CN209806666U - 智能沙漠栽苗机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智能沙漠栽苗机器人，所述机器人包括履带式底盘1，树苗转动盘2，供水装置和栽苗装置。所述树苗转动盘2设置在履带式底盘1上，用于盛放树苗；所述供水装置包括设置在树苗转动盘2上方的水箱3和水管4，用于为树苗提供水源；所述栽苗装置包括滑动轨道5，滑动连接体8，齿轮7和两个栽苗伸缩杆10，用于抓取树苗并将树苗移动到沙土中进行栽苗作业。本实用新型将取苗和栽苗装置一体化，实现了植苗全程自动化，降低了成本并提高了栽苗效率。

Description

智能沙漠栽苗机器人

技术领域

本实用新型涉及一种智能机器人，具体涉及一种智能沙漠栽苗机器人。

背景技术

随着全球变暖日趋严重以及人类不合理的垦荒活动，世界各地均面临着土地沙漠化的环境问题，土地沙漠化会造成可耕地减少、沙尘暴活动频繁、土地整体涵养水源能力下降等环境问题，严重威胁到人类的生存环境，沙漠植树可有效遏制土地沙漠化加剧形势，目前国内外关于沙漠植树的相关技术主要分为三种，第一种是最为普遍的人工植树，但树苗的储存与运输、挖土、栽苗、培养都消耗了大量人力。第二种是近年研发出的“沙漠水气法种树新技术”，它以空心钢管作为冲击水枪，通过水泵的压力，将水直接射入沙丘中形成栽植孔，然后将树苗插入栽植孔，并用水枪将树苗周边的沙土冲入空隙，填满封实，但该方法耗水量极大，并且仍需要消耗大量的人力进行人工植树。第三种是目前国内外正在研发的模块化植树机器人。但该模块化机器人在现阶段扔存在以下问题尚未解决：其一，驱动底盘的轮毂电机技术本身存在技术瓶颈，轮毂电机材料退磁会导致电机过热，加之沙漠环境温度高，很有可能出现苗毁车亡的事故，增加了沙漠栽植成本；其二，设计未考虑到沙漠植树过程中的流沙问题，且操作模块繁杂，其抓苗机械手系统、送苗辅助装置、钻土装置和防流沙装置互相分离，兼容程度难以保证，稳定性不高。其三，缺少浇水装置，树苗成活率难以得到保证。其四，底盘设计难以适应沙漠复杂地形，不能适应沙漠化治理的作业要求。

实用新型内容

针对现有技术中的不足，本实用新型的目的是提供一种能够保证树苗存活率，可以高效、规模化、自动化开展植树作业的智能沙漠栽苗机器人。

本实用新型的目的是采用下述技术方案实现的：

一种智能沙漠栽苗机器人，包括：履带式底盘1，树苗转动盘2，供水装置和栽苗装置；

所述树苗转动盘2设置在履带式底盘1上，中心设有旋转舵机13，以驱动树苗转动盘2转动；所述供水装置包括设置在树苗转动盘2上方的水箱3和水管4，用于为树苗提供水源；所述栽苗装置包括安装在水箱3一侧的滑动轨道5，与所述滑动轨道5连接的滑动连接体8，以及位于滑动连接体8下方的两个栽苗伸缩杆10，所述滑动连接体8的一侧与齿轮7连接，所述栽苗伸缩杆10固定在伸缩杆转动盘14上，中心设有伸缩杆交替舵机9，以驱动伸缩杆转动盘14转动。

进一步的，所述履带式底盘1由底盘车架和履带轮组成，所述底盘车架内部搭载红外测距传感器，使机器人按照设定的树苗间距进行栽苗作业。

进一步的，所述树苗转动盘2为圆柱形结构的转动盘，沿所述树苗转动盘2圆周设有树苗固定槽，用于盛放树苗。

进一步的，所述水管4的一端与水箱3顶部连接，另一端通过可旋转的三通阀分为两路水管，分别穿过两个栽苗伸缩杆10。

进一步的，所述滑动连接体8的一侧设有锯齿，与齿轮7咬合连接。

进一步的，所述栽苗伸缩杆10外侧设有空心的圆柱体保护外壳11，用于保护栽苗伸缩杆10在恶劣环境下正常工作。

进一步的，所述齿轮7上设有齿轮控制舵机6，所述齿轮控制舵机6带动齿轮7转动，使滑动连接体8在滑动轨道5上横向移动。

进一步的，所述栽苗伸缩杆10为空心圆柱体结构的电动推杆，所述栽苗伸缩杆10底部设有卡扣，用于固定树苗保护套12。

进一步的，所述树苗保护套12由圆锥形钻头121和带圆孔的圆柱形保护套122组成，所述保护套122顶部设有卡槽123，内部安装有树苗成活器。

进一步的，所述水管4与水箱3的连接处设有水泵，利用水泵从水箱3中抽水定期向树苗输送水源。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

1、本实用新型的沙漠栽苗机器人将取苗和栽苗装置一体化，减少了人力成本与材料成本，实现了植苗全程自动化，程式化和批量化。

2、本实用新型将沙漠植树成活器装配在树苗保护套上，自动栽苗的同时保证了树苗的成活率。

3、本实用新型将挖土与栽苗动作集于一体，提高了栽苗效率。

4、本实用新型采用钢制履带式底盘，减小了对沙土的压强，具有爬坡能力强、不易陷轮的优势，适应在沙漠环境中作业。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是智能沙漠栽苗机器人结构示意图；

图2是树苗转动盘结构示意图；

图3是树苗保护套结构示意图；

图4是供水装置连接示意图；

图5是栽苗装置结构示意图；

图6是栽苗伸缩杆、树苗转动盘和树苗保护套位置关系示意图；

附图标记：

1-履带式底盘；2-树苗转动盘；3-水箱；4-水管；5-滑动轨道；6-齿轮控制舵机；7齿轮-；8-滑动连接体；9-伸缩杆交替舵机；10-栽苗伸缩杆；11-伸缩杆保护外壳；12-树苗保护套；13-旋转舵机；14-伸缩杆转动盘；15-栽苗装置保护外壳；

101-卡扣；

121-钻头；122-保护套；123-卡槽；124-树苗；

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

第一优选方案：

附图1为智能沙漠栽苗机器人结构示意图，如图1所示，所述机器人包括履带式底盘1，树苗转动盘2，供水装置和栽苗装置；所述树苗转动盘2设置在履带式底盘1上，用于盛放树苗；所述供水装置包括设置在树苗转动盘2上方的水箱3和水管4，用于为树苗提供水源；所述栽苗装置包括安装在水箱3一侧的滑动轨道5，与所述滑动轨道5连接的滑动连接体8，以及位于滑动连接体8下方的两个栽苗伸缩杆10，所述滑动连接体8的一侧与齿轮7连接，所述栽苗伸缩杆10固定在伸缩杆转动盘14上，中心设有伸缩杆交替舵机9，以驱动伸缩杆转动盘14转动。其中栽苗伸缩杆10外侧设有空心的圆柱体保护外壳11，用于保护栽苗伸缩杆10在恶劣环境下正常工作。

具体的，附图2为树苗转动盘2的结构示意图，如图2所示，所述树苗转动盘2为圆柱形结构的转动盘，沿所述树苗转动盘2圆周设有三圈树苗固定槽，用于盛放树苗。优选的，树苗盘规格为直径1.5米，每圈固定槽可容纳40颗树苗，装载三圈树苗，一共可容纳120颗树苗。在树苗转动盘2的中心设有旋转舵机13，利用旋转舵机13可驱动树苗转动盘2转动，且每次转动固定角度，保证树苗刚好停留在栽苗伸缩杆10的下方。

具体的，为了实现树苗钻地，防止栽苗过程中流沙的影响，本实用新型在每颗树苗根部安装有树苗保护套12，树苗与保护套通过琼脂实现连接。所述树苗保护套12由可降解材料制成，内部安装有树苗成活器，可以保证树苗的存活率。附图3为树苗保护套12的结构示意图，如图3所示，树苗保护套12由圆锥形钻头121和圆柱形保护套122组成，保护套122顶部设有卡槽123，所述卡槽123可与栽苗伸缩杆10底部设计的卡扣固定连接，在保护套122的圆柱形侧壁上设有若干个圆形孔洞，当树苗124植入沙土中，沙土从圆形孔洞中流入，进而固定树苗。所述圆锥形钻头121表面设有螺纹，便于将树苗植入沙土中。

具体的，附图4为供水装置连接示意图，如图4所示，所述供水装置的水箱3用于盛装栽苗需要的淡水，所述水管4的一端与水箱3顶部连接，另一端通过可旋转的三通阀分为两路水管，分别穿过两个栽苗伸缩杆10，水管4与水箱3的连接处设有控制水流的小型水泵，利用水泵从水箱4中抽水定期向树苗输送水源。供水过程如下所述：当机器人将树苗和植树成活器一同植入沙土后，并且栽苗伸缩杆10与树苗保护套12未脱离的一段时间内，水泵从水箱3中抽水，通过水管4将水流入植树成活器与沙土中。

具体的，附图5为栽苗装置结构示意图，如图5所示，所述栽苗装置由滑动轨道5，滑动连接体8和两个栽苗伸缩杆10组成，其中滑动轨道5固定在水箱3的一侧，由两根矩形截面的金属杆组成，所述金属杆表面光滑，可以使滑动连接体8在其上自由滑动。所述滑动连接体8的中间为一个长方体箱体，两侧设有矩形截面的滑动套管，所述滑动连接体8通过滑动套管与滑动轨道5实现连接，其中一侧的滑动套管侧面设有锯齿，与齿轮7咬合连接，所述齿轮7上设有齿轮控制舵机6，由齿轮控制舵机6驱动齿轮7转动，使得滑动连接体8在滑动轨道5上横向移动。所述栽苗伸缩杆10固定在滑动连接体8下方的伸缩杆转动盘14上，所述伸缩杆转动盘14中心设有伸缩杆交替舵机9，用于驱动伸缩杆转动盘14转动，使两个栽苗伸缩杆10的交替工作。所述栽苗伸缩杆10采用带编码器的电动推杆，所述电动推杆为空心圆柱体结构，空心部分插有水管4，栽苗伸缩杆10底部设有旋转电机，旋转电机底部配有图6所示的卡扣101，用于抓取树苗时与树苗保护套12固定连接。栽苗伸缩杆10在抓取树苗时将树苗插进栽苗伸缩杆10中空心部位，通过卡扣与树苗保护套12固定连接，之后伸缩杆转动盘14转动180°，将树苗从树苗盘中取出，并转移到树苗转动盘2外侧，此时栽苗伸缩杆10利用旋转电机控制，一边旋转一边向下伸长，将树苗植入沙中。

具体的，本实用新型提出的沙漠智能植苗机器人的移动系统采用智能车技术，为了适应沙漠地形，本实用新型选择具有履带轮结构的履带式底盘1，所述履带式底盘1由底盘车架和履带轮组成，在底盘车架的车头位置安装有履带式底盘控制器、栽苗控制器和电源，所述履带式底盘控制器为arduino uno电路板，内部搭载循迹模块、避障模块和驱动模块，使机器人能够按照设定轨迹行驶、可躲避障碍物，驱动模块可以为履带式底盘提供动力，此外控制器内部还安装有红外测距传感器，用于测量树苗间距，使机器人按照设定的树苗间距进行栽苗作业。所述栽苗控制器用于控制栽苗装置、供水装置和树苗转动盘运作。控制器包括89C52单片机，L298N驱动模块，一个三极管，一个中间继电器和一个接触器，89C52单片机用以控制旋转舵机13，齿轮控制舵机6以及伸缩杆交替舵机9的旋转，同时与L298N驱动模块共同对栽苗伸缩杆10进行控制，根据栽苗伸缩杆10伸长距离输出高低电平，控制栽苗伸缩杆10伸缩长度。单片机通过控制中间继电器并利用接触器控制水泵的开关。所述电源为蓄电池，用于为机器人内部各电子器件提供电能。

第二优选方案：

本实用新型提出的智能沙漠栽苗机器人的工作过程如下所述：

所述机器人按照设定轨道移动，当机器人移动的距离达到设定的树苗间距离时，机器人停止移动，位于树苗转动盘2上方的栽苗伸缩杆10在滑动轨道5上前后移动抓取树苗，当内侧的栽苗伸缩杆10抓取树苗后，伸缩杆转动盘14旋转180°，抓取树苗的栽苗伸缩杆移动到树苗盘外侧，伸长并高速旋转将树苗种植到沙土中，待树苗固定后，供水装置启动，通过水管从水箱中抽水进行浇水作业，在完成浇水任务后，机器人继续前行，重复上述过程，当机器人检测到栽苗伸缩杆下方没有树苗时，树苗转动盘2转动9°，将相邻的树苗旋转到栽苗伸缩杆的正下方，当树苗转动盘2旋转一周后，机器人停止栽苗作业，植树任务结束。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种智能沙漠栽苗机器人，其特征在于，包括：履带式底盘(1)，树苗转动盘(2)，供水装置和栽苗装置；

所述树苗转动盘(2)设置在履带式底盘(1)上，中心设有旋转舵机(13)，以驱动树苗转动盘(2)转动；所述供水装置包括设置在树苗转动盘(2)上方的水箱(3)和水管(4)，用于为树苗提供水源；所述栽苗装置包括安装在水箱(3)一侧的滑动轨道(5)，与所述滑动轨道(5)连接的滑动连接体(8)，以及位于滑动连接体(8)下方的两个栽苗伸缩杆(10)，所述滑动连接体(8)的一侧与齿轮(7)连接，所述栽苗伸缩杆(10)固定在伸缩杆转动盘(14)上，中心设有伸缩杆交替舵机(9)，以驱动伸缩杆转动盘(14)转动。

2.根据权利要求1所述的沙漠栽苗机器人，其特征在于，所述履带式底盘(1)由底盘车架和履带轮组成，所述底盘车架内部搭载红外测距传感器，使机器人按照设定的树苗间距进行栽苗作业。

3.根据权利要求1所述的沙漠栽苗机器人，其特征在于，所述树苗转动盘(2)为圆柱形结构的转动盘，沿所述树苗转动盘(2)圆周设有树苗固定槽，用于盛放树苗。

4.根据权利要求1所述的沙漠栽苗机器人，其特征在于，所述水管(4)的一端与水箱(3)顶部连接，另一端通过可旋转的三通阀分为两路水管，分别穿过两个栽苗伸缩杆(10)。

5.根据权利要求1所述的沙漠栽苗机器人，其特征在于，所述滑动连接体(8)的一侧设有锯齿，与齿轮(7)咬合连接。

6.根据权利要求1所述的沙漠栽苗机器人，其特征在于，所述栽苗伸缩杆(10)外侧设有空心的圆柱体保护外壳(11)，用于保护栽苗伸缩杆(10)在恶劣环境下正常工作。

7.根据权利要求1所述的沙漠栽苗机器人，其特征在于，所述齿轮(7)上设有齿轮控制舵机(6)，所述齿轮控制舵机(6)带动齿轮(7)转动，使滑动连接体(8)在滑动轨道(5)上横向移动。

8.根据权利要求1所述的沙漠栽苗机器人，其特征在于，所述栽苗伸缩杆(10)为空心圆柱体结构的电动推杆，所述栽苗伸缩杆(10)底部设有卡扣，用于固定树苗保护套(12)。

9.根据权利要求8所述的沙漠栽苗机器人，其特征在于，所述树苗保护套(12)由圆锥形钻头(121)和带圆孔的圆柱形保护套(122)组成，所述保护套(122)顶部设有卡槽(123)，内部安装有树苗成活器。

10.根据权利要求1所述的沙漠栽苗机器人，其特征在于，所述水管(4)与水箱(3)的连接处设有水泵，利用水泵从水箱(3)中抽水定期向树苗输送水源。