一种多功能农业机器人的制作方法

1.本发明涉及农业设备技术领域，尤其涉及到一种集播种、施肥、喷药等多功能农业机器人，具体应用于苜蓿类等小粒种子的播种、施肥和护理。


背景技术：

2.当前，我国的农业机械水平虽然在近几年发展很快，但是总体来说还有明显的缺点，最主要的是农业机械的智能化、自动化和模块化发展缓慢，高科技技术难以与传统农业生产相结合，农村农业生产质量和效率不高，是农业发展过程中的一大短板。近几年我国也开始研制很多的质保机器人，但是在智能化自动化方面还是有一定的缺陷，大多机器人是用遥控装置控制机器人运动,而且功能模块较单一，没有达到一机多用的功效果。随着科技的发展，机械化程度增强，一些农业机械逐渐成为新农业的主流，但其自动化、模块化程度很低，很难满足我国成规模的大型农业的使用需求。


技术实现要素：

3.本发明针对现有技术的不足，提供一种多功能农业机器人，实现了一机多用，并且提高了自动化和智能化水平，满足了新农业发展要求。
4.本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种多功能农业机器人，包括安装有行走装置的机架，以及安装在机架前端的喷洒装置和固设在机架上的药水箱，所述药水箱的出液口与喷洒装置连通，机架的底面可拆卸固接有连接装置，所述连接装置通过螺栓连接播种装置或施肥装置；所述行走装置包括两后轮和两前轮，两后轮安装于后横梁上，后横梁通过横向销轴与机架转动连接，两后轮和两前轮分别连接有行走伺服电机。
5.本方案通过行走装置实现整机行走，通过药水箱盛放除草剂、液肥等药水，通过喷洒装置将药水喷出，达到除草或者施液面肥的目的；将施肥装置与连接装置连接时，可进行颗粒肥的施加，将播种装置与连接装置连接时，可进行播种，实现了一机多用；设置两后轮和两前轮四个行走轮，提高了整机的稳定性，两后轮和两前轮分别连接有行走伺服电机，使每一个行走轮由一个伺服电机单独驱动，方便差速转弯，提高了行走能力，满足不同路况的行走要求；后横梁与机架转动连接，使得后横梁可以绕横向销轴有一定的转动角度，让机器人主体和后轮可以有一定的角度偏转，使得机器人可以很好的在崎岖路面行走；连接装置与机架可拆卸固接，方便将连接装置从机架拆下和更换。
6.作为优化，机架上还设有与各行走伺服电机电性连接的控制系统，机架的前端设有与控制系统电性连接的雷达深度相机。本优化方案通过雷达深度相机对工作目标和工作状态进行识别，然后机器人根据接收的信息通过控制系统自动调节自身的工作状态和工作能力，提高了自动化和智能化水平。
7.作为优化，两前轮分别安装在两前轮架上，前轮架的上端固接有沿竖向延伸的前转向轴，机架上固设有与前转向轴转动连接的前横梁，以及驱动前转向轴转动的前转向电机；两后轮分别安装在两后轮架上，后轮架的上端固接有沿竖向延伸的后转向轴，后转向轴
与后横梁转动连接，后横梁上安装有驱动后转向轴转动的后转向电机，两后转向电机和两前转向电机均与控制系统电性连接。本优化方案通过控制系统控制各转向电机的动作，每个转向电机对应驱动一个轮架转动，轮架转动时带动行走轮转向，实现整机的转弯。
8.作为优化，药水箱位于机架前后方向的中间位置，药水箱的前方设有与机架固接的控制箱，控制系统设置在所述控制箱中，药水箱的后方设有与机架固接的发电机，发电机用于给用电部件提供电能，机架上还固设有分别位于控制箱上方和发电机上方的机顶盖。本优化方案将重量较大的药水箱设置在前后方向的中间位置，使整机重心更靠近中间位置，提高了整机的稳定性；通过设置控制箱，便于对控制系统进行防护；通过设置发电机，便于给各用电部件提供电能，便于延长机器人在田间的作业时间；将控制箱和发电机分别设置在药水箱的两侧，通过药水箱将控制系统和发电机隔开，避免对控制系统造成电磁干扰；通过设置机顶盖对控制箱和发电机形成防护，提高了使用的安全性。
9.作为优化，喷洒装置包括喷洒泵、机前连接架、电动伸缩杆和喷药管，喷洒泵与机架相对固定设置，喷洒泵的进液口与药水箱的出液口连通，喷洒泵的出液口与喷药管连通，喷药管上开设有喷孔，喷药管安装在机前连接架上，机前连接架的后端通过第一横轴与机架铰接，电动伸缩杆的一端与机架铰接，另一端与机前连接架铰接。本优化方案的喷洒装置通过喷洒泵将药水箱内的药水泵至喷药管，并从喷孔中喷出，实现药水的喷洒，结构简单，使用和控制方便；通过电动伸缩杆的伸长和缩短，带动机前连接架的上下转动，实现了喷药管高度的调整，满足更多的喷洒和使用要求。
10.作为优化，喷孔位于喷药管的底部，喷药管通过第二横轴与机前连接架铰接。本优化方案将喷药管通过第二横轴与机前连接架铰接，在机前连接架上下移动时，喷药管在自重作用下相对机前连接架转动，使喷孔始终朝下对着田地里的作物，避免了药液浪费。
11.作为优化，所述连接装置包括沿竖向设置的矩形框，以及与矩形框的顶板固接的三根吊板，吊板的上端焊接有连接板，连接板与机架通过u型带螺纹卡扣连接，矩形框的顶板和矩形框的底板上均开设有若干通孔，播种装置和施肥装置通过螺栓与矩形框连接。本优化的连接装置通过设置矩形框和通孔，方便与播种装置、施肥装置连接；通过设置三根吊板，既保证了连接强度，同时还保证了连接装置沿横向的传力性能，提高了施肥和播种作业的可靠性，连接板与机架通过u型带螺纹卡扣连接，既方便安装和拆卸，同时保证了连接处的抗剪能力。
12.本发明的有益效果为：采用模块化设计，利用连接装置可以将播种、施肥和除草等不同工作模块用一个连接设施连接到机器人机架上，实现集播种、施肥、除草和撒药功能于一体，达到一机多用的效果，利用雷达深度相机进行自动给识别，机器人根据实际情况自动改变工作状态，提高了自动化和智能化水平；另一方面，利用ros机器人仿真软件进行路线规划，最终实现本机器人全自动工作状态。
附图说明
13.图1为本发明多功能农业机器人整体结构示意图；图2为连接装置与机架连接状态示意图；图3为连接装置结构示意图；图4为播种装置结构示意图；
图5为施肥装置结构示意图；图6为雷达深度相机结构示意图；图7为喷洒装置结构示意图；图8为行走装置结构示意图；图中所示：1、喷洒装置，2、控制箱，3、药水箱，4、机顶盖，5、外挡板，6、行走伺服电机，7、前转向电机，8、u型带螺纹卡扣， 9、连接装置，10、紧固螺母，11、机架，12、u型卡扣固定孔，13、通孔，14、播种装置，15、施肥装置，16、雷达深度相机，17、喷洒泵，18、电动伸缩杆，19、机前连接架，20、喷药管，21、后横梁，22、发电机，23、前轮，24、前轮架，25、前横梁，26、转向电机支架。
具体实施方式
14.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
15.如图1所示一种多功能农业机器人，包括安装有行走装置的机架11，以及安装在机架前端的喷洒装置1和固设在机架上的药水箱3，药水箱的出液口与喷洒装置连通，药水箱3位于机架前后方向的中间位置，提高整机稳定性，药水箱的前方设有与机架固接的控制箱2，控制箱中设置有控制系统，药水箱的后方设有与机架固接的发电机22，发电机用于给机器人的各用电部件提供电能，机架上还设有大容量电池，用于储存电能，并给控制和运动部分供电，本实施例的发电机采用汽油发电机。机架上还固设有分别位于控制箱上方和发电机上方的机顶盖4，以对控制箱和发电机形成防护，机架的左右两侧分别固设有外挡板5，形成侧防护。
16.机架的底面可拆卸固接有连接装置9，所述连接装置通过螺栓连接播种装置14或施肥装置15，播种装置14和施肥装置15均采用现有技术。具体的，如图3所示，连接装置9包括沿竖向设置的矩形框，以及与矩形框的顶板固接的三根吊板，吊板上部向外倾斜，且吊板与竖直方向的夹角为15
°
~30
°
，吊板的上端焊接有连接板，连接板上开设有u型卡扣固定孔12，连接板与机架通过u型带螺纹卡扣8、紧固螺母10固定连接，矩形框的顶板和矩形框的底板上均开设有若干通孔13，播种装置和施肥装置通过螺栓或者销轴与矩形框连接。三吊板中，第一吊板和第二吊板分别与矩形框相对的两侧边焊接为一体，第三吊板向前倾斜延伸，通过第三吊板承担带动播种装置或施肥装置移动时的主要拉力，保证了连接强度。
17.如图8所示，行走装置包括两后轮和两前轮23，两后轮安装于后横梁21上，后横梁21通过横向销轴与机架转动连接，两后轮和两前轮分别连接有行走伺服电机6，行走伺服电机6为四个，均为直流电机，每个行走伺服电机对应驱动一个行走轮。 横向销轴与机架的后端面垂直固接，后横梁的中间开设有销孔，后横梁的销孔中安装有转动轴承，横向销轴穿设固定于转动轴承内孔。
18.两前轮分别安装在两前轮架24上，驱动前轮的行走伺服电机6通过螺栓与前轮架固接，前轮架的上端固接有沿竖向延伸的前转向轴，机架上固设有与前转向轴转动连接的前横梁25，以及驱动前转向轴转动的前转向电机7；两后轮分别安装在两后轮架上，驱动后轮的行走伺服电机6通过螺栓与后轮架固接。
19.后轮架的上端固接有沿竖向延伸的后转向轴，后转向轴与后横梁转动连接，后横
梁上安装有驱动后转向轴转动的后转向电机，两后转向电机和两前转向电机均与控制系统电性连接，转向电机为四个，均为直流伺服电机，每个转向电机对应驱动一个行走轮转向。前横梁和后横梁上分别固设有转向电机支架26，用于安装转向电机，转向电机支架26顶部和底部固定有转向轴承，转向轴承内孔与轮架顶部的转向轴过盈配和，使得轮架可以相对转向电机支架旋转，通过转向电机驱动转向轴转动，从而带动轮架和行走轮转向，实现机器人转弯。
20.如图7所示，喷洒装置1包括喷洒泵17、机前连接架19、电动伸缩杆18和喷药管20，喷洒泵与机架相对固定设置，喷洒泵的进液口与药水箱的出液口连通，喷洒泵的出液口与喷药管连通，喷药管上开设有喷孔，喷药管安装在机前连接架上，机前连接架的后端通过第一横轴与机架铰接，电动伸缩杆的一端与机架铰接，另一端与机前连接架铰接，通过电动伸缩杆的动作调整喷药管的工作状态。喷孔位于喷药管的底部，喷药管通过第二横轴与机前连接架铰接，保持喷药管上的喷孔始终对准田地里的作物。
21.机架上还设有控制系统与各行走伺服电机、转向电机电性连接，机架的前端设有与控制系统电性连接的雷达深度相机16，本实施例将雷达深度相机16固定在左前方转向电机支架上，与tx2相结合，自动识别不同的工况和幼苗，避免被喷洒装置遮挡。控制系统使用的是嵌入式单片机stm32f767，搭配工业触摸屏，建立人机互动界面，结合ros机器人开发软件，对机器人进行总控和路线规划，使用雷达深度相机自动识别，控制机器人工作状态。
22.控制系统使用的嵌入式单片机stm32f767和遥控装置配合，增加一个无线收发模块，利用遥控器，在进行各模块功能时，可以进行人工控制，这样就可以通过遥控器控制机器人工作状态，条件允许下也可以让机器人自动工作，总共两种控制机器人工作状态的方式，不同情况下使用不同的控制方式。本实施例一方面可以将机器人调节为自动工作状态，机器人加上了自动识别功能，结合ros机器人开发软件，利用ros对机器人进行控制和路线规划，并使用雷达和深度摄像头在自动的工作状态下自动对工作目标和工作状态进行识别，然后机器人自动调节自身的工作状态和工作能力。另一方面，机器人也可以手动遥控机器人工作状态，实现半自动化。
23.本发明的多功能农业机器人采用模块化和自动化设计，利用连接装置将各功能模块与机器人连接，真正实现了一机多用的功能，本设计的机器人可以播种苜蓿种子，可以进行施肥工作，可以进行撒药功能，大大提高了劳动生产率，减小人力劳动，提高了生产效率和质量。
24.当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。