CN208477373U - 一种视觉导航的设施大棚管理机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种视觉导航的设施大棚管理机器人，包括机架、机轮、视觉导航模块，控制系统、动力系统、传动系统以及载具安装机构；所述机轮安装于机架下方；所述视觉导航模块设置于机架前端，与控制系统连接；所述动力系统设置于机架上，其与传动系统连接；所述传动系统设置于机架上，其与载具安装机构连接；所述载具安装机构设置于机架后端；所述控制系统设置于机架上、与动力系统、传动系统和载具安装机构连接。本实用新型具有经济、高效和环保等特点；此外，整机结构、控制装置可以简化，生产效率高，用工成本低。另外，可以更换不同的载具，完成旋耕、开沟、起垄、覆膜、播种、施肥和植保喷药等功能。

Description

一种视觉导航的设施大棚管理机器人

技术领域

本实用新型涉及一种温室大棚管理机械，特别是涉及一种视觉导航的设施大棚管理机器人。

背景技术

自动导航技术是实现设施农业机械自动化、智能化和信息化的关键技术，广泛应用于耕作、播种、施肥、喷药、收获等农业生产过程。

机器视觉由于其在价格、抗干扰性等方面的优势，成为近年来导航技术研究的热点。基于机器视觉的农业导航机器人，通过CCD摄像机对周围环境进行实时探测，对获取的图像进行分析处理，检测得到导航路径，使用机器视觉导航技术，摄像机可长时间不间断的对农田信息进行采集，驾驶员不用长久的注意路面情况，对于减轻驾驶员工作强度具有重要帮助。

因此开发一套操作简便、导航精度高、经济适用的大棚管理机械是亟待解决的问题。

实用新型内容

实用新型目的：为解决现有技术的不足，提供一种视觉导航的设施大棚管理机器人。

技术方案：本实用新型实施例提供了一种视觉导航的设施大棚管理机器人，包括机架、机轮、视觉导航模块，控制系统、动力系统、传动系统以及载具安装机构；

所述机轮安装于机架下方；

所述视觉导航模块设置于机架前端，与控制系统连接；

所述动力系统设置于机架上，其与传动系统连接；

所述传动系统设置于机架上，其与载具安装机构连接；

所述载具安装机构设置于机架后端；

所述控制系统设置于机架上、与动力系统、传动系统和载具安装机构连接。

优选的，所述控制系统包括工控机、转向控制器和载具控制器；所述工控机与视觉导航模块、转向控制器和动力系统连接；所述动力系统通过传动系统与载具控制器和机轮连接，所述转向控制器安装于扶手上，与工控机和机轮连接，载具控制器与载具连接。

优选的，所述转向控制器为电推杆，所述电推杆有两个，分别安装于机架左右两个扶手上，并分别与左侧和右侧机轮连接。

优选的，所述传动系统包括V带和变速箱，所述动力系统输出轮通过V带与所述变速箱输入轮连接，所述变速箱与机轮和载具控制器连接。

优选的，所述载具控制器包括齿轮泵和液压机构，所述齿轮泵与液压机构连接，所述液压机构与载具连接。

优选的，所述视觉导航模块包括导航摄像头和超声波防撞机构。

优选的，所述动力系统为三相交流异步电机。

优选的，所述载具安装机构包括三点悬挂机构和载具支撑轴，所述三点悬挂机构设置于机架后端，扶手下方；所述载具支撑轴固定安装于机架底部，与三点悬挂机构一起用于固定载具。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型的设施大棚管理机器人优先采用三相交流异步电动机，具有经济、高效和环保等特点；此外，整机还配备导航摄像头及控制系统，操作方便，能够提高设施大棚田间管理机械的效率和农机操作人员的操作舒适性。其次设备购置成本和使用成本低，整机结构、控制装置可以简化。再次，该设施管理机器人生产效率高，降低用工成本。另外，通过设置载具安装结构可以更换不同的载具，完成旋耕、开沟、起垄、覆膜、播种、施肥和植保喷药等功能。

附图说明

图1是设施大棚管理机器人结构图示意图；

图2是设施大棚管理机器人传动原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实用新型的一种视觉导航的设施大棚管理机器人(以下简称管理机)，包括机架、机轮、视觉导航模块，控制系统、动力系统、传动系统以及载具安装机构；所述机轮安装于机架下方；所述视觉导航模块设置于机架前端，与控制系统连接；所述动力系统设置于机架上，其与传动系统连接；所述传动系统设置于机架上，其与载具安装机构连接；所述载具安装机构设置于机架后端；所述控制系统设置于机架上、与动力系统、传动系统和载具安装机构连接。

图1为本实用新型实施例提供的设施大棚管理机器人的结构示意图。如图1所示，本实施例提供的一种视觉导航的设施大棚管理机器人，包括机架1、机轮2、视觉导航模块、动力系统、传动系统、控制系统以及载具安装机构4；其中四个机轮安装在机架下方，前后各两个；视觉导航模块包括导航摄像头3和超声波防撞机构13，导航摄像头安装于机架正前端，超声波防撞机构安装于导航摄像头下方；动力系统为三相交流异步电机5，该三相交流异步电机安装于机架前端，传动系统包括V带6和变速箱10，三相交流异步电机的输出轮7通过V带与变速箱的输入轮8连接，变速箱采用齿轮传动，传动效率高，适应各种土壤，保证管理机器人具有更长的使用寿命。控制系统包括工控机 9、转向控制器11和载具控制器，工控机为PC机；转向控制器为设置于左右扶手上的两个电推杆，左侧扶手上的电推杆与左侧的两个机轮连接，右侧扶手上的电推杆与右侧的两个机轮连接；载具控制器包括齿轮泵12和液压机构，液压机构包括换向阀和自锁机构，自锁机构为液压锁；齿轮泵的输入与变速箱连接，输出与液压机构的换向阀连接，换向阀通过液压锁与载具连接。载具安装结构包括三点悬挂机构41和载具支撑轴42，用来挂载各种载具。PC机与三相交流异步电机和导航摄像头连接；三相交流异步电机与变速箱连接，变速箱与机轮和齿轮泵连接，齿轮泵与液压机构的换向阀连接，液压机构的换向阀通过液压锁与载具连接。

该管理机的传动系统如图2所示，由三相异步交流电机带动V带，V带驱动变速箱，从而驱动管理机的轮子实现自主行走，管理机转向由扶手处左右电推杆控制，一边锁死另一边转向。另一方面三相交流异步电机带动V带，V带驱动变速箱，传递给齿轮泵控制液压机构，由液压机构控制载具的升降。

管理机作业时：利用全方位视觉传感器(导航摄像头)提供周围360°范围内信息的图像实现管理机自动导航的定位。在自主行走过程中，依靠机器视觉系统，管理机能够随时准确定位位置信息，并且安装了超声波防撞机构，可人工控制它的开启，通过 PC机(工控机)可以收集数据信息。即：导航摄像头用于实时采集大棚内的图像数据，检测温室大棚内植株行的位置数据，其检测范围为图1-2中A所示范围，同时设置了超声波防撞机构13，以躲避障碍；三相交流异步电机为管理机提供动力，除用来驱动载具 (旋耕、开沟、起垄覆膜等)外，也通过变速箱驱动后面的驱动车轮行走。导航摄像头采集的数据信息反馈给工控机，用来生成导航路径，依靠扶手上的两个电推杆来执行管理机的转向，实现准直线自主行走，左侧电推杆通过左侧拉线与左侧机轮连接，右侧电推杆通过右侧拉线与右侧机轮连接。变速箱作用是减速增扭，即将三相交流异步电机转速减至载具所需的转速，同时增大驱动轴输出转矩，驱动载具作业；变速箱的操控设计为电动可控、实现启停、左转和右转的控制。左侧扶手上的电推杆实现左侧两个机轮的转向控制；右侧扶手上的电推杆实现右侧两个机轮的转向控制。所述V带将三相交流异步电机的输出转速传递给变速箱，作为变速箱的输入，变速箱带动机轮运转，或者带动齿轮泵通过液压机构实现载具的升降。具体为：

行走时：三相交流异步电机通过V带将动力传输给变速箱，变速箱将三相交流异步电机输出的转速减至载具所需的转速，同时增大驱动轴输出转矩，驱动载具作业；同时驱动后面的两个机轮运动，实现整机的行走。

转向时：单侧电推杆带动单侧机轮进行转向，实现整机的转向。

载具升降时：三相交流异步电机通过V带将动力传输给变速箱，变速箱将三相交流异步电机输出的转速减至齿轮泵所需的转速，驱动齿轮泵进一步驱动液压机构实现载具的升降。

信号及动力传输线路包括：

一路为：导航摄像头与工控机连接，工控机与电机连接，电机与变速箱连接，变速箱与机轮连接。

另一路为：导航摄像头与工控机连接，工控机与电机连接，电机与变速箱连接，变速箱与齿轮泵连接，齿轮泵与液压机构连接，液压机构与载具连接。

再一路为：导航摄像头与工控机连接，工控机与电推杆连接，电推杆与机轮连接。同时电推杆的信号反馈给工控机。

本实用新型实施例的管理机具有通用底盘(机架)，通过设置三点悬挂机构可以更换不同的载具，完成旋耕、开沟、起垄、覆膜、播种、施肥和植保喷药等功能。改现有的柴油动力为三相交流异步电机，避免了废气污染大棚内环境。导航摄像头安装在管理机器人前方，管理机器人在行进中实时采集图像，将图像数据通过工控机传递给转向控制器，反馈信号给工控机。将变速箱的操控设计为电动可控，实现启停、左转和右转的控制；载具同样由电机带动V带，V带驱动变速箱，传递给齿轮泵控制液压机构，由液压机构控制载具的升降。工控机通过RS232与继电器模组连接，通过电磁继电器与电推杆连接，电推杆与同侧的机轮连接。

动力条件：温室大棚与露地相比，具备供电条件，为各类用电设备的应用提供了保障。从实际供电条件来看，一般温室大棚中220V电源更加容易满足，因此本实用新型优先采用三相交流异步电动机。由于整机采用了纯电力驱动，与传统的内燃机械相比，整机具有经济、高效和环保等特点，此外，整机还配备导航摄像头，操作方便，能够提高设施大棚田间管理机械的效率和农机操作人员的操作舒适性。

从动力装置来看，汽油机或柴油机和电动机均应用成熟，各有所长，在供电能够得到保障的情况下，电动机更具优势。目前，使用汽油机或柴油机的微耕机已经得到应用，在此基础上，将动力装置由汽油机或柴油机改为电动机，并对现有微耕机从结构到电气控制系统加以改造，以适应动力装置的变化，从技术上看是完全可行的。

目前，市场上简易管理机的价格一般在3000元/台左右，而标准型微耕机价格达4000～7000元/台，在使用过程中，燃油成本、设备维护成本都较高。设施大棚管理机器人不仅电机成本比汽油机或柴油机成本低很多，整机结构、控制装置可以简化，成本可降低1000～2000元/台。此外，在使用过程中，设施大棚管理机机器人以电力为动力，相比燃油成本大幅降低，设备维护成本也有所下降，因此，从设备购置成本和使用成本上看，多功能设施大棚管理机都具有较大的优势。

人工移栽秧苗的平均速度一般为10～15棵/分钟，连续工作会使人疲劳，很难长久保持高效率；本实用新型研制的穴盘苗移栽机可达80～100棵/分钟，效率提高6～8倍，而商品化后价格预计控制在10000元左右，中小规模农户在经济上是完全可以承受的，在劳动力成本日益提高的今天，移栽机的应用将大幅度提高生产效率，降低用工成本。

Claims (8)

1.一种视觉导航的设施大棚管理机器人，其特征在于：包括机架、机轮、视觉导航模块，控制系统、动力系统、传动系统以及载具安装机构；

所述机轮安装于机架下方；

所述视觉导航模块设置于机架前端，与控制系统连接；

所述动力系统设置于机架上，其与传动系统连接；

所述传动系统设置于机架上，其与载具安装机构连接；

所述载具安装机构设置于机架后端；

所述控制系统设置于机架上、与动力系统、传动系统和载具安装机构连接。

2.根据权利要求1所述的一种视觉导航的设施大棚管理机器人，其特征在于：所述控制系统包括工控机、转向控制器和载具控制器；所述工控机与视觉导航模块、转向控制器和动力系统连接；所述动力系统通过传动系统与载具控制器和机轮连接，所述转向控制器安装于扶手上，与工控机和机轮连接，载具控制器与载具连接。

3.根据权利要求2所述的一种视觉导航的设施大棚管理机器人，其特征在于：所述转向控制器为电推杆，所述电推杆有两个，分别安装于机架左右两个扶手上，并分别与左侧和右侧机轮连接。

4.根据权利要求2所述的一种视觉导航的设施大棚管理机器人，其特征在于：所述传动系统包括V带和变速箱，所述动力系统输出轮通过V带与所述变速箱输入轮连接，所述变速箱与机轮和载具控制器连接。

5.根据权利要求2所述的一种视觉导航的设施大棚管理机器人，其特征在于：所述载具控制器包括齿轮泵和液压机构，所述齿轮泵与液压机构连接，所述液压机构与载具连接。

6.根据权利要求1所述的一种视觉导航的设施大棚管理机器人，其特征在于：所述视觉导航模块包括导航摄像头和超声波防撞机构。

7.根据权利要求1所述的一种视觉导航的设施大棚管理机器人，其特征在于：所述动力系统为三相交流异步电机。

8.根据权利要求1所述的一种视觉导航的设施大棚管理机器人，其特征在于：所述载具安装机构包括三点悬挂机构和载具支撑轴，所述三点悬挂机构设置于机架后端，扶手下方；所述载具支撑轴固定安装于机架底部，与三点悬挂机构一起用于固定载具。