，地隙调节模块5包括垂向电推杆501、地隙调节L型安装座502、竖直导向杆座A503、竖直导向杆体A504、竖直导向杆座B505、竖直导向杆体B506、上层支撑梁507、下层支撑梁A601、下层支撑梁B602、下L型连接板603和上L型连接板604，

两侧的上层支撑梁507分别通过螺栓固定安装在车体固定机构2和车体滑动机构3上；

竖直导向杆体A504与竖直导向杆体B506的一端分别套在竖直导向杆座A503与竖直导向杆座B505里面，另一端分别与下层支撑梁A601或者下层支撑梁B602固定连接；

竖直导向杆座A503与竖直导向杆座B505的上端通过螺栓固定连接上层支撑梁507；

垂向电推杆501设有结构完全相同的两组，对称布置在左右两侧；

垂向电推杆501的一端通过地隙调节L型安装座502螺栓固定在上层支撑梁507上，另外一端通过下L型连接板603固定在下层支撑梁A601上；下L型连接板603和上L型连接板604通过螺栓连接在下层支撑梁A601上，下L型连接板603和上L型连接板604起到加固连接的作用，稳定下层支撑梁A601；

当进行高度调节时，决策控制器104给垂向电推杆501发送电信号，由于垂向电推杆501两端都固定，所以当垂向电推杆501运动时，驱动竖直导向杆体A504与竖直导向杆体B506相对竖直导向杆座A503与竖直导向杆座B505做伸缩运动，从而实现高度调节；由于左右两侧对称且结构完全相同，在此过程中，两侧的垂向电推杆501以相同的速度和时间进行工作，从而有保证左右两侧高度调节一致，不会发生倾斜。

优选的，后轮行驶机构7包括轮毂电机701、轮毂电机安装座A702、轮毂电机方向限位销703、轮毂电机换向轴承704、轮毂电机方向限位销轴705和轮毂电机安装座B706，轮毂电机安装座A702通过螺栓连接在下层支撑梁A601的通孔上，轮毂电机701通过轮毂电机换向轴承704连接在轮毂电机安装座A702上，轮毂电机方向限位销703通过轮毂电机方向限位销轴705用螺栓A固定在下层支撑梁A601的通孔上，螺栓A的两边均设有限位片以保证后轮转向稳定。

优选的，前轮转向机构8包括转向电机安装架801、直流直角减速转向电机802、转向轮连接座803、转向轮架804、转向电机输出轴805、转向轴承806和转向轮807，转向电机安装架801通过螺栓连接在下层支撑梁A601的通孔上，直流直角减速转向电机802通过螺栓连接固定在转向电机安装架801上；转向轮连接座803上端通过键槽周向固定与转向电机安装架801连接，下端通过螺栓与转向轮架804固定；转向轮807通过转向电机输出轴805和转向轴承806与转向轮连接座803螺栓连接；

当进行转向时，直流直角减速转向电机802接收到STM32F103单片机发送的控制信号进行运动并通过键槽传递到转向轮连接座803，再通过螺栓连接传递到转向轮架804，转向轮架804通过转向电机输出轴805带动转向轮807进行转动，从而实现机器人转向。

优选的，信息采集机器人的工作状态包括自动工作状态和人工控制状态，其中：

自动工作状态时，GNSS定位模块103用于记录机器人的行驶轨迹，双目相机用于采集作物冠层图像数据，感知控制器105通过处理冠层信息图像、识别冠层中央航迹并规划机器人目标巡迹，实现机器人实现自动巡迹、自动采集作物冠层信息的功能；

人工控制状态时，根据遥控信号控制机器人行驶和转向，人工控制机器人采集作物冠层信息。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

1)本发明提供了一种轮距和地隙可调的大田作物冠层信息采集机器人，使得机器人可以用于多种作物种植行距，以及多个生长周期的作物冠层信息采集，增强机器人的适用性；

2)本发明中，可通过机器视觉技术识别作物冠层的图像信息规划导航路径，控制机器人沿作物冠层中心线自动行驶，实现作物冠层信息自动采集功能，可提高工作效率、降低人工操作强度；

3)本发明所述的机器人具备可扩展通讯接口和机械接口，可搭载红外相机、高光谱相机、激光雷达等其他类型传感器，提高对作物冠层信息的采集能力。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中感知模块的结构示意图；

图3为本发明中轮距调节模块的示意图；

图4为本发明中轮距调节模块的滑轨组合示意图；

图5为本发明中地隙调节模块的示意图；

图6为本发明中后轮行驶机构的局部剖视示意图；

图7为本发明中前轮转向机构以及局部剖视示意图；

图8为本发明的控制系统架构示意图。

图中附图标记为：

100-感知模块； 101-双目相机支架；

102-高精度双目相机； 103-GNSS定位模块；

104-决策控制器； 105-感知控制器；

106–蓄电池； 107-相机连接架；

2-车体固定机构； 3-车体滑动机构；

4-轮距调节模块； 401-横向电推杆；

402-横向电推杆安装座； 403-水平直线滑动模组A；

404-电推杆顶杆支撑座； 405-滑轨轨道；

406-滑轨滑块； 407-水平直线滑动模组B；

5-地隙调节模块； 501-垂向电推杆；

502-地隙调节L型安装座； 503-竖直导向杆座A；

504-竖直导向杆体A； 505-竖直导向杆座B；

506-竖直导向杆体B； 507-上层支撑梁；

601-下层支撑梁A； 602-下层支撑梁B；

603-下L型连接板； 604-上L型连接板；

7-后轮行驶机构； 701-轮毂电机；

702-轮毂电机安装座A； 703-轮毂电机方向限位销；

704-轮毂电机换向轴承； 705-轮毂电机方向限位销轴；

706-轮毂电机安装座B； 8-前轮转向机构；

801-转向电机安装架； 802-直流直角减速转向电机；

803-转向轮连接座； 804-转向轮架；

805-转向电机输出轴； 806-转向轴承；

807-转向轮。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，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。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面通过参考附图描述的实施例以及方位性的词语均是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的一个宽泛实施例中，一种轮距和地隙可调的大田作物冠层信息采集机器人，包括感知模块100、车体固定机构2、车体滑动机构3、轮距调节模块4、地隙调节模块5、后轮行驶机构7和前轮转向机构8，其特征在于，感知模块100安放在车体固定机构2上，轮距调节模块4、地隙调节模块5、后轮行驶机构7与前轮转向机构8均安装在车体固定机构2的下方，轮距调节模块4通过驱动车体滑动机构3相对于车体固定机构2的移动以调节轮距尺寸，地隙调节模块5用于调节地隙尺寸，后轮行驶机构7用于实现机器人的行驶功能；前轮转向机构8用于实现前轮转向功能。

优选的，感知模块100包括双目相机信息采集机构、GNSS定位模块103、决策控制器104、感知控制器105和蓄电池106，双目相机信息采集机构包括双目相机支架101、高精度双目相机102和相机连接架107，其中，双目相机支架101固定安装在车体固定机构2上，相机连接架107固定连接在双目相机支架101上，高精度双目相机102安装在双目相机支架101上，高精度双目相机102与感知控制器105连接，高精度双目相机102将采集到的信号数据传输给感知控制器105；

感知控制器105与决策控制器104相互通信；

根据外界环境的变化，决策控制器104控制机器人及时调整状态以适应外界环境的变化，增加信息采集机器人的适用灵活性；

GNSS定位模块103与感知控制器105相连，GNSS定位模块103为信息采集机器人提供定位导航，传递信息采集机器人的位置信息；

感知控制器105采用NX SUB开放板作为作物冠层信息处理的核心，将双目相机采集的外界信息传递给感知控制器105，感知控制器105根据双目相机采集到的作物冠层信息进行处理，提取作物行线，用于机器人巡迹的依据；同时，感知控制器105将会与NX SUB开放板进行串口通信，根据大田作物的种植情况及时通过决策控制器104发出控制信号调整机器人的轮距和地隙，使机器人能够及时调整状态以适应外界环境的变化，从而实现机器人的自动巡迹。

优选的，蓄电池106的规格为48V、100Ah，用于为农田信息采集机器人整体供电；决策控制器104以STM32F103单片机作为下层控制器驱动机器人行走。

优选的，轮距调节模块4包括横向电推杆401、横向电推杆安装座402、水平直线滑动模组A403、电推杆顶杆支撑座404、滑轨轨道405和水平直线滑动模组B407，其中，

车体固定机构2既充当感知模块100的载物平台，也作为轮距调节模块4的一部分，实现一物多用；

水平直线滑动模组A403与水平直线滑动模组B407相互平行且分别设置于车体固定机构2的左右两侧；

水平直线滑动模组A403与水平直线滑动模组B407里面均安装有滑轨轨道405，车体滑动机构3通过滑轨轨道405搭载在车体固定机构2上；

横向电推杆安装座402固定连接在车体滑动机构3上，电推杆顶杆支撑座404安装在车体固定机构2上；

横向电推杆401一端通过横向电推杆安装座402安装在车体滑动机构3上，另外一端通过电推杆顶杆支撑座404安装在车体固定机构2上；

当进行轮距调节时，决策控制器104向横向电推杆401发送电信号，横向电推杆401运动带动车体滑动机构3在滑轨轨道405上向左运动，而车体固定机构2始终不动，从而实现车体滑动机构3相对于车体固定机构2的相对运动，进一步的实现了轮距调节。

优选的，水平直线滑动模组A403与水平直线滑动模组B407的前后两端还设置滑轨滑块406，滑轨滑块406用来限制车体固定机构2和车体滑动机构3移动的极限位置。

优选的，地隙调节模块5、后轮行驶机构7与前轮转向机构8均设有结构完全相同的两组，且布置在采集机器人的左右两侧。

优选的，地隙调节模块5包括垂向电推杆501、地隙调节L型安装座502、竖直导向杆座A503、竖直导向杆体A504、竖直导向杆座B505、竖直导向杆体B506、上层支撑梁507、下层支撑梁A601、下层支撑梁B602、下L型连接板603和上L型连接板604，

两侧的上层支撑梁507分别通过螺栓固定安装在车体固定机构2和车体滑动机构3上；

竖直导向杆体A504与竖直导向杆体B506的一端分别套在竖直导向杆座A503与竖直导向杆座B505里面，另一端分别与下层支撑梁A601或者下层支撑梁B602固定连接；

竖直导向杆座A503与竖直导向杆座B505的上端通过螺栓固定连接上层支撑梁507；

垂向电推杆501设有结构完全相同的两组，对称布置在左右两侧；

垂向电推杆501的一端通过地隙调节L型安装座502螺栓固定在上层支撑梁507上，另外一端通过下L型连接板603固定在下层支撑梁A601上；下L型连接板603和上L型连接板604通过螺栓连接在下层支撑梁A601上，下L型连接板603和上L型连接板604起到加固连接的作用，稳定下层支撑梁A601；

当进行高度调节时，决策控制器104给垂向电推杆501发送电信号，由于垂向电推杆501两端都固定，所以当垂向电推杆501运动时，驱动竖直导向杆体A504与竖直导向杆体B506相对竖直导向杆座A503与竖直导向杆座B505做伸缩运动，从而实现高度调节；由于左右两侧对称且结构完全相同，在此过程中，两侧的垂向电推杆501以相同的速度和时间进行工作，从而有保证左右两侧高度调节一致，不会发生倾斜。

优选的，后轮行驶机构7包括轮毂电机701、轮毂电机安装座A702、轮毂电机方向限位销703、轮毂电机换向轴承704、轮毂电机方向限位销轴705和轮毂电机安装座B706，轮毂电机安装座A702通过螺栓连接在下层支撑梁A601的通孔上，轮毂电机701通过轮毂电机换向轴承704连接在轮毂电机安装座A702上，轮毂电机方向限位销703通过轮毂电机方向限位销轴705用螺栓A固定在下层支撑梁A601的通孔上，螺栓A的两边均设有限位片以保证后轮转向稳定。

优选的，前轮转向机构8包括转向电机安装架801、直流直角减速转向电机802、转向轮连接座803、转向轮架804、转向电机输出轴805、转向轴承806和转向轮807，转向电机安装架801通过螺栓连接在下层支撑梁A601的通孔上，直流直角减速转向电机802通过螺栓连接固定在转向电机安装架801上；转向轮连接座803上端通过键槽周向固定与转向电机安装架801连接，下端通过螺栓与转向轮架804固定；转向轮807通过转向电机输出轴805和转向轴承806与转向轮连接座803螺栓连接；

当进行转向时，直流直角减速转向电机802接收到STM32F103单片机发送的控制信号进行运动并通过键槽传递到转向轮连接座803，再通过螺栓连接传递到转向轮架804，转向轮架804通过转向电机输出轴805带动转向轮807进行转动，从而实现机器人转向。

优选的，信息采集机器人的工作状态包括自动工作状态和人工控制状态，其中：

自动工作状态时，GNSS定位模块103用于记录机器人的行驶轨迹，双目相机用于采集作物冠层图像数据，感知控制器105通过处理冠层信息图像、识别冠层中央航迹并规划机器人目标巡迹，实现机器人实现自动巡迹、自动采集作物冠层信息的功能；

人工控制状态时，根据遥控信号控制机器人行驶和转向，人工控制机器人采集作物冠层信息。

下面结合附图，列举本发明的优选实施例，对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明所述的轮距和地隙可调的大田作物冠层信息采集机器人，包括感知模块100，车体固定机构2，车体滑动机构3，轮距调节模块4，地隙调节模块5，后轮行驶机构7，前轮转向机构8。感知模块100放在车体固定机构2上，感知模块100的前端有双目相机，搭载在车体固定机构2上，地隙调节模块5、后轮行驶机构7、前轮转向机构8均安装在车体固定机构2的下方。

感知模块100包括双目相机支架101、高精度双目相机102、GNSS定位模块103、决策控制器104、感知控制器105、蓄电池106、相机连接架107。

如图1所示，双目相机信息采集机构包括双目相机支架101、高精度双目相机102、相机连接架107。双目相机支架101固定安装在车体固定机构2上，相机连接架107通过螺钉连接在双目相机支架101上，高精度双目相机102安装在双目相机支架101上，高精度双目相机102与感知控制器105连接，将相机采集到的信号数据传输给感知控制器105。

如图1、2所示，蓄电池106规格为48V、100Ah，用于为农田信息采集机器人整体供电；决策控制器104以STM32F103单片机作为下层控制器驱动机器人行走，感知控制器105与决策控制器104相互通信；根据外界环境的变化，决策控制器104控制机器人及时调整状态以适应外界环境的变化，增加信息采集机器人的适用灵活性。

如图1、2所示，GNSS定位模块103与感知控制器105相连，GNSS定位模块103为信息采集机器人提供了定位导航，传递信息采集机器人的位置信息；感知控制器105采用NX SUB开放板作为作物冠层信息处理的核心，将双目相机采集的外界信息传递给感知控制器105，感知控制器105将会根据双目相机采集到的作物冠层信息进行处理，提取作物行线，用于机器人巡迹的依据；同时感知控制器105将会与决策控制器104的开发板进行串口通信，根据大田作物的种植情况及时通过决策控制器104发出控制信号调整机器人的轮距和地隙，使机器人能够及时调整状态以适应外界环境的变化，从而实现机器人的自动巡迹。

如图1、3、4所示，轮距调节模块4安装在车体固定机构2的下方，包括横向电推杆401、横向电推杆安装座402、水平直线滑动模组A403、电推杆顶杆支撑座404、滑轨轨道405、滑轨滑块406、水平直线滑动模组B407。车体固定机构2既充当集成箱体的载物平台，也作为轮距调节机构4的一部分，实现一物多用；位于左右两侧的水平直线滑动模组A403与水平直线滑动模组B407在车体固定机构2上，且二者相互平行，水平直线滑动模组A403与水平直线滑动模组B407里面均安装有滑轨轨道405，车体滑动机构3通过滑轨轨道405搭载在车体固定机构2上。

如图3所示，横向电推杆401通过螺栓连接固定在横向电推杆安装座402上，而横向电推杆安装座402通过螺栓固定在车体滑动机构3上，电推杆顶杆支撑座404安装在车体固定机构2上，用来固定住横向电推杆401的另一端；水平直线滑动模组A403与水平直线滑动模组B407中不仅包括滑轨轨道405，前后两端还包括滑轨滑块406，滑轨滑块406用来限制车体固定机构2和车体滑动机构3移动的极限位置。

当进行轮距调节时，决策控制器104给横向电推杆401发送电信号，由于横向电推杆401一端通过横向电推杆安装座402安装在车体滑动机构3上，另外一端通过电推杆顶杆支撑座404安装在车体固定机构2上；当横向电推杆401运动时，车体滑动机构3在滑轨轨道405上向左运动，而车体固定机构2始终不动，从而实现车体滑动机构3相对于车体固定机构2的相对运动，进一步的实现了机器人轮距调节。

如图1、5所示，地隙调节模块5有两组，结构完全相同，且分别通过两侧的上层支撑梁507安装在车体固定机构2和车体滑动机构3上；地隙调节模块5包括垂向电推杆501、地隙调节L型安装座502、竖直导向杆座A503、竖直导向杆体A504、竖直导向杆座B505、竖直导向杆体B506、上层支撑梁507、下层支撑梁A601、下层支撑梁B602、下L型连接板603、上L型连接板604。竖直导向杆体A504和竖直导向杆体B506具有相同结构，其一端均分别套在竖直导向杆座A503与竖直导向杆座B505中，竖直导向杆座A503与竖直导向杆座B505分别通过螺栓固定连接上层支撑梁507，竖直导向杆体A504和竖直导向杆体B506的另一端分别与下层支撑梁A601或者下层支撑梁B602固定连接；

如图5所示，垂向电推杆501有两组，结构完全相同，且对称布置在车体左右两侧。垂向电推杆501一端通过地隙调节L型安装座502螺栓固定在上层支撑梁507上，另外一端通过下L型连接板603固定在下层支撑梁A601上；下L型连接板603和上L型连接板604通过螺栓连接在下层支撑梁A601上，下L型连接板603和上L型连接板604可以起到加固连接的作用，稳定下层支撑梁A601。

当进行高度调节时，决策控制器104给垂向电推杆501发送电信号，由于垂向电推杆501的两端都固定，所以当垂向电推杆501运动时，驱动竖直导向杆体A504和竖直导向杆体B506相对竖直导向杆座A503与竖直导向杆座B505做伸缩运动，从而实现高度调节。由于左右两侧对称且结构完全相同，在此过程中，两侧的垂向电推杆501以相同的速度和时间进行工作，从而有保证左右两侧高度调节一致，不会发生倾斜。

如图1、6所示，后轮行驶机构7有两组，结构完全相同，布置在左右两侧；包括轮毂电机701、轮毂电机安装座A702、轮毂电机方向限位销703、轮毂电机换向轴承704、轮毂电机方向限位销轴705、轮毂电机安装座B706。轮毂电机安装座A702通过螺栓连接在下层支撑梁A601的通孔上，轮毂电机701通过轮毂电机换向轴承704连接在轮毂电机安装座A702上，轮毂电机方向限位销703通过轮毂电机方向限位销轴705用螺栓固定在下层支撑梁A601的通孔上，螺栓两边加上限位片，保证后轮转向稳定。

如图1、7所示，前轮转向机构8有两组，结构完全相同，布置在左右两侧；包括转向电机安装架801、直流直角减速转向电机802、转向轮连接座803、转向轮架804、转向电机输出轴805、转向轴承806、转向轮807。转向电机安装架801通过螺栓连接在下层支撑梁A601的通孔上，直流直角减速转向电机802通过螺栓连接固定在转向电机安装架801上，转向轮连接座803上端通过键槽周向固定与转向电机安装架801连接，底部通过螺栓与转向轮架804固定，转向轮807通过转向电机输出轴805和转向轴承806与转向轮连接座803螺栓连接。

当进行转向时，直流直角减速转向电机802接收到单片机发送的控制信号进行运动，通过键槽传递到转向轮连接座803，再通过螺栓连接传递到转向轮架804，转向轮架804通过转向电机输出轴805带动转向轮807进行转动，从而实现机器人转向。

如图8所示，本实例一方面可以将机器人调节为自动工作状态，GNSS定位模块103用于记录机器人的行驶轨迹，双目相机用于采集作物冠层图像数据，感知控制器105通过处理冠层信息图像，识别冠层中央航迹并规划机器人目标巡迹，实现机器人实现自动巡迹、自动采集作物冠层信息的功能。另一方面，也可以根据遥控信号控制机器人行驶和转向，人工控制机器人采集作物冠层信息。

本发明所述的大田作物冠层信息采集机器人不仅结构简单操作方便，而且方便后期机器人功能的拓展，有助于提高对作物冠层信息的采集效率。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种轮距和地隙可调的大田作物冠层信息采集机器人，包括感知模块(100)、车体固定机构(2)、车体滑动机构(3)、轮距调节模块(4)、地隙调节模块(5)、后轮行驶机构(7)和前轮转向机构(8)，其特征在于，感知模块(100)安放在车体固定机构(2)上，轮距调节模块(4)、地隙调节模块(5)、后轮行驶机构(7)与前轮转向机构(8)均安装在车体固定机构(2)的下方，轮距调节模块(4)通过驱动车体滑动机构(3)相对于车体固定机构(2)的移动以调节轮距尺寸，地隙调节模块(5)用于调节地隙尺寸，后轮行驶机构(7)用于实现机器人的行驶功能，前轮转向机构(8)用于实现前轮转向功能；

感知模块(100)包括双目相机信息采集机构、GNSS定位模块(103)、决策控制器(104)、感知控制器(105)和蓄电池(106)，双目相机信息采集机构包括双目相机支架(101)、高精度双目相机(102)和相机连接架(107)，其中，双目相机支架(101)固定安装在车体固定机构(2)上，相机连接架(107)固定连接在双目相机支架(101)上，高精度双目相机(102)安装在双目相机支架(101)上，高精度双目相机(102)与感知控制器(105)连接，高精度双目相机(102)将采集到的信号数据传输给感知控制器(105)；

感知控制器(105)与决策控制器(104)相互通信；

根据外界环境的变化，决策控制器(104)控制机器人及时调整状态以适应外界环境的变化，增加信息采集机器人的适用灵活性；

GNSS定位模块(103)与感知控制器(105)相连，GNSS定位模块(103)为信息采集机器人提供定位导航，传递信息采集机器人的位置信息；

感知控制器(105)采用NX SUB开放板作为作物冠层信息处理的核心，将双目相机采集的外界信息传递给感知控制器(105)，感知控制器(105)根据双目相机采集到的作物冠层信息进行处理，提取作物行线，用于机器人巡迹的依据；同时，感知控制器(105)将会与NX SUB开放板进行串口通信，根据大田作物的种植情况及时通过决策控制器(104)发出控制信号调整机器人的轮距和地隙，使机器人能够及时调整状态以适应外界环境的变化，从而实现机器人的自动巡迹；

轮距调节模块(4)包括横向电推杆(401)、横向电推杆安装座(402)、水平直线滑动模组A(403)、电推杆顶杆支撑座(404)、滑轨轨道(405)和水平直线滑动模组B(407)，其中，

车体固定机构(2)既充当感知模块(100)的载物平台，也作为轮距调节模块(4)的一部分，实现一物多用；

水平直线滑动模组A(403)与水平直线滑动模组B(407)相互平行且分别设置于车体固定机构(2)的左右两侧；

水平直线滑动模组A(403)与水平直线滑动模组B(407)里面均安装有滑轨轨道(405)，车体滑动机构(3)通过滑轨轨道(405)搭载在车体固定机构(2)上；

横向电推杆安装座(402)固定连接在车体滑动机构(3)上，电推杆顶杆支撑座(404)安装在车体固定机构(2)上；

横向电推杆(401)一端通过横向电推杆安装座(402)安装在车体滑动机构(3)上，另外一端通过电推杆顶杆支撑座(404)安装在车体固定机构(2)上；

当进行轮距调节时，决策控制器(104)向横向电推杆(401)发送电信号，横向电推杆(401)运动带动车体滑动机构(3)在滑轨轨道(405)上向左运动，而车体固定机构(2)始终不动，从而实现车体滑动机构(3)相对于车体固定机构(2)的相对运动，进一步的实现了轮距调节；

地隙调节模块(5)包括垂向电推杆(501)、地隙调节L型安装座(502)、竖直导向杆座A(503)、竖直导向杆体A(504)、竖直导向杆座B(505)、竖直导向杆体B(506)、上层支撑梁(507)、下层支撑梁A(601)、下层支撑梁B(602)、下L型连接板(603)和上L型连接板(604)，

两侧的上层支撑梁(507)分别通过螺栓固定安装在车体固定机构(2)和车体滑动机构(3)上；

竖直导向杆体A(504)与竖直导向杆体B(506)的一端分别套在竖直导向杆座A(503)与竖直导向杆座B(505)里面，另一端分别与下层支撑梁A(601)或者下层支撑梁B(602)固定连接；

竖直导向杆座A(503)与竖直导向杆座B(505)的上端通过螺栓固定连接上层支撑梁(507)；

垂向电推杆(501)设有结构完全相同的两组，对称布置在左右两侧；

垂向电推杆(501)的一端通过地隙调节L型安装座(502)螺栓固定在上层支撑梁(507)上，另外一端通过下L型连接板(603)固定在下层支撑梁A(601)上；下L型连接板(603)和上L型连接板(604)通过螺栓连接在下层支撑梁A(601)上，下L型连接板(603)和上L型连接板(604)起到加固连接的作用，稳定下层支撑梁A(601)；

当进行高度调节时，决策控制器(104)给垂向电推杆(501)发送电信号，由于垂向电推杆(501)两端都固定，所以当垂向电推杆(501)运动时，驱动竖直导向杆体A(504)与竖直导向杆体B(506)相对竖直导向杆座A(503)与竖直导向杆座B(505)做伸缩运动，从而实现高度调节；由于左右两侧对称且结构完全相同，在此过程中，两侧的垂向电推杆(501)以相同的速度和时间进行工作，从而有保证左右两侧高度调节一致，不会发生倾斜。

2.根据权利要求1所述的一种轮距和地隙可调的大田作物冠层信息采集机器人，其特征在于，蓄电池(106)的规格为48V、100Ah，用于为农田信息采集机器人整体供电；决策控制器(104)以STM32F103单片机作为下层控制器驱动机器人行走。

3.根据权利要求1所述的一种轮距和地隙可调的大田作物冠层信息采集机器人，其特征在于，水平直线滑动模组A(403)与水平直线滑动模组B(407)的前后两端还设置滑轨滑块(406)，滑轨滑块(406)用来限制车体固定机构(2)和车体滑动机构(3)移动的极限位置。

4.根据权利要求1所述的一种轮距和地隙可调的大田作物冠层信息采集机器人，其特征在于，地隙调节模块(5)、后轮行驶机构(7)与前轮转向机构(8)均设有结构完全相同的两组，且布置在采集机器人的左右两侧。

5.根据权利要求4所述的一种轮距和地隙可调的大田作物冠层信息采集机器人，其特征在于，后轮行驶机构(7)包括轮毂电机(701)、轮毂电机安装座A(702)、轮毂电机方向限位销(703)、轮毂电机换向轴承(704)、轮毂电机方向限位销轴(705)和轮毂电机安装座B(706)，轮毂电机安装座A(702)通过螺栓连接在下层支撑梁A(601)的通孔上，轮毂电机(701)通过轮毂电机换向轴承(704)连接在轮毂电机安装座A(702)上，轮毂电机方向限位销(703)通过轮毂电机方向限位销轴(705)用螺栓A固定在下层支撑梁A(601)的通孔上，螺栓A的两边均设有限位片以保证后轮转向稳定。

6.根据权利要求4所述的一种轮距和地隙可调的大田作物冠层信息采集机器人，其特征在于，前轮转向机构(8)包括转向电机安装架(801)、直流直角减速转向电机(802)、转向轮连接座(803)、转向轮架(804)、转向电机输出轴(805)、转向轴承(806)和转向轮(807)，转向电机安装架(801)通过螺栓连接在下层支撑梁A(601)的通孔上，直流直角减速转向电机(802)通过螺栓连接固定在转向电机安装架(801)上；转向轮连接座(803)上端通过键槽周向固定与转向电机安装架(801)连接，下端通过螺栓与转向轮架(804)固定；转向轮(807)通过转向电机输出轴(805)和转向轴承(806)与转向轮连接座(803)螺栓连接；

当进行转向时，直流直角减速转向电机(802)接收到STM32F103单片机发送的控制信号进行运动并通过键槽传递到转向轮连接座(803)，再通过螺栓连接传递到转向轮架(804)，转向轮架(804)通过转向电机输出轴(805)带动转向轮(807)进行转动，从而实现机器人转向。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种轮距和地隙可调的大田作物冠层信息采集机器人，其特征在于，信息采集机器人的工作状态包括自动工作状态和人工控制状态，其中：

自动工作状态时，GNSS定位模块(103)用于记录机器人的行驶轨迹，双目相机用于采集作物冠层图像数据，感知控制器(105)通过处理冠层信息图像、识别冠层中央航迹并规划机器人目标巡迹，实现机器人实现自动巡迹、自动采集作物冠层信息的功能；

人工控制状态时，根据遥控信号控制机器人行驶和转向，人工控制机器人采集作物冠层信息。