CN209903226U - 一种锄草机器人 - Google Patents

Abstract

一种锄草机器人，包括机架和行走机构、锄草机构、传感器模块、电机驱动模块和控制机构，锄草机构固接在机架上，机架固接驱动电机a；行走机构设置在机架两侧，与驱动电机a传动连接，驱动电机a分设于左右两侧行走机构，由驱动电机a提供动力，带动行走机构在农田内行走或转弯；锄草机构设置于机架前方，由驱动电机b提供动力，带动锄刀旋转完成锄草作业；传感器模块用于感应锄草机器人与前方物体的距离，实现避障控制和用于循迹预定路线，调整锄草机器人的运动方向；本实用新型能实现机器人的行走或转弯，以及锄草、避障和循迹功能，提高机器人运动准确性，并将信息实时反馈控制机构，便于工作人员及时调整，完成锄草作业。

Description

一种锄草机器人

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，涉及一种锄草机器人。

背景技术

我国是农业大国，但农业机器人的发展远不如欧美国家，目前我国主要使用的是喷施农药和手工的方式除草，性价比低、效率低、效果不理想。而且人工锄草时使用农药的剂量对操作人员的要求较高，滥用农药会使多余的农药残留在农作物上，人食用后产生的副作用较大。多余的农药不容易自然分解，会在生态环境中累积，不仅会污染环境，还会让人的身体受到影响，而且人工锄草效率低、农业生产成本高，工作者的劳动强度大。因此，研发智能锄草机器人成为了农业机器人发展的趋势。现有的锄草机器人大部分是在拖拉机等四轮车上直接进行改装，增加视觉系统或锄草装置等完成锄草作业，这些机器人仅适用于平坦的工作环境，对于复杂的农业生产环境，如粗糙地形，障碍物较多以及需要快速运动的工作环境，这种改装后的机器人无法适用，不能准确锄草和避障；现有技术中也有通过采用履带作为行走机构的锄草机器人，这类机器人可以实现在凹凸及水洼地面等复杂地形的锄草作业，但这类机器人不具备避障和循迹功能，无法对前方障碍物识别从而实现转弯避障，也无法采集机器人行走轨迹是否按航迹规划行走，锄草装置结构复杂，负载大，成本高。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种锄草机器人，通过将行走机构的驱动轮错位布置，通过电机驱动模块，驱动行走机构移动或旋转至指定位置，实现行走机构的调速、启停、正反转、转弯等功能，通过控制机构带动锄刀旋转实现锄草功能，并增加传感器模块，通过超声波传感器和循迹传感器分别实现锄草机器人避障和循迹的准确性，并将信息实时反馈至控制机构，便于工作人员及时调整，完成锄草作业。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种锄草机器人，包括机架和与机架固定连接的行走机构、锄草机构、传感器模块、电机驱动模块和控制机构，所述机架的中部设有底板，底板上方通过支柱连接有顶板，顶板的上方设有电池槽，为锄草机器人供电，顶板的后部沿竖向设有支撑架，所述底板的底部固接有向前方延伸的L型支架，所述L型支架上端固定传感器模块，下端向前延伸设有支撑杆，所述支撑杆的另一端连接安装板，所述锄草机构固接在安装板上，所述机架的后部和底板的底部前端分别固定连接驱动电机a；

所述行走机构设置在机架左右两侧，与驱动电机a传动连接，驱动电机a 分设于左右两侧行走机构，由驱动电机a提供动力，根据接收到的运行路径控制指令带动行走机构在农田内前进、后退、制动或转弯；

所述锄草机构设置于机架前方，包括驱动电机b和设置于驱动电机b下方并与驱动电机b传动连接的锄刀，由驱动电机b提供动力，根据接收到的锄草指令，带动锄刀旋转完成锄草作业；

所述传感器模块包括超声波传感器和循迹传感器，所述超声波传感器设置于机架的L型支架上端，用于感应锄草机器人与前方物体的距离并将信息反馈至控制机构，实现避障控制；所述循迹传感器设置于机架的后部下方、行走机构内侧，用于循迹预定路线并将信息反馈至控制机构，调整锄草机器人的运动方向；

所述电机驱动模块置于机架的底板，用于控制行走机构的左、右两个驱动电机a的速度和转向；

所述控制机构设置于机架的底板，用于将上位机发送的信号传输至驱动机构和锄草机构的驱动电机b，驱动行走机构和锄刀移动或旋转至指定位置进行锄草作业。

优选的，所述支撑架上固定蓝牙模块，用于锄草结束后关闭锄草机构的驱动电机b。

优选的，所述行走机构包括驱动轮、从动轮和与驱动轮啮合的履带，所述驱动轮与固定在机架上的驱动电机a传动连接，由电机驱动模块控制左、右驱动电机a，驱动行走机构完成启停、正反转、制动、转弯等运动。使用一个电机驱动模块同时控制两个驱动电机a，可分别设定两个驱动电机a的速度，实现机器人转弯时的平衡稳定，避免发生侧翻。

优选的，所述电池槽内放置蓄电池，为锄草机器人提供电源输入。

优选的，所述控制机构采用Makeblock Orion主控板。

优选的，所述电机驱动模块采用TB6612FNG驱动器。

由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下有益效果：

1、采用一个电机驱动模块控制左、右两个驱动电机a，用Makeblock Orion 主控板对驱动电机b和锄刀进行控制，通过电机驱动模块分别设定驱动电机a 的转动方向和转向角速度，实现机器人在复杂地形环境下的平稳转向及快速运动，避免发生侧翻，实现行走机构的调速、启停、正反转、转弯等功能，控制更加稳定。通过主控板对驱动电机b发出的指令，带动锄刀旋转，实现收割目的。

2、通过在机架上安装传感器模块，将超声波传感器安装在机器人的最前端，利用超声波传感器的强穿透力和反射力，当碰到障碍物时，形成显著的回波，传感器接收到回波后将信息反馈至主控板，主控板输出信号控制左右两个驱动电机a的转速，实现机器人的转弯，达到避障的目的；

3、通过将循迹传感器安装在机架后部下方，靠近行走机构的内侧，利用红外线在不同颜色物体表面的反射性质的不同的特点，通过循迹传感器是否能接收到反射光并将信息反馈至主控板，主控板会依据反射光情况不断改变机器人运动偏移的方向，达到循迹的目的。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的控制机构图；

图3是本实用新型的总体流程示意图。

附图标记

附图中，1为机架，2为行走机构，3为锄草机构，4为传感器模块，5为电机驱动模块，6为控制机构，7为驱动电机a，8为蓄电池，9为蓝牙模块

11为底板，12为顶板，13为支柱，14为电池槽，15为支撑架，

16为L型支架，17为支撑杆，18为安装板

21为驱动轮，22为从动轮，23为履带

31为驱动电机b，32为锄刀，

41为超声波传感器，42为循迹传感器，

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细说明。

如图1所示，一种锄草机器人，包括机架1和与机架1固定连接的行走机构2、锄草机构3、传感器模块4、电机驱动模块5和控制机构6，所述机架1的中部设有底板11，底板11上方通过支柱13连接有顶板12，顶板12 的上方设有电池槽14，电池槽14内放置蓄电池8或多个干电池，为锄草机器人提供稳定的电源，顶板12的后部沿竖向设有支撑架15，用于固定蓝牙模块，当锄草结束后可通过蓝牙关闭锄草机构的驱动电机b31。所述底板11的底部固接有向前方延伸的L型支架16，所述L型支架16上端固定传感器模块4，下端向前延伸设有支撑杆17，所述支撑杆17的另一端连接安装板18，所述锄草机构3固定连接在安装板18上，所述机架1的后部和底板11的底部前端分别固定连接驱动电机a7；

为了使锄草机器人能够在复杂的农业生产环境或凹凸不平的山丘中使用，快捷、保质的完成锄草任务，本实用新型中的行走机构采用整体式履带轮结构，行走机构2设置在机架1的左、右两侧，与驱动电机a7传动连接，驱动电机a7分设于左右两侧行走机构2，由驱动电机a7提供动力，根据接收到的运行路径控制指令带动行走机构在农田内前进、后退、制动或转弯；在本实施例中，所述的行走机构2包括驱动轮21、从动轮22和与驱动轮21啮合的履带23，将左侧行走机构的左前轮和右侧行走机构的右后轮设为驱动轮 21，或将左侧行走机构的左后轮和右侧行走机构的右前轮设为驱动轮21均可，驱动轮21与固定在机架1上的驱动电机a7传动连接，由一个电机驱动模块 51同时控制左、右两个驱动电机a7，可分别设定两个驱动电机a7的速度，驱动行走机构2完成启停、正反转、制动、转弯等运动，将驱动轮21错位布置，由控制机构先输出控制信号控制电机驱动模块51，再由电机驱动模块51 控制驱动电机a7正反转来实现驱动履带轮，可以为机器人提供强大的动力，防止其打滑，保证执行效率，同时还能确保机器人转弯时的平衡稳定，避免发生侧翻。

所述锄草机构3设置于机架1前方，包括驱动电机b31和设置于驱动电机b31下方并与驱动电机b31传动连接的锄刀32，由驱动电机b31提供动力，根据接收到的锄草指令，带动锄刀32旋转完成锄草作业；在本实施例中，锄草机构的驱动电机b31由控制机构6发送指令，控制驱动电机b31转动，从而带动锄刀32旋转，实现锄草目的。本实用新型的锄草机构3控制简单，适用于复杂的农业生产环境，结构紧凑，重量轻；锄草效率高，拆装方便，操作者易上手。

为保证锄草机器人在行进过程中准确避开障碍物和按照既定的航迹规划行走，本实用新型的机器人设置的传感器模块4包括超声波传感器41和循迹传感器42，超声波传感器41安装在机架的L型支架16上端，用于感应锄草机器人与前方物体的距离并将信息反馈至控制机构6，实现避障控制；循迹传感器42安装在机架1的后部下方、行走机构2内侧，循迹传感器将获取到的反射光信息反馈至控制机构，能准确控制并调整锄草机器人的运动方向；

本实用新型的电机驱动模块51置于机架的底板11，能够控制行走机构的左、右两个驱动电机a7的速度和转向；在本实施例中，电机驱动模块51采用TB6612FNG驱动器，驱动电机a7和驱动电机b31均选用直流电机。

如图2所示，为了保持行走机构、锄草机构动作的稳定性，保证锄草机器人的平均速度、加速度更加稳定，在机架的底板11上固定安装有控制机构6，用于将上位机发送的信号传输至驱动机构5和锄草机构的驱动电机b31，驱动行走机构2和锄刀32移动或旋转至指定位置进行锄草作业，。在本实施例中，控制机构采用Makeblock Orion主控板作为中枢控制系统，通过蓄电池8为主控板供电，它具有操作简单、反应灵敏、性价比高、稳定性高、体积小、可靠性高、拓展性强、受外界干扰小等优点。

如图3所示，锄草机器人的总体流程图运动简述为：

锄草机器人的总体程序包括：行走机构的驱动电机a控制子程序、锄草机构驱动电机b控制子程序、避障子程序、循迹子程序。

(1)循迹子程序，左右两个驱动电机a同时正转，而且转速相同，机器人前进。循迹传感器开始工作，既定轨迹线的位置不断上传到Makeblock Orion 主控板，如果检测到既定轨迹线的位置在机器人右侧，则降低左侧驱动电机a 的转速，机器人向右偏移；如果检测到既定轨迹线的位置在机器人左侧，则降低右侧驱动电机a的转速，机器人向左偏移。根据循迹到的既定轨迹线的位置不断改变机器人运动偏移的方向达到循迹目的。

(2)避障子程序，超声波传感器开始工作，不断探测与前方障碍物的距离并上传到Makeblock Orion主控板，当距离小于30cm时，则降低右侧驱动电机a的转速，机器人向左转，当距离大于30cm时，恢复右侧驱动电机a 的转速，达到避障目的。

(3)锄草子程序，超声波传感器开始工作，不断探测与前方物体的距离，当距离小于15cm时，Makeblock Orion主控板发出信号，控制驱动电机 b正转，带动锄刀旋转开始锄草，完成锄草后通过蓝牙关闭驱动电机b。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种锄草机器人，包括机架和与机架固定连接的行走机构、锄草机构、传感器模块、电机驱动模块和控制机构，其特征在于：所述机架的中部设有底板，底板上方通过支柱连接有顶板，顶板的上方设有电池槽，为锄草机器人供电，顶板的后部沿竖向设有支撑架，所述底板的底部固接有向前方延伸的L型支架，所述L型支架上端固定传感器模块，下端向前延伸设有支撑杆，所述支撑杆的另一端连接安装板，所述锄草机构固接在安装板上，所述机架的后部和底板的底部前端分别固定连接驱动电机a；

所述行走机构设置在机架左右两侧，与驱动电机a传动连接，驱动电机a分设于左右两侧行走机构，由驱动电机a提供动力，根据接收到的运行路径控制指令带动行走机构在农田内前进、后退、制动或转弯；

所述锄草机构设置于机架前方，包括驱动电机b和设置于驱动电机b下方并与驱动电机b传动连接的锄刀，由驱动电机b提供动力，根据接收到的锄草指令，带动锄刀旋转完成锄草作业；

所述传感器模块包括超声波传感器和循迹传感器，所述超声波传感器设置于机架的L型支架上端，用于感应锄草机器人与前方物体的距离并将信息反馈至控制机构，实现避障控制；所述循迹传感器设置于机架的后部下方、行走机构内侧，用于循迹预定路线并将信息反馈至控制机构，调整锄草机器人的运动方向；

所述电机驱动模块置于机架的底板，用于控制行走机构的左、右两个驱动电机a的速度和转向；

所述控制机构设置于机架的底板，用于将上位机发送的信号传输至驱动机构和锄草机构的驱动电机b，驱动行走机构和锄刀移动或旋转至指定位置进行锄草作业。

2.根据权利要求1所述的一种锄草机器人，其特征在于：所述支撑架上固定蓝牙模块，用于锄草结束后关闭锄草机构的驱动电机b。

3.根据权利要求1所述的一种锄草机器人，其特征在于：所述行走机构包括驱动轮、从动轮和与驱动轮啮合的履带，所述驱动轮与固定在机架上的驱动电机a传动连接，由电机驱动模块控制左、右驱动电机a，驱动行走机构完成启停、正反转、制动、转弯运动。

4.根据权利要求1所述的一种锄草机器人，其特征在于：所述电池槽内放置蓄电池，为锄草机器人提供电源输入。

5.根据权利要求1所述的一种锄草机器人，其特征在于：所述控制机构采用MakeblockOrion主控板。

6.根据权利要求1所述的一种锄草机器人，其特征在于：所述电机驱动模块采用TB6612FNG驱动器。

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