田间作物表型监测机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种田间作物表型监测机器人，包括包括底盘、高度可调的横梁，轮距可调的左右侧臂，电池安装架和和监测平台；所述横梁与底盘通过竖直升降滑移导轨相互连接，监测平台搭载在横梁上方，且横梁的两端分别与左右侧臂刚性连接，形成龙门架结构；所述底盘底部设有三个车轮形成倒三轮结构，分别为左轮、右轮和后轮，在左右轮之间设有一个小万向轮；所述电池安装架安装于底盘纵梁上，该纵梁前后端通过后轮和小万向轮支撑；所述左右侧臂的下端通过减震叉与左右轮连接，左右侧臂上端与横梁刚性连接。本田间作物表型监测机器人具有重心低，稳定性好，结构轻巧等优点，其可适应不同行距和不同生育时期的旱田作物作业。

Field Crop Phenotype Monitoring Robot

The invention discloses a field crop phenotype monitoring robot, which comprises a chassis, a cross beam with adjustable height, a left and right arm with adjustable wheel spacing, a battery mounting frame and a monitoring platform; the cross beam and the chassis are connected with each other through a vertical lifting sliding guide rail, and the monitoring platform is mounted above the cross beam, and the ends of the cross beam are rigidly connected with the left and right arms, forming a gantry structure. The bottom of the chassis is provided with three wheels to form an inverted three-wheel structure, which are left wheel, right wheel and rear wheel, and a small universal wheel is arranged between the left and right wheels; the battery mounting frame is installed on the longitudinal beam of the chassis, the front and rear ends of the longitudinal beam are supported by the rear wheel and the small universal wheel; the lower end of the left and right arms are connected with the left and right wheels through a shock absorption fork, and the upper end of the left and right arms are rigidly connected with the cross beam. \u3002 Honda crop phenotype monitoring robot has the advantages of low center of gravity, good stability and light structure. It can adapt to Dryland Crop operation with different row spacing and different growth periods.

【技术实现步骤摘要】
田间作物表型监测机器人
本专利技术涉及作物表型监测领域，特别涉及一种田间作物表型监测机器人。
技术介绍
作物表监测是新品种选育和推广、基因与表型组学研究的基础。用于田间的移动式的作物表型监测搭载平台多为大型拖拉机、手推式表型平台、自动行走的表型平台，大型拖拉机容易造成土壤板结，费用高；手推式表型平台耗费人力，效率低。目前，自动行走的表型平台的研究较少，且多存在以下问题：结构不灵活，质心偏高，稳定性低，使用范围局限，难以适应多种作物行距及作物的多生育时期。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，提供了一种在田间平稳运行的作物表型监测机器人，可搭载多种传感器，能够进行轮距和离地间隙调节，可适用于不同行距和不同生育期的旱田作物。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种田间作物表型监测机器人，该监测机器人包括底盘、高度可调的横梁，轮距可调的左右侧臂，电池安装架和和监测平台；所述横梁与底盘通过竖直升降滑移导轨相互连接，监测平台搭载在横梁上方，且所述横梁的两端分别与左右侧臂刚性连接，形成龙门架结构；所述底盘底部设有三个车轮形成倒三轮结构，三个车轮分别为左轮、右轮和后轮，在所述左轮、右轮之间设有一个小万向轮，所述小万向轮直接与底盘支架连接；所述左轮、右轮均内置轮毂电机，既为转向轮，又为驱动轮，所述后轮为万向轮，左轮和右轮位于同一横向平面上，小万向轮和后轮位于同一纵向平面，横向和纵向平面相互垂直；所述电池安装架安装于底盘纵梁上，该纵梁前后端通过后轮和小万向轮支撑；所述左右侧臂的下端通过减震叉与左轮、右轮连接，左右侧臂上端与横梁刚性连接。进一步的，所述横梁包括三节套筒，分别为左端套筒、右端套筒和中间套筒，所述左端套筒和右端套筒分别与中间套筒通过伸缩液压杆连接，横梁中间一节的中间套筒和底盘上竖直升降滑移导轨均设置有吊耳，横梁与竖直升降滑移导轨通过销连接。其中，所述竖直升降滑移导轨采用套筒结构，可手动进行高度调节，且最大调节高度为1.9m，调节后通过限位销固定高度。高度调节时，先将竖直滑移导轨调至相应高度后，通过销连接定位，之后通过侧臂上的升降液压杆带动横梁升降，从而实现监测平台的高度调节。更进一步的，所述左右侧臂包括左侧臂和右侧臂，左侧臂和右侧臂均分别包括扭矩电机、扭矩电机安装架、高度调节液压升降杆；所述扭矩电机安装架设置在减震叉上方，扭矩电机安装于扭矩电机安装架内，扭矩电机的输出轴通过花键与减震叉连接，所述高度调节液压升降杆下端通过液压杆底部的法兰盘与扭矩电机安装架连接，上端与横梁刚性连接。更进一步的，所述伸缩液压杆，扭矩电机构成底盘轮距调节机构，调节方式为扭矩电机带动减震叉使车轮转动90°后，通过横梁上的伸缩液压杆推动左右套筒带动车轮向两侧滚动，实现轮距2.4m-3.2m的调节，之后车轮再通过扭矩电机转回原位。轮距调节的范围为2.4m-3.2m，可以满足不同行距的旱田作物和高通量的要求，而且这种调节方式，较常见的通过液压杆直接推动侧臂来调节轮距的方式，节省动力，避免车身两侧受力倾斜。更进一步的，所述监测平台为冲孔钢板结构，且通过螺纹连接形式安装于横梁上，通过调节所述高度调节液压升降杆的高度，使横梁沿着底盘上的竖直升降滑移导轨移动，从而调节监测平台高度。所述监测平台的高度调节范围为1.4m-1.9m。进一步的，所述左轮和右轮之间没有车桥，通过左右侧臂与横梁刚性连接，形成龙门架式结构，龙门架下部空间用于通过作物，可以防止车桥破坏作物，提高机器人通过性；可以根据作业要求通过侧臂上的自动液压杆调节龙门架高度，最大高度可达1.9m，基本满足旱田作物的需求。同时，左轮和右轮采用差速转向；机器人通过控制两个左右轮的速度实现差速转向，减少了传动和转向装置，使车身轻量化。进一步的，所述底盘纵梁离地间隙为280mm；可以降低机器人重心，提高稳定性，且与小万向轮和后轮在同一纵向平面上，可保证作业时电池架位于作物行间，避免破坏作物。本专利技术的有益效果是：本作物表型监测机器人转向灵活，重心低，能够在田间平稳运行，适应作物范围广，可满足不同行距和不同生育时期的旱田作物作业。利用Adams软件对机器人进行越障仿真：参照图4-5，在路面上设置宽度为10cm，深度为10cm的凹坑，仿真结果发现机器人可平稳通过，沿机器人高度方向的最大加速度除个别突变点外，其余都不超过0.5m/s2，最大振幅为2cm，仅为机器人高度的1.3％，且越过障碍后立即恢复平稳。参照图6-7，在路面上设置宽度为10cm，高度为10cm的凸起，仿真结果表明机器人可平稳越过障碍，沿机器人高度方向的最大加速度除个别突变点之外，其余都不超过2m/s2，最大振幅为6cm，仅为机器人高度的4％，且通过障碍后立即恢复平稳。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明图1为本作物表型监测机器人的结构示意图。图2为图1的B向视图。图3为图1的A向视图。图4为机器人越障仿真(凹坑)时，机器人质心沿其高度方向坐标变化。图5为机器人越障仿真(凹坑)时，机器人质心沿其高度方向振动加速度变化。图6为机器人越障仿真(凸起)时，机器人质心沿其高度方向坐标变化。图7为机器人越障仿真(凸起)时，机器人质心沿其高度方向振动加速度变化。图中标记为：1-底盘，2-左侧臂，3-右侧臂，4-横梁，5-监测平台，6-竖直升降滑移导轨，7-左轮，8-右轮，9-后轮，10-小万向轮，11-电池安装架，12-纵梁，13-减震叉，14-左端套筒，15-右端套筒，16-中间套筒，17-伸缩液压杆，18-扭矩电机，19-扭矩电机安装架，20-高度调节液压升降杆。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。如图1至3所示，一种田间作物表型监测机器人，包括类倒三轮的底盘1、轮距可调的左侧臂2和右侧臂3、高度可调的横梁4和监测平台5；监测平台5通过螺纹连接搭载在横梁4上方；横梁4两端分别与左侧臂2和右侧臂3刚性连接，形成龙门架结构。横梁4与底盘1通过底盘上的竖直升降滑移导轨6连接；底盘底部的三个大车轮形成倒三轮结构，分别为左轮7、右轮8、后轮9，一个小万向轮10位于两个左右轮中间；左轮7和右轮8在同一横向平面，小万向轮10和后轮9位于同一纵向平面，横向和纵向平面相互垂直。电池安装架11安装在底盘的纵梁12上，后轮9和小万向轮10分别位于纵梁12的前后两端，两者共同支撑纵梁12。左侧臂2和右侧臂3的下端通过减震叉13与左右车轮连接，左右轮内置轮毂电机，既为转向轮，又为驱动轮，后轮为万向轮，三个车轮形成的倒三轮结构，机动灵活，且底盘没有车桥，提高机器人的通过性。本专利技术中，电池安装架11设置在底盘纵梁12上，电池安装在电池架内，为轮毂电机、液压杆的电磁阀、扭矩电机以及搭载的传感器提供电力；底盘纵梁12离地间隙仅为280mm，可以降低机器人重心高度，提高稳定性；田间作业时，底盘纵梁12及安装的电池安装架11位于作物行间，可避免破坏作物。本专利技术中，横梁4包括三节套筒，分别为左端套筒14、右端套筒15和中间套筒16；左端套筒14和右端套筒15分别与中间套筒16通过伸缩液压杆17连接；两个侧臂包括扭矩电机18、扭矩电机安装架19、高度调节液压升降杆20本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种田间作物表型监测机器人，其特征在于：该监测机器人包括底盘、高度可调的横梁，轮距可调的左右侧臂，电池安装架和和监测平台；所述横梁与底盘通过竖直升降滑移导轨相互连接，监测平台搭载在横梁上方，且所述横梁的两端分别与左右侧臂刚性连接，形成龙门架结构；所述底盘底部设有三个车轮形成倒三轮结构，三个车轮分别为左轮、右轮和后轮，在所述左轮、右轮之间设有一个小万向轮，所述小万向轮直接与底盘支架连接；所述左轮、右轮均内置轮毂电机，既为转向轮，又为驱动轮，所述后轮为万向轮，左轮和右轮位于同一横向平面上，小万向轮和后轮位于同一纵向平面，横向和纵向平面相互垂直；所述电池安装架安装于底盘纵梁上，该纵梁前后端通过后轮和小万向轮支撑；所述左右侧臂的下端通过减震叉与左轮、右轮连接，左右侧臂上端与横梁刚性连接。

【技术特征摘要】
1.一种田间作物表型监测机器人，其特征在于：该监测机器人包括底盘、高度可调的横梁，轮距可调的左右侧臂，电池安装架和和监测平台；所述横梁与底盘通过竖直升降滑移导轨相互连接，监测平台搭载在横梁上方，且所述横梁的两端分别与左右侧臂刚性连接，形成龙门架结构；所述底盘底部设有三个车轮形成倒三轮结构，三个车轮分别为左轮、右轮和后轮，在所述左轮、右轮之间设有一个小万向轮，所述小万向轮直接与底盘支架连接；所述左轮、右轮均内置轮毂电机，既为转向轮，又为驱动轮，所述后轮为万向轮，左轮和右轮位于同一横向平面上，小万向轮和后轮位于同一纵向平面，横向和纵向平面相互垂直；所述电池安装架安装于底盘纵梁上，该纵梁前后端通过后轮和小万向轮支撑；所述左右侧臂的下端通过减震叉与左轮、右轮连接，左右侧臂上端与横梁刚性连接。2.根据权利要求1所述的一种田间作物表型监测机器人，其特征在于：所述竖直升降滑移导轨采用套筒结构，可手动进行高度调节，且最大调节高度为1.9m，调节后通过限位销固定高度。3.根据权利要求1所述的一种田间作物表型监测机器人，其特征在于：所述横梁包括三节套筒，分别为左端套筒、右端套筒和中间套筒，所述左端套筒和右端套筒分别与中间套筒通过伸缩液压杆连接，横梁中间一节的中间套筒和底盘上竖直升降滑移导轨均设置有吊耳，横梁与竖直升降滑移导轨通过销连接。4.根据权利要求3所述的一种田间作物表型监测机器人，其特征在于：所述左右侧臂包括左侧臂和右侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪军，袁华丽，朱艳，曹卫星，田永超，姚霞，姚立立，徐可，庞方荣，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32