CN118923235A - 一种利用太阳能的新型除草机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用太阳能的新型除草机器人，涉及机器人除草技术领域，包括行走组件、识别模块、除草机构、处理控制模块。本发明，通过对除草机构进行改进设计，利用摆架、除草组件、自适应弹性保持架以及引导架结构，保证除草组件随着摆架摆动的过程中，除草组件作用在地面上的除草位置位于一条直线上；并且摆架摆动过程中，除草组件始终与摆架垂直，像摆尾一样，使除草组件实际能够除草的范围大于行走组件的宽度，从而保证行走组件行进的路径下都能够完成除草，不需要使行走组件路径重叠，大大提高除草的效率。
Description
技术领域
本发明涉及机器人除草技术领域，具体为一种利用太阳能的新型除草机器人。
背景技术
试验田中的杂草会遮挡阳光、抢占农作物的养分，为了保证农作物的产量，需要清除杂草；传统采用喷洒农药的方式进行除草，但是农药也会对农作物的正常生长造成影响，而且会存在农药残留的问题，新型除草机器人是基于物理除草的方式，将杂草杀死，例如激光除草、喷火除草、旋搅除草、粉碎除草等。
一般的新型除草机器人包括：在农作物间隙内行走的主体结构、除草组件、识别模块、控制系统等，主体结构在农作物间隙内行走的过程中，识别模块对行走区域内的杂草进行智能识别，并将识别信息传送给控制系统，由控制系统控制除草组件进行指定位置的除草动作，但是常规的除草组件除草的范围有限，仅对其正下方区域进行除草，使主体结构在农作物间隙内行走路径存在重叠，造成能源的浪费，一些除草组件设置角度控制机构，这不仅会增加机械结构的复杂性，还会使控制系统变得复杂，为此本发明提供一种新型利用太阳能的新型除草机器人。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用太阳能的新型除草机器人，解决了现有除草组件除草的范围有限，仅对其正下方区域进行除草，使主体结构在农作物间隙内行走路径存在重叠，造成能源的浪费的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种利用太阳能的新型除草机器人，包括：
行走组件；
识别模块，所述识别模块固定安装在行走组件上，所述识别模块用于获取图片信息；
除草机构，所述除草机构安装在行走组件上；
处理控制模块，所述处理控制模块接收识别模块获取的图片信息，并对图片信息进行处理得到杂草的位置信息，根据杂草的位置信息对除草机构下达对应的控制指令；
具体的，所述除草机构包括：
摆架，所述摆架转动安装在行走组件上；
伺服电机，所述伺服电机固定安装在行走组件上，且伺服电机用于驱动摆架摆动；
除草组件，所述除草组件铰接在摆架的一端，且除草组件与摆架的铰接轴水平且垂直于摆架；
引导架，所述引导架位于摆架的末端，且引导架与行走组件固定连接，所述引导架具有弧形板架，所述弧形板架的锥角从中部至两端逐渐减小；
自适应弹性保持架，所述自适应弹性保持架安装在除草组件的顶端，使除草组件贴合在弧形板架的外侧面；
所述处理控制模块对除草机构下达的控制指令包括：控制伺服电机转动的指令和控制除草组件除草动作的指令。
优选的，所述行走组件包括：
底架，所述底架为三角形平板；
顶架，顶架固定设置在底架的上方，所述底架与顶架之间形成间隙，摆架设置在底架与顶架之间的间隙内；
固定筒，所述固定筒固定安装在底架、顶架的前端，摆架与固定筒转动安装；
倾斜板架，所述倾斜板架的底端与顶架固定安装，所述倾斜板架的顶端与固定筒固定安装，所述倾斜板架上固定安装有太阳能板；
所述固定筒的底端固定连接有具有转向机构的主动轮，所述底架的底端且位于固定筒后方的左右两侧均固定安装有行走轮，所述顶架具有向下凹陷的电池槽，所述电池槽的内部固定设置有电池组件，所述电池组件用于给识别模块、伺服电机、除草组件以及具有转向机构的主动轮供电，所述太阳能板与电池组件通过逆变器电性连接。
优选的，所述顶架的尾部设置有尾板，所述尾板的上表面开设有矩形窗口，所述矩形窗口处安装透明板。
优选的，所述具有转向机构的主动轮包括：
转向架，所述转向架与固定筒的底端转动连接；
转向电机，所述转向电机与转向架固定安装，且转向电机的输出轴与固定筒传动连接；
轮架，所述轮架与转向架固定连接，所述轮架上转动安装有轮组，所述轮架的一侧固定安装有行走电机，所述行走电机的输出端与轮组的转轴传动连接。
优选的，所述引导架包括：弧形板架、吊杆，所述吊杆固定安装在弧形板架的两端，所述吊杆的顶端与顶架固定连接，所述底架与顶架之间固定连接有后撑架，所述后撑架与吊杆固定连接，所述后撑架的侧面固定连接有后骨架，所述后骨架与底架、顶架均固定连接，所述行走轮固定安装在后骨架的底端。
优选的，所述摆架包括：
环形件，所述环形件转动安装在固定筒上，所述环形件的侧面且沿着环形件的径向固定连接有短壁、长壁，所述短壁的端部与长壁的侧面之间固定连接有弧形齿条，所述长壁的端部固定连接有弧形架，所述弧形架的端部固定连接有沿着环形件径向的连接架；
所述除草组件的侧面固定连接有第一铰接头，所述第一铰接头与连接架的端部铰接；
所述底架的顶部固定连接有抬撑架，所述伺服电机与抬撑架固定安装，所述伺服电机的输出端固定连接有齿轮，所述齿轮与弧形齿条相啮合。
优选的，所述自适应弹性保持架包括：
弧形支架，所述除草组件的顶部设置有第二铰接头，所述弧形支架的第一端与第二铰接头铰接，所述弧形支架的第二端固定连接有球头；
弹簧，所述弹簧的第一端与弧形支架的内侧固定连接，所述弹簧的第二端与除草组件的侧面固定连接。
优选的，所述除草组件的底端设置有激光除草组件。
优选的，所述除草组件的内侧固定连接有电动伸缩件，所述电动伸缩件的伸缩端固定连接有旋转电机，所述旋转电机的输出端固定安装有搅刀。
优选的，所述固定筒的顶部固定连接有指示灯杆。
本发明提供了一种利用太阳能的新型除草机器人。具备以下有益效果：
1、本发明，通过对除草机构进行改进设计，利用摆架、除草组件、自适应弹性保持架以及引导架结构，在控制除草组件动作的时候，除草组件随着摆架摆动，并且依靠自适应弹性保持架使除草组件始终贴在引导架上移动，具体的，将引导架的弧形板架的锥角设计为从中部至两端逐渐减小，除草组件处于中间位置的时候，其倾角较大，随着朝向弧形板架的两端摆动时除草组件的倾角减小，从而保证除草组件随着摆架摆动的过程中，除草组件作用在地面上的除草位置位于一条直线上；并且摆架摆动过程中，除草组件始终与摆架垂直，像摆尾一样，使除草组件实际能够除草的范围大于行走组件的宽度，从而保证行走组件行进的路径下都能够完成除草，不需要使行走组件路径重叠，大大提高除草的效率。
2、本发明，通过设计倾斜板架结构，其位于顶架的上方，其目的之一是用于保护电池组件(避免阳光照射在电池组件上，造成温度升高)；另一目的是安装太阳能板，依靠太阳能板进行光伏发电，并利用逆变器进行调整太阳能板发电的电压，用于为电池组件充电，从而提高除草机器人的续航能力。
附图说明
图1为本发明所提出的一种利用太阳能的新型除草机器人的第一视角立体图；
图2为本发明所提出的一种利用太阳能的新型除草机器人的第二视角立体图；
图3为本发明所提出的一种利用太阳能的新型除草机器人的左侧视图；
图4为本发明所提出的一种利用太阳能的新型除草机器人的后侧视图；
图5为本发明所提出的一种利用太阳能的新型除草机器人的摆动架的立体示意图；
图6为本发明所提出的一种利用太阳能的新型除草机器人的除草组件的立体示意图；
图7为本发明所提出的一种利用太阳能的新型除草机器人的一种除草组件的原理图；
图8为本发明所提出的一种利用太阳能的新型除草机器人的另一种除草组件的原理图；
图9为本发明所提出的一种利用太阳能的新型除草机器人的引导架的立体示意图；
图10为本发明所提出的一种利用太阳能的新型除草机器人的除草组件在引导架上不同位置对应的除草位置示意图；
图11为本发明所提出的一种利用太阳能的新型除草机器人的除草时的示意图。
其中，1、底架；2、顶架；201、尾板；202、透明板；203、电池槽；3、固定筒；4、具有转向机构的主动轮；401、转向架；402、转向电机；403、轮架；404、轮组；405、行走电机；5、摆架；501、环形件；502、短壁；503、长壁；504、弧形齿条；505、弧形架；506、连接架；6、抬撑架；7、伺服电机；8、齿轮；9、除草组件；901、第一铰接头；902、第二铰接头；903、电动伸缩件；904、旋转电机；905、搅刀；906、激光除草组件；10、引导架；1001、弧形板架；1002、吊杆；11、识别模块；12、电池组件；13、倾斜板架；14、太阳能板；15、参照地面；16、指示灯杆；17、后撑架；18、后骨架；19、行走轮；20、自适应弹性保持架；2001、弧形支架；2002、球头；2003、弹簧。
具体实施方式
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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
实施例一：
如图1-图11所示，本发明实施例提供一种利用太阳能的新型除草机器人，包括：行走组件、识别模块11、除草机构、处理控制模块。
行走组件为除草机器人的主体结构，其可在地面行走，识别模块11固定安装在行走组件上，识别模块11用于获取图片信息，识别模块11可选用高速摄像头(也可以是RGB摄像机、双目摄像机或红外摄像机)，用于实时获取除草区域的图片，除草机构安装在行走组件上，除草机构的斜下方对应除草区域，随着行走组件的行走，除草机构对应的除草区域向前扫过田间区域，处理控制模块接收识别模块11获取的图片信息，并对图片信息进行处理得到杂草的位置信息，根据杂草的位置信息对除草机构下达对应的控制指令，从而实现自动化的除草，处理控制模块搭载的程序是目前常规的基于ML(机器学习)的深度学习模型。
本实施例具体设计了除草机构，其包括：摆架5、伺服电机7、除草组件9、引导架10以及自适应弹性保持架20。
将摆架5转动安装在行走组件上，摆架5所对应的转轴为竖直轴，伺服电机7固定安装在行走组件上，且伺服电机7用于驱动摆架5摆动；一种方式是伺服电机7的输出轴经过减速结构直接驱动摆架5摆动；另一种方式是伺服电机7上安装齿轮，摆架5上设计弧形齿条，依靠齿轮与弧形齿条的啮合驱动摆架5摆动；除草组件9铰接在摆架5的一端，且除草组件9与摆架5的铰接轴水平且垂直于摆架5，除草组件9随着摆架5一同摆动，但同时除草组件9自身的倾斜角度可调整。
引导架10位于摆架5的末端，且引导架10与行走组件固定连接，引导架10具有弧形板架1001，弧形板架1001的锥角从中部至两端逐渐减小，自适应弹性保持架20安装在除草组件9的顶端，使除草组件9贴合在弧形板架1001的外侧面。
在自适应弹性保持架20的弹性作用下，使除草组件9紧靠着引导架10，即除草组件9的侧面贴合弧形板架1001的侧面，随着弧形板架1001侧面的锥角减小，除草组件9的倾斜角度减小；反之，除草组件9随着弧形板架1001侧面的锥角增大，除草组件9的倾斜角度也增大。
处理控制模块对除草机构下达的控制指令包括：控制伺服电机7转动的指令和控制除草组件9除草动作的指令。
如图10所示，a、b所示的中心线为除草组件9位于对应位置的中心线；例如，除草组件9在a位置的时候，除草组件9自身的倾斜角度较大，除草组件9对其斜下方区域进行除草操作，除草组件9在b位置的时候，除草组件9自身的倾斜角度较小，除草组件9也对其斜下方区域进行除草操作，虽然上述两个位置除草组件9的倾斜角度不同，相对于参照地面15的距离也不同，但总可以使除草组件9对应的除草位置在一条直线上。
如图10中所示，除草组件9从a位置到b位置的过程中，除草组件9始终沿着摆架5的径向，其倾斜向下执行除草动作的时候，除草组件9对应的除草区域大于除草组件9实际移动所能到达的位置；如图11中所示，除草组件9在行走组件的下方区域摆动，但除草组件9对应的除草区域的长度大于行走组件的宽度。
在一实施例中，行走组件包括：底架1、顶架2、固定筒3、具有转向机构的主动轮4、倾斜板架13、太阳能板14以及电池组件12。
底架1为三角形平板，顶架2固定设置在底架1的上方，顶架2前端也为三角形平板，并且顶架2后端具有矩形尾板，底架1与顶架2之间形成间隙，摆架5设置在底架1与顶架2之间的间隙内，固定筒3固定安装在底架1、顶架2的前端，摆架5与固定筒3转动安装，底架1、顶架2、固定筒3整体组成的架体结构形似三角形，倾斜板架13的底端与顶架2固定安装，倾斜板架13的顶端与固定筒3固定安装，倾斜板架13上固定安装有太阳能板14，固定筒3的底端固定连接有具有转向机构的主动轮4，底架1的底端且位于固定筒3后方的左右两侧均固定安装有行走轮19，具有转向机构的主动轮4与两个行走轮19构成三轮车模型，顶架2具有向下凹陷的电池槽203，电池槽203的内部固定设置有电池组件12，电池组件12用于给识别模块11、伺服电机7、除草组件9以及具有转向机构的主动轮4供电，太阳能板14与电池组件12通过逆变器电性连接。
由给识别模块11获取顶架2的矩形尾板下方区域的图片信息，处理控制模块对图片信息进行处理，得到具体的杂草位置信息，并结合行走组件自身向前移动的特性，生成控制伺服电机7和除草组件9的指令信息。
伺服电机7驱动摆架5转动，使除草组件9到达预定位置，除草组件9对其后下方进行除草。
例如除草组件9的底端设置有激光除草组件906，由激光除草组件906发出激光打在杂草的根、茎部，从而杀死杂草。
激光除草组件906组件的成本较高，例如还可以使用：除草组件9的内侧固定连接有电动伸缩件903，电动伸缩件903的伸缩端固定连接有旋转电机904，旋转电机904的输出端固定安装有搅刀905，由旋转电机904驱动搅刀905转动，电动伸缩件903推动旋转电机904与搅刀905同步斜向后深处，从而对指定位置的地面进行旋搅，将杂草的根部搅碎，实现杀死杂草的目的。
在一实施例中，顶架2的尾部设置有尾板201，尾板201的上表面开设有矩形窗口，矩形窗口处安装透明板202，尾板201的作用是罩住除草组件9，避免激光除草组件906或者搅刀905对用户造成伤害，并且矩形窗口、透明板202结构的设计，不影响测试人员观察除草效果。
在一实施例中，具有转向机构的主动轮4包括：转向架401、转向电机402、轮架403、行走电机405、轮组404。
转向架401与固定筒3的底端转动连接，转向电机402与转向架401固定安装，且转向电机402的输出轴与固定筒3传动连接，转向电机402动作的时候，驱动转向架401相对于固定筒3转动，实现转向的目的，轮架403与转向架401固定连接，轮架403上转动安装有轮组404，轮架403的一侧固定安装有行走电机405，行走电机405的输出端与轮组404的转轴传动连接。
由行走电机405驱动轮组404转动，轮组404在地面上滚动，实现拉动驱动装置移动的目的。
在一实施例中，引导架10包括：弧形板架1001、吊杆1002，吊杆1002固定安装在弧形板架1001的两端，吊杆1002的顶端与顶架2固定连接，底架1与顶架2之间固定连接有后撑架17，后撑架17与吊杆1002固定连接，后撑架17的侧面固定连接有后骨架18，后骨架18与底架1、顶架2均固定连接，行走轮19固定安装在后骨架18的底端。
后撑架17、后骨架18的设计，使底架1与顶架2的整体结构更加的稳定，并且便于进行安装行走轮19。
在一实施例中，摆架5包括：环形件501，环形件501转动安装在固定筒3上，环形件501的侧面且沿着环形件501的径向固定连接有短壁502、长壁503，短壁502的端部与长壁503的侧面之间固定连接有弧形齿条504，长壁503的端部固定连接有弧形架505，弧形架505的端部固定连接有沿着环形件501径向的连接架506。
除草组件9的侧面固定连接有第一铰接头901，第一铰接头901与连接架506的端部铰接，除草组件9可相对于连接架506的端部倾斜摆动，底架1的顶部固定连接有抬撑架6，伺服电机7与抬撑架6固定安装，伺服电机7的输出端固定连接有齿轮8，齿轮8与弧形齿条504相啮合。
伺服电机7驱动齿轮8转动，齿轮8驱动弧形齿条504摆动，进而驱动摆架5整体摆动。
在一实施例中，自适应弹性保持架20包括：弧形支架2001、弹簧2003。
除草组件9的顶部设置有第二铰接头902，弧形支架2001的第一端与第二铰接头902铰接，弧形支架2001的第二端固定连接有球头2002，弹簧2003的第一端与弧形支架2001的内侧固定连接，弹簧2003的第二端与除草组件9的侧面固定连接。
如图5、图6中所示，在弹簧2003的作用下，弧形支架2001的第二端固定连接的球头2002紧密的抵在弧形板架1001的内侧，使除草组件9紧密的靠近弧形板架1001的外侧，使除草组件9的倾斜角度与弧形支架2001的外侧一致。
在一实施例中，固定筒3的顶部固定连接有指示灯杆16，指示灯杆16具有红、绿、黄三种亮色，用于指示绿色正常工作、黄色预警和红色停机报警。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种利用太阳能的新型除草机器人，其特征在于，包括：
行走组件；
识别模块(11)，所述识别模块(11)固定安装在行走组件上，所述识别模块(11)用于获取图片信息；
除草机构，所述除草机构安装在行走组件上；
处理控制模块，所述处理控制模块接收识别模块(11)获取的图片信息，并对图片信息进行处理得到杂草的位置信息，根据杂草的位置信息对除草机构下达对应的控制指令。
2.根据权利要求1所述的一种利用太阳能的新型除草机器人，其特征在于，所述除草机构包括：
摆架(5)，所述摆架(5)转动安装在行走组件上；
伺服电机(7)，所述伺服电机(7)固定安装在行走组件上，且伺服电机(7)用于驱动摆架(5)摆动；
除草组件(9)，所述除草组件(9)铰接在摆架(5)的一端，且除草组件(9)与摆架(5)的铰接轴水平且垂直于摆架(5)；
引导架(10)，所述引导架(10)位于摆架(5)的末端，且引导架(10)与行走组件固定连接，所述引导架(10)具有弧形板架(1001)，所述弧形板架(1001)的锥角从中部至两端逐渐减小；
自适应弹性保持架(20)，所述自适应弹性保持架(20)安装在除草组件(9)的顶端，使除草组件(9)贴合在弧形板架(1001)的外侧面；
所述处理控制模块对除草机构下达的控制指令包括：控制伺服电机(7)转动的指令和控制除草组件(9)除草动作的指令。
3.根据权利要求1所述的一种利用太阳能的新型除草机器人，其特征在于，所述行走组件包括：
底架(1)，所述底架(1)为三角形平板；
顶架(2)，顶架(2)固定设置在底架(1)的上方，所述底架(1)与顶架(2)之间形成间隙，摆架(5)设置在底架(1)与顶架(2)之间的间隙内；
固定筒(3)，所述固定筒(3)固定安装在底架(1)、顶架(2)的前端，摆架(5)与固定筒(3)转动安装；
倾斜板架(13)，所述倾斜板架(13)的底端与顶架(2)固定安装，所述倾斜板架(13)的顶端与固定筒(3)固定安装，所述倾斜板架(13)上固定安装有太阳能板(14)；
所述固定筒(3)的底端固定连接有具有转向机构的主动轮(4)，所述底架(1)的底端且位于固定筒(3)后方的左右两侧均固定安装有行走轮(19)，所述顶架(2)具有向下凹陷的电池槽(203)，所述电池槽(203)的内部固定设置有电池组件(12)，所述电池组件(12)用于给识别模块(11)、伺服电机(7)、除草组件(9)以及具有转向机构的主动轮(4)供电，所述太阳能板(14)与电池组件(12)通过逆变器电性连接。
4.根据权利要求3所述的一种利用太阳能的新型除草机器人，其特征在于：所述顶架(2)的尾部设置有尾板(201)，所述尾板(201)的上表面开设有矩形窗口，所述矩形窗口处安装透明板(202)。
5.根据权利要求3所述的一种利用太阳能的新型除草机器人，其特征在于，所述具有转向机构的主动轮(4)包括：
转向架(401)，所述转向架(401)与固定筒(3)的底端转动连接；
转向电机(402)，所述转向电机(402)与转向架(401)固定安装，且转向电机(402)的输出轴与固定筒(3)传动连接；
轮架(403)，所述轮架(403)与转向架(401)固定连接，所述轮架(403)上转动安装有轮组(404)，所述轮架(403)的一侧固定安装有行走电机(405)，所述行走电机(405)的输出端与轮组(404)的转轴传动连接。
6.根据权利要求3所述的一种利用太阳能的新型除草机器人，其特征在于，所述引导架(10)包括：弧形板架(1001)、吊杆(1002)，所述吊杆(1002)固定安装在弧形板架(1001)的两端，所述吊杆(1002)的顶端与顶架(2)固定连接，所述底架(1)与顶架(2)之间固定连接有后撑架(17)，所述后撑架(17)与吊杆(1002)固定连接，所述后撑架(17)的侧面固定连接有后骨架(18)，所述后骨架(18)与底架(1)、顶架(2)均固定连接，所述行走轮(19)固定安装在后骨架(18)的底端。
7.根据权利要求3所述的一种利用太阳能的新型除草机器人，其特征在于，所述摆架(5)包括：
环形件(501)，所述环形件(501)转动安装在固定筒(3)上，所述环形件(501)的侧面且沿着环形件(501)的径向固定连接有短壁(502)、长壁(503)，所述短壁(502)的端部与长壁(503)的侧面之间固定连接有弧形齿条(504)，所述长壁(503)的端部固定连接有弧形架(505)，所述弧形架(505)的端部固定连接有沿着环形件(501)径向的连接架(506)；
所述除草组件(9)的侧面固定连接有第一铰接头(901)，所述第一铰接头(901)与连接架(506)的端部铰接；
所述底架(1)的顶部固定连接有抬撑架(6)，所述伺服电机(7)与抬撑架(6)固定安装，所述伺服电机(7)的输出端固定连接有齿轮(8)，所述齿轮(8)与弧形齿条(504)相啮合。
8.根据权利要求3所述的一种利用太阳能的新型除草机器人，其特征在于，所述自适应弹性保持架(20)包括：
弧形支架(2001)，所述除草组件(9)的顶部设置有第二铰接头(902)，所述弧形支架(2001)的第一端与第二铰接头(902)铰接，所述弧形支架(2001)的第二端固定连接有球头(2002)；
弹簧(2003)，所述弹簧(2003)的第一端与弧形支架(2001)的内侧固定连接，所述弹簧(2003)的第二端与除草组件(9)的侧面固定连接。
9.根据权利要求3所述的一种利用太阳能的新型除草机器人，其特征在于：所述除草组件(9)的底端设置有激光除草组件(906)；所述固定筒(3)的顶部固定连接有指示灯杆(16)。
10.根据权利要求3所述的一种利用太阳能的新型除草机器人，其特征在于：所述除草组件(9)的内侧固定连接有电动伸缩件(903)，所述电动伸缩件(903)的伸缩端固定连接有旋转电机(904)，所述旋转电机(904)的输出端固定安装有搅刀(905)。
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| CN202411097776.XA CN118923235A (zh) | 2024-08-09 | 2024-08-09 | 一种利用太阳能的新型除草机器人 |
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- 2024-08-09 CN CN202411097776.XA patent/CN118923235A/zh active Pending
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