CN203675606U - 一种无人驾驶果园施肥机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及农业施肥技术领域，特别涉及一种无人驾驶果园施肥机器人，包括设置在机器人车架上的控制器、传感系统和施肥机构；所述传感系统用于测量相邻两行果树的空间位置、三维体积和果树枝条空间分布位置的数据信息，并将该数据信息发送至所述控制器；所述控制器对接收到的数据信息进行处理，得出果树枝条的空间位置，并通过机器人的转向机构自动调节该机器人的行走轨迹，同时，所述控制器控制所述施肥机构对果树进行施肥。本实用新型通过无人式驾驶果园施药机器人自动进行施肥，节约人工成本，提高了果树田间的施肥效率；本实用新型可自动对果树采用液态肥料施肥，更有利于果树对肥料的吸收。
Description
技术领域
本实用新型涉及农业施肥技术领域，特别涉及一种无人驾驶果园施肥机器人。
背景技术
果园施肥是一个工作量大、需要大量劳动力，同时劳动强度高，枝条遮挡搬运肥料不便，果园面积大，地面杂草多，是果园管理花费人力、物力比较多的工作。传统的施肥采用开沟埋肥的方式，需要花费大量劳动力，在施肥后，还需要进行单独的灌水才能使肥料融化，融化的肥料到达果树根部才能被果树有效吸收。由于肥料集中投施，肥料扩散范围有限，浓度变化很大，不利于果树根系吸收。
为了解决以上问题，本实用新型做了有益改进。
实用新型内容
（一）要解决的技术问题
本实用新型的目的是提供一种无人方式自动在果园田间施肥的无人驾驶果园施肥机器人。
（二）技术方案
本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种无人驾驶果园施肥机器人，包括设置在机器人车架上的控制器、传感系统和施肥机构；所述传感系统用于测量相邻两行果树的空间位置、三维体积和果树枝条空间分布位置的数据信息，并将该数据信息发送至所述控制器；所述控制器对接收到的数据信息进行处理，得出果树枝条的空间位置，并通过机器人的转向机构自动调节该机器人的行走轨迹，同时，所述控制器控制所述施肥机构对果树进行施肥。
其中，所述控制器包括单片机；所述单片机上设有用于数据信息处理的硬件逻辑电路，且该单片机与所述传感系统连接。
具体地，所述传感系统包括设置在车架左侧的左超声波传感器和设置在该车架右侧的右超声波传感器，所述左超声波传感器和右超声波传感器分别与所述控制器连接。
其中，所述机器人的转向机构上设有用于驱动该转向机构的电动器；所述电动器与所述控制器连接，且该电动器上设有用于自动存储转角值的编码器。
进一步，所述施肥机构包括溶液箱和注肥盘；所述注肥盘上设有多个沿该注肥盘圆周方向均匀分布的注肥头，每个注肥头与所述溶液箱通过施肥管路连接，且每个施肥管路上均设有施肥阀；所述施肥阀与控制器连接。
具体地，所述溶液箱内分割为多个部分，其中的一部分为用来储存清水的独立密闭结构，且通过所述施肥管路与所述注肥头连接，其余部分用于存储肥水溶液。
进一步，所述溶液箱内存储肥水溶液的部分通过设孔的挡板阻隔。
优选地，所述溶液箱的材质为不锈钢。
（三）有益效果
与现有技术和产品相比，本实用新型有如下优点：
1、本实用新型通过无人式驾驶果园施药机器人自动进行施肥，节约人工成本，提高了果树田间的施肥效率；
2、本实用新型通过装有液态肥料的溶液箱可自动对果树采用液态肥料施肥，更有利于果树对肥料的吸收。
附图说明
图1是本实用新型的无人驾驶果园施药机器人的立体结构图。
图2是本实用新型的无人驾驶果园施药机器人的俯视图。
附图中，各标号所代表的组件列表如下：
1.设置界面；2.控制器；3.电动器；4.溶液箱；5.右超声波传感器；6.施肥阀；7.左超声波传感器；8.注肥盘；9.注肥头。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做一个详细的说明。
如图1和图2所示，本实施例提供一种无人驾驶果园施肥机器人，包括设置在机器人车架上的控制器2、传感系统和施肥机构；所述传感系统用于测量相邻两行果树的空间位置、三维体积和果树枝条空间分布位置的数据信息，并将该数据信息发送至所述控制器2；所述控制器2对接收到的数据信息进行处理，得出果树枝条的空间位置，并通过机器人的转向机构自动调节该机器人的行走轨迹，同时，所述控制器控制所述施肥机构对果树进行施肥。本实用新型通过无人式驾驶果园施药机器人自动进行施肥，节约人工成本，提高了果树田间的施肥效率；通过装有液态肥料的溶液箱可自动对果树采用液态肥料施肥，更有利于果树对肥料的吸收。
控制器2采用单片机核心，通过硬件逻辑电路进行快速信号处理，具有自动驾驶中对预期轨迹进行跟踪的能力。采用基于横向位置和横摆角预测误差的预测控制原理。控制器上设有设置界面1，可直接输入相关参数，调整控制器的信号。具体地，首先设置果树的行距，果树的平均枝条地面投影的平均值，控制器根据机器人在果园的行间行走左右两侧枝条的生长范围自动动态在线调节行走的方向角。
控制器2对转向机构采用转向调节，是基于预测误差的反馈模糊逻辑控制原理。根据传感系统采集的信号调节转向角，水平朝前的角为0度角，顺时针旋转为正角，此时转向机构往右侧运动，带动车架上的前面方向轮转角右转，最大可到180度角。
其中，所述机器人的转向机构上设有用于驱动该转向机构的圆盘式电动器3；所述电动器3与所述控制器2连接，且该电动器3上设有用于自动存储转角值的编码器。转向机构的电动转向采用电动器3驱动，电动器每次转动一定角度后，电动器配备的编码器自动采集转角值，编码器直接将转角值保存，当下次角度继续调节时，在编码器的转角上直接运算，避免每次复位当前角引发的转角误差积累。电动器3可直接安装在方向盘，带动方向盘转动，转动角采用基于预测误差，利用传感系统的信号反馈模糊逻辑动态调节控制，保证调节反馈精度相对较高。
进一步，所述传感系统包括设置在车架左侧的左超声波传感器7和设置在该车架右侧的右超声波传感器5，所述左超声波传感器7和右超声波传感器5分别与所述控制器2连接。超声波传感器主要采集超声波发射与反射回来的时间差，计算得出果树的空间位置，探测果树枝条的位置信息发给控制器后，可计算果树生长生物量的体积大小。左超声波传感器7和右超声波传感器5，分别同时测量两行果树的空间三维体积（通过侦测树干位置自动定位果树位置）、果树枝条空间分布位置（探测果树枝条的外轮廓）；左超声波传感器7和右超声波传感器5将测量位置信息发给控制器2，控制器2根据采集的信息得出枝条空间位置，然后自动调节行走轨迹，避免剐蹭到果树主要的枝条。
再进一步，所述施肥机构包括溶液箱4和注肥盘8；所述注肥盘8上设有多个沿该注肥盘8圆周方向均匀分布的注肥头9，每个注肥头9与所述溶液箱4通过施肥管路连接，且每个施肥管路上均设有施肥阀6；所述施肥阀6与控制器2连接。在机器人行走的同时，注肥盘8将肥料溶液直接注射到土壤中，优选地，注肥盘8上有12个注肥头9，每个注肥头9在垂直扎进土壤时，控制器2发送信号，打开施肥阀6施肥，其余位置关闭施肥管路，一次时间只有一个注肥头9在施肥。机器人注射肥料的范围为距离果树主干0.3-1.5米的范围，枝条遮挡超出这个范围，机器人自动保存当前果树信息，并增大注肥范围以便适应果树的实际情况。范围可调节为0.3-2.5米，同时注肥深度从0.02米增加到0.035米的范围。
机器人作业速度在1km/h-5km/h之间调节，当速度超过5km/h，施肥阀6的响应速度也要增大150%，注射压力同时增加180%以上，以便在短暂的施肥阀6打开时间能够有足够的溶液流进土壤中，实现变量精准调节。
其中，所述溶液箱4内分割为多个部分（图中未显示），其中一部分为独立密闭结构，用来储存清水，并能够通过所述施肥管路与所述注肥头9连接。所述溶液箱4的材质为不锈钢；所述溶液箱内存储肥水的部分通过设孔的挡板分割为三个部分。优选地，溶液箱4里面用挡板分割成四部分。其中左后的一部分（占体积四分之一，为30-40L）独立密闭，用来储存清水，用来清洗注肥头9，避免溶液中沉淀物将注肥头9堵塞；其余三部分储存肥水溶液，采用有带孔挡板隔开，溶液可以过孔互相流通，当机器人在果园崎岖路面行进时，颠簸时溶液会被挡板分开，溶液对溶液箱内壁的冲击会减小，避免颠簸引起重心移动，导致机器人侧翻。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种无人驾驶果园施肥机器人，其特征在于，包括设置在机器人车架上的控制器、传感系统和施肥机构；所述传感系统用于测量相邻两行果树的空间位置、三维体积和果树枝条空间分布位置的数据信息，并将该数据信息发送至所述控制器；所述控制器对接收到的数据信息进行处理，得出果树枝条的空间位置，并通过机器人的转向机构自动调节该机器人的行走轨迹，同时，所述控制器控制所述施肥机构对果树进行施肥。
2.根据权利要求1所述的无人驾驶果园施肥机器人，其特征在于，所述控制器包括单片机；所述单片机上设有用于数据信息处理的硬件逻辑电路，且该单片机与所述传感系统连接。
3.根据权利要求1或2所述的无人驾驶果园施肥机器人，其特征在于，所述传感系统包括设置在车架左侧的左超声波传感器和设置在该车架右侧的右超声波传感器，所述左超声波传感器和右超声波传感器分别与所述控制器连接。
4.根据权利要求1所述的无人驾驶果园施肥机器人，其特征在于，所述机器人的转向机构上设有用于驱动该转向机构的电动器；所述电动器与所述控制器连接，且该电动器上设有用于自动存储转角值的编码器。
5.根据权利要求1所述的无人驾驶果园施肥机器人，其特征在于，所述施肥机构包括溶液箱和注肥盘；所述注肥盘上设有多个沿该注肥盘圆周方向均匀分布的注肥头，每个注肥头与所述溶液箱通过施肥管路连接，且每个施肥管路上均设有施肥阀；所述施肥阀与控制器连接。
6.根据权利要求5所述的无人驾驶果园施肥机器人，其特征在于，所述溶液箱内分割为多个部分，其中的一部分为用来储存清水的独立密闭结构，且通过所述施肥管路与所述注肥头连接，其余部分用于存储肥水溶液。
7.根据权利要求6所述的无人驾驶果园施肥机器人，其特征在于，所述溶液箱内存储肥水溶液的部分通过设孔的挡板阻隔。
8.根据权利要求5～7任一项所述的无人驾驶果园施肥机器人，其特征在于，所述溶液箱的材质为不锈钢。
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