CN216492980U - 自主导航智能喷药机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及自主导航智能喷药机器人，包括自动导引车和喷药机器人，所述自动导引车的车体上设有上平台，所述喷药机器人主要由多自由度机械臂构成，所述多自由度机械臂的基部设有回转基座并通过所述回转基座安装在所述上平台上，所述多自由度机械臂设有用于抓持喷头装置的手部，所述手部为末端执行器，设有用于与末端关节连接的执行器连接件，所述执行器连接件呈柱形，所述上平台上还设有第一相机、配药箱和HDMI显示器。本实用新型能够采用控制技术进行行驶和喷药的控制，为实现自动导航和智能喷药提供了相应的机械架构基础。

Description

自主导航智能喷药机器人

技术领域

本实用新型涉及自主导航智能喷药机器人，特别是自主导航智能喷药机器人的机械架构。

背景技术

现有技术背景下，对植物施加药物可以采用喷药设备，目前已出现自动喷药的喷药机械人，将喷药机器人设置在车辆上，车辆在人工或自动驾驶下行驶，依据植物的实际需要，由自动喷药机械人依据设定的程序和实时检测信息进行喷药，喷药机器人可以设有多自由度的机械臂，将喷头装置（喷枪）设置在机械臂的前端，喷头通过管道连接车载的药液箱，机械臂在控制装置的控制下动作，调整喷头装置的位置和姿态（喷嘴朝向），喷药泵在控制装置的控制下与机械臂协同动作，使药液依据所需的流量从喷头中喷出，实现自动喷药。

自动导引车（Automated Guided Vehicle，或称AGV小车）通过各种形式的传感设备自动采用环境信息，在控制装置的控制下，依据实时环境信息沿设定的路线或依据设定规则自动行驶，无需人工驾驶，而随着复杂环境下无人驾驶系统的不断成熟和推广应用，能够实现自动导引的机动车辆的种类会越来越多，应用会越来越广泛。

基于机器视觉或视频图像识别技术，通过摄像头实时拍摄植物的视频图像，依据植物图像分析判断喷药需求，进而确定喷药位置和喷药量也已成为现实，这些技术的发展能够为智能化自动喷药提供更为精准的依据。

实用新型内容

本实用新型的目的是在现有技术的基础上，提供一种自主导航智能喷药机器人的机械架构，适应于采用控制技术进行行驶和喷药的控制，为充分利用控制技术及其他现有技术、实现自动导航和智能喷药提供相应的机械架构基础。

本实用新型的技术方案是：自主导航智能喷药机器人，包括：

自动导引车，其车体上设有上平台，用于装载需要装载的物体，例如，能够在控制装置控制下自动喷药的喷药机器人；

喷药机器人，主要由多自由度机械臂构成，所述多自由度机械臂的基部（安装端）设有回转基座（轴向旋转连接装置，或回转关节）并通过所述回转基座安装在所述上平台上，所述多自由度机械臂设有用于抓持喷头装置（或称喷枪）的手部；

配药箱，安装在所述上平台上，设有用于容纳药液的药液空间；

喷头装置，用于药液喷施，设有喷头，所述喷头通过输药管连接相应药液空间，所述输药管上设有喷药泵。

所述喷药泵可以是潜水泵，安装在配药箱内，其进口连通相应的药液空间，出口通过所述输药管连接所述喷头装置的喷头进口。

所述喷药泵也可以设置在所述喷头装置内，其进口通过输药管连接配药箱的相应药液出口（相应药液空间的出口），出口直接或通过喷头装置的相关管道连接喷嘴。

所述输药管可以为独立于所述多自由度机械臂的管子（位于多自由度机械臂外的管子），也可以是内置于所述多自由度机械臂（主体部分内置于多自由度机械臂，允许在多自由度机械臂外设有必要的连接管道）的管子，在此情形下，优选在所述多自由度机械臂的手部上设置用于连接所述喷头装置的喷头接头的输药管接头（接口），当多自由度机械臂的手部抓持喷头装置到位后，喷头装置的喷头接口恰好连接上相应的输药管接头，从输药管送出的药液经输药管接头流入喷头装置的喷头进口，送入喷头。

所述多自由度机械臂的手部对喷头装置的抓持可以采用若干种形式，例如，夹持、磁力吸合、插接/卡接等，也可以是多种抓持形式的组合，可以依据现有技术设置。依据多自由度机械臂的手部对喷头装置的抓持方式，在所述喷头装置上设置对应/配套的结构/装置。

所述药箱的药液空间可以是一个，也可以是多个，以适应于不同药液的存储。依据实际需要，多个药液空间可以采用一个药箱箱体（在同一个箱体内分隔出多个药液空间），也可以采用多个相互独立的药箱箱体。

对于同一个药液空间，可以配置一个喷头装置，也可以配置多个喷头装置，通过不同的喷头装置进行不同方式的药液喷施。

喷药泵的数量和设置方式可以依据实际需要。例如，在喷药泵独立于喷头装置的情形下，一个喷药泵的进口可以仅连通一个药液空间，也可以通过多个进口支路分别连通多个药液空间，在此情形下，可以通过设置各支路的切换开关（阀门）或者在各支路上分别设置通断开关（阀门）实现支路的通断控制，使进入喷药泵的药液来自所选择的药液空间。又如，一个喷药泵的出口可以仅连通一个喷头装置（喷头装置的喷头，下同），也可以通过多个出口支路分别连通多个喷头装置，在此情形下，可以通过设置各支路的切换开关（阀门）或者在各支路上分别设置通断开关（阀门）实现支路的通断控制，使从喷药泵送出的药液进入所选择的喷头装置。

优选地，所述车体的前端设有第一相机（例如，摄像头），用于采集行驶前方区域的图像信息，为自动行驶控制提供相关信息。

所述车体的后端和/或侧面还可以设有第二相机（例如，摄像头），用于采集相应区域的图像信息，为自动行驶控制提供相关信息。

所述第一相机和第二相机的数量依据实际需要设置。例如，可以在车体前后两端各设置一个相机，设置于前端的可称为第一相机，为自动行驶控制所需的主要相机，设置于后端的可称为第二相机。

优选地，所述上平台上可以设置有第三相机（例如，摄像头），所述第三相机优选为全景视频监测系统，设有360°全景摄像头（包括多摄像头组合）和/或通过万向回转基座安装在所述上平台上，安装后相关摄像头的位置应能够拍摄周围环境，避免因受到遮挡而无法进行必要的拍摄。

优选地，所述配药箱内设有搅拌器，以防止药液中可沉降物质沉积，或者进行搅拌配药。

优选地，至少部分所述配药箱设有定量给药系统和定量给水装置，所述定量给药系统设有原料药仓，所述原料药仓位于相应配药箱的上方，设有用于送出仓内药物的定量输出装置，所述定量输出装置的输出接入相应的配药箱，所述定量给水机构包括供水管，所述供水管上设有供水阀门和流量计，所述供水管的输出接入相应的配药箱。

优选地，所述上平台上安装有HDMI显示器，以进行自动导引车工作状态、喷药机器人工作状态、实时采集的环境信息（例如，通过各相机采用的信息或其分析结果）等的显示。

优选地，所述上平台上安装有无线通信装置，用于与远程控制中心等外部设施通信，和/或，接入无线通信网络。

所述多自由度机械臂可以为三自由度机械臂。例如，可以为四轴机械臂，除所述回转基座外，还设有第一摆动关节、第二摆动关节和第三摆动关节，所述第一摆动关节、第二摆动关节和第三摆动关节的旋转轴线相互平行，所述回转基座、第一摆动关节、第二摆动关节和第三摆动关节依次连接，所述第三摆动关节位于所述多自由度机械臂的末端，连接所述手部。

通过回转基座，可以进行水平360°范围或其他适宜范围的回转/旋转，实现水平转角的任意调整，通过第一摆动关节、第二摆动关节和第三摆动关节，可以实现有效臂长及手部倾角的调节。

优选地，所述多自由度机械臂的手部为末端执行器，所述末端执行器设有用于与多自由度机械臂的末端关节（或称腕关节，例如，第三摆动关节）连接的执行器连接件，所述执行器连接件呈柱形，所述多自由度机械臂的末端关节设有用于连接所述执行器连接件的连接结构。例如，能够固定套接在执行器连接件上的套筒（或称套环），可以通过适度的紧配合方式或采用螺丝紧固的方式实现套筒与执行器连接件之间的牢固固定。

所述执行器连接件的连接部可以为弓形柱（横截面呈弓形的柱），相应地，所述末端关节上用于与所述执行器连接件套接的套筒的内孔为弓形孔（横截面为弓形的孔），所称弓形优选为优弧弓，由此避免末端执行器相对于末端关节的轴向旋转（以轴向直线为转轴的旋转）。

优选地，所述末端执行器的壳体上通过相机支架安装有喷施场景相机（例如，摄像头），所述喷施场景相机的拍摄方向为轴向（指末端执行器的轴向）向外。

优选地，所述末端执行器设有用于夹持喷头装置的夹爪机构，所述喷头装置设有用于被夹爪机构夹持的柱状接头，所述柱状接头的前端安装有喷头支架，所述喷头支架的两侧设有向前（轴向向前）延伸的支柱，所述配药箱上设有用于放置所述喷头装置的喷头支架或支承平台。

所述喷头支架或支承平台可以采用任意适应于放置喷头装置的形状/结构，通常应具有放置多个喷头装置的空间。可以在所述喷头支架或支承平台上设有用于固定所述支柱（及从喷头装置前端凸出的其他结构，例如，喷头，适宜时）的结构，例如，与支柱（及其他结构，适宜时）等配套的插孔、插槽、卡簧、磁吸等，可依据实际需要设置。

可以将多个设有不同喷头和/或连接不同药液空间的喷头装置放置在喷头支架或支承平台上，形成喷头装置库。需要喷药时，可以通过控制装置控制多自由度机械臂抓取所需的喷头装置，除喷头或喷头的喷嘴外，各喷头转置本身的形状和构造可以相同，至少，应使各喷头装置的柱状接头适应于夹爪机构的夹持。

所述上平台上还可以设置水罐（储水箱），用于储水，所述供水管可以接入所述水罐，以便从水罐中取水，以水罐作为其水源。所述供水管也可以接入外部水源（例如，自来水），从外部取水。

所述水罐可以通过输水管连接用于喷水的喷头装置，以便在需要时进行喷水浇灌，具体工作方式与喷药的工作方式相同，仅仅是以水罐替代配药箱，以水替代药液。

本实用新型的有益效果是：由于将自动喷药机械人装配到自动导引车上，能够在现有软件和控制技术的支持下，实现自动导引车的自动导引和行驶，沿着设定路线或依据设定标准自动规划的行驶路线自动行驶，并在行经路线上在相关控制装置的控制下通过喷药机器人进行自动喷药；由于在车体上装配了配药箱，可以向喷药机器人供应相应的药物（药液或药粉），适应于较长路径或较大区域的喷药需求；由于设置了第一相机，能够实时获取道路情况，为车辆行驶控制提供相应的信息依据；由于设置了第二相机，为植物状况和喷药需求分析提供相应的信息依据；由于设置了无线通信装置，能够通过无线通信装置向远程控制中心传送实时数据，接受远程控制中心的控制指令；由于设置了喷头装置库，可以存放多种喷头装置，喷药机器人可以在控制转置的控制下，自动选取或更换喷头装置；由于不同喷头装置通过管路连接不同的药箱（包括水罐，如果设置了的话），可以通过更换喷头装置进行喷施不同的药物；由于设置了水罐，可以根据实际需要为现场药液配置供水，还可以通过独立的喷头装置进行水的喷灌。

附图说明

图1是本实用新型的示意图；

图2是末端执行器的示意图；

图3是喷头装置的示意图。

具体实施方式

参见图1-3，本实用新型提供了一种自主导航智能喷药机器人（或者说自主导航智能喷药机器人的机械架构），主要由AGV小车（自动导引车）10、配药箱20、HDMI显示器30和多自由度的喷药机器人（通常可采用三自由度喷药机器人）50构成，配套的控制系统（控制装置）40亦可以设置在AGV小车的上平台上。其中，AGV小车10包括上平台11、车体12、车轮13和电池14，所述车体的前端设有第一相机15，所述上平台11用于支撑放置在其上的三自由度喷药机器人50、配药箱20、HDMI显示器30和控制系统40等。电池14用于给整个智能喷药机器人系统供电。第一相机15用于识别AGV小车前方的路线，使得AGV小车可以根据第一相机15识别的路线自主前行。

配药箱20用于存放配置好的药液，亦可以依据实际设计进行现场配药，HDMI显示器30上设置有机器人启动、停止、药量控制等按键，也可用于机器人运动位置等信息的显示。

三自由度喷药机器人50布置于AGV小车上平台11上，具有三个移动自由度，可以在设定范围内实现机器人X、Y、Z三个轴的空间移动并可以进行喷头装置的姿态（倾角）调整。

三自由度喷药机器人50的末端执行器包括相机支架56、喷施场景相机57、气缸64、进气口65、出气口66、连接件（执行器连接件）67和夹爪机构，其中，夹爪机构设有弧形固定爪58和弧形固定爪63，进气口65和出气口66与气缸64相通。弧形固定爪58和弧形固定爪63通过滑轨安装在气缸64下部，通过气压控制可实现弧形固定爪58和弧形固定爪63的抓紧与松开功能，用于抓取和松开放置于药箱上的药物喷头装置。喷施场景相机57安装在相机支架56上，用于采集所要喷药的植株位置信息，控制系统根据喷施场景相机57采集的所要喷药植株的位置信息，实现对目标植株的精确对靶喷药。末端执行器通过连接件67与三自由度喷药机器人50的末端进行连接。药物喷头装置由柱状接头59、喷头连接件68、喷头61和喷头支架组成，所述喷头支架的前部为向前延伸的左右两个支柱62，其中喷头61与喷头连接件68固连，柱状接头59为圆柱状，通过气压的控制可实现弧形固定爪58和弧形固定爪63抓紧与松开功能，进而实现对柱状接头59的抓取与放下。药物喷头装置通过喷头支架存放在配药箱20上，配药箱20上存放有不同型号的药物喷头装置，三自由度喷药机器人50可根据需要抓取不同的药物喷头装置，实现对不同药物喷头的互换抓取，提高了喷药机器人的适应性。

为适应于自动控制，本实用新型涉及的自动导引车、多自由度机械臂、喷头装置、阀门、流量计、相机（摄像头）及其他装置，均可以选用适应于自动控制技术的产品。

本实用新型具有结构简单、控制容易、灵活性高等优点，具有较强的适用性。

本实用新型公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定外，均可以任意组合，形成若干不同的技术方案。

Claims (10)

1.自主导航智能喷药机器人，其特征在于包括：

自动导引车，其车体上设有上平台；

喷药机器人，主要由多自由度机械臂构成，所述多自由度机械臂的基部设有回转基座并通过所述回转基座安装在所述上平台上，所述多自由度机械臂设有用于抓持喷头装置的手部；

配药箱，安装在所述上平台上，设有用于容纳药液的药液空间；

喷头装置，设有喷头，所述喷头通过输药管连接相应药液空间，所述输药管上设有喷药泵。

2.如权利要求1所述的自主导航智能喷药机器人，其特征在于所述车体的前端设有第一相机。

3.如权利要求1所述的自主导航智能喷药机器人，其特征在于所述上平台上设置有第三相机，所述第三相机为全景视频监测系统，设有360°全景摄像头和/或通过万向回转基座安装在所述上平台上。

4.如权利要求1所述的自主导航智能喷药机器人，其特征在于所述上平台上安装有HDMI显示器。

5.如权利要求1-4中任一项所述的自主导航智能喷药机器人，其特征在于所述配药箱内设有搅拌器。

6.如权利要求5所述的自主导航智能喷药机器人，其特征在于至少部分所述配药箱设有定量给药系统和定量给水装置，所述定量给药系统设有原料药仓，所述原料药仓位于相应配药箱的上方，设有用于送出仓内药物的定量输出装置，所述定量输出装置的输出接入相应的配药箱，所述定量给水机构包括供水管，所述供水管上设有供水阀门和流量计，所述供水管的输出接入相应的配药箱。

7.如权利要求1-4中任一项所述的自主导航智能喷药机器人，其特征在于所述多自由度机械臂还设有第一摆动关节、第二摆动关节和第三摆动关节，所述第一摆动关节、第二摆动关节和第三摆动关节的旋转轴线相互平行，所述回转基座、第一摆动关节、第二摆动关节和第三摆动关节依次连接，所述第三摆动关节位于所述多自由度机械臂的末端，连接所述手部。

8.如权利要求7所述的自主导航智能喷药机器人，其特征在于所述多自由度机械臂的手部为末端执行器，所述末端执行器设有用于与末端关节连接的执行器连接件，所述执行器连接件呈柱形，所述多自由度机械臂的末端关节设有用于连接所述执行器连接件的连接结构。

9.如权利要求8所述的自主导航智能喷药机器人，其特征在于所述末端执行器的壳体上通过相机支架安装有喷施场景相机，所述喷施场景相机的拍摄方向为轴向向外。

10.如权利要求8所述的自主导航智能喷药机器人，其特征在于所述末端执行器设有用于夹持喷头装置的夹爪机构，所述喷头装置设有用于被夹爪机构夹持的柱状接头，所述柱状接头的前端安装有喷头支架，所述喷头支架的两侧设有向前延伸的支柱，所述配药箱上设有用于放置所述喷头装置的喷头支架。

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