[发明专利]一种温室用单轨植保机器人及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种温室用单轨植保机器人及其控制方法，属于设施农业机器人技术领域。

技术背景

我国设施蔬菜生产面积世界第一，逐渐呈现出区域化、规模化发展趋势。设施蔬菜多以反季节蔬菜为主，具有产量高、效益好等优点。日光温室内存在环境高温高湿、土壤连作、土传病害等问题，极易引发病虫害，严重影响到蔬菜产量和品质，因此温室内每季病虫害防治任务繁重。

目前，国内设施蔬菜病虫害防治机械与发达国家还有较大差距，存在着很多不足和缺陷：①防治设备陈旧老化，以人工作业为主，劳动强度大，作业效率低，“跑、冒、滴、漏”现象造成严重污染；②设施蔬菜多样化种植模式下，现有植保机械自动化程度低，喷雾模式设计不合理，不能实现精准喷雾，病虫害防治效果差，药液覆盖密度不均匀，农药有效利用率仅20％～30％；③现有设备自动化、智能化程度低，由于操作人员控制喷雾方向，喷雾过程中农药和人体未完全隔离，因此在温室密闭环境下对操作人员人身伤害大，易出现中毒现象。

使用智能化的喷雾机械，实现精细化喷雾作业，已成为农药增效减施的重要手段之一。在日光温室内采用植保机器人技术进行喷雾作业，依据植株分布位置、枝叶分布密度和冠层轮廓等生长信息或者病虫草害位置信息等进行精准喷雾作业，从而减少药液使用量、减少药液漂移、保护劳动者身体健康、保护环境、实现可持续农业生产。因此迫切需要发明一种结构轻便、适应性高、智能化程度高、工作效率高的温室植保机器人，实现温室内高效自主喷雾，适应于不同时期不同植株的精准喷雾，日光温室内精确定位并进行喷雾工作的目的，提高温室植保机器人通用性，减少劳动力的工作量，提高生产过程人身安全，提高工作效率具有重大的经济和社会意义。

发明内容

本发明针对现有温室施药机械药液沉积均匀性差、智能化程度低、作业效率低、缺乏植保机器人的问题而发明的一种温室用单轨植保机器人及其控制方法，具有精确控制植保机器人作业运动，并针对蔬菜的不同种植模式和不同生长期，改变其相应的喷雾作业模式，实现全自动精量喷雾功能。

本发明采用的技术方案：

一种温室用单轨植保机器人，包括导向轨道、驱动系统、喷雾系统、喷雾姿态调整系统、控制系统和供电电源。所述的导向轨道用于支撑驱动系统并实现驱动系统的导向和辅助定位功能；所述的驱动系统用于支撑喷雾系统、喷雾姿态调整系统和控制系统沿单轨轨道前进、后退和停止；所述的喷雾系统用于对作物进行喷雾作业；所述的控制系统用于植保机器人的温室内精确定位、给出植保机器人运动和停止的控制信号、控制喷雾系统调整喷雾姿态以及改变喷雾模式；所述的供电电源用于为喷雾系统、喷雾姿态调整系统、驱动系统和控制系统提供能源。

所述的导向轨道是通过多段角铁和多个固定定位锚组成的单轨轨道。所述的角铁选用等边角铁，通过组合角铁形成直线型单轨轨道。所述的固定定位锚由中间固定定位锚、角铁联接定位锚和端部固定定位锚组成；所述的中间固定定位锚是通过角铁两边下缘沿垂直于角铁长度方向将角铁固定锚片上，进而通过两侧锚片固定在温室地面上；所述的角铁联接定位锚是通过角铁两边下缘将两段角铁沿垂直于角铁长度方向将角铁固定锚片上，进而通过两侧锚片固定在温室地面上；所述的端部固定定位锚是通过角铁两边下缘和端部在角铁长度方向和垂直于长度方向将角铁固定锚片上，进而通过两侧锚片固定在温室地面上。

所述的驱动系统包括底盘、驱动轮、行走电机、差速桥、鼓式制动器、继电器开关、U型螺栓和随动导向轮装置。所述的底盘分上下两层用于固定和支撑喷雾系统、喷雾姿态调整系统和控制系统；所述的差速桥为鼓式制动差速桥，通过U型螺栓固定在底盘下层底部的中间位置，差速桥两端分别安装有鼓式制动器；所述的鼓式制动器两端的外壳上分别安装有驱动轮；所述的行走电机固定在差速桥中央；所述的继电器开关固定在底盘下层底部，控制鼓式制动器紧急制动；所述的随动导向轮装置为两个并分别布置在底盘前后部，随动导向轮装置由导向轮、固定架、连接螺栓、锁紧螺母、减震弹簧、滚珠轴承和固定轴组成；所述的固定架为两个并通过连接螺栓和锁紧螺母分别固定在底盘下部前后两端的支撑管下方；所述的支撑管内部安装有减震弹簧，支撑管的上下两端分别安装有滚珠轴承；所述的滚珠轴承为两个并固定在连接螺栓上；所述的固定轴安装在固定架内，固定轴下端安装有导向轮。所述的导向轮设有三角形内凹结构，依靠自重压在导向轨道上。