CN214954692U - 温室巡检机器人及温室环境立体监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种温室巡检机器人及温室环境立体监测系统，温室巡检机器人包括移动底盘、环境监测装置、导航装置、高度检测装置及控制装置；移动底盘上设有升降机构；环境监测装置设于升降机构的升降端，环境监测装置用于采集温室内的环境参数；环境监测装置、导航装置及高度检测装置分别与控制装置通讯连接，控制装置还与移动底盘及升降机构通讯连接；控制装置用于基于导航装置与高度检测装置所采集的数据，实时获取环境监测装置的空间坐标。本实用新型可实现对温室内各个位置的环境分布进行准确监测。

Description

温室巡检机器人及温室环境立体监测系统

技术领域

本实用新型涉及设施农业技术领域，尤其涉及一种温室巡检机器人及温室环境立体监测系统。

背景技术

随着农业信息化水平的提高，设施农业生产开始向集约化和规模化转变。由于温室内用于环境监测的传感器具有固定的适用范围，对于大型温室而言，监测一个环境指标需要安装多个传感器，以保证大型温室环境监测的准确性。

然而，在实际监测过程中，在一方面，由于传感器存在监测误差，且各个传感器彼此之间存在差异，在采用多套传感器进行温室的环境监测时，存在监测数据不均衡和积累误差。在另一方面，由于温室内的不同区域、不同高度的环境参数存在差异，固定安装的环境监测系统有一定的适用面积，当温室面积较大时，需要安装多个环境监测装置进行监测。在传感器自身存在监测误差，且多个传感器存在误差累积的情况下，难以实现对温室内各个位置的环境分布进行准确监测。

实用新型内容

本实用新型提供一种温室巡检机器人及温室环境立体监测系统，用以解决现有固定设置的环境监测装置难以实现对温室内各个位置的环境分布进行准确监测的问题。

本实用新型提供一种温室巡检机器人，包括：移动底盘、环境监测装置、导航装置、高度检测装置及控制装置；所述移动底盘上设有升降机构；所述环境监测装置设于所述升降机构的升降端，所述环境监测装置用于采集温室内的环境参数；所述环境监测装置、所述导航装置及所述高度检测装置分别与所述控制装置通讯连接，所述控制装置还与所述移动底盘及所述升降机构通讯连接；其中，所述控制装置用于基于所述导航装置与所述高度检测装置所采集的数据，实时获取所述环境监测装置的空间坐标。

根据本实用新型提供的一种温室巡检机器人，所述环境监测装置包括换气室、换气装置及第一传感组件；所述换气室的壳壁上设有进气口与出气口；所述换气装置设于所述换气室内，以实现所述换气室与所述温室之间的气体交换；所述第一传感组件设于所述换气室内，所述第一传感组件包括大气压力传感器、温湿度传感器、二氧化碳传感器、臭氧传感器、粉尘浓度传感器当中的至少一种。

根据本实用新型提供的一种温室巡检机器人，所述环境监测装置还包括：第二传感组件；所述第二传感组件设于所述换气室外侧的壁面上，所述第二传感组件包括总辐射传感器、光照强度传感器当中的至少一种；所述环境监测装置还包括：进气栅；所述进气栅设于所述进气口，所述换气装置设于所述出气口。

根据本实用新型提供的一种温室巡检机器人，所述移动底盘包括底盘框架与行走机构；所述行走机构设于所述底盘框架的底部；所述行走机构包括轨道轮组件与陆地轮组件，所述轨道轮组件用于沿所述温室内的轨道行走，所述陆地轮组件用于沿所述温室内的路面行走。

根据本实用新型提供的一种温室巡检机器人，所述导航装置包括二维码读码器与激光雷达；所述二维码读码器设于所述底盘框架的底部，并用于读取所述轨道上的二维码标识；所述激光雷达设于所述底盘框架上，并位于所述底盘框架靠近温室巡检机器人的行进方向的一端。

根据本实用新型提供的一种温室巡检机器人，所述移动底盘还包括防撞系统；所述防撞系统包括碰撞条及所述激光雷达；所述碰撞条设于所述底盘框架的侧面，并沿所述底盘框架的周向排布，所述碰撞条内设有触碰开关，所述触碰开关用于与报警装置通讯连接。

根据本实用新型提供的一种温室巡检机器人，所述升降机构包括电动升降杆，所述电动升降杆的固定端设于所述移动底盘，所述电动升降杆与所述移动底盘所在的平面垂直，所述电动升降杆的升降端与所述环境监测装置连接；所述高度检测装置包括编码器，所述编码器与所述电动升降杆上的驱动电机同轴连接。

根据本实用新型提供的一种温室巡检机器人，所述控制装置包括工控机、显示器及驱动器；所述环境监测装置、所述导航装置、所述高度检测装置及所述显示器分别与所述工控机通讯连接，所述工控机与所述驱动器通讯连接，所述驱动器分别与所述移动底盘及所述升降机构通讯连接。

本实用新型还提供一种温室环境立体监测系统，包括：云服务器及如上所述的温室巡检机器人；所述温室巡检机器人与所述云服务器通讯连接，所述云服务器用于获取所述环境监测装置的采集时间、实时采集的环境参数及与所述环境参数对应的空间坐标；所述云服务器设有数据库管理单元与数据融合分析单元；所述数据库管理单元用于对所述云服务器获取的数据进行分类存储；所述数据融合分析单元用于将所述数据库管理单元的存储信息与所述温室巡检机器人的调度地图相融合，针对每一类环境参数的采集高度，生成不同高度层级的环境参数三维曲面图。

本实用新型提供的一种温室巡检机器人及温室环境立体监测系统，通过在温室巡检机器人上设置移动底盘、环境监测装置、导航装置、高度检测装置及控制装置，可基于移动搭载平台，获取对温室环境的采集时间、实时采集的环境参数及与环境参数对应的空间坐标，从而实现对温室内各个位置的环境分布进行准确监测。

在此，本实用新型基于立体环境监测技术和全地形移动小车相结合，构建了温室环境立体监测系统，对各环境参数分布进行分析，并依据温室内不同空间位置的环境参数，可生成多环境参数立体平面分布图，为温室分布式精细化管控提供决策依据。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本实用新型提供的温室巡检机器人的结构示意图；

图2是本实用新型提供的移动底盘的仰视结构示意图；

图3是本实用新型提供的环境监测装置的结构示意图；

图4是本实用新型提供的温室巡检机器人在其电动升降杆处于收缩状态的结构示意图；

图5是本实用新型提供的温室巡检机器人在其电动升降杆处于伸展状态的结构示意图；

图6是本实用新型提供的温室环境立体监测系统的结构框图；

附图标记：

1：移动底盘； 2：环境监测装置； 3：升降机构；

4：控制装置； 5：激光雷达； 6：二维码读码器；

7：碰撞条； 11：底盘框架； 12：第一轨道轮；

13：第二轨道轮； 14：第一差速轮； 15：第二差速轮；

16：万向轮； 21：换气室； 22：换气装置；

23：第一传感组件； 24：第二传感组件； 25：进气栅；

210：进气口； 211：出气口。

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，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合图1-图6描述本实用新型的一种温室巡检机器人及温室环境立体监测系统。

如图1所示，本实施例提供一种温室巡检机器人，包括：移动底盘1、环境监测装置2、导航装置、高度检测装置及控制装置4；移动底盘1上设有升降机构3；环境监测装置2设于升降机构3的升降端，环境监测装置2用于采集温室内的环境参数；环境监测装置2、导航装置及高度检测装置分别与控制装置4通讯连接，控制装置4还与移动底盘1及升降机构3通讯连接；其中，控制装置4用于基于导航装置与高度检测装置所采集的数据，实时获取环境监测装置2的空间坐标。

具体地，本实施例通过在温室巡检机器人上设置移动底盘1、环境监测装置2、导航装置、高度检测装置及控制装置4，可基于移动搭载平台，获取对温室环境的采集时间、实时采集的环境参数及与环境参数对应的空间坐标，从而实现对温室内各个位置的环境分布进行准确监测。

其中，本实施例所示的环境监测装置2包含有各类传感器，可依据这些传感器实现对温室内的空气温度、空气湿度、总辐射强度、光照强度、大气压力、二氧化碳浓度、臭氧浓度及PM2.5含量等环境参数进行检测。

本实施例所示的导航装置可以为本领域所公知的视觉导航装置、激光导航装置及惯性导航装置当中的任一种或者当中至少两种的组合，在此不做具体限定。本实施例所示的导航装置用于为移动底盘1的行走提供定位与导航，本实施例所示的控制装置4也可依据导航装置的导航信息，获取温室巡检机器人在温室内的平面坐标。

与此同时，本实施例所示的高度检测装置用于检测环境监测装置2相对于移动底盘1所在平面的高度信息。其中，高度检测装置可以为本领域所公知的激光测距传感器、红外测距传感器等。

由于导航装置与高度检测装置均设于温室巡检机器人上，控制装置4可将温室巡检机器人上的环境监测装置2实时的平面坐标与高度信息相结合，以获取环境监测装置2的空间坐标。由于环境监测装置2还实时采集温室内的环境参数，从而基于温室巡检机器人可获取温室内不同空间坐标位置的环境参数，以实现对温室内各个位置的环境分布的准确监测。

如图3所示，本实施例所示的环境监测装置2包括换气室21、换气装置22及第一传感组件23；换气室21的壳壁上设有进气口210与出气口211；换气装置22设于换气室21内，以实现换气室21与温室之间的气体交换；第一传感组件23设于换气室21内，第一传感组件23包括大气压力传感器、温湿度传感器、二氧化碳传感器、臭氧传感器、粉尘浓度传感器当中的至少一种。

进一步地，本实施例所示的环境监测装置2还包括：第二传感组件24；第二传感组件24设于换气室21外侧的壁面上，第二传感组件24包括总辐射传感器、光照强度传感器当中的至少一种；环境监测装置2还包括：进气栅25；进气栅25设于进气口210，换气装置22设于出气口211。其中，换气装置22可以为本领域所公知的换气扇。

在此，本实施例所示的环境监测装置2在进行环境参数的检测时，在换气装置22的驱动下，空气通过进气栅25进入温室环境监测装置2的换气室21内，并在与第一传感组件23接触交互后，从出气口211排出。因此，本实施例可确保换气室21内的空气与温室环境的空气实时同步，避免空气滞留造成测量误差，尤其适用于在本实施例所示的移动底盘1上进行环境参数的检测，解决了传统环境监测存在时间滞后的问题。

如图2所示，本实施例所示的移动底盘1包括底盘框架11与行走机构；行走机构设于底盘框架11的底部；行走机构包括轨道轮组件与陆地轮组件，轨道轮组件用于沿温室内的轨道行走，陆地轮组件用于沿温室内的路面行走。

其中，为了对温室巡检机器人在温室内的行走进行定位和导引，本实施例所示的导航装置包括二维码读码器6与激光雷达5；二维码读码器6设于底盘框架11的底部，并用于读取轨道上的二维码标识；激光雷达5设于底盘框架11上，并位于底盘框架11靠近温室巡检机器人的行进方向的一端。

在此应指出的是，本实施例所示的导航装置在采用二维码导航时，每个二维码标识包含位置信息和方向信息，采用二维码读码器6对地面上的二维码标识进行识别和解析，从而确定温室巡检机器人的位置和方向，以配合激光雷达5，实现温室巡检机器人陆地上的自动运行。

与此同时，本实施例还进一步对行走机构进行改进型设计。其中，轨道轮组件包括第一轨道轮12与第二轨道轮13；第一轨道轮12设有两个，两个第一轨道轮12同轴并排设置，并分布于底盘框架11靠近温室巡检机器人的行进方向的前端；相应地，第二轨道轮13设有两个，两个第二轨道轮13同轴并排设置，并分布于底盘框架11靠近温室巡检机器人的行进方向的后端。

本实施例所示的陆地轮组件包括差速轮与万向轮16；差速轮设有两个，分别为第一差速轮14与第二差速轮15，第一差速轮14与第二差速轮15呈同轴并排布置，并设于底盘框架11的中部；万向轮16设有两组，第一组万向轮16设于底盘框架11靠近温室巡检机器人的行进方向的前端，第二组万向轮16设于底盘框架11靠近温室巡检机器人的行进方向的后端。

在此，本实施例所示的温室巡检机器人采用二维码读码器6和激光雷达5相结合的方式，对温室巡检机器人进行定位和导航，以实现自动上轨、自动下轨及在温室地面上的行走等功能，实现了底盘作业过程的无人化，具体如下所示：

当温室巡检机器人在路面上行走时，采用激光雷达5进行导航定位，此时陆地轮组件启动运行。基于对第一差速轮14与第二差速轮15的差速控制，可实现移动底盘1的转向、前进和后退。

当温室巡检机器人要从地面道路运动到轨道上行驶时，基于二维码读码器6对轨道上二维码标识的读取，对温室巡检机器人进行导航定位。在二维码读码器6识别到上轨的二维码标识后，控制装置4控制第一轨道轮12与第二轨道轮13同步正转，移动底盘1开始上轨。温室巡检机器人在轨道上运动时，第一轨道轮12与第二轨道轮13在控制装置4的控制下同步正转或反转，实现移动底盘1在轨道上的前进或后退。当移动底盘1从轨道上运动到轨道边缘，并在二维码读码器6识别到下轨的二维码标识后，控制装置4控制第一差速轮14与第二差速轮15同时反转，移动底盘1开始下轨。其中，在二维码读码器6识别到温室巡检机器人完成下轨的二维码标识后，轨道轮组件停止转动，移动底盘1完成自动下轨，开始路面道路运动。

进一步地，本实施例所示的移动底盘1还设置有防撞系统；防撞系统包括碰撞条7及上述实施例所示的激光雷达5；碰撞条7设于底盘框架11的侧面，并沿底盘框架11的周向排布，碰撞条7内设有触碰开关，触碰开关用于与报警装置通讯连接。

具体地，由于激光雷达5安装在移动底盘1靠近温室巡检机器人的行进方向的前端，激光雷达5设置了两层安全距离，第一层安全距离是基于移动底盘1的减速距离，第二层安全距离是基于温室巡检机器人的急停距离。

与此同时，由于碰撞条7沿周向安装于底盘框架11的侧面，当碰撞条7接触到其他物体时，碰撞条7内的触碰开关闭合，控制装置4接收到触碰开关的闭合信号后，会立即控制移动底盘1停止运行，同时触发报警装置，进行报警警示。其中，报警装置可以为本领域所公知的报警灯、蜂鸣器及声光报警器当中的任一种。

进一步地，为了较好地控制高度检测装置进行升降运动，以实现对温室内度层次位置的环境参数的检测，本实施例所示的升降机构3优选为电动升降杆，电动升降杆的固定端设于移动底盘1的安装平台上，其中，安装平台离地面的高度为0.5m，电动升降杆具有四个可伸缩的节段。电动升降杆与移动底盘1所在的平面垂直，电动升降杆的升降端与环境监测装置2连接；高度检测装置包括编码器，编码器与电动升降杆上的驱动电机同轴连接。

如图4所示，本实施例所示的电动升降杆处于收缩状态，且电动升降杆在收缩状态下的高度为0.9m。如图5所示，电动升降杆处于伸展状态，且电动升降杆在伸展状态下的高度为2.0-2.9m。同时，环境监测装置2的中心点相对于环境监测装置2底部的高度为0.1m。

在此，本实施例所示的环境监测装置2的测量高度可以达到1.5-3.5m。环境监测装置2在进行测量时，可以设定测量高度值，高度设定范围1.5-3.5m，最多可以设定10个高度等级，从低向高依次测量，测量时打开换气扇，并在每个高度等级停留2s，以保证空气的流通，避免空气滞留造成测量误差。

进一步地，本实施例所示的控制装置4包括工控机、显示器及驱动器；其中，工控机是温室巡检机器人运转的核心控制器，其配置包括CPU、内存、硬盘等。本实施例所示的环境监测装置2、导航装置、高度检测装置及显示器分别与工控机通讯连接，工控机与驱动器通讯连接，驱动器分别与移动底盘1及升降机构3通讯连接。

优选地，如图6所示，本实施例还提供一种温室环境立体监测系统，包括：云服务器及如上所述的温室巡检机器人；温室巡检机器人与云服务器通讯连接，云服务器用于获取环境监测装置的采集时间、实时采集的环境参数及与环境参数对应的空间坐标；云服务器设有数据库管理单元与数据融合分析单元；数据库管理单元用于对云服务器获取的数据进行分类存储；数据融合分析单元用于将数据库管理单元的存储信息与温室巡检机器人的调度地图相融合，针对每一类环境参数的采集高度，生成温室内不同高度层级的环境参数三维曲面图。

具体地，本实施例可基于立体环境监测技术和全地形移动小车相结合，构建温室环境立体监测系统，对各环境参数分布进行分析，并依据温室内不同空间位置的环境参数，可生成多环境参数立体平面分布图，为温室分布式精细化管控提供决策依据。

其中，本实施例所示的数据库管理单元采用MySQL关系型数据库管理系统，将数据保存在不同的表中，这样就增加了速度，并提高了灵活性。本实施例所示的系统保存的每一条数据包括参数名称、变量ID、采集时间、采集坐标X、采集坐标Y、采集高度、变量状态、变量类型、实时值、分组、储存方式、安全类型、可读写性、标签等信息。本实施例所示的系统所集的环境参数包括空气温度、空气湿度、总辐射强度、二氧化碳浓度、光照强度，温室内气压、PM2.5/10、臭氧浓度等。

与此同时，本实施例所示的数据融合分析单元采用知识图谱技术构建温室环境采集知识结构，将各参数直接的互相影响关系和各参数与温室管控的影响关系结构化，建立面向温室智慧管控的标准化环境采集数据结构，将环境数据和生产过程管理相结合，构建温室环境与水肥一体化和环控控制系统的关系图谱，可根据应用环境需要构建不同作物、不同分析功能的知识图谱，为数据分析和数据融合提供标准化的框架

在此应指出的是，本实施例可具体采用无线通讯的方式建立温室巡检机器人与云服务器之间的无线通讯连接。其中，本实施例具体可在温室巡检机器人上设置无线通讯模块，无线通讯模块与上述实施例所示的工控机通讯连接，并将环境监测装置的采集时间、实时采集的环境参数及与环境参数对应的空间坐标以无线通讯的方式传输至云服务器，无线通讯模块可以为本领域所公知的WIFI模块、GPRS模块、3G模块、4G模块等，在此不做具体限定。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种温室巡检机器人，其特征在于，包括：

移动底盘，所述移动底盘上设有升降机构；

环境监测装置，设于所述升降机构的升降端，所述环境监测装置用于采集温室内的环境参数；

导航装置、高度检测装置及控制装置，所述环境监测装置、所述导航装置及所述高度检测装置分别与所述控制装置通讯连接，所述控制装置还与所述移动底盘及所述升降机构通讯连接；

其中，所述控制装置用于基于所述导航装置与所述高度检测装置所采集的数据，实时获取所述环境监测装置的空间坐标。

2.根据权利要求1所述的温室巡检机器人，其特征在于，

所述环境监测装置包括换气室、换气装置及第一传感组件；

所述换气室的壳壁上设有进气口与出气口；所述换气装置设于所述换气室内，以实现所述换气室与所述温室之间的气体交换；所述第一传感组件设于所述换气室内，所述第一传感组件包括大气压力传感器、温湿度传感器、二氧化碳传感器、臭氧传感器、粉尘浓度传感器当中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的温室巡检机器人，其特征在于，

所述环境监测装置还包括：第二传感组件；所述第二传感组件设于所述换气室外侧的壁面上，所述第二传感组件包括总辐射传感器、光照强度传感器当中的至少一种；

所述环境监测装置还包括：进气栅；所述进气栅设于所述进气口，所述换气装置设于所述出气口。

4.根据权利要求1至3任一所述的温室巡检机器人，其特征在于，所述移动底盘包括底盘框架与行走机构；

所述行走机构设于所述底盘框架的底部；所述行走机构包括轨道轮组件与陆地轮组件，所述轨道轮组件用于沿所述温室内的轨道行走，所述陆地轮组件用于沿所述温室内的路面行走。

5.根据权利要求4所述的温室巡检机器人，其特征在于，

所述导航装置包括二维码读码器与激光雷达；

所述二维码读码器设于所述底盘框架的底部，并用于读取所述轨道上的二维码标识；所述激光雷达设于所述底盘框架上，并位于所述底盘框架靠近温室巡检机器人的行进方向的一端。

6.根据权利要求5所述的温室巡检机器人，其特征在于，

所述移动底盘还包括防撞系统；

所述防撞系统包括碰撞条及所述激光雷达；所述碰撞条设于所述底盘框架的侧面，并沿所述底盘框架的周向排布，所述碰撞条内设有触碰开关，所述触碰开关用于与报警装置通讯连接。

7.根据权利要求1至3任一所述的温室巡检机器人，其特征在于，所述升降机构包括电动升降杆，所述电动升降杆的固定端设于所述移动底盘，所述电动升降杆与所述移动底盘所在的平面垂直，所述电动升降杆的升降端与所述环境监测装置连接；

所述高度检测装置包括编码器，所述编码器与所述电动升降杆上的驱动电机同轴连接。

8.根据权利要求1至3任一所述的温室巡检机器人，其特征在于，所述控制装置包括工控机、显示器及驱动器；

所述环境监测装置、所述导航装置、所述高度检测装置及所述显示器分别与所述工控机通讯连接，所述工控机与所述驱动器通讯连接，所述驱动器分别与所述移动底盘及所述升降机构通讯连接。

9.一种温室环境立体监测系统，其特征在于，包括：云服务器及如权利要求1至8任一所述的温室巡检机器人；

所述温室巡检机器人与所述云服务器通讯连接，所述云服务器用于获取所述环境监测装置的采集时间、实时采集的环境参数及与所述环境参数对应的空间坐标。

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