[发明专利]地隙和轮距可调的农田信息采集机器人及信息采集方法

权利要求书

1.一种利用地隙和轮距可调的农田信息采集机器人的农田信息采集方法，其特征在于，地隙和轮距可调的农田信息采集机器人包括载物平台(2)，载物平台(2)上方安装控制箱体组，后端安装土壤信息采集机构，底部安装轮距调节机构(4)、地隙调节机构(5)以及独立驱动转向机构(6)；

控制箱体组包括安装在载物平台(2)上表面的载物台外罩(100)，载物台外罩(100)中安装有GNSS定位模块、蓄电池、控制系统，土壤信息采集机构、轮距调节机构(4)、地隙调节机构(5)以及独立驱动转向机构(6)均与控制系统信号连接；控制系统以STM32单片机和北斗差分导航系统作为核心，并且搭配触摸屏作为上位机用作采集信息可视化显示；

蓄电池为农田信息采集机器人整体供电，GNSS定位模块与控制系统信号连接，传递农田信息采集机器人的位置和方向信息，GNSS定位模块的两支导航信号接收天线(103)均安装在天线支架(104)顶部，天线支架(104)底部穿过载物台外罩(100)并固定于载物平台(2)上；

控制箱体组还包括底部穿过载物台外罩(100)并固定于载物平台(2)上的高光谱成像仪支架(102)，高光谱成像仪支架(102)顶部安装有高光谱成像仪(101)；高光谱成像仪(101)与控制系统信号连接；

所述土壤信息采集机构包括机构连接板，机构连接板前部固定于载物平台(2)上表面，且安装有水平直线模组(300)，水平直线模组(300)动力输入轴连接伺服电机A(301)；机构连接板后部伸出至载物平台(2)外，且安装有直流无刷电机(302)，直流无刷电机(302)输出轴端与清洁毛刷(303)连接；

水平直线模组(300)的直线滑块与竖直直线模组(304)底部连接，竖直直线模组(304)顶部动力输入轴连接伺服电机B(305)；竖直直线模组(304)的直线滑块通过L型固定板(306)与电动推杆(307)连接，电动推杆(307)顶端安装有土壤电化学传感器(308)；土壤电化学传感器(308)、伺服电机A(301)、伺服电机B(305)、直流无刷电机(302)、电动推杆(307)均与控制系统信号连接；

所述轮距调节机构(4)包括固定在载物平台(2)前部的伺服电机C(400)，伺服电机C(400)与控制系统信号连接，伺服电机C(400)输出轴与左旋滚珠丝杆(401)连接，左旋滚珠丝杆(401)另一端连接右旋滚珠丝杆(403)，右旋滚珠丝杆(403)另一端插入丝杆支撑端A(404)的深沟球轴承A中固定；左旋滚珠丝杆(401)、右旋滚珠丝杆(403)上分别安装有左旋丝杆螺母(405)、右旋丝杆螺母(406)；

轮距调节机构(4)还包括结构完全相同且对称设置在伺服电机C(400)输出轴方向两侧载物平台(2)下表面的第一宽度调节组和第二宽度调节组；第一宽度调节组包括调节支撑板(411)和四条直线导轨，四条直线导轨两两一组对称安装于载物平台(2)下表面，每条直线导轨上均设置有两个滑块，调节支撑板(411)两端均与直线导轨上的滑块连接；

调节支撑板(411)中部一侧固定有两个连接块(412)，两个连接块(412)分别与连杆A(413)、连杆B(414)的一端铰接，连杆A(413)、连杆B(414)的另一端分别与左旋丝杆螺母(405)、右旋丝杆螺母(406)铰接；

所述地隙调节机构(5)有两组，结构完全相同，且分别安装在轮距调节机构(4)的两个调节支撑板(411)上；地隙调节机构(5)包括下支撑板(510)、与调节支撑板(411)连接的上支撑板(500)，上支撑板(500)前部下表面通过铰链连接座与外剪叉(501)上端铰接，后部下表面安装有上直线导轨，上直线导轨上滑动安装有上直线导轨滑块，上直线导轨滑块与内剪叉支撑块(502)连接，内剪叉支撑块(502)与内剪叉(503)上端铰接，内剪叉(503)中部与外剪叉(501)中部铰接；下支撑板(510)前部上表面通过铰链连接座与内剪叉(503)下端铰接；

地隙调节机构(5)还包括高度调节动力单元，高度调节动力单元包括安装在下支撑板(510)上表面的伺服电机D(504)，伺服电机D(504)与控制系统信号连接；伺服电机D(504)输出轴与滚珠丝杆(505)一端连接，滚珠丝杆(505)另一端插入丝杆支撑端B(506)的深沟球轴承B中固定；滚珠丝杆(505)上安装有丝杆螺母座(507)，丝杆螺母座(507)与下直线导轨滑块连接，下直线导轨滑块两端固定有外剪叉支撑块(509)；下直线导轨滑块滑动安装在下直线导轨(508)上，下直线导轨(508)固定在下支撑板(510)上，外剪叉支撑块(509)与外剪叉(501)下端连接；

农田信息采集方法如下：

对待检测的农田进行测量，确定农田信息采集机器人的行走路径、轮距以及地隙数据，并输入到控制系统中；控制系统控制伺服电机B(305)工作，伺服电机B(305)通过竖直直线模组(304)带动相应的直线滑块做竖直运动，使得固定在该直线滑块上的L型固定板(306)带动电动推杆(307)做竖直运动，同时电动推杆(307)顶端输出轴做伸缩运动，带动土壤电化学传感器(308)做竖直运动，对农田土壤的电导率、pH值、含水率、氮磷钾含量进行采集；

在此过程中，上位机接收高光谱成像仪(101)和土壤电化学传感器(308)所采集到的实时信息，经过运算处理后进行可视化展示；控制系统接收GNSS定位模块所确定的农田信息采集机器人实时位置和方向信息、红外测距传感器检测信息、编码器检测信息以及车载传感器检测的数据，综合所有电机反馈回来的各项动力状态信息后，通过CANopen总线通讯协议向各个电机下发控制指令，驱动整个农田信息采集机器人协调运动，按照预定的路径规划与作业动作位姿来工作；

当需要调整轮距时，控制系统控制伺服电机C(400)工作，伺服电机C(400)带动左旋滚珠丝杆(401)和右旋滚珠丝杆(403)转动，从而带动左旋丝杆螺母(405)和右旋丝杆螺母(406)相向运动，则连杆A(413)、连杆B(414)被带动实现夹角变化，进而通过连接块(412)拉动两块调节支撑板(411)沿着直线导轨运动，实现轮距调节；

当需要进行地隙调节时，控制系统控制伺服电机D(504)工作，伺服电机D(504)带动滚珠丝杆(505)转动，与滚珠丝杆(505)配合的丝杆螺母座(507)带动外剪叉(501)实现沿下直线导轨(508)做直线往返运动，使得内剪叉(503)与外剪叉(501)之间夹角发生变化，从而带动上支撑板(500)沿竖直方向运动，实现上支撑板(500)的高度调节，即地隙调节。