CN216438220U - 一种温室作物授粉机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种温室作物授粉机器人，包括自主行走装置和智能授粉装置；所述自主行走装置包括移动底盘、导航模块、主控制器、测距模块、储粉液箱以及稳压电源；所述智能授粉装置包括机械臂、云台、底座、上支撑柱、雾化喷头、水泵、授粉控制器、定位模块、视觉模块以及软管；本实用新型可以实现温室环境下对作物的自主授粉作业，且实施精准授粉作业，降低了花粉的浪费，同时避免了人工授粉的危险性，以及减少人工成本，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种温室作物授粉机器人，属于设施农业装备领域技术。
背景技术
近年来，设施农业发展趋势日盛，设施农业采用人工技术手段，改变自然光温条件，创造优化动植物生长的环境因子，使之能够全天候生长的设施工程，而温室种植更是常见的设施农业类型之一。当前温室种植过程中的作物授粉方式主要采用人工手持、背负式等人工授粉作业，在狭小工作环境中长时间劳作不仅影响到人工点授的质量，难以做到精准授粉，造成粉液浪费和环境污染，更会威胁到工作人员的身体健康。随着先进授粉技术和机器人技术的发展，智能授粉机器人开始代替人力应用于农业生产中，特别是温室作业环境下授粉作业。
实用新型内容
本实用新型目的在于针对上述存在的问题，提供一种温室作物授粉机器人，可以实现温室环境下对作物的自主授粉作业，降低了花粉的浪费，同时避免了人工授粉的危险性，以及减少人工成本，具有广阔的应用前景。
本实用新型的目的是这样实现的：一种温室作物授粉机器人，其特征在于，包括自主行走装置和智能授粉装置；
所述自主行走装置包括移动底盘、导航模块、主控制器、测距模块、储粉液箱以及稳压电源；
其中：移动底盘包括四组车轮、四组减速电机和车身机构，减速电机通过螺栓固定在车身机构的下端，一组车轮配置一组减速电机；
主控制器、储粉液箱以及稳压电源均固定在车身机构上方，导航模块和测距模块安装于车身机构前端；稳压电源与自主行走装置中的导航模块、主控制器、测距模块、减速电机电连接，为导航模块、主控制器、测距模块、减速电机提供电能；所述导航模块、测距模块、减速电机均与主控制器电连接；
所述智能授粉装置包括机械臂、云台、底座、上支撑柱、雾化喷头、水泵、授粉控制器、定位模块、视觉模块以及软管；
其中：机械臂安装于云台上；云台通过四根上支撑柱固定在底座上，同时水泵和授粉控制器也安装于底座上；底座通过四根下支撑柱固定在移动底盘的车身机构上；定位模块设置两组，分别安装于智能授粉装置的两侧面；水泵、授粉控制器、定位模块设置于底座上；
所述雾化喷头安装于机械臂上，雾化喷头的进粉口经软管与水泵的出口贯通连接，水泵的进口经软管与储粉液箱连接；所述视觉模块安装于雾化喷头上；
所述定位模块、视觉模块、水泵均与授粉控制器电连接。
所述机械臂由三组舵机和两节支架组成，三组舵机分别为第一组舵机、第二组舵机、第三组舵机，两节支架分别为第一节支架、第二节支架；
第二组舵机安装于第二节支架的末端，并与第一节支架前端传动连接；第一节支架的末端与第一组舵机传动连接，同时第一组舵机固定于云台上；第三组舵机安装于第二节支架的前端；
所述雾化喷头的末端与第三组舵机的输出端相连接，雾化喷头的进粉口与软管的一头封闭连接；所述软管的另一头与水泵的出口封闭连接；所述水泵的进口经另一段软管与储粉液箱连接；所述视觉模块安装于雾化喷头上。
授粉机器人中的导航模块能够识别需要在温室垄间作业的航线路径，并将信息反馈给主控制器，进而通过主控制器控制减速电机转速与转向，实现控制行走的目的，同时测距模块根据采集到的距离信息判别前方障碍物来保证授粉机器人行驶安全；授粉机器人两侧面的定位模块采集到作物信息，将信息反馈于授粉控制器并使智能授粉机器人进入工作模式，通过机械臂与云台带动视觉模块对准作物，进一步识别作物的雌雄蕊，确定目标后启动水泵，储粉液箱内的粉液经软管、水泵从雾化喷头喷射，从而实现精准授粉作业。
本实用新型结构合理简单、生产制造容易、使用方便，通过本实用新型，温室作物授粉机器人主要由自主行走装置和智能授粉装置两大部分组成。所述的自主行走装置包括移动底盘、导航模块、主控制器、测距模块、储粉液箱以及稳压电源；所述的智能授粉装置主要包括机械臂、云台、底座、支撑柱、雾化喷头、水泵、授粉控制器、定位模块、视觉模块以及软管；智能授粉装置通过支撑柱固定在自主行走装置上。
本实用新型可以实现温室环境下对作物的自主授粉作业，且实施精准授粉作业，降低了花粉的浪费，同时避免了人工授粉的危险性，以及减少人工成本，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型中自主行走装置结构示意图；
图3是本实用新型中智能授粉装置结构示意图；
图中：100自主行走装置、101移动底盘、102导航模块、103主控制器、104测距模块、105储粉液箱、106稳压电源、111车轮、112减速电机、113车身机构、114螺栓、200智能授粉装置、201机械臂、202云台、203底座、204-1上支撑柱、204-2下支撑柱、205雾化喷头、206水泵、207授粉控制器、208定位模块、209视觉模块、210软管、211第一组舵机、212第二组舵机、213第三组舵机、214第一节支架、215第二节支架。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
一种温室作物授粉机器人，包括自主行走装置100和智能授粉装置200。
自主行走装置100包括移动底盘101、导航模块102、主控制器103、测距模块104、储粉液箱105以及稳压电源106；
其中：移动底盘101包括四组车轮111、四组减速电机112和车身机构113，减速电机112通过螺栓组114固定在车身机构113的下端，一组车轮111配置一组减速电机112；主控制器103、储粉液箱105以及稳压电源106均固定在车身机构113上方，导航模块102和测距模块104安装于车身机构113前端；稳压电源106与自主行走装置100中的导航模块102、主控制器103、测距模块104、减速电机112电连接，为导航模块102、主控制器103、测距模块104、减速电机112提供电能；导航模块102、测距模块104、减速电机112均与主控制器103电连接。
所述智能授粉装置200包括机械臂201、云台202、底座203、上支撑柱204-1、雾化喷头205、水泵206、授粉控制器207、定位模块208、视觉模块209以及软管210；
其中：机械臂201安装于云台202上；云台202通过四根上支撑柱204-1固定在底座203上，同时水泵206和授粉控制器207也安装于底座203上；底座203通过四根下支撑柱204-2固定在移动底盘101的车身机构113上；定位模块208设置两组，分别安装于智能授粉装置200的两侧面；水泵206、授粉控制器207、定位模块208设置于底座203上；雾化喷头205安装于机械臂201上，雾化喷头205的进粉口经软管210与水泵206的出口贯通连接，水泵206的进口经软管与储粉液箱105连接；视觉模块209安装于雾化喷头205上；定位模块208、视觉模块209、水泵206均与授粉控制器207电连接。
机械臂201由三组舵机和两节支架组成，三组舵机分别为第一组舵机211、第二组舵机212、第三组舵机213，两节支架分别为第一节支架214、第二节支架215；第二组舵机212安装于第二节支架215的末端，并与第一节支架214前端传动连接；第一节支架214的末端与第一组舵机211传动连接，同时第一组舵机211固定于云台202上；第三组舵机213安装于第二节支架215的前端；雾化喷头205的末端与第三组舵机213的输出端相连接，雾化喷头205的进粉口与软管210的一头封闭连接；软管210的另一头与水泵206的出口封闭连接；水泵206的进口经另一段软管210与储粉液箱105连接；视觉模块209安装于雾化喷头205上；
使用时，授粉机器人中的导航模块102能够识别需要在温室垄间作业的航线路径，并将信息反馈给主控制器103，进而通过主控制器103控制减速电机112电机转速与转向，实现控制行走的目的，同时测距模块104根据采集到的距离信息判别前方障碍物来保证授粉机器人行驶安全；授粉机器人两侧面的定位模块208采集到作物信息，将信息反馈于授粉控制器207并使智能授粉机器人装置进入工作模式，通过机械臂201与云台202带动视觉模块209对准作物，进一步识别作物的雌雄蕊，确定目标后启动水泵206，储粉液箱105内的粉液经软管、水泵206从雾化喷头205喷射花粉，从而实现精准授粉作业。
请参照图1、图2和图3，一种温室作物授粉机器人，主要由自主行走装置100和智能授粉装置200两大部分组成。自主行走装置100包括移动底盘101、导航模块102、主控制器103、测距模块104、储粉液箱105以及稳压电源106；智能授粉装置200主要包括机械臂201、云台202、底座203、上支撑柱204-1、下支撑柱204-2、雾化喷头205、水泵206、授粉控制器207、定位模块208、视觉模块209以及软管210；所述的智能授粉装置200通过支撑柱204固定在自主行走装置100中的移动底盘101上。本例中，测距模块选用滤波超声波传感器，主控制器选用stm32系列控制板，授粉控制器选用Arduino mega2560控制平台，定位模块选用超声波传感器与红外传感器组合。
具体地，参照图2、图3，所述的移动底盘101包括四组车轮111、四组减速电机112和车身机构113，减速电机112通过螺栓组114固定在车身机构113的下端，一组车轮配置一组电机，实现四轮驱动，并减小传动结构满足行走装置灵活运行的要求。所述的主控制器103、储粉液箱105以及稳压电源106均固定在车身机构113上方，导航模块102和测距模块104安装于车身机构113前端；所述的稳压电源106为自主行走装置100和智能授粉装置200中的电气设备提供电能。
具体地，参照图2、图3，所述的机械臂201安装于云台202上；所述的云台202通过四根支撑柱204固定在底座203上，同时水泵206和授粉控制器207也安装于底座203上；所述的底座203也是通过四根支撑柱204固定在移动底盘101车身机构113上；所述定位模块208设置两组，分别安装于智能授粉装置200的两侧面。所述机械臂201由三组舵机和两节支架组成，第二组舵机212安装于第二节支架215的末端，并与第一节支架214前端传动连接；第一节支架214的末端与第一组舵机211传动连接，同时第一组舵机211固定于云台202上；第三组舵机213安装于第二节支架215的前端；本例中选用dynamixel AX-12+舵机，选定7075铝合金作为机械臂支架。所述的雾化喷头205的末端与第三组舵机213的输出端相连接，雾化喷头205的进粉口与软管210的一头封闭连接；所述软管210的另一头与水泵206的出口封闭连接；所述水泵206的进口经另一段软管210与储粉液箱105连接；所述的视觉模块209安装于雾化喷头205上。
具体地，请参照图1-3，一种温室作物授粉机器人的工作原理如下：授粉机器人中的导航模块能够识别需要在温室垄间作业的航线路径，并将信息反馈给主控制器，进而控制电机转速与转向，实现控制行走的目的，同时测距模块根据采集到的距离信息判别前方障碍物来保证授粉机器人行驶安全；授粉机器人两侧面的定位模块采集到作物信息，将信息反馈于授粉控制器并使智能授粉装置进入工作模式，通过机械臂与云台带动视觉模块对准作物，进一步识别作物的雌雄蕊，确定目标后雾化喷头喷射花粉，从而实现精准授粉作业。
以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种温室作物授粉机器人，其特征在于，包括自主行走装置（100）和智能授粉装置（200）；
所述自主行走装置（100）包括移动底盘（101）、导航模块（102）、主控制器（103）、测距模块（104）、储粉液箱（105）以及稳压电源（106）；
其中：移动底盘（101）包括四组车轮（111）、四组减速电机（112）和车身机构（113），减速电机（112）通过螺栓（114）固定在车身机构（113）的下端，一组车轮（111）配置一组减速电机（112）；
主控制器（103）、储粉液箱（105）以及稳压电源（106）均固定在车身机构（113）上方，导航模块（102）和测距模块（104）安装于车身机构（113）前端；稳压电源（106）与自主行走装置（100）中的导航模块（102）、主控制器（103）、测距模块（104）、减速电机（112）电连接，为导航模块（102）、主控制器（103）、测距模块（104）、减速电机（112）提供电能；所述导航模块（102）、测距模块（104）、减速电机（112）均与主控制器（103）电连接；
所述智能授粉装置（200）包括机械臂（201）、云台（202）、底座（203）、上支撑柱（204-1）、雾化喷头（205）、水泵（206）、授粉控制器（207）、定位模块（208）、视觉模块（209）以及软管（210）；
其中：机械臂（201）安装于云台（202）上；云台（202）通过四根上支撑柱（204-1）固定在底座（203）上，同时水泵（206）和授粉控制器（207）也安装于底座（203）上；底座（203）通过四根下支撑柱（204-2）固定在移动底盘（101）的车身机构（113）上；定位模块（208）设置两组，分别安装于智能授粉装置（200）的两侧面；水泵（206）、授粉控制器（207）、定位模块（208）设置于底座（203）上；
所述雾化喷头（205）安装于机械臂（201）上，雾化喷头（205）的进粉口经软管（210）与水泵（206）的出口贯通连接，水泵（206）的进口经软管与储粉液箱（105）连接；所述视觉模块（209）安装于雾化喷头（205）上；
所述定位模块（208）、视觉模块（209）、水泵（206）均与授粉控制器（207）电连接。
2.根据权利要求1所述的一种温室作物授粉机器人，其特征在于，所述机械臂（201）由三组舵机和两节支架组成，三组舵机分别为第一组舵机（211）、第二组舵机（212）、第三组舵机（213），两节支架分别为第一节支架（214）、第二节支架（215）；
第二组舵机（212）安装于第二节支架（215）的末端，并与第一节支架（214）前端传动连接；第一节支架（214）的末端与第一组舵机（211）传动连接，同时第一组舵机（211）固定于云台（202）上；第三组舵机（213）安装于第二节支架（215）的前端；
所述雾化喷头（205）的末端与第三组舵机（213）的输出端相连接，雾化喷头（205）的进粉口与软管（210）的一头封闭连接；所述软管（210）的另一头与水泵（206）的出口封闭连接；所述水泵（206）的进口经另一段软管（210）与储粉液箱（105）连接。
3.根据权利要求1所述的一种温室作物授粉机器人，其特征在于，授粉机器人中的导航模块（102）能够识别需要在温室垄间作业的航线路径，并将信息反馈给主控制器（103），进而通过主控制器（103）控制减速电机（112）转速与转向，实现控制行走的目的，同时测距模块（104）根据采集到的距离信息判别前方障碍物来保证授粉机器人行驶安全；授粉机器人两侧面的定位模块（208）采集到作物信息，将信息反馈于授粉控制器（207）并使智能授粉机器人进入工作模式，通过机械臂（201）与云台（202）带动视觉模块（209）对准作物，进一步识别作物的雌雄蕊，确定目标后启动水泵（206），储粉液箱（105）内的粉液经软管、水泵（206）从雾化喷头（205）喷射，从而实现精准授粉作业。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230908 Address after: 501-594, Building D, Zhigu Technology Complex, No. 186 Yangzijiang Middle Road, Development Zone, Yangzhou City, Jiangsu Province, 225000 Patentee after: Yangzhou Yuanguo High tech Co.,Ltd. Address before: No. 199, Huayang West Road, Hanjiang District, Yangzhou City, Jiangsu Province, 225000 Patentee before: YANGZHOU POLYTECHNIC INSTITUTE |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20220506 |