一種無人駕駛果園施肥機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及農(nóng)業(yè)施肥【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種無人駕駛果園施肥機器人，包括設(shè)置在機器人車架上的控制器、傳感系統(tǒng)和施肥機構(gòu)；所述傳感系統(tǒng)用于測量相鄰兩行果樹的空間位置、三維體積和果樹枝條空間分布位置的數(shù)據(jù)信息，并將該數(shù)據(jù)信息發(fā)送至所述控制器；所述控制器對接收到的數(shù)據(jù)信息進行處理，得出果樹枝條的空間位置，并通過機器人的轉(zhuǎn)向機構(gòu)自動調(diào)節(jié)該機器人的行走軌跡，同時，所述控制器控制所述施肥機構(gòu)對果樹進行施肥。本實用新型通過無人式駕駛果園施藥機器人自動進行施肥，節(jié)約人工成本，提高了果樹田間的施肥效率；本實用新型可自動對果樹采用液態(tài)肥料施肥，更有利于果樹對肥料的吸收。
【專利說明】—種無人駕駛果園施肥機器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及農(nóng)業(yè)施肥【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種無人駕駛果園施肥機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]果園施肥是一個工作量大、需要大量勞動力，同時勞動強度高，枝條遮擋搬運肥料不便，果園面積大，地面雜草多，是果園管理花費人力、物力比較多的工作。傳統(tǒng)的施肥采用開溝埋肥的方式，需要花費大量勞動力，在施肥后，還需要進行單獨的灌水才能使肥料融化，融化的肥料到達果樹根部才能被果樹有效吸收。由于肥料集中投施，肥料擴散范圍有限，濃度變化很大，不利于果樹根系吸收。
[0003]為了解決以上問題，本實用新型做了有益改進。
實用新型內(nèi)容
[0004](一)要解決的技術(shù)問題
[0005]本實用新型的目的是提供一種無人方式自動在果園田間施肥的無人駕駛果園施肥機器人。
[0006](二)技術(shù)方案
[0007]本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種無人駕駛果園施肥機器人，包括設(shè)置在機器人車架上的控制器、傳感系統(tǒng)和施肥機構(gòu)；所述傳感系統(tǒng)用于測量相鄰兩行果樹的空間位置、三維體積和果樹枝條空間分布位置的數(shù)據(jù)信息，并將該數(shù)據(jù)信息發(fā)送至所述控制器；所述控制器對接收到的數(shù)據(jù)信息進行處理，得出果樹枝條的空間位置，并通過機器人的轉(zhuǎn)向機構(gòu)自動調(diào)節(jié)該機器人的行走軌跡，同時，所述控制器控制所述施肥機構(gòu)對果樹進行施肥。
[0008]其中，所述控制器包括單片機；所述單片機上設(shè)有用于數(shù)據(jù)信息處理的硬件邏輯電路，且該單片機與所述傳感系統(tǒng)連接。
[0009]具體地，所述傳感系統(tǒng)包括設(shè)置在車架左側(cè)的左超聲波傳感器和設(shè)置在該車架右側(cè)的右超聲波傳感器，所述左超聲波傳感器和右超聲波傳感器分別與所述控制器連接。
[0010]其中，所述機器人的轉(zhuǎn)向機構(gòu)上設(shè)有用于驅(qū)動該轉(zhuǎn)向機構(gòu)的電動器；所述電動器與所述控制器連接，且該電動器上設(shè)有用于自動存儲轉(zhuǎn)角值的編碼器。
[0011]進一步，所述施肥機構(gòu)包括溶液箱和注肥盤；所述注肥盤上設(shè)有多個沿該注肥盤圓周方向均勻分布的注肥頭，每個注肥頭與所述溶液箱通過施肥管路連接，且每個施肥管路上均設(shè)有施肥閥；所述施肥閥與控制器連接。
[0012]具體地，所述溶液箱內(nèi)分割為多個部分，其中的一部分為用來儲存清水的獨立密閉結(jié)構(gòu)，且通過所述施肥管路與所述注肥頭連接，其余部分用于存儲肥水溶液。
[0013]進一步，所述溶液箱內(nèi)存儲肥水溶液的部分通過設(shè)孔的擋板阻隔。
[0014]優(yōu)選地，所述溶液箱的材質(zhì)為不銹鋼。
[0015](三)有益效果[0016]與現(xiàn)有技術(shù)和產(chǎn)品相比，本實用新型有如下優(yōu)點:
[0017]1、本實用新型通過無人式駕駛果園施藥機器人自動進行施肥，節(jié)約人工成本，提高了果樹田間的施肥效率；
[0018]2、本實用新型通過裝有液態(tài)肥料的溶液箱可自動對果樹采用液態(tài)肥料施肥，更有利于果樹對肥料的吸收。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型的無人駕駛果園施藥機器人的立體結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖2是本實用新型的無人駕駛果園施藥機器人的俯視圖。
[0021]附圖中，各標號所代表的組件列表如下:
[0022]1.設(shè)置界面；2.控制器；3.電動器；4.溶液箱；5.右超聲波傳感器；6.施肥閥；7.左超聲波傳感器；8.注肥盤；9.注肥頭。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做一個詳細的說明。
[0024]如圖1和圖2所示，本實施例提供一種無人駕駛果園施肥機器人，包括設(shè)置在機器人車架上的控制器2、傳感系統(tǒng)和施肥機構(gòu)；所述傳感系統(tǒng)用于測量相鄰兩行果樹的空間位置、三維體積和果樹枝條空間分布位置的數(shù)據(jù)信息，并將該數(shù)據(jù)信息發(fā)送至所述控制器2 ;所述控制器2對接收到的數(shù)據(jù)信息進行處理，得出果樹枝條的空間位置，并通過機器人的轉(zhuǎn)向機構(gòu)自動調(diào)節(jié)該機器人的行走軌跡，同時，所述控制器控制所述施肥機構(gòu)對果樹進行施肥。本實用新型通過無人式駕駛果園施藥機器人自動進行施肥，節(jié)約人工成本，提高了果樹田間的施肥效率；通過裝有液態(tài)肥料的溶液箱可自動對果樹采用液態(tài)肥料施肥，更有利于果樹對肥料的吸收。
[0025]控制器2采用單片機核心，通過硬件邏輯電路進行快速信號處理，具有自動駕駛中對預(yù)期軌跡進行跟蹤的能力。采用基于橫向位置和橫擺角預(yù)測誤差的預(yù)測控制原理?？刂破魃显O(shè)有設(shè)置界面I，可直接輸入相關(guān)參數(shù)，調(diào)整控制器的信號。具體地，首先設(shè)置果樹的行距，果樹的平均枝條地面投影的平均值，控制器根據(jù)機器人在果園的行間行走左右兩側(cè)枝條的生長范圍自動動態(tài)在線調(diào)節(jié)行走的方向角。
[0026]控制器2對轉(zhuǎn)向機構(gòu)采用轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)，是基于預(yù)測誤差的反饋模糊邏輯控制原理。根據(jù)傳感系統(tǒng)采集的信號調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向角，水平朝前的角為O度角，順時針旋轉(zhuǎn)為正角，此時轉(zhuǎn)向機構(gòu)往右側(cè)運動，帶動車架上的前面方向輪轉(zhuǎn)角右轉(zhuǎn)，最大可到180度角。
[0027]其中，所述機器人的轉(zhuǎn)向機構(gòu)上設(shè)有用于驅(qū)動該轉(zhuǎn)向機構(gòu)的圓盤式電動器3 ;所述電動器3與所述控制器2連接，且該電動器3上設(shè)有用于自動存儲轉(zhuǎn)角值的編碼器。轉(zhuǎn)向機構(gòu)的電動轉(zhuǎn)向采用電動器3驅(qū)動，電動器每次轉(zhuǎn)動一定角度后，電動器配備的編碼器自動采集轉(zhuǎn)角值，編碼器直接將轉(zhuǎn)角值保存，當下次角度繼續(xù)調(diào)節(jié)時，在編碼器的轉(zhuǎn)角上直接運算，避免每次復(fù)位當前角引發(fā)的轉(zhuǎn)角誤差積累。電動器3可直接安裝在方向盤，帶動方向盤轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動角采用基于預(yù)測誤差，利用傳感系統(tǒng)的信號反饋模糊邏輯動態(tài)調(diào)節(jié)控制，保證調(diào)節(jié)反饋精度相對較高。
[0028]進一步，所述傳感系統(tǒng)包括設(shè)置在車架左側(cè)的左超聲波傳感器7和設(shè)置在該車架右側(cè)的右超聲波傳感器5，所述左超聲波傳感器7和右超聲波傳感器5分別與所述控制器2連接。超聲波傳感器主要采集超聲波發(fā)射與反射回來的時間差，計算得出果樹的空間位置，探測果樹枝條的位置信息發(fā)給控制器后，可計算果樹生長生物量的體積大小。左超聲波傳感器7和右超聲波傳感器5，分別同時測量兩行果樹的空間三維體積(通過偵測樹干位置自動定位果樹位置)、果樹枝條空間分布位置(探測果樹枝條的外輪廓)；左超聲波傳感器7和右超聲波傳感器5將測量位置信息發(fā)給控制器2，控制器2根據(jù)采集的信息得出枝條空間位置，然后自動調(diào)節(jié)行走軌跡，避免剮蹭到果樹主要的枝條。
[0029]再進一步，所述施肥機構(gòu)包括溶液箱4和注肥盤8 ;所述注肥盤8上設(shè)有多個沿該注肥盤8圓周方向均勻分布的注肥頭9，每個注肥頭9與所述溶液箱4通過施肥管路連接，且每個施肥管路上均設(shè)有施肥閥6 ;所述施肥閥6與控制器2連接。在機器人行走的同時，注肥盤8將肥料溶液直接注射到土壤中，優(yōu)選地，注肥盤8上有12個注肥頭9，每個注肥頭9在垂直扎進土壤時，控制器2發(fā)送信號，打開施肥閥6施肥，其余位置關(guān)閉施肥管路，一次時間只有一個注肥頭9在施肥。機器人注射肥料的范圍為距離果樹主干0.3-1.5米的范圍，枝條遮擋超出這個范圍，機器人自動保存當前果樹信息，并增大注肥范圍以便適應(yīng)果樹的實際情況。范圍可調(diào)節(jié)為0.3-2.5米，同時注肥深度從0.02米增加到0.035米的范圍。
[0030]機器人作業(yè)速度在lkm/h_5km/h之間調(diào)節(jié)，當速度超過5km/h,施肥閥6的響應(yīng)速度也要增大150%，注射壓力同時增加180%以上，以便在短暫的施肥閥6打開時間能夠有足夠的溶液流進土壤中，實現(xiàn)變量精準調(diào)節(jié)。
[0031]其中，所述溶液箱4內(nèi)分割為多個部分(圖中未顯示)，其中一部分為獨立密閉結(jié)構(gòu)，用來儲存清水，并能夠通過所述施肥管路與所述注肥頭9連接。所述溶液箱4的材質(zhì)為不銹鋼；所述溶液箱內(nèi)存儲肥水的部分通過設(shè)孔的擋板分割為三個部分。優(yōu)選地，溶液箱4里面用擋板分割成四部分。其中左后的一部分(占體積四分之一，為30-40L)獨立密閉，用來儲存清水，用來清洗注肥頭9，避免溶液中沉淀物將注肥頭9堵塞；其余三部分儲存肥水溶液，采用有帶孔擋板隔開，溶液可以過孔互相流通，當機器人在果園崎嶇路面行進時，顛簸時溶液會被擋板分開，溶液對溶液箱內(nèi)壁的沖擊會減小，避免顛簸引起重心移動，導(dǎo)致機器人側(cè)翻。
[0032]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種無人駕駛果園施肥機器人，其特征在于，包括設(shè)置在機器人車架上的控制器、傳感系統(tǒng)和施肥機構(gòu)；所述傳感系統(tǒng)用于測量相鄰兩行果樹的空間位置、三維體積和果樹枝條空間分布位置的數(shù)據(jù)信息，并將該數(shù)據(jù)信息發(fā)送至所述控制器；所述控制器對接收到的數(shù)據(jù)信息進行處理，得出果樹枝條的空間位置，并通過機器人的轉(zhuǎn)向機構(gòu)自動調(diào)節(jié)該機器人的行走軌跡，同時，所述控制器控制所述施肥機構(gòu)對果樹進行施肥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人駕駛果園施肥機器人，其特征在于，所述控制器包括單片機；所述單片機上設(shè)有用于數(shù)據(jù)信息處理的硬件邏輯電路，且該單片機與所述傳感系統(tǒng)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無人駕駛果園施肥機器人，其特征在于，所述傳感系統(tǒng)包括設(shè)置在車架左側(cè)的左超聲波傳感器和設(shè)置在該車架右側(cè)的右超聲波傳感器，所述左超聲波傳感器和右超聲波傳感器分別與所述控制器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人駕駛果園施肥機器人，其特征在于，所述機器人的轉(zhuǎn)向機構(gòu)上設(shè)有用于驅(qū)動該轉(zhuǎn)向機構(gòu)的電動器；所述電動器與所述控制器連接，且該電動器上設(shè)有用于自動存儲轉(zhuǎn)角值的編碼器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人駕駛果園施肥機器人，其特征在于，所述施肥機構(gòu)包括溶液箱和注肥盤；所述注肥盤上設(shè)有多個沿該注肥盤圓周方向均勻分布的注肥頭，每個注肥頭與所述溶液箱通過施肥管路連接，且每個施肥管路上均設(shè)有施肥閥；所述施肥閥與控制器連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無人駕駛果園施肥機器人，其特征在于，所述溶液箱內(nèi)分割為多個部分，其中的一部分為用來儲存清水的獨立密閉結(jié)構(gòu)，且通過所述施肥管路與所述注肥頭連接，其余部分用于存儲肥水溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無人駕駛果園施肥機器人，其特征在于，所述溶液箱內(nèi)存儲肥水溶液的部分通過設(shè)孔的擋板阻隔。
8.根據(jù)權(quán)利要求5?7任一項所述的無人駕駛果園施肥機器人，其特征在于，所述溶液箱的材質(zhì)為不銹鋼。
【文檔編號】B25J9/18GK203675606SQ201420052104
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】王秀, 馬偉, 鄒偉, 蘇帥, 張志強, 王松林 申請人:北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心