本發(fā)明涉及智能機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種適應(yīng)于農(nóng)田或是果園環(huán)境的智能農(nóng)業(yè)澆灌服務(wù)機(jī)器人。

背景技術(shù)：

隨著科技的進(jìn)步，自動化程度日益提高，涉及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的機(jī)器人智能化程度也在不斷提高。農(nóng)業(yè)機(jī)器人屬于機(jī)器人范疇，是融合檢測傳感技術(shù)、自動控制技術(shù)、信息處理技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和精密機(jī)械技術(shù)等多種技術(shù)于一體的交叉學(xué)科。農(nóng)業(yè)機(jī)器人推動了農(nóng)業(yè)向自動化，智能化方向發(fā)展，隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展如果園采摘，農(nóng)田噴霧，溫濕度檢測等等，極大的推動了帶有GPS定位導(dǎo)航功能的智能農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展。“農(nóng)業(yè)的根本出路在于機(jī)械化”，研制適合于我國農(nóng)業(yè)國情的農(nóng)業(yè)機(jī)器人利于改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，緩解勞動力壓力，對發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，推進(jìn)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新具有重要意義。

根據(jù)作業(yè)工種不同，農(nóng)業(yè)機(jī)器人又可分為鋤草機(jī)器人、施藥施肥機(jī)器人、釆摘機(jī)器人等，每一種機(jī)器人都有各自的特點(diǎn)和任務(wù)要求。本發(fā)明正是基于改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中作業(yè)人員的操作性，舒適性，提高作業(yè)效率，以及勝任一些極端惡劣的農(nóng)田環(huán)境而研究制造的一款滿足多作業(yè)要求的多功能智能移動農(nóng)業(yè)機(jī)器人平臺。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種智能農(nóng)業(yè)澆灌服務(wù)機(jī)器人，包括：

底盤機(jī)構(gòu)，所述底盤底部設(shè)置有傳動系統(tǒng)；

水箱機(jī)構(gòu)，設(shè)置在所述底盤機(jī)構(gòu)上；

噴灑機(jī)構(gòu)，所述噴灑機(jī)構(gòu)設(shè)有推桿，所述推桿的底端通過升降機(jī)構(gòu)固定在所述底盤機(jī)構(gòu)上，所述推桿的頂端設(shè)置有臂式噴灑裝置；

太陽能面板，設(shè)置在所述水箱機(jī)構(gòu)上和/或所述推桿上；

控制系統(tǒng)，設(shè)置在所述底盤機(jī)構(gòu)上，所述控制系統(tǒng)設(shè)有核心控制板、蓄電池、驅(qū)動器和水泵，蓄電池、驅(qū)動器和水泵與所述核心控制板相連，所述蓄電池連接所述太陽能面板，所述驅(qū)動器連接所述傳動系統(tǒng)，所述水泵通過水管連接所述水箱機(jī)構(gòu)和所述臂式噴灑裝置。

上述的智能農(nóng)業(yè)澆灌服務(wù)機(jī)器人，其中，所述傳動系統(tǒng)為履帶式傳動機(jī)構(gòu)，包括：

位于底盤機(jī)構(gòu)左右兩側(cè)和前后兩端的4個承重輪，底盤機(jī)構(gòu)的任意一側(cè)的兩個承重輪之間還設(shè)置有導(dǎo)向輪，承重輪和導(dǎo)向輪通過履帶連接；以及

伺服電機(jī)，所述伺服電機(jī)通過電機(jī)固定支架固定在所述底盤機(jī)構(gòu)底部，任意一伺服電機(jī)的軸穿過軸承套與一承重輪相連，所述伺服電機(jī)與所述驅(qū)動器相連。

上述的智能農(nóng)業(yè)澆灌服務(wù)機(jī)器人，其中，所述底盤機(jī)構(gòu)底部兩側(cè)的導(dǎo)向輪之間通過聯(lián)接桿相連，所述聯(lián)接桿的兩端通過支架固定在所述底盤機(jī)構(gòu)底部。

上述的智能農(nóng)業(yè)澆灌服務(wù)機(jī)器人，其中，所述控制系統(tǒng)位于所述底盤機(jī)構(gòu)上的保護(hù)殼體中，所述控制系統(tǒng)還包括有圖像采集卡和GPS信號接收模塊，所述圖像采集卡和GPS信號接收模塊與核心控制板相連；

所述圖像采集卡還與設(shè)置在所述保護(hù)殼體頂部的視覺采集裝置相連。

上述的智能農(nóng)業(yè)澆灌服務(wù)機(jī)器人，其中，所述視覺采集裝置為雙攝像頭、景深攝像頭其中之一或兩者的組合。

上述的智能農(nóng)業(yè)澆灌服務(wù)機(jī)器人，其中，所述核心控制板設(shè)有降壓模塊，所述降壓模塊與所述蓄電池和所述太陽能面板相連。

上述的智能農(nóng)業(yè)澆灌服務(wù)機(jī)器人，其中，所述升降機(jī)構(gòu)包括U型固定架、手臂固定架、前臂電推缸、前臂電推缸固定座和后端電推缸；

所述U型固定架和所述前臂電推缸固定座通過螺栓固定在所述底盤機(jī)構(gòu)上，所述后端電推缸的底端固定在所述前臂電推缸固定座上，且該后端電推缸的頂端固定在所述手臂固定架的中部，所述手臂固定架的底端通過螺栓鉸接在所述U型固定架上；

所述前臂電推缸的底端鉸接在所述手臂固定架的中部，頂端用于固定所述推桿。

上述的智能農(nóng)業(yè)澆灌服務(wù)機(jī)器人，其中，所述臂式噴灑裝置包括和所述推桿呈十字交叉連接的轉(zhuǎn)動桿，在所述轉(zhuǎn)動桿和所述推桿的連接處通過固定轉(zhuǎn)動銷固定，且在所述推桿的頂端和轉(zhuǎn)動桿之間還通過支撐桿進(jìn)行加固；

所述轉(zhuǎn)動桿上設(shè)置有噴灑管。

本智能農(nóng)業(yè)澆灌服務(wù)機(jī)器人最大的特點(diǎn)在于平臺本身完全模塊化設(shè)計(jì)，各構(gòu)件皆可拆卸更換，為平臺后續(xù)更新升級提供可能性，可結(jié)合具體教學(xué)或?qū)嶒?yàn)要求改裝加裝外設(shè)，具有相當(dāng)?shù)撵`活性，更為適應(yīng)各類農(nóng)田作業(yè)要求增置外設(shè)提供更多可能性，可擴(kuò)展性強(qiáng)，為實(shí)現(xiàn)各類農(nóng)田作業(yè)機(jī)器人以及相關(guān)科研提供平臺，采用高強(qiáng)度，并具有質(zhì)量較小，強(qiáng)度高的特點(diǎn)，采用高容量蓄電池供電，太陽能蓄電，具有極強(qiáng)的續(xù)航能力。履帶底盤的機(jī)構(gòu)滿足田間作業(yè)的要求，控制系統(tǒng)以核心控制板為核心，充分滿足信息處理容量大，速度快，多任務(wù)并行的要求，為農(nóng)業(yè)機(jī)器人的智能化提供了更多可能性。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明及其特征、外形和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按照比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。

圖1為本發(fā)明智能農(nóng)業(yè)澆灌服務(wù)機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2為臂式噴灑機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為底盤機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為底盤機(jī)構(gòu)的A-A剖視圖；

圖5為底盤機(jī)構(gòu)的B-B剖視圖；

圖6為底盤機(jī)構(gòu)的俯視圖；

圖7為底盤機(jī)構(gòu)的仰視圖；

圖8為手臂升降機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖

圖9為前端太陽能板的安裝示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

參照圖1-9所示，本發(fā)明提供了一種智能農(nóng)業(yè)澆灌服務(wù)機(jī)器人，包括：

底盤機(jī)構(gòu)5，底盤底部設(shè)置有傳動系統(tǒng)；

水箱機(jī)構(gòu)4，設(shè)置在底盤機(jī)構(gòu)5上；

噴灑機(jī)構(gòu)，噴灑機(jī)構(gòu)設(shè)有推桿101，推桿101的底端通過升降機(jī)構(gòu)3固定在底盤機(jī)構(gòu)5上，推桿101的頂端設(shè)置有臂式噴灑裝置1；

太陽能面板2，設(shè)置在水箱機(jī)構(gòu)4上和/或推桿101上(附圖僅示出了同時(shí)在水箱機(jī)構(gòu)4上和推桿101上安裝有太陽能面板的示意圖，在實(shí)際情況中，亦可在其中一位置安裝一塊太陽能面板，以降低成本)；

控制系統(tǒng)，設(shè)置在底盤機(jī)構(gòu)5上，控制系統(tǒng)設(shè)有核心控制板602、蓄電池601、驅(qū)動器605和水泵512，蓄電池601、驅(qū)動器605和水泵512與核心控制板602相連，蓄電池601連接太陽能面板2，驅(qū)動器605連接傳動系統(tǒng)，水泵512通過水管連接水箱機(jī)構(gòu)4和臂式噴灑裝置1。

本發(fā)明提供的裝置，在水箱機(jī)構(gòu)4里面可以盛放噴灑的、水、肥料或農(nóng)藥等，驅(qū)動器605驅(qū)動機(jī)器人底盤底部的傳動系統(tǒng)帶動機(jī)器人進(jìn)行移動，水泵512抽取水箱機(jī)構(gòu)4中儲存的液體并通過噴灑機(jī)構(gòu)進(jìn)行噴灑，同時(shí)該裝置可以利用太陽能面板2進(jìn)行供電。

在本發(fā)明一可選的實(shí)施例中，參照圖3-圖5所示，傳動系統(tǒng)為履帶式傳動機(jī)構(gòu)，底盤的兩側(cè)的結(jié)構(gòu)完全相同的對稱，其傳動系統(tǒng)包括：

位于底盤機(jī)構(gòu)5左右兩側(cè)和前后兩端的4個承重輪502，底盤機(jī)構(gòu)5的任意一側(cè)的兩個承重輪502之間還設(shè)置有導(dǎo)向輪503，承重輪502和導(dǎo)向輪503通過履帶501連接；以及

伺服電機(jī)506，伺服電機(jī)506通過電機(jī)固定支架508固定在底盤機(jī)構(gòu)5底部的載體板504上，任意一伺服電機(jī)506的軸穿過軸承套507與一承重輪502聯(lián)接，伺服電機(jī)506與驅(qū)動器605相連。進(jìn)一步的，底盤機(jī)構(gòu)5底部兩側(cè)的導(dǎo)向輪503之間通過聯(lián)接桿510相連，導(dǎo)向輪503用螺栓固定在聯(lián)接桿510上，聯(lián)接桿510的兩端通過支架509固定在底盤機(jī)構(gòu)5底部，如圖7所示。在本發(fā)明中，傳動系統(tǒng)通過采用履帶式傳動機(jī)構(gòu)，為機(jī)器人提供地面支持作用，增強(qiáng)整體的越野性能。

結(jié)合圖4和圖6所示，控制系統(tǒng)位于底盤機(jī)構(gòu)5上的保護(hù)殼體505中，優(yōu)選的，控制系統(tǒng)部分內(nèi)部件通過螺栓柱安裝在保護(hù)殼體505內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)還包括有圖像采集卡603和GPS信號接收模塊604，圖像采集卡603和GPS信號接收模塊604與核心控制板602相連；進(jìn)一步的，圖像采集卡603還與設(shè)置在保護(hù)殼體505頂部的視覺采集裝置511相連。在一可選的實(shí)施例中，核心控制板602選用型號為以stm32F103zet6的芯片，核心控制板602通過CAN總線分別與驅(qū)動器605、GPS信號接收模塊604和圖像采集卡603進(jìn)行連接，圖像采集卡603通過RS232接口與上述視覺采集裝置511聯(lián)接。根據(jù)視覺采集裝置511采集到的圖像信息，以及GPS信號接收模塊604接收到的GPS定位信息，綜合分析后通過各伺服電機(jī)506對應(yīng)的驅(qū)動器605分別發(fā)送不同的PWM脈沖，并根據(jù)伺服電機(jī)506的反饋信號實(shí)時(shí)調(diào)整最終實(shí)現(xiàn)整個機(jī)構(gòu)的協(xié)同作業(yè)以實(shí)現(xiàn)農(nóng)田作業(yè)。此外，核心控制板602與各伺服電機(jī)506均由安裝在保護(hù)殼內(nèi)的蓄電池601通過電線供電。進(jìn)一步可選的，該核心控制板602還具有降壓模塊(未示出)，降壓模塊與蓄電池601和太陽能面板2相連，藉由降壓模塊來將電壓由36V降為12V間接供電，以保證用電安全。

在本發(fā)明一可選的實(shí)施例中，視覺采集裝置511為雙攝像頭、景深攝像頭其中之一或兩者的組合，通過雙攝像頭開通提高圖像采集畫質(zhì)，采用景深攝像頭可判斷障礙物與機(jī)器人之間的距離，以避免機(jī)器人撞到障礙物。

在本發(fā)明一可選的實(shí)施例中，如圖8所示，升降機(jī)構(gòu)3包括U型固定架301、手臂固定架302、前臂電推缸303、前臂電推缸固定座305和后端電推缸304。其中，U型固定架301和前臂電推缸固定座305通過螺栓固定在底盤機(jī)構(gòu)5上，后端電推缸304的底端固定在前臂電推缸固定座305上，且該后端電推缸304的頂端固定在手臂固定架302的中部，手臂固定架302的底端通過螺栓鉸接在U型固定架301上。前臂電推缸303的底端通過螺栓鉸接固定在手臂固定架302的中部，頂端用于固定推桿101。當(dāng)后端電推缸304推動時(shí)，手臂固定架302向上抬動，前臂電推缸303舉升推動臂式噴灑裝置1。

如圖2所示，推桿101穿過檔環(huán)102與推桿擋塊103鏈接，推桿擋塊103與電推缸104鏈接，電推缸104通過螺栓安裝在推桿101底部，并固定在底盤機(jī)構(gòu)上。其中，臂式噴灑裝置1包括和推桿101呈十字交叉連接的轉(zhuǎn)動桿108，轉(zhuǎn)動桿108和推桿101的連接處通過固定轉(zhuǎn)動銷105固定，且在推桿101的頂端和轉(zhuǎn)動桿108之間還通過支撐桿106進(jìn)行加固。當(dāng)電推缸104推動推桿擋塊103時(shí)，推桿101的伸縮帶動支撐桿106的轉(zhuǎn)動，使其轉(zhuǎn)動桿108進(jìn)行張開閉合運(yùn)動。轉(zhuǎn)動桿108上設(shè)置有噴灑管107，該噴灑管107設(shè)置有若干間距相同的噴灑口，且該噴灑管107用金屬箍固定轉(zhuǎn)動桿108上。

其中，太陽能面板主要是為機(jī)器人提供能源，前端太陽能面板201焊接在推桿101上，后端太陽能面板202通過鋼鐵支架固定在水箱機(jī)構(gòu)4上，通過電鏈接為蓄電池601進(jìn)行供電，如圖9和圖3所示。

參照圖1和圖3，水箱機(jī)構(gòu)4的水箱401安裝在載體板504后端，并通過固定鋼架進(jìn)行固定，水箱401的水管將水通過水管輸送至水泵512，水泵512的另一端通過水管將水箱401內(nèi)的液體(例如水、農(nóng)藥等)輸送至噴灑機(jī)構(gòu)，并通過前端的臂式噴灑裝置1的噴灑管107進(jìn)行噴灑。

整個控制系統(tǒng)由高容量蓄電池供電以及太陽能供蓄電，使其具有續(xù)航能力強(qiáng)，滿足田間作業(yè)的要求，圖像采集卡603采集視覺采集裝置511的實(shí)時(shí)監(jiān)控信息，通過圖像采集卡603的RS232接口上傳到核心控制板602，同時(shí)核心控制板602結(jié)合當(dāng)前的GPS信號接收模塊604確定的位置信息及所有伺服電機(jī)506反饋回來的各項(xiàng)動力狀態(tài)，綜合處理后通過CAN總線發(fā)送給各伺服電機(jī)506相應(yīng)的脈沖信號，驅(qū)動整個移動平臺協(xié)調(diào)運(yùn)作以實(shí)現(xiàn)預(yù)先設(shè)定位姿，進(jìn)行作業(yè)。此外，本發(fā)明采用了基于stm32F103zet6芯片的控制系統(tǒng)，其內(nèi)存大，具有信息處理速度快，具有多任務(wù)同時(shí)工作的特點(diǎn)，可更好的滿足農(nóng)田環(huán)境下的作業(yè)要求。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、采用履帶式運(yùn)動，使田間移動靈活性高，又避免了四輪驅(qū)動的動力冗余及轉(zhuǎn)向驅(qū)動力重復(fù)等特點(diǎn)，充分滿足農(nóng)田作業(yè)要求；

2、全部采用伺服電機(jī)驅(qū)動，閉環(huán)控制，精確度更高輸出扭矩大，可負(fù)載能力高，滿足農(nóng)田作業(yè)(噴灑農(nóng)藥，施肥等)要求；

3、擁有機(jī)器視覺傳感器等保證了機(jī)器人路徑的最優(yōu)性與安全性；

4、底盤的擴(kuò)展性強(qiáng)，可勝任各種農(nóng)田作業(yè)要求；

5、全程在工控機(jī)控制下全程自主作業(yè)，降低勞動力，勞動生產(chǎn)率大大提高；

6、由于開源性強(qiáng)，為同領(lǐng)域人員拓展研究提供可行性。

本智能農(nóng)業(yè)澆灌服務(wù)機(jī)器人最大的特點(diǎn)在于平臺本身完全模塊化設(shè)計(jì)，各構(gòu)件皆可拆卸更換，為平臺后續(xù)更新升級提供可能性，可結(jié)合具體教學(xué)或?qū)嶒?yàn)要求改裝加裝外設(shè)，具有相當(dāng)?shù)撵`活性，更為適應(yīng)各類農(nóng)田作業(yè)要求增置外設(shè)提供更多可能性，可擴(kuò)展性強(qiáng)，為實(shí)現(xiàn)各類農(nóng)田作業(yè)機(jī)器人以及相關(guān)科研提供平臺，采用高強(qiáng)度，并具有質(zhì)量較小，強(qiáng)度高的特點(diǎn)，采用高容量蓄電池供電，太陽能蓄電，具有極強(qiáng)的續(xù)航能力。履帶底盤的機(jī)構(gòu)滿足田間作業(yè)的要求，控制系統(tǒng)以stm32F103zet6為核心，充分滿足信息處理容量大，速度快，多任務(wù)并行的要求，為農(nóng)業(yè)機(jī)器人的智能化提供了更多可能性。

以上對本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實(shí)施；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。