CN209327870U - 一种用于农业环境的无人车辆平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于农业环境的无人车辆平台。该无人车辆平台包括车辆平台本体、传感器和工控机盒；所述车辆平台本体，包括驱动轮模块、从动轮模块、电源模块和车体框架；所述车体框架底部四角分别设置两个驱动轮模块和两个从动轮模块；所述传感器，包括设置于车体框架上的工业相机、激光雷达、GPS模块、GPS天线、惯性测量单元和编码器；通过GPS模块、GPS天线、惯性测量单元和编码器的信息融合获取无人车辆平台的位置和姿态信息；所述工控机盒固定在车体框架上方，工控机盒内的工控机通过CAN总线与驱动轮模块连接。本实用新型灵活性高，可以满足多种农业环境作业需求，提高了无人车辆的利用率，通过自主作业提高了生产效率。

Description

一种用于农业环境的无人车辆平台

技术领域

本发明涉及无人车辆技术领域，特别是一种用于农业环境的无人车辆平台。

背景技术

随着我国社会经济与科技的飞速发展，从事农业生产劳动的国民越来越少，故需要农业自动化程度加速提高。农机车辆是农业生产的重要工具，被广泛应用于农业生产的各个环节中，如播种、喷药、灌溉、收割等环节中。但是目前国内外现有农机车辆还不能实现完全自动化，主要采用人工操作的方式，需要作业者具有较高的操作水平且工作内容繁重，在造成人力资源的浪费，增加了农业生产的成本。

国内外近年来展开了针对无人农机车辆的研究，在农业环境导航定位、障碍检测、杂草识别、路径规划、跟踪控制等方面均取得了一定的研究成果。但是现有的农业环境自主作业存在一定的局限性：比如车辆仍然需要人来操作，单人只能同时负责一辆车辆的作业，需要操作者具备较高的操作能力等。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种可搭载不同结构且自主完成不同农业任务的无人车辆平台。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种用于农业环境的无人车辆平台，包括车辆平台本体、传感器和工控机盒；

所述车辆平台本体，包括驱动轮模块、从动轮模块、电源模块和车体框架；所述车体框架底部四角分别设置两个驱动轮模块和两个从动轮模块；

所述传感器，包括设置于车体框架上的工业相机、激光雷达、GPS模块、GPS天线、惯性测量单元和编码器；工业相机和激光雷达用于获取周围环境信息；通过GPS模块、 GPS天线、惯性测量单元和编码器的信息融合获取无人车辆平台的位置和姿态信息；

所述工控机盒固定在车体框架上方，工控机盒内的工控机通过CAN总线与驱动轮模块连接。

进一步地，所述驱动轮模块包括车轮、支撑板、伺服电机，所述车轮通过旋转支撑轴固定在支撑板的下端，伺服电机固定在支撑板的上端；

所述伺服电机与行星减速器配套，行星减速器的输出轴设置第一同步带轮；伺服电机外侧设置电机罩，行星减速器的下方设置电机驱动器，行星减速器、电机驱动器外侧四周设置支撑组件，支撑组件侧壁开设航插座；

所述车轮的旋转支撑轴设置第二同步带轮，第一同步带轮、第二同步带轮通过同步带连接，伺服电机与车轮通过同步带传动，同步带上设置涨紧机构，调节同步带的松紧。

进一步地，以从动轮模块到驱动轮模块的方向为前进方向，所述工业相机的数量为 2个，沿车体框架前进方向中轴线对称安装在车体框架顶部前端；所述激光雷达安装在工业相机上方；所述惯性测量单元和GPS模块设置在工控机盒中；GPS天线安装在车体框架顶部两侧；所述编码器安装在驱动轮模块中的伺服电机上。

进一步地，所述电源模块，包括两块48V、100Ah的锂电池，并具有电源保护功能。

进一步地，所述车体框架由铝型材构建成型。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点为：(1)采用主动两轮驱动，车体转向由两轮转差控制，灵活性高，可以满足农业环境作业需求；(2)采用模块化设计，车体可以扩展转向模块添加悬浮机构，根据需要实际需求改装成四轮驱动车辆；(3)无人车辆尺寸、电机、减速器、电池等均按农业环境作业实际需求选型、定制，可以搭载喷药结构，播种结构等，实现一车多用，适用于不同的农业环境；(4)可实现障碍检测、作物行检测、行间定位、路径规划、路径跟踪等功能，完全实现自主作业，提高了生产效率。

附图说明

图1为本发明用于农业环境的无人车辆平台的结构示意图。

图2为本发明中驱动轮模块的结构示意图。

图3为本发明中伺服电机、减速器、驱动器的安装示意图。

图中：1.驱动轮模块，2.从动轮模块，3.电源模块，4.车体框架，5.工控机盒，6.工业相机，7.激光雷达，8.GPS天线，9.第一同步带轮，10.涨紧机构，11.同步带，12.第二同步带轮，13.车轮，14.支撑板，15.航插座，16.电机罩，17.支撑组件，18.伺服电机，19. 行星减速器，20.电机驱动器。

具体实施方式

本实用新型适用于农业环境的无人车辆平台，包括车辆平台本体，传感器和控制系统。其中控制系统采用伺服控制系统，由固定于车体上方的工控机进行传感器数据融合处理后，将控制信号经CAN总线发送给底层伺服电机驱动模块，最终控制伺服电机转速实现对车体的控制。

结合图1～3，本实用新型用于农业环境的无人车辆平台，包括车辆平台本体、传感器和工控机盒5；

所述车辆平台本体，包括驱动轮模块1、从动轮模块2、电源模块3和车体框架4；所述车体框架4底部四角分别设置两个驱动轮模块1和两个从动轮模块2；

所述传感器，包括设置于车体框架4上的工业相机6、激光雷达7、GPS模块、GPS 天线8、惯性测量单元和编码器；工业相机6和激光雷达7用于获取周围环境信息；通过GPS模块、GPS天线8、惯性测量单元和编码器的信息融合获取无人车辆平台的位置和姿态信息；

所述工控机盒5固定在车体框架4上方，工控机盒5内的工控机通过CAN总线与驱动轮模块1连接。

进一步地，所述驱动轮模块1包括车轮13、支撑板14、伺服电机18，所述车轮13 通过旋转支撑轴固定在支撑板14的下端，伺服电机18固定在支撑板14的上端；

所述伺服电机18与行星减速器19配套，行星减速器19的输出轴设置第一同步带轮9；伺服电机18外侧设置电机罩16，行星减速器19的下方设置电机驱动器20，行星减速器19、电机驱动器20外侧四周设置支撑组件17，支撑组件17侧壁开设航插座15；

所述车轮13的旋转支撑轴设置第二同步带轮12，第一同步带轮9、第二同步带轮12通过同步带11连接，伺服电机18与车轮13通过同步带11传动，同步带11上设置涨紧机构10，调节同步带11的松紧。

进一步地，以从动轮模块2到驱动轮模块1的方向为前进方向，所述工业相机6的数量为2个，沿车体框架4前进方向中轴线对称安装在车体框架4顶部前端；所述激光雷达7安装在工业相机6上方；所述惯性测量单元和GPS模块设置在工控机盒5中； GPS天线8安装在车体框架4顶部两侧；所述编码器安装在驱动轮模块1中的伺服电机 18上。

进一步地，所述电源模块3，包括两块48V、100Ah的锂电池，并具有电源保护功能。

进一步地，所述车体框架4由铝型材构建成型。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例

结合图1-3，本发明用于农业环境的无人车辆平台，包括车辆平台本体、传感器和控制系统；

所述车辆平台本体，包括驱动轮模块1、从动轮模块2、电源模块3和车体框架4；

所述传感器，包括工业相机6、激光雷达7、GPS模块、GPS天线8、惯性测量单元和编码器；

所述控制系统，为固定在车体上方的工控机5，通过CAN总线发送信号给驱动轮模块1。

进一步地，所述驱动轮模块1为车体的主动轮，采用直流伺服电机闭环速度控制，电机额定电压为48V，功率选型为750W，额定转速为3000转/分，额定转矩为2.39N.m；所述驱动轮模块1，包括第一同步带轮9、涨紧机构10、同步带11、第二同步带轮12、车轮13、旋转支撑轴、支撑板14、航插座15、电机罩16、支撑组件17、伺服电机18、行星减速器19和电机驱动器20；行星减速器19直连在伺服电机18上，减速比为60:1，能够保证车体运行速度达到5km/h。车轮13通过旋转支撑轴固定在支撑板14的下端，伺服电机18固定在支撑板14的上端，通过同步带11传动，同步带11上设置涨紧机构 10，调节同步带11的松紧。

进一步地，所述电源模块3，由两块48V100Ah的锂电池构成，并具有电源保护功能，保证无人车辆连续作业时间不低于6小时。

进一步地，所述一对工业相机6沿车体框架4中轴线对称安装在车体框架4前进方向铝型材支架上；所述激光雷达7安装在工业相机6上方；所述惯性测量单元和GPS安装在车体中心位置的工控机5中；GPS天线8安装在车体框架4铝型结构两侧；所述编码器安装在伺服电机18上。

进一步地，所述车体框架4由铝型材构建成型。

本发明用于农业环境的无人车辆平台的工作过程如下：

首先通过工业相机6和激光雷达7获取周围环境信息，通过GPS、惯性测量单元和编码器的信息融合获取无人车辆平台的位置和姿态信息，工控机根据所需完成的任务，环境信息，当前位置和姿态信息通过CAN总线分别发布转速信号至两个伺服电机18，控制车体运行。

综上所述，本实用新型用于农业环境的无人车辆平台，具有以下特点：(1)采用主动两轮驱动，车体转向由两轮转差控制，灵活性高，可以满足农业环境作业需求；(2) 采用模块化设计，车体可以扩展转向模块添加悬浮机构，根据需要实际需求改装成四轮驱动车辆；(3)可以搭载喷药结构，播种结构等，实现一车多用解决农用车辆功能单一造成工作闲置时间长，利用率不充分的问题；(4)无人车辆尺寸、电机、减速器、电池等均按农业环境作业实际需求选型、定制，适用于农业环境；(5)可实现障碍检测、作物行检测、行间定位、路径规划、路径跟踪等功能，完全实现自主作业，提高生产效率。

Claims (5)

1.一种用于农业环境的无人车辆平台，其特征在于，包括车辆平台本体、传感器和工控机盒(5)；

所述车辆平台本体，包括驱动轮模块(1)、从动轮模块(2)、电源模块(3)和车体框架(4)；所述车体框架(4)底部四角分别设置两个驱动轮模块(1)和两个从动轮模块(2)；

所述传感器，包括设置于车体框架(4)上的工业相机(6)、激光雷达(7)、GPS模块、GPS天线(8)、惯性测量单元和编码器；工业相机(6)和激光雷达(7)用于获取周围环境信息；通过GPS模块、GPS天线(8)、惯性测量单元和编码器的信息融合获取无人车辆平台的位置和姿态信息；

所述工控机盒(5)固定在车体框架(4)上方，工控机盒(5)内的工控机通过CAN总线与驱动轮模块(1)连接。

2.根据权利要求1所述的用于农业环境的无人车辆平台，其特征在于，所述驱动轮模块(1)包括车轮(13)、支撑板(14)、伺服电机(18)，所述车轮(13)通过旋转支撑轴固定在支撑板(14)的下端，伺服电机(18)固定在支撑板(14)的上端；

所述伺服电机(18)与行星减速器(19)配套，行星减速器(19)的输出轴设置第一同步带轮(9)；伺服电机(18)外侧设置电机罩(16)，行星减速器(19)的下方设置电机驱动器(20)，行星减速器(19)、电机驱动器(20)外侧四周设置支撑组件(17)，支撑组件(17)侧壁开设航插座(15)；

所述车轮(13)的旋转支撑轴设置第二同步带轮(12)，第一同步带轮(9)、第二同步带轮(12)通过同步带(11)连接，伺服电机(18)与车轮(13)通过同步带(11)传动，同步带(11)上设置涨紧机构(10)，调节同步带(11)的松紧。

3.根据权利要求1所述的用于农业环境的无人车辆平台，其特征在于，以从动轮模块(2)到驱动轮模块(1)的方向为前进方向，所述工业相机(6)的数量为2个，沿车体框架(4)前进方向中轴线对称安装在车体框架(4)顶部前端；所述激光雷达(7)安装在工业相机(6)上方；所述惯性测量单元和GPS模块设置在工控机盒(5)中；GPS天线(8)安装在车体框架(4)顶部两侧；所述编码器安装在驱动轮模块(1)中的伺服电机(18)上。

4.根据权利要求1所述的用于农业环境的无人车辆平台，其特征在于，所述电源模块(3)，包括两块48V、100Ah的锂电源，并具有电源保护功能。

5.根据权利要求1所述的用于农业环境的无人车辆平台，其特征在于，所述车体框架(4)由铝型材构建成型。