CN202111998U - 一种棚室智能耕作机器人 - Google Patents

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权龙哲
周鸣川
蒋恩臣
崔迪
艾青牧
赵艺
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Abstract

本实用新型涉及一种应用于棚室内的自主式智能农耕装备，该装备由机械平台、机器视觉系统、智能控制系统、行走与转向系统、双翼式除草机构、五点式空间喷洒系统、气动和电力等辅助系统组成。该系统以轻质铝合金为框架材料，以电力为驱动能源；采用机器视觉技术跟踪田间苗带走向，实施自适应式智能导航；通过多套摄像装置实时获取田间图像数据，分析秧苗、杂草、虫害的视频信息，并整合成相应的控制信号，驱动变量施肥系统、除草机构、喷洒系统执行相应动作，实现自主式精准耕作。该系统有望节省人力物力，提高作业质量和效率，降低农产品污染，是未来棚室智能耕作机具的发展方向。

Description

一种棚室智能耕作机器人
技术领域：
本实用新型所涉及一种应用于棚室内的全自动轻简型智能农耕装备，属农业工程领域中轻简型智能耕作装备。 
背景技术：
随着人们生活水平的日益提高，在冬季人们对棚室蔬菜瓜果的需求量不断增长，促进了棚栽农业的规模化和集约化程度的迅速提高。棚栽蔬菜属反季节性经济作物，需要在封闭、恒温、有限的空间内实施精耕细作，这对人力资源的质量和棚室耕作的器具提出了较高的要求。然而，农村人口的城镇化浪潮，使得农业劳动力资源匮乏，不利于该类劳动密集型农业的发展；另一方面，现有的农业耕作装备因其体积庞大、污染噪声、功能单一、智能化程度低等诸多弊端，不益应用于棚室作业；另外粗犷式的传统施肥、喷药方式，导致了化肥、农药的浪费，加重了对封闭棚室环境及农产品的污染，不利于人们的身体健康。 
近年来随着科技的飞速发展，农业机械装备也逐渐向智能化、功能化、高效化方向发展，农业装备的先进程度已成为农业现代化发展的重要标志。针对温室、大棚等特殊耕作环境，借助机器视觉、人工智能、自动控制、等先进技术，发明一种小巧轻便、功能齐全，节能环保，智能化程度高的棚室耕作装备，有望节约人力、减少污染、提高生产效率，以满足未来棚室农业的发展要求。 
发明内容：
本发明的目的在于提供一种轻简型智能农耕装备，该装备由机械平台、机器视觉系统、智能控制系统、行走与转向系统、双翼式除草机构、五点式空间喷洒系统、气动和电力等辅助系统组成。机械平台在电力系统的驱动下实现自 主行走，通过机械平台中央的垄台视频采集摄像头，获取垄台上的苗带视频信息，借助相应的图像处理和分析技术，识别苗带走向，优化导航参数，驱动转向机构，实现机械平台的自主式智能行走。机械平台中央与两侧的摄像系统，构成了一套可覆盖整个作业区段宽广视野的视觉系统，可实时、全面地获取秧苗、杂草、虫害的视频信息，通过视频分析与模式识别技术，并决策出应对方案，通过控制信号，驱动变量施肥系统、除草机构、喷洒系统进行相应动作，实现精准耕作。 
本实用新型所述的一种应用于棚室内的轻简型智能农耕装备，该装备由机械平台、机器视觉系统、智能控制系统、行走与转向系统、双翼式除草机构、五点式空间喷洒系统、气动和电力等辅助系统组成；在机械平台(1)的前端由角控支架固定垄台视频采集摄像头(2)，机械平台(1)前端上部固定计算机(23)和控制驱动系统(22)，机械平台(1)的前端底部两侧分别固定前轮(5)，机械平台(1)的前端底部固定驱动装置(3)，转向机构(4)的一端固定在前轮(5)上，一端与驱动装置(3)连接，机械平台(1)的前中部固定肥箱(6)，肥箱(6)两侧上部中央设置有入肥口(9)，肥箱(6)内部底端固定对向螺旋机构(8)，该机构在同一根旋转轴上安置两组旋向相反的螺旋推送器，肥箱(6)底部连接排肥管(7)，机械平台(1)中部两侧固定一对垄沟视频采集摄像头(10)，机械平台(1)的中部底端固定双翼式除草连杆(12)，双翼式除草连杆(12)的底端固定除草铲(11)，机械平台(1)的内部中后方固定气动系统(20)，机械平台(1)的中后部上方固定有药罐(19)，与气动系统(20)的上方连接，气动系统(20)连接输药管(21)，输药管(21)的末端固定五点式空间喷洒装置(13)，机械平台(1)的内部后方固定气泵(17)，机械平台(1)的后端上部固定蓄电池(16)和储气罐(18)，机械平台(1)的后端下部两侧分别固定后轮(15)，后轮轴部内置驱动电机(14)。 
棚室智能耕作装备是以机器视觉系统采集的田间视频信息为基础，将自主 行走、视觉导航、变量施肥、定点除草、精准灭虫集于一体，形成一种智能机械耕作装备；对向螺旋机构(8)通过变速旋转实现将狭长肥箱(6)内的肥料向两侧排肥口运送，通过调节排肥轮的转速，最终实现变量施肥；对称双翼式除草铲(11)弯曲细长，配以精确的视觉定位，能够铲除垄台及垄沟内的杂草，同时尽量避免对秧苗的损害；应用的五点式空间喷洒装置(13)，其空间位置关系是，中央喷头的位置略高于四周喷头，中央喷头的中心线垂直于地面，四周喷头与中央喷头的中心线交于一点，使得五点式空间喷洒装置(13)能对有病虫害的秧苗进行各方位包裹式的定点除虫。 
附图说明：
参见附图 
图1为本实用新型结构示意图 
图2(a)是对向螺旋机构主视图 
图2(b)是对向螺旋机构俯视图 
图3(a)是对向螺旋机构螺旋的俯视图 
图3(b)是对向螺旋机构的左视图 
图4(a)是双翼式除草机构配装部件示意图 
图4(b)是双翼式除草机构的轴侧视图 
图4(c)是双翼式除草铲的主视图 
图5(a)是五点式空间喷洒系统配装部件轴侧视图 
图5(b)是五点式空间喷洒系统配装部件主视图 
图1中，1、机械平台；2、垄台视频采集摄像头；3、驱动装置；4、转向机构；5、前轮；6肥箱；7、排肥管；8、对向螺旋机构；9、入肥口；10、垄沟视频采集装置；11、除草铲；12、双翼式除草连杆；13、五点式空间喷洒装置；14、 驱动电机；15、后轮；16、蓄电池；17、气泵；18、储气罐；19、药罐；20、气动系统；21、输药管；22、控制驱动系统；23、计算机。 
具体实施方式：
以下结合附图进一步描述并给出实施例 
本实用新型所述的一种棚室智能耕作装备，该装备由机械平台、机器视觉系统、智能控制系统、行走与转向系统、双翼式除草机构、五点式空间喷洒系统、气动和电力等辅助系统组成；在机械平台(1)的前端由角控支架固定垄台视频采集摄像头(2)，机械平台(1)前端上部固定计算机(23)和控制驱动系统(22)，机械平台(1)的前端底部两侧分别固定前轮(5)，机械平台(1)的前端底部固定驱动装置(3)，转向机构(4)的一端固定在前轮(5)上，一端与驱动装置(3)连接，机械平台(1)的前中部固定肥箱(6)，肥箱(6)两侧上部中央设置有入肥口(9)，肥箱(6)内部底端固定对向螺旋机构(8)，肥箱(6)底部连接排肥管(7)，机械平台(1)中部两侧固定一对垄沟视频采集摄像头(10)，机械平台(1)的中部底端固定双翼式除草连杆(12)，双翼式除草连杆(12)的底端固定除草铲(11)，机械平台(1)的内部中后方固定气动系统(20)，机械平台(1)的中后部上方固定有药罐(19)，与气动系统(20)的上方连接，气动系统(20)连接输药管(21)，输药管(21)的末端固定五点式空间喷洒装置(13)，机械平台(1)的内部后方固定气泵(17)，机械平台(1)的后端上部固定蓄电池(16)和储气罐(18)，机械平台(1)的后端下部两侧分别固定后轮(15)，后轮轴部内置驱动电机(14)。 
在使用前，将蓄电池充满电后接入装备系统中，经入肥口(9)填装适量的肥料到肥箱中，并将药罐(19)内填充适量灭虫药剂。在耕作过程中，经由后轮(15)驱动，装备系统于垄田实施自主行走，由位于平台中央的垄台视频采集摄像头(2)获取苗带视频数据，经过计算机(23)进行相应的图像处理及模 式识别，提取苗带的走向信息并生成相应导航参数，计算机(23)将导航指令传输给控制驱动系统(22)，控制系统发射相应的脉冲指令驱动转向步进电机(3)定量旋转，进而驱动转向机构(4)调整前轮(5)的转向，控制装备沿苗带方向行走，完成自走式视觉导航作业；前轮(5)的后方是施肥装置，根据机器视觉系统所采集的田间秧苗的视频数据，由计算机(23)对秧苗的生长状况进行综合分析与评估，在控制驱动系统(22)的驱动下，调整对向螺旋机构(8)的旋转速度，将狭长肥箱(6)内的肥料运送到肥箱两侧，通过调节排肥轮的转速配合螺旋排肥机构的送肥速度，最终实现变量施肥；将摄像头(2)和摄像头(10)采集的视频数据同时传递给计算机(23)，由计算机(23)识别田间杂草并确定位置，控制驱动系统(22)结合视频信息及平台前进速度，适时发射控制信号用以调节气动阀门，双翼式除草机构在气动系统(20)的变气动脉冲驱动下，带动除草铲(11)对垄台及垄沟内的杂草实施定点清除，除草铲(11)细长弯曲可有效避免对秧苗的伤害。借助摄像头(2)和摄像头(10)采集的视频数据，还可以获得田间虫害信息，计算机(23)将虫害分布及严重程度信息转化成控制信号传输给控制驱动系统(22)，控制系统以此为依据控制五点式空间喷洒系统(13)中各喷头的开合及喷洒量，对有病虫害的秧苗实施定点、定量式喷洒除虫，即可完成棚室内的变量施肥、定点除草、精确除虫作业。 

Claims (3)

1.本实用新型所述的一种轻简型智能农耕装备，该装备由机械平台、机器视觉系统、智能控制系统、行走与转向系统、双翼式除草机构、五点式空间喷洒系统、气动和电力等辅助系统组成；在机械平台(1)的前端由角控支架固定垄台视频采集摄像头(2)，机械平台(1)前端上部固定计算机(23)和控制驱动系统(22)，机械平台(1)的前端底部两侧分别固定前轮(5)，机械平台(1)的前端底部固定驱动装置(3)，转向机构(4)的一端固定在前轮(5)上，一端与驱动装置(3)连接，机械平台(1)的前中部固定肥箱(6)，肥箱(6)两侧上部中央设置有入肥口(9)，肥箱(6)内部底端固定对向螺旋机构(8)，肥箱(6)底部连接排肥管(7)，机械平台(1)中部两侧固定一对垄沟视频采集摄像头(10)，机械平台(1)的中部底端固定双翼式除草连杆(12)，双翼式除草连杆(12)的底端固定除草铲(11)，机械平台(1)的内部中后方固定气动系统(20)，机械平台(1)的中后部上方固定有药罐(19)，与气动系统(20)的上方连接，气动系统(20)连接输药管(21)，输药管(21)的末端固定五点式空间喷洒装置(13)，机械平台(1)的内部后方固定气泵(17)，机械平台(1)的后端上部固定蓄电池(16)和储气罐(18)，机械平台(1)的后端下部两侧分别固定后轮(15)，后轮轴部内置驱动电机(14)。
2.根据权利要求1所述的轻简型智能农耕装备，其特征在于，对向螺旋机构(8)的逆向送肥功能，在同一根旋转轴上安置两组旋向相反的螺旋推送器。
3.根据权利要求1所述的轻简型智能农耕装备，其特征在于，应用的五点式空间喷洒装置(13)，其空间位置关系是，中央喷头的位置略高于四周喷头，中央喷头的中心线垂直于地面，四周喷头与中央喷头的中心线交于一点，使得五点式空间喷洒装置(13)能对有病虫害的秧苗进行各方位包裹式的定点除虫。 
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102239756A (zh) * 2011-04-20 2011-11-16 东北农业大学 一种棚室智能耕作机器人
CN104145779A (zh) * 2014-06-19 2014-11-19 铜陵翔宇商贸有限公司 一种植树机器人
CN108029303A (zh) * 2017-12-27 2018-05-15 东北农业大学 一种自适应行距的玉米变量施肥机
CN108040599A (zh) * 2017-12-06 2018-05-18 棕橙智造（上海）机器人有限公司 自主移动智能化采茶机器人

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