CN214853862U - 一种竞赛用喷药机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种竞赛用喷药机器人，包括底盘，所述底盘底面安装有呈十字分布的四个全向轮和8路灰度传感器，所述底盘底面中部两侧还固定有喷药光电开关，所述底盘表面前部固定有农药箱，后部固定有控制盒，中部固定安装有门型支架，所述门型支架两侧下部分别安装有下部喷药头，顶部分别安装有视觉识别装置和超声波测距传感器，所述门型支架顶部两侧分别固定安装有驱动舵机和转动支架，转动支架的上安装有上部喷药头。本实用新型可实现对固定位置、非固定位置、不同病害程度、不同高度的植株进行多方位喷药，并且移动灵活，能有效提高竞赛每个任务区的任务完成度及完成效率。

Description

一种竞赛用喷药机器人

技术领域

本实用新型属于竞赛机器人技术领域，具体涉及一种竞赛用喷药机器人。

背景技术

喷药机器人项目是中国机器人大赛的一子项目，其中比赛场地布局如图4 所示。机器人针对不同任务区域的竞赛要求，A区模拟设施农业中藤蔓型作物喷药环境，B区模拟设施农业中需要连续分布的低矮作物喷药环境，C区模拟设施农业中非连续分布的育花除草喷药环境，D区模拟设施农业中树形作物生长喷药环境，E区模拟开放真实农业中树形作物生长的喷药环境,完成对应区域的喷药任务，最终完成所有任务回到终点区。

目前的喷药机器人对单一任务区的任务完成度较高，综合性能不足，因此，我们需设计一种针对不同病害程度、不同高度的植株，能进行多方位喷药的喷药机器人。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题便是针对上述现有技术的不足，提供一种竞赛用喷药机器人，它在减少喷头数量的同时还能进行多方位喷药。

本实用新型所采用的技术方案是：一种竞赛用喷药机器人，包括底盘，所述底盘底面安装有呈十字分布的四个全向轮，每个全向轮分别连接有一个驱动电机，驱动电机固定在底盘底面，每个所述全向轮处的底盘处分别还安装有8 路灰度传感器，所述底盘底面中部两侧还固定有喷药光电开关，所述底盘表面前部固定有农药箱，后部固定有控制盒，所述底盘中部固定安装有门型支架，所述门型支架两侧下部分别安装有下部喷药头，门型支架两侧顶部分别安装有视觉识别装置，所述视觉识别装置底部设有超声波测距传感器，超声波测距传感器固定在门型支架上，所述门型支架顶部两侧分别固定安装有驱动舵机和转动支架，所述转动支架的一端与驱动舵机的驱动轴固定连接，另一端安装有上部喷药头，所述控制盒顶部安装有数个喷药泵，喷药泵的进液端通过管道与农药箱内连通，出液端通过管道分别与上部喷药头和下部喷药头连通。

作为优选，所述底盘前部两侧对称安装有障碍光电开关，障碍光电开关向外倾斜设置，障碍光电开关朝向与底盘中轴线之前呈60°夹角。

作为优选，所述控制盒内设有主控板、电机驱动板、舵机驱动板、电磁继电器、稳压模块和电源，所述主控板分别与电机驱动板、舵机驱动板、稳压模块、电磁继电器、8路灰度传感器、喷药光电开关、障碍光电开关、超声波测距传感器和视觉识别装置连接，所述电机驱动板与驱动电机连接，舵机驱动板与驱动舵机连接，电磁继电器与喷药泵连接。

本实用新型的有益效果在于：

(1)设置有呈十字状分布的四个全向轮，并且每个全向轮采用单独的驱动电机控制，可实现前后左右的快速移动，移动方便且精度高；

(2)设置的上部喷药头和下部喷药头可实现对固定位置和非固定位置的植株进行喷药；

(3)设置的视觉识别装置能对不同病害程度的植株进行判断，并通过电磁继电器控制喷药泵的启停，实现对植株喷药；

(4)设置的驱动舵机和转动支架，能实现对不同高度的植株进行喷药。

本实用新型可实现对固定位置、非固定位置、不同病害程度、不同高度的植株进行多方位喷药，并且移动灵活，能有效提高竞赛每个任务区的任务完成度及完成效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型底盘的结构示意图；

图3为本实用新型控制盒内的示意图；

图4为竞赛地图。

图中：1、底盘；2、全向轮；3、驱动电机；4、8路灰度传感器；5、喷药光电开关；6、农药箱；7、控制盒；8、门型支架；9、下部喷药头；10、视觉识别装置；11、超声波测距传感器；12、驱动舵机；13、转动支架；14、上部喷药头；15、喷药泵；16、障碍光电开关；17、主控板；18、电机驱动板；19、舵机驱动板；20、电磁继电器；21、稳压模块；22、电源。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

实施例

如图1、图2、图3和图4所示，本实施例提供的竞赛用喷药机器人，包括底盘1，所述底盘1底面安装有呈十字分布的四个全向轮2，每个全向轮2 安装在靠近底盘1边缘的中部，且每个全向轮2分别连接有一个驱动电机3，驱动电机3固定在底盘1底面并与电机驱动板18电连接，每个所述全向轮2 处还分别安装有8路灰度传感器4，8路灰度传感器4固定在底盘1底面并位于全向轮2外侧，8路灰度传感器4用于检测竞赛地图中的地面引导线；全向轮2通过驱动电机3驱动，主控板17通过电机驱动板18控制驱动电机3启停，从而控制机器人的行进；

所述底盘1表面前部固定有农药箱6，后部固定有控制盒7，所述农药箱6 内装放待喷洒的农药，控制盒7内固定安装有主控板17、电机驱动板18、舵机驱动板19、电磁继电器20、稳压模块21和电源22，所述控制盒7的后板与顶板之间铰接，从而便于开启后板对主控板17、电机驱动板18、舵机驱动板 19、电磁继电器20进行调整；

所述底盘1前部两侧对称安装有障碍光电开关16，障碍光电开关16向外倾斜设置，障碍光电开关16朝向与底盘1中轴线之前呈60°夹角，障碍光电开关16用于检测竞赛地图中的障碍物；所述底盘1底面中部两侧还固定有喷药光电开关5，喷药光电开关5用于机器人在行进过程中检测竞赛中的待喷药植株；

所述底盘1表面中部固定安装有门型支架8，门型支架8两侧下部分别安装有下部喷药头9，下部喷药头9用于对较矮的植株、如花盆内植株进行喷药；

所述门型支架8两侧顶部分别安装有视觉识别装置10，所述视觉识别装置 10采用OpenMV嵌入式图像处理模块，以STM32H7CPU为核心，集成OV7725摄像头芯片，并搭载标准M12镜头，可用于识别杂草和树木病虫害；

所述视觉识别装置10底部设有超声波测距传感器11，超声波测距传感器 11固定在门型支架8上，超声波测距传感器11用于测量植株与机器人之间的位置距离；

所述门型支架8顶部两侧分别固定安装有驱动舵机12和转动支架13，所述转动支架13的一端与驱动舵机12的驱动轴固定连接，另一端安装有上部喷药头14；驱动舵机12用于控制转动支架13旋转，即通过转动支架13带动上部喷药头14在竖直方向转动，即调整上部喷药头14的高度；

所述控制盒7顶部安装有数个喷药泵15，喷药泵15的进液端通过管道与农药箱6内连通，出液端通过管道分别与上部喷药头14和下部喷药头9连通。

所述主控板17分别与电机驱动板18、舵机驱动板19、稳压模块21、电磁继电器20、8路灰度传感器4、喷药光电开关5、障碍光电开关16、超声波测距传感器11和视觉识别装置10连接，所述电机驱动板18与驱动电机3连接，舵机驱动板19与驱动舵机12连接，电磁继电器20与喷药泵15连接。

使用时，将机器人置于竞赛地图的起始点，此时转动支架13处于竖直下垂的初始状态，8路灰度传感器4检测地面引导线，驱动电机3带动全向轮2 转动，机器人沿地面引导线行进；

进入A区，A区模拟设施农业中藤蔓型作物喷药环境，设有4个随机分布的仿真藤蔓树。当喷药光电开关5在行进中检测到仿真藤蔓时，机器人停止，驱动舵机12控制转动支架13旋转到合适位置，喷药泵15工作，将药液通过上部喷药头14喷出，喷药过程中转动支架13均速转动直至上部喷药头14处于转动支架13顶部，然后转动支架13反转复位，实现对仿真藤蔓的全方位喷药，结束后，机器人继续运动，以此完成A区的喷药任务；

进入B区，B区模拟设施农业中需要连续分布的低矮作物喷药环境，设有 6株随机分布的仿真绿色植物。当喷药光电开关5在行进中检测到低矮作物时，机器人停止，驱动舵机12控制转动支架13旋转到合适位置，喷药泵15工作，将药液通过上部喷药头14喷出，药液喷出的同时机器人继续向前直行，从而完成连续喷药，喷洒完成后，转动支架13复位，机器人继续运动，以此完成B 区的喷药任务；

进入C区，C区模拟设施农业中非连续分布的育花除草喷药环境，该区随机放置了20个花盆，所有花盆里均种有花朵，10个花盆里设置杂草。当视觉识别装置10识别到杂草时，机器人停止，转动支架13带动上部喷药头14旋转到合适位置，喷药泵15对上部喷药头14和下部喷药头9进行药液供给，通过上部喷药头14和下部喷药头9进行喷药作业，喷洒完成后，转动支架13复位，以此完成C区的喷药任务；

进入D区，D区模拟设施农业中树形作物生长喷药环境，该区随机放置了 8个仿真树形，仿真树形上有不同颜色，不同颜色代表患虫病的程度。机器人在D区中先通过喷药光电开关5在行进中检测到喷药目标时，机器人停止，然后开启视觉识别装置10，通过视觉识别装置10识别到代表病虫害的颜色，若需要喷药作业，则转动支架13带动上部喷药头14至合适位置进行喷药，喷药后机器人继续运动，以此完成D区喷药任务；

进入E区，E区模拟开放真实农业中树形作物生长的喷药环境,该区为开放区，中央600mm区域不放置仿真树形，E区其他区域随机放置的8个仿真树形，树形朝向随机，仿真树上有不同颜色，不同颜色代表患虫病的程度。机器人在 E区中先通过喷药光电开关5在行进中检测到喷药目标时，机器人停止，然后开启视觉识别装置10，通过视觉识别装置10识别到代表病虫害的颜色，若需要喷药作业，再通过超声波测距传感器11测量机器人与目标植株之间的距离，然后通过主控板17控制机器人向目标植株移动，移动至合适位置后，转动支架13带动上部喷药头14转动至合适位置进行喷药，喷药结束后，机器人沿原路径返回，返回后再通过8路灰度传感器4检测地面引导线，返回正常行驶位置，机器人继续运动，以完成E区的喷药任务。

以上所述仅是本实用新型优选的实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何基于本实用新型所提供的技术方案和发明构思进行的改造和替换都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (3)

1.一种竞赛用喷药机器人，其特征在于：包括底盘(1)，所述底盘(1)底面安装有呈十字分布的四个全向轮(2)，每个全向轮(2)分别连接有一个驱动电机(3)，驱动电机(3)固定在底盘(1)底面，每个所述全向轮(2)处的底盘(1)处分别还安装有8路灰度传感器(4)，所述底盘(1)底面中部两侧还固定有喷药光电开关(5)，所述底盘(1)表面前部固定有农药箱(6)，后部固定有控制盒(7)，所述底盘(1)中部固定安装有门型支架(8)，所述门型支架(8)两侧下部分别安装有下部喷药头(9)，门型支架(8)两侧顶部分别安装有视觉识别装置(10)，所述视觉识别装置(10)底部设有超声波测距传感器(11)，超声波测距传感器(11)固定在门型支架(8)上，所述门型支架(8)顶部两侧分别固定安装有驱动舵机(12)和转动支架(13)，所述转动支架(13)的一端与驱动舵机(12)的驱动轴固定连接，另一端安装有上部喷药头(14)，所述控制盒(7)顶部安装有数个喷药泵(15)，喷药泵(15)的进液端通过管道与农药箱(6)内连通，出液端通过管道分别与上部喷药头(14)和下部喷药头(9)连通。

2.根据权利要求1所述的一种竞赛用喷药机器人，其特征在于：所述底盘(1)前部两侧对称安装有障碍光电开关(16)，障碍光电开关(16)向外倾斜设置，障碍光电开关(16)朝向与底盘(1)中轴线之前呈60°夹角。

3.根据权利要求2所述的一种竞赛用喷药机器人，其特征在于：所述控制盒(7)内设有主控板(17)、电机驱动板(18)、舵机驱动板(19)、电磁继电器(20)、稳压模块(21)和电源(22)，所述主控板(17)分别与电机驱动板(18)、舵机驱动板(19)、稳压模块(21)、电磁继电器(20)、8路灰度传感器(4)、喷药光电开关(5)、障碍光电开关(16)、超声波测距传感器(11)和视觉识别装置(10)连接，所述电机驱动板(18)与驱动电机(3)连接，舵机驱动板(19)与驱动舵机(12)连接，电磁继电器(20)与喷药泵(15)连接。

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