[发明专利]一种温室用单轨植保机器人及其控制方法

摘要

本发明涉及一种温室用单轨植保机器人及其控制方法，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。本发明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，改变相应的喷雾作业模式，实现全自动精量喷雾功能，同时采用智能反馈控制，安全性能好、自动化程度高、工作效率高、节省劳动力。

主权项

一种温室用单轨植保机器人，其特征在于包括导向轨道、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；所述的喷雾系统包括风筒、风机、药液输送管、喷雾管、电动隔膜泵、高压静电发生器、静电喷头和药箱；所述的风筒后端安装有风机，风筒外侧固定有喷雾管，风筒前端外沿上安装有静电喷头；所述的喷雾管两端分别连接药液输送管和静电喷头；所述的高压静电发生器的静电发生端连接静电喷头的高压电极；电动隔膜泵和高压静电发生器的电源端接入蓄电池；所述的药箱固定在底盘上，药箱出液口接入电动隔膜泵的进液口，电动隔膜泵的出液口通过药液输送管连接至风筒外侧的喷雾管接口；所述的姿态调整系统包括支撑悬架、转动轴、轴承座、俯仰电机、链传动总成、电机固定架、回转支撑平台、回转电机和支撑座；所述的支撑悬架下部通过螺栓固定在回转支撑平台上，上部通过两个转动轴与风筒连接；所述的转动轴一端固定在风筒外侧，另一端套接在轴承座内；所述的电机固定架用螺钉固定在支撑悬架横梁一侧；所述的俯仰电机固定在电机固定架上；所述的链传动总成连接俯仰电机和风筒一侧的转动轴，传递动力以调整风筒俯仰角度；所述的回转支撑平台固定在支撑座的前部，并固定支撑悬架；所述的回转电机固定连接到回转支撑平台，驱动回转支撑平台绕铅垂轴转动；所述的支撑座插装在底盘上层的固定槽内；所述的控制系统包括控制箱、无线路由器、行走控制系统和喷雾作业控制系统；所述的行走控制系统包括STM32主控制器、Wi‑Fi模块、行走电机控制器、超声波传感器、接近开关、光电编码器、警示灯、支架、平板电脑或掌上电脑；所述的控制箱固定安装在底盘内部，用于放置STM32主控制器、Wi‑Fi模块、俯仰电机控制器、回转电机控制器、行走电机控制器、轴流风机变频器和电动隔膜泵控制器；无线路由器固定在温室后墙上；所述的行走电机控制器接收STM32主控制器PWM信号控制行走电机的启动、停止和运转速度；所述的两个超声波传感器分别固定在底盘前后沿两侧，超声波传感器串接到STM32主控制器的模拟量信号输入接口，检测植保机器人行进前方是否有障碍信号，若有障碍时，STM32主控制器输出高电平将警示灯打开；所述的两个接近开关分别安装在底盘左右两侧对应于固定定位锚的锚片位置，接近开关串接到STM32主控制器上，用于检测固定定位锚锚片的金属信号；所述的两个光电编码器分别安装在两个驱动轮轮毂内侧，光电编码器串接到STM32主控制器上，用于确定驱动轮的转动角度，进而计算植保机器人的当前位置；所述的警示灯和平板电脑布置在底盘前端的支架上；所述的Wi‑Fi模块串接到STM32主控制器，与无线路由器进行通讯，实现与平板电脑和掌上电脑的信号收发功能；所述的喷雾作业控制系统固定在喷雾装置内，与行走控制系统构成主从式结构，两者之间采用RS‑485总线进行通讯，实现喷雾装置的即插即用；所述的喷雾作业控制系统包括STM32从控制器、俯仰电机控制器、回转电机控制器、轴流风机变频器、电动隔膜泵控制器；所述的俯仰电机控制器连接到STM32从控制器上，STM32从控制器输出PWM信号控制俯仰电机动作；所述的回转电机控制器连接到STM32从控制器上，STM32从控制器输出PWM信号控制回转电机动作；所述的轴流风机变频器连接到STM32从控制器上，STM32从控制器输出的模拟量信号调节轴流风机转速；所述的电动隔膜泵控制器连接到STM32从控制器上，STM32从控制器输出模拟量信号调节电动隔膜泵的输出流量；所述的供电电源包括蓄电池和交流电源；所述的蓄电池固定在底盘内部，用于为驱动系统和控制系统提供能源；所述的交流电源用于为风机提供能源。