一种田间除草施肥作业多轮足机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种田间除草施肥作业多轮足机器人，包括上安装板、下安装板、机器人行走系统、田间作业执行系统和田间导航避障系统；机器人行走系统包括6个5自由度轮足机构、机器人运动主控器和陀螺仪；田间作业执行系统包括固定连接在上安装板上的对靶喷药执行机构、药箱和气泵，药箱上设置有加料口和出料口；田间导航避障系统包括超声波传感器和相机，相机内设有相机控制器。本发明专利技术能够适应田间各种复杂路面的行走，并且通过非接触式化学除草的方法可自主完成作业，无需人为干预，作业时间不受时间影响，可连续作业。

A Multi-Wheeled-Foot Robot for Weeding and Fertilizing in the Field

The invention discloses a multi-wheeled foot robot for field weeding and fertilization operation, which comprises an upper mounting plate, a lower mounting plate, a robot walking system, a field operation execution system and a field navigation obstacle avoidance system; a robot walking system comprises six 5-degree-of-freedom wheel-foot mechanisms, a robot motion master and a gyroscope; and a field operation execution system includes a target fixed on the upper mounting plate. The spraying actuator, the medicine box and the air pump are equipped with the feeding and discharging ports on the medicine box. The field navigation obstacle avoidance system includes the ultrasonic sensor and the camera, and the camera controller is equipped in the camera. The invention can adapt to the walking of various complex pavement in the field, and can finish the work independently by the method of non-contact chemical weeding, without human intervention, the working time is not affected by time, and can work continuously.

【技术实现步骤摘要】
一种田间除草施肥作业多轮足机器人
本专利技术涉及现代农业装备
，尤其涉及一种田间除草施肥作业多轮足机器人。
技术介绍
近年来，我国不断加快推动农业机械化的步伐，致力提升现代农业水平，以缩小与发达国家在农业现代化方面的差距。随着农业机械化的快速发展，用于农业生产的特种机器人得以问世，并逐渐成为农业技术装备研发的重要内容。农用机器人的出现和应用，改变了传统的农业劳动方式，促进了现代农业的发展。目前，在田间的除草或者施肥机器人，在农业机械领域也得到了快速的发展，技术也日益成熟，比如公开号为CN205124832U的专利文件公开了一种智能除草机器人，其整体设置在车体上，智能除草机器人的主刀具通过升降装置设置在车体下方；车体的前端设置有保护刀具铲片；车体的两侧设置有侧切装置，侧切装置的底端通过舵机铰接在车体上；车体上设置有药箱，药箱设置有药剂添加口，药箱与增压泵相连，药箱通过导管与喷雾口连通；车体的后端设置有草屑收集器；车体的前端设置有超声波传感器；车体上还设置有摄像头。该除草机器人有效的解决了以前人工除草施肥机械化程度低、智能化程度低、机械化效率低等问题。上述的智能除草机器人虽然提高了田间除草施肥的机械化和智能化程度，但是还存在以下问题：1、该方案的轮子由轮子电机直接驱动，轮子并不能多个方向以及行走姿态的调整，对作业环境的适应性较差；2、该方案的导航避让模块只能对机器人前方的障碍物进行预警避让，作业时需要对机器人的运动路径进行规划，自主除草覆盖区域范围比较小，不能完全自主的完成整个田间的自主作业；3、机械式除草方式仅适用于重量较大、功率较大的平台车使用，因此对小型化机器人采用机械除草方式，无法获得好的除草效果，同时降低机器人续航能力。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种田间除草施肥作业多轮足机器人，能够适应田间各种复杂路面的行走，并且通过非接触式化学除草的方法可自主完成作业，无需人为干预，作业时间不受时间影响，可连续作业。本专利技术通过以下技术手段解决上述技术问题：一种田间除草施肥作业多轮足机器人，包括上安装板、下安装板、机器人行走系统、田间作业执行系统和田间导航避障系统，所述机器人行走系统包括轮子，所述田间作业执行系统包括固定连接在上安装板上的药箱和气泵，所述药箱上设置有加料口、出料口和进气孔，所述田间导航避障系统包括超声波传感器和相机，所述下安装板上固定安装有电池，所述相机内设有相机控制器；所述机器人行走系统包括6个5自由度轮足机构、机器人运动主控器和陀螺仪，所述机器人运动主控器和陀螺仪均固定安装在下安装板上，所述5自由度轮足机构的一端安装有第一轮足关节舵机连接板，所述第一轮足关节舵机连接板固定安装在上安装板和下安装板之间，所述轮子安装在5自由度轮足机构的另一端，所述机器人运动主控器、陀螺仪和5自由度轮足机构均与电池电连接，所述陀螺仪和5自由度轮足机构均与机器人运动主控器通讯连接；所述田间作业执行系统包括对靶喷药执行机构，所述对靶喷药执行机构与出料口连通；所述上安装板上安装有元件集成板，所述元件集成板上电连接有第一场效应管模块和第二场效应管模块，所述进气口与气泵的气泵出气口连通，所述气泵与第一场效应管模块通讯连接，所述对靶喷药执行机构与第二场效应管模块通讯连接，所述第一场效应管模块和第二场效应管模块与相机控制器通讯连接，所述元件集成板、气压传感器和对靶喷药执行机构均与电池电连接；所述田间导航避障系统还包括相机调节支架和两个超声波调节支架，所述相机调节支架固定连接在上安装板的中部，所述相机调节支架上固定连接有相机固定架，所述相机安装在相机固定架上，所述两个超声波调节支架分别固定连接在相机调节架两侧的上安装板上，所述超声波传感器安装在超声波调节支架上，所述相机控制器和超声波传感器均与机器人运动主控器通讯连接。进一步，所述对靶喷药执行机构包括云台基座，所述云台基座固定连接在下安装板上，所述云台基座上转动连接有云台第一舵机，所述云台第一舵机上固定连接有云台第一舵机连接板，所述云台第一舵机连接板上转动连接有云台第二舵机，所述云台第二舵机上固定连接有云台第二舵机连接板，所述云台第二舵机连接板上固定连接有电磁阀，所述电磁阀与第二场效应管模块通讯连接，所述电磁阀包括电磁阀进口和电磁阀出口，所述电磁阀进口与药箱出料口之间连接有管路，所述云台第一舵机、云台第二舵机均与机器人运动主控器通讯连接。进一步，所述5自由度轮足机构包括第一关节舵机，所述第一轮足关节舵机连接板固定安装在第一关节舵机的一端，所述第一关节舵机上转动连接有第二关节舵机，所述第二关节舵机上铰接有第一轮足关节舵机铰接板，所述第一轮足关节舵机铰接板远离第二关节舵机的一端固定连接有第三关节舵机，所述第三关节舵机铰接有第二轮足关节舵机铰接板，所述第二轮足关节舵机铰接板远离第三关节舵机的一端固定连接有轮姿态调整舵机，所述轮姿态调整舵机转动连接有轮驱动舵机，所述轮子转动连接在轮驱动舵机上。进一步，所述进气口连通有三通管，所述气泵的气泵出气口与三通管的一端连通，所述三通管的另一端固定连通有气压传感器，所述气压传感器与相机控制器通讯连接。如此，在气泵向药箱内打气的时候，气压传感器可检测当前药箱内的压力，当压力小于设定压力阈值时，气泵开启，对药箱充气直至药箱内压力到达预设压力阈值。进一步，所述超声波调节支架的上部开设有竖向的滑槽，所述滑槽内滑动连接有超声波安装板，所述超声波传感器安装在超声波安装板上，所述超声波安装板与滑槽之间螺纹连接有紧固螺钉。在使用时，可以通过松开紧固螺钉，上下滑动超声波安装板的高度以及旋转调节超声波安装板的角度，可以实现超声波传感器高度和角度的调节，可以适用田间不同高度农作物的除草或者施肥。进一步，所述相机调节支架上设有环形滑槽和环形中心孔，所述相机固定在相机固定架上，所述相机固定架与相机调节支架上的环形槽和环形中心孔连接有紧固螺钉。在使用时，松开紧固螺钉，可使相机绕环形中心孔旋转，从而可调整相机在地面的视野。进一步，所述电池上方的上安装板上开设有通槽，所述电池上方固定连接有电池隔板，所述相机调节支架下部固定有支架连接板，所述支架连接板和云台基座均固定安装在电池隔板上。上安装板上开的一个通槽，可避让对靶喷药执行机构，同时可起到运动限位的作用，将相机调节支架和云台基座均安装在电池隔板上，位于机器人的前部，可以使得电磁阀位于机器人前端，可降低电磁阀出口管路的长度，保证电磁阀在断电时的尽量少的漏液。进一步，所述电磁阀管出口安装有单向阀。电磁阀管出口装有单向阀，可以进一步可保证电磁阀断电后，喷口无滴漏药液的情况。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术在运动过程中通过机器人前端的相机识别杂草或作物，当需要除草作业时，药箱中装除草剂，根据相机识别出杂草的位置，控制对靶喷药执行机构的云台运动，使喷口对准杂草进行喷洒除草剂；当需要施肥作业时，药箱中装液体肥料，相机识别作物的位置，并控制对靶喷药执行机构的云台，使喷口对作物周围特定位置进行施肥，整个除草或者施肥过程可以自主完成作业，无需人为干预，作业时间不受时间影响，可连续作业；(2)本专利技术的行走系统采用仿昆虫式的6足机构、5自由度腿部关节和腿部末端轮足设计，通过陀螺仪对机器人姿态采集，可以实现田间复杂路面的运动，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种田间除草施肥作业多轮足机器人，包括上安装板、下安装板、机器人行走系统、田间作业执行系统和田间导航避障系统，所述机器人行走系统包括轮子，所述田间作业执行系统包括固定连接在上安装板上的药箱和气泵，所述药箱上设置有加料口、出料口和进气口，所述田间导航避障系统包括超声波传感器和相机，其特征在于：所述下安装板上固定安装有电池，所述相机内设有相机控制器；所述机器人行走系统包括6个5自由度轮足机构、机器人运动主控器和陀螺仪，所述机器人运动主控器和陀螺仪均固定安装在下安装板上，所述5自由度轮足机构的一端安装有第一轮足关节舵机连接板，所述第一轮足关节舵机连接板固定安装在上安装板和下安装板之间，所述轮子转动安装在5自由度轮足机构的另一端，所述机器人运动主控器、陀螺仪和5自由度轮足机构均与电池电连接，所述陀螺仪和5自由度轮足机构均与机器人运动主控器通讯连接；所述田间作业执行系统包括对靶喷药执行机构，所述对靶喷药执行机构与出料口连通；所述上安装板上安装有元件集成板，所述元件集成板上电连接有第一场效应管模块和第二场效应管模块，所述进气口与气泵的气泵出气口连通，所述气泵与第一场效应管模块通讯连接，所述对靶喷药执行机构与第二场效应管模块通讯连接，所述第一场效应管模块和第二场效应管模块与相机控制器通讯连接，所述元件集成板、气压传感器和对靶喷药执行机构均与电池电连接；所述田间导航避障系统还包括相机调节支架和两个超声波调节支架，所述相机调节支架固定连接在上安装板的中部，所述相机调节支架上固定连接有相机固定架，所述相机安装在相机固定架上，所述两个超声波调节支架分别固定连接在相机调节架两侧的上安装板上，所述超声波传感器安装在超声波调节支架上，所述相机控制器和超声波传感器均与机器人运动主控器通讯连接。...

【技术特征摘要】
1.一种田间除草施肥作业多轮足机器人，包括上安装板、下安装板、机器人行走系统、田间作业执行系统和田间导航避障系统，所述机器人行走系统包括轮子，所述田间作业执行系统包括固定连接在上安装板上的药箱和气泵，所述药箱上设置有加料口、出料口和进气口，所述田间导航避障系统包括超声波传感器和相机，其特征在于：所述下安装板上固定安装有电池，所述相机内设有相机控制器；所述机器人行走系统包括6个5自由度轮足机构、机器人运动主控器和陀螺仪，所述机器人运动主控器和陀螺仪均固定安装在下安装板上，所述5自由度轮足机构的一端安装有第一轮足关节舵机连接板，所述第一轮足关节舵机连接板固定安装在上安装板和下安装板之间，所述轮子转动安装在5自由度轮足机构的另一端，所述机器人运动主控器、陀螺仪和5自由度轮足机构均与电池电连接，所述陀螺仪和5自由度轮足机构均与机器人运动主控器通讯连接；所述田间作业执行系统包括对靶喷药执行机构，所述对靶喷药执行机构与出料口连通；所述上安装板上安装有元件集成板，所述元件集成板上电连接有第一场效应管模块和第二场效应管模块，所述进气口与气泵的气泵出气口连通，所述气泵与第一场效应管模块通讯连接，所述对靶喷药执行机构与第二场效应管模块通讯连接，所述第一场效应管模块和第二场效应管模块与相机控制器通讯连接，所述元件集成板、气压传感器和对靶喷药执行机构均与电池电连接；所述田间导航避障系统还包括相机调节支架和两个超声波调节支架，所述相机调节支架固定连接在上安装板的中部，所述相机调节支架上固定连接有相机固定架，所述相机安装在相机固定架上，所述两个超声波调节支架分别固定连接在相机调节架两侧的上安装板上，所述超声波传感器安装在超声波调节支架上，所述相机控制器和超声波传感器均与机器人运动主控器通讯连接。2.根据权利要求1所述的一种田间除草施肥作业多轮足机器人，其特征在于：所述对靶喷药执行机构包括云台基座，所述云台基座固定连接在下安装板上，所述云台基座上转动连接有云台第一舵机，所述云台第一舵机上固定连接有云台第一舵机连接板，所述云台第一舵机连接板上转动连接有云台第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈子文，付豪，李成茂，王斌斌，杨逢春，杨瑞卿，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50