[发明专利]一种温室物流植保机器人控制系统及方法

摘要

一种温室物流植保机器人控制系统所采用的技术方案：包括作业参数配置系统、检测系统和控制系统。所述的作业参数配置系统，在服务器端生成不同作物种植模式在不同生长期适宜的物流植保机器人作业参数集；所述的检测系统，通过传感器将检测数据反馈给单片机，构成一个闭环的控制系统；所述的控制系统，主要处理传感器以及手机发送来的数据信息，并通过单片机的控制完成喷雾作业或物流运输。本发明提供了一种温室物流植保机器人控制方法，实现远程配置喷雾模式或物流模式相应的作业参数，控制温室物流植保机器人完成喷雾作业或物流运输，并通过手机客户端的控制软件中的电子地图界面实时显示温室物流植保机器人的位置信息和当前工作情况。

主权项

1.一种温室物流植保机器人控制系统，其特征在于包括：作业参数配置系统、检测系统和控制系统；所述的作业参数配置系统，在服务器端生成不同作物种植模式在不同生长期适宜的物流植保机器人作业参数集；所述的检测系统，通过传感器将检测数据反馈给单片机；所述的控制系统，主要处理传感器以及手机发送来的数据信息，并通过单片机的控制完成喷雾作业或物流运输；所述的作业参数配置系统包括喷雾模式参数配置和物流模式参数配置；所述的喷雾模式参数配置：开发相关的温室作业参数计算PC机软件，操作人员在PC机上输入温室内获取的直观参数，通过PC机软件自动计算出单片机可以识别的参数；其中温室内获取的直观参数包括植株类型、疏密程度、叶片的大小、植株生长的高矮程度；物流植保机器人所需的作业参数集包括：机器人行进速度、喷雾流量、风机风转速、俯仰角度、俯仰速度、回转角度、回转速度；温室内植株类型分为密植绿叶蔬菜和离壁式果蔬种植类型两种，从而喷雾方式分为密植绿叶蔬菜种植喷雾方式和离壁式果蔬种植喷雾方式；在密植绿叶蔬菜种植喷雾方式下，可调节机器人行进速度、流量大小、风力大小、俯仰角度、俯仰速度、回转角度、回转速度，实现机器人前进的同时对密植绿叶蔬菜种植类型完成喷雾作业，通过手机电子地图实时显示机器人的当前位置信息，并通过电子地图上喷雾行的颜色由绿色变红色显示喷雾完成情况；操作人员在安装有参数计算软件的PC机上输入参数后，PC机应用程序自动通过以下计算公式输出单片机可识别的参数； 其中10>x>0；上式中，V_robot为机器人的行进速度，单位为m/s；D为叶子的疏密程度，D取值范围为3~8；x为机器人前进加速度常数，单位为m/s²；上式中，θ_H为机器人喷雾装置回转的角度，单位为rad；θ_{_R}为连线与机器人前进方向的夹角，其中连线为右边行最远端的点与两行中间位置近端的点的连线，单位为度；θ_{_L}为连线与机器人前进方向的夹角，其中连线为左边行最远端的点与两行中间位置近端的点的连线，单位为度；L为行长，单位为m；R为机器人到行近端的距离，单位为m；K_H为修正参数，K_H取值范围为1.1~1.3；上式中，θ_V为机器人喷雾装置俯仰的角度，单位为rad；θ_{_up}为连线与地面的夹角，其中连线为植株行最近端的植物冠层的点与机器人质心的连线，单位为度；θ_{_down}为连线与地面的夹角，其中连线为植株行最远端的植物根部的点与机器人质心的连线，单位为度；H为机器人质心离地面的高度，单位为m；R为机器人到行近端的距离，单位为m；K_V为修正参数，K_V取值范围为0.8~1.2；上式中，V_H‑rotation为回转速度，单位为rad/s；D为叶子的疏密程度，D取值范围为2~8；θ_H为机器人喷雾装置回转的角度，单位为rad；t为时间常数，单位为s，t取值范围为40~60；上式中，V_V‑rotation为俯仰速度，单位为rad/s；D为叶子的疏密程度，D取值范围为2~8；θ_V为机器人喷雾装置俯仰的角度，单位为rad；t为时间常数，单位为s，t取值范围为40~60；上式中，Q为流量的大小，单位为L/min；s为管道的截面积，单位为dm²；V为流速，单位为m/s，t为流量的系数，t从0.5开始增加；S为叶片的大小，单位为dm²，S取值范围为0.3~1.5；上式中，V_Wind‑scale为风力的大小，单位为m/s；D为叶子的疏密程度，D取值范围为2~8；θ_H为机器人喷雾装置回转的角度，单位为rad；θ_V为机器人喷雾装置俯仰的角度，单位为rad；t为时间常数，单位为s，t取值范围为40~60；K_w为修正参数，K_w取值范围为2~4；在离壁式果蔬种植喷雾方式下，控制机器人行进到达指定位置，控制流量大小、风力大小、俯仰角度、俯仰速度、回转角度、回转速度，实现到达指定喷雾行完成离壁式果蔬种植类型的精准喷雾作业，通过手机电子地图实时显示机器人的当前位置信息，并通过电子地图上喷雾行的颜色由绿色变红色显示喷雾完成情况；具体运行参数数学模型如下：上式中，V_robot为机器人的行进速度，单位为m/s；由于在离壁式果蔬种植类型需要进行行间定点喷雾，速度采用离散型数学模型，其中v为常量，范围0~2；物流模式的参数配置：开发相关的温室作业参数计算PC机软件，操作人员在PC机上输入温室内获取的直观参数，通过PC机软件自动计算出单片机可以识别的参数，其中温室内获取的直观参数包括要搬运物料的重量、搬运位置；单片机可以识别的参数包括：机器人行进的速度、机器人停靠位置；温室物流植保机器人的停靠位置就是参数输入的搬运位置，直接在PC机软件中输入距离即可；上式中，V_robot为机器人的行进速度，单位为m/s；m为搬运物料的重量，单位为kg；L_Dis为搬运的距离，单位为m；t为估计搬运时间，单位为s，t取值范围为30~240；所述的检测系统包括：位置和速度检测装置、流量检测、风力检测装置、俯仰角度和速度的检测装置、回转角度和速度的检测装置、剩余药量检测装置；所述的位置和速度检测装置采用以下现有技术中的一种：雷达定位、GPS定位、激光测距定位、编码器测速或AGV智能小车的定位方式；采用这些技术安装对应的模块配合单片机使用，实现在机器人在温室内的定位；所述的流量检测，在机器人药液管道上安装流量计，通过485总线的方式将监测到的流量信息传送至单片机；所述的风力检测装置是在风机的旋转轴上安装测速编码器，编码器将检测到的脉冲信息通过差分输入的方式传送至单片机，根据风机轴速大小的变化可得到风力的变化；所述的俯仰角度和速度的检测装置在俯仰轴上安装霍尔角度传感器，并通过GPIO口与单片机相连接，将检测到的信息通过GPIO口传送至单片机；所述的回转角度和速度的检测装置在回转轴上安装霍尔角度传感器，并通过GPIO口与单片机相连接，将检测到的信息通过GPIO口传送至单片机；所述的剩余药量检测装置在药液桶的下方安装一个压力传感器，压力传感器检测到药量的变化，把检测信息输入至A/D转换模块，A/D模块将转换完成的数字信号传送至单片机；所述的控制系统包括PC机参数计算软件、手机控制软件、单片机、电源以及其他外围控制器；所述的PC机参数计算软件，对输入的参数进行计算从而得到单片机可识别的参数，同时将转换完成的参数按照一定的数据格式打包传送至互联网；所述的手机控制软件接收PC机传送至互联网的数据包，并通过路由器将数据包传送至单片机，再者可以接收单片机反馈回来的数据，将反馈的数据在手机控制软件里的电子地图模块进行处理，从而实时显示机器人当前的位置和作业情况，其中，温室电子地图的形成原理是将温室的地况参数编写为一个可修改TXT文本，根据当前温室设定对应文本参数，导入手机软件从而形成当前温室的电子地图；所述的单片机选用ARM3系列的高性能stm32单片机；所述电源选用24V、5V直流的电源对单片机、其他外围控制器进行供电；所述的其他外围控制器包括电机驱动器、无线通讯模块、泵驱动器、风机驱动器，其中无线通讯模块有无线路由器和wifi转串口子模块用于单片机和手机之间的数据传输。