CN201862519U - 一种抗风喷灌节水喷头机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种抗风喷灌节水喷头机器人，属于喷灌装置技术领域。包括：一个喷头本体(1)，一个喷头座(4)，柔性进水管(6)，一个连接喷头本体和喷头座的活动连接装置(3)，其特征还在于：它还包括感风板(2)、传感器(5)、摆幅控制机械手装置(7)，所述的感风板(2)与喷头本体(1)固定连接，所述的传感器(5)安装在感风板(2)的下方，所述的摆幅控制机械手装置(7)与喷头本体(1)固定连接。本实用新型具备反馈式抗风节水喷灌的能力，使喷灌喷洒的水流精确到位，实现农业、园林的抗风节水喷洒，从而节约喷灌用水资源，可用于对植物的抗风喷灌，保护城市的绿化和生态环境。

Description

一种抗风喷灌节水喷头机器人

技术领域

本实用新型涉及一种喷灌装置，尤其是一种抗风喷灌节水喷头机器人。

背景技术

目前，用于植物尤其是城市绿化带园林灌溉用的常见的国产喷灌喷头(典型的有中国专利申请号为CN99222685的“旋转喷头”)，以及各种公知的进口喷灌喷头，在植物喷灌时受风力干扰影响很大，导致于喷洒不能准确到位，结果导致应该喷灌的种植地没喷灌到位，不应该喷的地面或路面却流水四溢，从而产生以下情形：1)部分植物没浇灌上水；2)水喷洒到人行道或机动车道上出了；3)浪费水资源；4)非种植地面受水浸湿破坏；4)没浇灌的地方还需要人工补洒水。正是因为这样，给植物的喷灌尤其园林、花草绿化地的管理带来很大的麻烦，为此需付出更多的水费和人工费，甚至导致地面受损，不仅影响地面的质量和路人的行走，而且由于地面的打滑和水流的喷射影响车辆的安全行驶。到迄今为止，还是没有简单而有效的解决方法。

实用新型内容

针对现有喷灌喷头喷灌存在的缺点，本实用新型的目的在于克服现有喷头在喷灌时受风力干扰影响大、喷洒不到位的缺点，提供一种能够根据风力的变化智能调整喷射角度准确喷洒到位的抗风喷灌节水喷头机器人，该喷头能够识别风力的大小和方向，具有一定的学习功能，并作出相应的决策和执行相应的运动，通过反馈进行自我调节喷射的角度和方向，以适应环境风力的变化，自适应控制喷头机器人进行智能化喷灌，从而达到节约用水、节省人工且不影响地面行人与车辆的行走，达到抗风节水喷灌的目的。

为实现上述目的，本实用新型的抗风喷灌节水喷头机器人包括：一个喷头本体，一个喷头座，一段柔性进水管，一个连接喷头本体和喷头座的活动连接装置，它还包括感风板、传感器、摆幅控制机械手装置。该感风板是一块正面设置的固定于喷头本体之上的面板，以感应风力的大小和方向；所述的传感器安装在感风板的下方的位置，用于测得风力的大小并将其转化成控制信号；所述的摆幅控制机械手装置与喷头本体连接，它根据传感器的信号调节喷射角。

上述所述的连接喷头本体和喷头座的活动连接装置(3)采用弹性连接装置。

上述所述的摆幅控制机械手装置(7)为一六轴机械手。

采用了上述结构后，本实用新型的抗风喷灌节水喷头机器人实质上就包括了以下部分：1)机械支撑部分，即喷头座，是一通过活动连接装置连接喷头本体并带有能与水管相连的进水接口的座体。2)执行部分，是由喷头本体和摆幅控制机械手装置组成，喷头本体是一带喷嘴或喷口实现喷灌喷射的喷头基体，摆幅控制机械手装置是一使喷头本体相对喷头座能够实现高低方向的摆动的同时又不溢漏水的装置。3)感知部分，即感风板和传感器，感风板可分为单块式感风板和双块正交式感风板，单块式感风板是一块片状或板状的轻薄面板；双块正交式感风板是一件两块轻薄面板相互垂直正交而成的连体件，它是前者的改进型，是为了更好地识别与控制任意方向的风。整个感风板固定在喷头本体的上方，传感器在感风板的下面，把感风板受到的风力转化成信号来控制摆幅控制机械手装置的转动角度，调节喷头本体喷射角，达到抗风喷灌的目的。当任意风吹动时，总能把该风的风力分解成两个垂直正交的X、Y方向的风力，单块式感风板则只对一个方向的风响应，双块正交式感风板则对两个方向的风响应，这样固定在喷头本体的上方的感风板接受风的吹动并传递给传感器，风力大小决定传感器信号的大小，传感器信号的大小和方向则控制摆幅控制机械手装置摆幅的大小和方向，风往哪边吹，感风板则往那边摆，以此来感知和识别风的大小和方向。4)控制部分，即控制电路板。控制电路板是整个装置的控制核心，实现精确智能抗风喷灌。

所述的连接喷头本体和喷头座的活动连接装置是一上端带有螺纹下端带有锁口的圆筒，在进水接口的座体上部是两端带孔直连通的空心球台体，并在进水接口的座体上部的空心球台体与喷头本体之间设置一环形密封圈以防漏水。为了限制喷头的水平方向的转动，该空心球台体也可设置成被两个平行的铅垂平面所挖切形成两平行的平面，刚好与锁口的圆筒的内表面形成配合，这样就限止了喷头本体就只能在高低方向摆动，而不能在水平方向转动。此外，为了使喷头本体相对喷头座能够实现高低方向的摆动的同时不溢漏水，该活动连接装置也可通过上紧套和软管构成，使喷头本体与喷头座活动连接，还可在软管中间安放一细弹簧，也可以在软管的管壁内填埋弹性体如弹性钢丝、弹性钢片等，以便使软管能够摆动又不容易折断，使之成为带有弹性的活动连接装置。

所述的感风板，分为一片状或板状的轻薄面板，为了能更好的识别任意的风大小和方向，感风板也可以设置成一件两个轻薄面板相互正交而成的连体件，它固定在喷头本体的上方可以直接固定于喷头本体之上，也可以通过带有一支承架固定于喷头本体之上。

所述的摆幅控制装置是一个机械手装置，与喷头本体固定连接，安装在喷头本体的外侧，该摆幅控制装置为一个六轴机械手。在无风喷洒时该摆幅控制装置，使喷头水平喷洒，而在有风喷洒时，由于感风板在受风吹动时所受力的大小与风力的大小成正比，摆幅大小在一定的范围内也基本上与喷洒距离的远近成正比，喷射的距离是喷头本体摆动的幅度与风力本身对喷射的水粒吹动的影响共同作用的结果。换言之，当逆风喷洒喷射水粒时，一方面风的阻力使水粒喷射的距离变近；另一方面由于感风板在感应风力，传感器转化为电信号进而使电路板控制摆幅控制机械手装置带动喷头本体摆动成一定的仰角而使水喷射变远而正好弥补风力的影响，就实现了喷洒准确到位；反之当逆风喷洒喷射水粒时，一方面顺风的力量使水粒喷射的距离变远，另一方面由于感风板在感应风力，传感器转化为电信号进而使电路板控制摆幅控制机械手装置带动喷头本体摆动成一定的俯角而使水喷射变近而正好弥补风力的影响，同样也达到准确喷洒的效果。

当然，本实用新型的抗风喷灌节水喷头机器人，并不限于固定某一方向喷洒的喷头，也很适应于转动类喷头。换言之，如果喷头本体相对于喷头座作完全圆周的来回旋转运动进行旋转喷射洒水时，显然也是同样适应的，因为风力总能分解成两个方向，一个是喷射的径向，另一个是切向，显然切向方向的影响可以忽略不计，而只有径向方向的风才对喷洒时有影响；但如果喷头本体相对于喷头座作非完全圆周的旋转运动进行旋转喷射洒水时(定角度旋转喷洒)，则需考虑切向方向风的影响，则感风板宜采用双块正交式感风板，而摆幅控制装置相应地采用双向摆幅控制装置。因此，所有的喷头一旦只要带上本实用新型所具有的“感风板、摆幅控制装置、活动连接装置”结构特征，就会具备反馈式自适应抗风喷灌的能力。

本实用新型的抗风喷灌节水喷头机器人的结构特点是：智能化程度较高，并且结构相对简单，本实用新型的抗风喷灌节水喷头机器人同已有技术的喷头相比具有如下优点：能够抗风喷灌并准确喷洒到位，由此可使植物有效地浇灌上水，避免了水喷洒到行人或车辆上，节约了水资源，阻止了非种植地面受水浸湿破坏，防止了没浇灌到的地方人工补洒，减少了劳动强度，节省了人工。此外，本实用新型的抗风喷灌节水喷头机器人，如果和中国专利申请号012669482植物浇水用太阳能全自动控制器或中国专利申请号012667633植物浇水全自动控制器一起联合使用，则整个园林绿化或植物的种植，可实现全自动地智能化喷灌。

附图说明

图1是本实用新型抗风喷灌节水喷头机器人的无风喷灌原理图；

图2是本实用新型抗风喷灌节水喷头机器人的抗风喷灌原理图；

图3是本实用新型抗风喷灌节水喷头机器人的具体实施方式的示意性结构图。

图中标记表示：(1)喷头本体；(2)感风板；(3)连接喷头本体和喷头座的活动连接装置；(4)喷头座；(5)传感器；(6)柔性进水管；(7)摆幅控制机械手装置。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细的说明：

如图1所示，为本实用新型抗风喷灌节水喷头机器人在无风状态下喷洒的原理示意图，在喷头本体(1)之上固定设置一感风板(2)，传感器(5)设置在感风板(2)的底部，而喷头本体(1)的右下侧则接上柔性进水管(6)以便给喷头供上一定压力的水，并将喷头本体(1)固定在摆幅控制机械手装置(7)的尾端。在无风喷洒时，通过摆幅控制机械手装置(7)的调节，使喷头水平喷射，摆幅控制机械手装置(7)自身的扭转阻力矩抵消水流喷射反冲向后产生的力矩，以使喷头处于正常水平喷洒的平衡位置，此时喷头喷出的水的落地点与喷头的距离为a。

如图2所示，本实用新型抗风喷灌节水喷头机器人在抗风状态下喷洒的原理示意图，当面向着喷头正面吹来时，即逆风喷洒时，由于感风板(2)在风力的吹动下使感风板底部轴受到逆时针的扭力，传感器(5)将其转化为电信号发送给控制系统，摆幅控制机械手装置(7)运动使喷头成一定仰角喷射，在一定范围内可使水喷射得更远，弥补了喷灌时迎风喷洒距离近的影响。反之，原理相同，在顺风喷洒时，摆幅控制机械手装置(7)使喷头本体摆成一定俯角而使水喷射变近，则正好弥补顺风喷洒距离远的影响，同样也达到准确喷洒的效果。

在图3所示的一个实施例中，是本实用新型抗风喷灌节水喷头机器人的三维示意性结构图。抗风喷灌节水喷头机器人包括：一个喷头本体(1)，一个喷头座(4)，柔性进水管(6)，一个连接喷头本体和喷头座的活动连接装置(3)，其特征还在于：它还包括感风板(2)、传感器(5)、摆幅控制机械手装置(7)。通过一个连接喷头本体和喷头座的活动连接装置(3)将喷头本体(1)与喷头座(4)弹性活动连接；感风板(2)是活动设置在喷头本体(1)之上的轻薄面板，所述的传感器(5)安装在感风板(2)的下方；所述的摆幅控制机械手装置(7)为一六轴机械手与喷头本体(1)固定连接

如图3所示，在喷头本体(1)之上固定设置一感风板(2)，传感器(5)设置在感风板(2)的底部，而喷头本体(1)的右下侧则接上一柔性进水管(6)以便给喷头供上一定压力的水，并将喷头本体(1)固定在摆幅控制机械手装置(7)的尾端。在无风喷洒时，通过摆幅控制机械手装置(7)的调节，使喷头水平喷射摆幅控制机械手装置(7)自身的扭转阻力矩抵消水流喷射反冲向后产生的力矩，以使喷头处于正常水平喷洒的平衡位置，此时喷头喷出的水的落地点与喷头的距离为a；在有风喷洒时，当面向着喷头正面吹来时，即逆风喷洒时，由于感风板(2)在风力的吹动下使感风板底部轴受到逆时针的扭力，传感器(5)将其转化为电信号发送给控制系统，摆幅控制机械手装置(7)运动使喷头成一定仰角喷射，在一定范围内可使水喷射得更远，弥补了喷灌时迎风喷洒距离近的影响。反之，在顺风喷洒时，摆幅控制机械手装置(7)使喷头本体摆成一定俯角而使水喷射变近，则正好弥补顺风喷洒距离远的影响，同样也达到准确喷洒的效果。

第二个实施例中，相比第一个实施例只是增加了一个水压控制系统，使其在风力较大，改变喷头的仰角俯角不能较好的精确喷洒的时候，系统可以根据传感器传出的风力的大小适当增大(逆风时)或减小(顺风时)水压，使其实现更加精确的喷灌。

应该说明的是，以上实施例仅用于本实用新型的技术方案，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡对本实用新型的技术方案进行各种变动和等效替换，而不背离本实用新型技术方案的原理及范围，均应涵盖在本实用新型权利要求的范围之中。

Claims (6)

1.一种抗风喷灌节水喷头机器人，包括：一个喷头本体(1)，一个喷头座(4)，一段柔性进水管(6)，一个连接喷头本体和喷头座的活动连接装置(3)，其特征还在于：它还包括感风板(2)、传感器(5)、摆幅控制机械手装置(7)，所述的感风板(2)与喷头本体(1)固定连接，所述的传感器(5)安装在感风板(2)的下方，所述的摆幅控制机械手装置(7)与喷头本体(1)固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种抗风喷灌节水喷头机器人，其特征在于所述的感风板(2)为单块式感风板或双块正交式感风板。

3.根据权利要求2所述的一种抗风喷灌节水喷头机器人，其特征在于所述的单块式感风板为片状或板状的轻薄面板。

4.根据权利要求2所述的一种抗风喷灌节水喷头机器人，其特征在于所述的双块正交式感风板为两块轻薄面板相互垂直正交而成。

5.根据权利要求1所述的一种抗风喷灌节水喷头机器人，其特征在于所述的连接喷头本体和喷头座的活动连接装置(3)采用弹性连接装置。

6.根据权利要求1所述的一种抗风喷灌节水喷头机器人，其特征在于所述的摆幅控制机械手装置(7)为一六轴机械手。

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