CN209234757U - 一种智能超声气力喷雾施药机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能超声气力喷雾施药机器人，包括行走机构，电源管理模块、药箱、液泵、雾化装置、喷洒装置、控制单元；电源管理模块用以对行走机构、雾化装置、液泵提供电源动力；喷洒装置包括喷杆、喷头；控制单元用以控制行走机构、液泵、雾化装置的工作控制单元包括无线通信模块、信号处理模块；无线通信模块接收远程驱动信号和作业信号；信号处理模块以控制行走机构和液泵、雾化装置电路通断；药箱设有出液口、回液口；所述出液口、回液口与液泵相连；液泵与碰喷头相连，药箱内农药经出液口通过液泵输送至喷头，液压过大时经回液口回流至药箱；雾化装置将喷头内的农药液体雾化，再经喷头喷出；可实现作物均匀以及大范围的的施药。

Description

一种智能超声气力喷雾施药机器人

技术领域

本实用新型属于智能机器人领域，特别是一种智能超声气力喷雾施药机器人。

背景技术

目前，温室施药是一种工作量大、劳动强度高的农业生产活动。鉴于人工喷药效率低、施药不均且作业时对人体有伤害，所以当前有许多温室施药设备被开发研究。但是，现有的温室施药设备不能保证对枝叶较多较大的作物以及篱架型作物施药的均匀以及精度，沉积效果差，叶片背面不能有效作业。因此，需要一种新型温室智能喷雾施药机器人进行高效精准的喷雾施药作业。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种智能超声气力喷雾施药机器人，以实现对枝叶较多较大的作物以及篱架型作物均匀以及大范围的的施药。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：

一种智能超声气力喷雾施药机器人，包括行走机构，设置在行走机构上的电源管理模块、药箱、液泵、雾化装置、喷洒装置、控制单元；所述电源管理模块用以对行走机构、雾化装置、液泵提供电源动力；所述喷洒装置包括喷杆、设置在喷杆上的多个喷头；

所述控制单元用以控制行走机构、液泵、雾化装置的工作；所述控制单元包括无线通信模块、信号处理模块；所述无线通信模块接收远程驱动信号和作业信号；所述信号处理模块判定驱动信号以控制行走机构的方向和速度，以控制行走机构的行走与停止，且判定作业信号以控制液泵、雾化装置电路通断；所述药箱设有出液口、回液口；所述出液口、回液口分别通过管道与液泵相连；所述液泵再通过管道与碰喷头相连，药箱内农药经出液口通过液泵输送至喷头，液压过大时经回液口回流至药箱；所述雾化装置通过管道与喷头相连，将喷头内的农药液体进行雾化，雾化后的农药经喷头喷出。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点：

(1)本实用新型的智能超声气力喷雾施药机器人，采用无线信号实现智能控制，操作简单，可以有效的避免操作人员中毒。

(2)本实用新型的智能超声气力喷雾施药机器人，行走机构采用履带式，能够在泥泞、凹凸不平的土地上平稳运行。

(3)本实用新型的智能超声气力喷雾施药机器人，使用超声和气力同时对液滴雾化，雾滴细小，均匀性好，沉积性能优异。

(4)本实用新型的智能超声气力喷雾施药机器人，喷杆可水平摆放以实现对低矮作物的大范围喷洒作业，也可竖直摆放实现对较高作为的喷洒作业，同时喷杆采用伸缩杆，可调整喷洒的横向面积或竖向高度，喷头可调整角度，能对叶背等难以作业的部位进行有效病虫害施药；适用范围广。

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构示意图；

图2为本实用新型的电源管理模块结构示意图；

图3为本实用新型的药箱结构示意图；

图4为本实用新型的雾化装置结构示意图；

图5为本实用新型的喷洒装置结构图；

具体实施方式

为了说明本实用新型的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的介绍。

结合图1，本实用新型的一种智能超声气力喷雾施药机器人，包括行走机构1，设置在行走机构1上的电源管理模块2、药箱3、液泵22、雾化装置4、喷洒装置、控制单元；

所述电源管理模块2用以对行走机构1、雾化装置4、液泵22提供电源动力；所述喷洒装置包括喷杆5、设置在喷杆5上的多个喷头6；

所述控制单元用以控制行走机构1、液泵22、雾化装置4的工作；所述控制单元包括无线通信模块、信号处理模块；所述无线通信模块接收远程驱动信号和作业信号；所述信号处理模块判定驱动信号以控制行走机构1的方向和速度，以控制行走机构1的行走与停止，且判定作业信号以控制液泵22、雾化装置4电路通断；通过多路开关控制芯片MAX350引脚高低电平控制通断；所述药箱3设有出液口20、回液口21；所述出液口20、回液口21分别通过管道与液泵22相连；所述液泵22再通过管道与碰喷头6相连，药箱3内农药经出液口20通过液泵22输送至喷头6，液泵22含有压力控制阀，液压过大时经回液口21回流至药箱3，以控制管路压力；所述雾化装置4通过管道与喷头6相连，将喷头6内的农药液体进行雾化，雾化后的农药经喷头6喷出。

所述控制单元采用单片机，含无线信号接收功能和信号处理功能；所述行走机构1采用电机驱动，电机采用L298驱动芯片控制，通过芯片控制可实现行走机构1的正反转；通过编程通断电机电源形成矩形波，以调控矩形波占空比的方式实现PWM调速，行走机构1的方向控制通过两边电机速度不同进行调节，实现转向功能。电机的平均功率与信号脉宽关系如下：

其中，P为电机的平均功率，T为信号周期，t为信号持续时间，P_max为电机最大运转功率，A为信号脉宽。行走机构1的方向控制通过两边电机不同进行调节，实现转向功能。

进一步的，结合图3，所述药箱3上还设有搅拌装置，以对药箱3内的农药进行均匀的搅拌。

作为一种实施例，所述搅拌装置包括搅拌电机18、搅拌棒19；所述搅拌电机18设置在药箱3上端，所述搅拌电机18转动轴与搅拌棒19相连，所述搅拌棒19伸入药箱3内，搅拌棒18上设有多个搅拌叶。

进一步的，所述药箱3内下端还设有液位传感器14，药箱3上端设有警示器16，喷洒过程中，当药箱3内农药液面低于液位传感器14时，警示器16报警，以提示添加农药。所述警示器16可采用警示灯或蜂鸣器。

进一步的，所述药箱3下端还设有出水龙头17，以便对药箱3进行清洗。

进一步的，结合图2，所述电源管理模块1包括设置在电源箱体11内的低压电源10、电压转换器12，设置在电源箱体11外的开关7；所述低压电源为12V、24V或36V等电压中的一种；所述电压转换器用以将低压电源10电压转换成220V交流电，用以为行走机构1、驱动液泵22、雾化装置4、搅拌电机18提供电源。所述开关7为物理按键，包括控制行走机构1驱动电机13的第一开关、紧急制动的第二开关、控制雾化装置4的第三开关。

进一步的，结合图4，所述雾化装置4包括超声发生器23、气泵24；所述气泵24通过气管连接喷头6，超声发生器23的探头设置在探头6内，在超声发生器23和气泵24的作用下将药液雾化成微小液滴喷出。

进一步的，结合图5，所述喷杆5为多级伸缩杆，每级伸缩杆上至少设有一个喷头6；所述伸缩杆5伸缩通过液压泵26驱动，液压泵26通过电控箱25控制作业，电控箱25由电源管理模块2供电。

所述伸缩杆的运动速度为：

式中，v为伸缩杆运动速度，c_q为流量系数，ρ为液压油密度，A_T为伸缩杆入口面积，P_y为额定压力，F为液压推力，A₁为杆的横截面积。伸缩杆受液压油压力而运动，由于三级液压杆的横截面积递减，杆的速度由上到下递减。

进一步的，所述喷头6通过球铰固定在喷杆5上，可以控制喷头6的喷洒角度，能对叶背等难以作业的部位进行有效病虫害施药，操作简单方便。

优选的，所述行走机构1左右两端各设有至少一个喷杆5；所述喷杆5末端与转轴固连，所述转轴与行走机构1上端的支座转动连接，所述转轴通过转动电机驱动，可相对行走机构1转动，实现水平摆放和竖直摆放；喷杆5转动水平状态时，可实现大面积的低矮作物的喷洒作业；喷杆5转动竖直状态时，可实现较高作物的碰洒作业。

在一些实施方式中，所述喷杆5为三级喷杆，包括一级喷杆27、二级喷杆28、三级喷杆29，每根喷杆5上设有8个喷头。

在一些实施方式中，所述行走机构1为轮式行走机构。

优选的，所述行走机构1为履带式行走机构，采用交叉独立悬挂设计，对称式桥臂通过弹簧连接在驱动轮上，底面两组负重轮通过交叉式桥臂，由弹簧连接，可以有效减震，能够在泥泞、凹凸不平的土地上平稳运行。单侧履带前后各设有一个驱动轮和一个张紧轮，每个驱动轮各设有一个驱动电机13驱动，构成四驱驱动。

由电机驱动的驱动轮转速为：n＝9550P/M

其中，n为转速，P为额定功率，M为额定转矩。

履带车速度为：v＝n*R

其中，v为履带车车速，R为驱动轮周长。履带行走机构直接由电动机连接驱动轮驱动，电动机的能量可以最大效率地传递到履带上。

使用时，打开开关7，将农药和水按比例倒入药箱3，搅拌电机18控制搅拌器棒19将药液搅拌均匀。利用远程遥控发出信号，无线信号被机器人无线通信模块接收，控制机器人进入作业区，利用远程遥控控制调节作业参数，开启雾化装置4。已搅拌均匀的药液由出液口20进入液泵22，液泵22的液压过大时，多余药液经回液口21回到药箱3。液泵22供给药液，顺着喷杆5上的管路到达喷头6。在喷头6中，气泵24产生的气压与超声发生器23产生的超声波作业在药液，雾化成微小液滴喷出。液泵22的使用压力为10-100MPa，超声发生器23的功率为20-250Hz，气泵24的使用压力为5-150kPa。操作人员在远处利用无线信号，控制机器人的行动，利用前后驱动模块实现前进、后退、加速、减速、转弯等多种动作。当液位低于液位传感器14时，警示器16报警，提醒操作者加药液。作业完成后关闭电源。

本实用新型的智能超声气力喷雾施药机器人，采用无线信号实现智能控制，操作简单，可以有效的避免操作人员中毒。喷杆可水平摆放以实现对低矮作物的大范围喷洒作业，也可竖直摆放实现对较高作为的喷洒作业，同时喷杆采用伸缩杆，可调整喷洒的横向面积或竖向高度，喷头可调整角度，能对叶背等难以作业的部位进行有效病虫害施药；适用范围广。

Claims (11)

1.一种智能超声气力喷雾施药机器人，其特征在于，包括行走机构（1），设置在行走机构（1）上的电源管理模块（2）、药箱（3）、液泵（22）、雾化装置（4）、喷洒装置、控制单元；所述电源管理模块（2）用以对行走机构（1）、雾化装置（4）、液泵（22）提供电源动力；所述喷洒装置包括喷杆（5）、设置在喷杆（5）上的多个喷头（6）；

所述控制单元用以控制行走机构（1）、液泵（22）、雾化装置（4）的工作；所述控制单元包括无线通信模块、信号处理模块；所述无线通信模块接收远程驱动信号和作业信号；所述信号处理模块判定驱动信号以控制行走机构（1）的方向和速度，以控制行走机构（1）的行走与停止，且判定作业信号以控制液泵（22）、雾化装置（4）电路通断；所述药箱（3）设有出液口（20）、回液口（21）；所述出液口（20）、回液口（21）分别通过管道与液泵（22）相连；所述液泵（22）再通过管道与碰喷头（6）相连，药箱（3）内农药经出液口（20）通过液泵（22）输送至喷头（6），液压过大时经回液口（21）回流至药箱（3）；所述雾化装置（4）通过管道与喷头（6）相连，将喷头（6）内的农药液体进行雾化，雾化后的农药经喷头（6）喷出。

2.根据权利要求1所述的智能超声气力喷雾施药机器人，其特征在于，所述控制单元采用单片机，所述行走机构（1）采用电机驱动，电机采用L298驱动芯片控制，通过芯片控制可实现行走机构（1）的正反转；通过编程通断电机电源形成矩形波，以调控矩形波占空比的方式实现PWM调速，行走机构（1）的方向控制通过两边电机速度不同进行调节，实现转向功能。

3.根据权利要求1所述的智能超声气力喷雾施药机器人，其特征在于，所述药箱（3）上还设有对农药进行搅拌的搅拌装置。

4.根据权利要求3所述的智能超声气力喷雾施药机器人，其特征在于，所述搅拌装置包括搅拌电机（18）、搅拌棒（19）；所述搅拌电机（18）设置在药箱（3）上端，所述搅拌电机（18）转动轴与搅拌棒（19）相连，所述搅拌棒（19）伸入药箱（3）内，搅拌棒（19）上设有多个搅拌叶。

5.根据权利要求4所述的智能超声气力喷雾施药机器人，其特征在于，所述药箱（3）内下端还设有液位传感器（14），药箱（3）上端设有警示器（16），当药箱（3）内农药液面低于液位传感器（14）时，警示器（16）报警。

6.根据权利要求1所述的智能超声气力喷雾施药机器人，其特征在于，所述电源管理模块（2）包括设置在电源箱体（11）内的低压电源（10）、电压转换器（12），设置在电源箱体（11）外的开关（7）；所述电压转换器用以将低压电源（10）电压转换成220V交流电，用以为行走机构（1）、驱动液泵（22）、雾化装置（4）、搅拌电机（18）提供电源；所述开关（7）包括控制行走机构（1）驱动电机（13）的第一开关、紧急制动的第二开关、控制雾化装置（4）的第三开关。

7.根据权利要求1所述的智能超声气力喷雾施药机器人，其特征在于，所述雾化装置（4）包括超声发生器（23）、气泵（24）；所述气泵（24）通过气管连接喷头（6），超声发生器（23）的探头设置在喷头（6）内，在超声发生器（23）和气泵（24）的作用下将药液雾化成微小液滴喷出。

8.根据权利要求1所述的智能超声气力喷雾施药机器人，其特征在于，所述喷杆（5）为多级伸缩杆，每级伸缩杆上至少设有一个喷头（6）；所述伸缩杆伸缩通过液压泵（26）驱动，液压泵（26）通过电控箱（25）控制作业，电控箱（25）由电源管理模块（2）供电。

9.根据权利要求1所述的智能超声气力喷雾施药机器人，其特征在于，所述行走机构（1）左右两端各设有至少一个喷杆（5）；所述喷杆（5）末端与转轴固连，所述转轴与行走机构（1）上端的支座转动连接，所述转轴通过转动电机驱动，可相对行走机构（1）转动，实现水平摆放和竖直摆放。

10.根据权利要求8所述的智能超声气力喷雾施药机器人，其特征在于，所述喷头（6）通过球铰固定在喷杆（5）上。

11.根据权利要求1所述的智能超声气力喷雾施药机器人，其特征在于，所述行走机构（1）为履带式行走机构，单侧履带前后各设有一个驱动轮和一个张紧轮，每个驱动轮各设有一个驱动电机（13）驱动，构成四驱驱动。