一種水田小型行間除草機器人的製作方法
2023-07-23 17:43:41 1
專利名稱：一種水田小型行間除草機器人的製作方法
技術領域：
本發明涉及農業機器人領域，特別涉及一種水田小型除草機器人。
背景技術：
水稻是主要的糧食作物之一，水稻生產的質量安全和飲食健康問題越來越受到人們的重視，國內興起了種植「綠色大米」的熱潮；機械除草被視為「綠色大米」種植過程中最佳的除草方式，是農業可持續發展的一項關鍵性技術；國外從20世紀50年代開始研究機械除草技術，Tillett等設計了基於視覺導航的中耕機械除草機器人，該機器人可以通過攝像頭採集數據，經過圖像處理後，得到導航路徑並實行自動導航除草；日本富士重工研究的割草機器人利用RTK-GPS確定自己位置，誤差半徑小於20cm;中國的陳勇等研究了基於直接施藥方法的除草機器人；田間和溫室的化學除草試驗表明，利用直接施藥方法，極其微量的藥物即可除掉雜草；中國專利CN 201957651U提供了一種水田跨越式除草機器人的機構，包括輔助支撐裝置、踩踏式除草裝置、跨越式移動裝置；踩踏式除草裝置通過履帶式移動機構在秧苗間行走，對行間的雜草進行踩踏，實現雜草的拔出和切斷；輔助支撐裝置和跨越式移動裝置協調動作，實現跨越式換行動作；該機構的缺點是換行時會造成壓苗，對植株造成損傷，影響糧食產量；
由上可知，國內外的水田除草方式以雜草後期處理和化學除草方式居多，國內缺少一種針對水田植株幼苗期的雜草的除草機器人。
發明內容
為克服上述現有技術存在的缺點和不足，本發明專利的目的在於提供一種水田小型除草機器人，解決現有水田早期雜草的防控問題，通過圓盤刃攪動土層，實現水田植株行間的去除；槳輪行走時產生的淤泥覆蓋在植株根部，抑制雜草的生長，可去除行內雜草，滿足機器人智能化除草的目的。為解決以上技術問題，本發明的技術方案為一種水田小型除草機器人，包括底盤、驅動系統、控制系統、感應系統、除草裝置和電源；驅動系統、控制系統和除草裝置安裝在底盤裡，電源安裝在底盤尾部。驅動系統位於底盤中部，包括四個方形直流電機和四個槳輪；方形直流電機固定在底盤上，方形直流電機的輸出軸分別與安裝於底盤側壁的槳輪連接。控制系統包括嵌有IXD顯示屏的單片機、紅外接收端和遙控器，單片機固定在方形直流電機上方，紅外接收端安裝在單片機上；單片機用於控制驅動系統、感應系統和除草裝置；LCD顯示屏嵌入在單片機上，用於顯示光電傳感器和溫度傳感器測得的信息，紅外接收裝置用於接收遙控器發出的控制信號，遙控器用於隨時控制機器人的工作。感應系統包括漫反射型光電傳感器、溫度傳感器、限位開關和壓力傳感器；壓力傳感器安裝在底盤前、後兩端，溫度傳感器安裝在單片機上，漫反射型光電傳感器和限位開關安裝在底盤側壁；溫度傳感器用於測量大氣溫度；漫反射型光電傳感器可檢測出發射光線的植株，調整靈敏度可以用於檢測近距離植株，單片機中的計數器根據光電傳感器遮光次數來累加植株數目；限位開關用於檢測機器人是否與植株發生碰撞，壓力傳感器用於檢測機器人是否到達田埂處；感應系統將感應到的信息實時傳送到單片機，單片機控制機器人實現轉向、倒退等工況。除草裝置位於底盤前部，包括兩個圓形直流電機、兩個圓盤刃和軟鋼絲；圓形直流電機垂直固定於底盤上，軟鋼絲焊接在圓盤刃上，圓形直流電機的輸出軸分別與安裝在底盤底端的圓盤刃連接；圓形直流電機旋轉時，帶動圓盤刃轉動，軟鋼絲可以割斷直徑較小的雜草，圓盤刃可以割除直徑較大的雜草。所述的一種水田小型除草機器人，其特徵在於限位開關、漫反射型光電傳感器與槳輪之間固定有擋泥板。所述的一種水田小型除草機器人，其特徵在於方形直流電機和圓形直流電機分別通過驅動電機固定板和除草電機固定板與底盤固定。所述的一種水田小型除草機器人，其特徵在於底盤兩側壁前端設有弧形彈性片，弧形彈性片與限位開關的彈片相接觸。所述的一種水田小型除草機器人，其特徵在於漫反射型光電傳感器、限位開關、壓力傳感器通過導線與單片機相連，溫度傳感器和紅外接收端與單片機相連。所述的一種水田小型除草機器人，其特徵在於方形直流電機和圓形直流電機通過導線與單片機相連，單片機通過導線與電源相連。本發明的水田小型除草機器人對於行間雜草，採用旋轉的圓盤刃和安裝在圓盤刃上的軟鋼絲去除；對於株間雜草，槳輪行走時產生的淤泥覆蓋在植株根部，抑制雜草的生長，達到去除行內雜草的目的；驅動系統驅動機器人在植株行間直線行走，當限位開關碰觸到植株時，說明機器人偏離了方向，單片機收到限位開關發出的信號，發出控制信號給後輪驅動系統，調整左、右電機轉速，實現機器人自主轉向；當壓力傳感器碰撞到田埂時，單片機控制所有驅動電機反轉，機器人反向行走繼續工作；機器人作業完一行時，LCD顯示屏會顯示該行植株數目及水田土壤溫度；由此循環往復，可以完成行間和行內雜草的清除，從而實現智能化除草。本發明採用以上技術方案，具有以下特點
1、適合在植株幼苗前期進行機械式除草，通過光電傳感器和限位開關檢測水稻植株，確定行走路線，實現自主行走，減少了除草劑的使用，減少了對生態環境的汙染。2、在鋤去雜草的同時疏鬆土壤，增加土壤透氣性，提高肥料利用率，釋放土壤中有害氣體，提高水稻產量和品質。3、可在水田進行微耕除草，有效地去除了稗草等危害性大的雜草，且無傳統噴霧機的大型水箱，減輕了機器人負載，不會因負載過重而壓壞水田植株。
圖1是水田小型除草機器人的結構示意圖；圖2是底盤的結構示意圖3是除草裝置的結構示意圖；圖4是控制系統的結構示意圖；圖中1、壓力傳感器；2、除草電機固定板；3、圓形直流電機；4、限位開關；5、單片機；6、電源；7、槳輪；8、漫反射型光電傳感器；9、方形直流電機；10、驅動電機固定板；11、圓盤刃；12、遙控器；13、弧形彈性片；14、底盤；15、擋泥板；16、平鍵；17、軟鋼絲；18、溫度傳感器；19、IXD顯示屏；20、紅外接收端。
具體實施例方式下面結合附圖和實例進一步說明本發明的技術方案。如圖1、2、3、4所示，本發明所述的水田小型除草機器人，包括底盤、驅動系統、控制系統、感應系統、除草裝置和電源；壓力傳感器1固定在底盤14的前端和後端，壓力傳感器1通過導線連接到單片機5 ；擋泥板15固定在底盤14的左右兩側，弧形彈性片13固定在底盤14前端左右兩側；圓形直流電機3由電機固定板2固定在底盤14上，圓形直流電機3通過導線連接到單片機5，圓形直流電機3和圓盤刃11相連，圓盤刃11通過平鍵16與圓形直流電機3聯接，軟鋼絲17焊接固定在圓盤刃11上；方形直流電機9固定在底盤上，其輸出軸和槳輪7連接，方形直流電機9由驅動電機固定板10固定；單片機5固定在底盤14中部，單片機5的輸入端接電源6的輸出端，IXD顯示屏19嵌入在單片機5上，溫度傳感器18和紅外接收端20分別固定在單片機5上；電源6固定在底盤14尾部；限位開關4固定在底盤14左、右兩側，限位開關4通過導線和單片機5相連，弧形彈性片13和限位開關4上的彈片相接觸；漫反射型光電傳感器8固定在底盤14的左右兩側，通過導線和單片機5相連；遙控器12用於發送控制指令給紅外接收端20，紅外接收端20將指令傳送給單片機5，由單片機控制方形直流電機9正傳、反轉和停止。如圖1、4所示，本發明的工作過程是手動按下遙控器12上的啟動鍵，紅外接收端20接收到遙控器12發射的信號，單片機啟動驅動系統，方形直流電機9正傳帶動除草機器人在植株行間直線行走，同時圓形直流電機3啟動帶動圓盤刃11旋轉，由於離心力的作用，電機旋轉時，軟鋼絲17可以割斷雜草，圓盤刃11可以割除直徑較大的雜草；當弧形彈性片13碰觸到植株時，產生的力會傳遞到限位開關4上，說明此時除草機器人偏離了直線方向，限位開關4發送信號至單片機5，單片機5處理後發出控制信號調整後輪左、右方形直流電機9的轉速，機器人調整方向後繼續直線行走；當壓力傳感器1碰撞到田埂時，壓力傳感器1發送信號至單片機5，單片機5控制方形直流電機9反轉，除草機器人反向行走繼續工作；除草機器人在行間開始行走時，溫度傳感器18會實時測量田間大氣溫度，同時漫反射型光電傳感器8的發光元件會發出光線，若發出的光線被遮斷，說明機器人經過了一顆植株，此時單片機5上的計數器開始累加計數，當壓力傳感器1碰撞到田埂時，計數器停止計數並將結果發送至IXD顯示屏19。除草機器人作業完一行時，IXD顯示屏19會顯示該行植株數目及水田大氣溫度。對於行間雜草，採用旋轉的圓盤刃11和安裝在圓盤刃11上的軟鋼絲17切除；對於行內雜草，槳輪7行走時產生的淤泥覆蓋在植株根部，抑制雜草的生長，達到了去除行內雜草的目的。由此循環往復，可以完成行間和行內雜草的清除，從而實現智能化除草。
權利要求
1.一種水田小型除草機器人，其特徵在於所述機器人包括底盤、驅動系統、控制系統、感應系統、除草裝置和電源；驅動系統、控制系統和除草裝置安裝在底盤裡，電源安裝在底盤尾部；驅動系統位於底盤中部，包括四個方形直流電機和四個槳輪；方形直流電機固定在底盤上，方形直流電機的輸出軸分別與安裝於底盤側壁的槳輪連接；控制系統包括嵌有LCD顯示屏的單片機、紅外接收端和遙控器，單片機固定在方形直流電機上方，紅外接收端安裝在單片機上；感應系統包括漫反射型光電傳感器、溫度傳感器、限位開關和壓力傳感器；壓力傳感器安裝在底盤前、後兩端，溫度傳感器安裝在單片機上，漫反射型光電傳感器和限位開關安裝在底盤側壁；溫度傳感器用於測量大氣溫度；除草裝置位於底盤前部， 包括兩個圓形直流電機、兩個圓盤刃和軟鋼絲；圓形直流電機垂直固定於底盤上，軟鋼絲焊接在圓盤刃上，圓形直流電機的輸出軸分別與安裝在底盤底端的圓盤刃連接。
2.如權利要求1所述的一種水田小型除草機器人，其特徵在於限位開關、漫反射型光電傳感器與槳輪之間固定有擋泥板。
3.如權利要求1所述的一種水田小型除草機器人，其特徵在於方形直流電機和圓形直流電機分別通過驅動電機固定板和除草電機固定板與底盤固定。
4.如權利要求1所述的一種水田小型除草機器人，其特徵在於底盤兩側壁前端設有弧形彈性片，弧形彈性片與限位開關的彈片相接觸。
5.如權利要求1所述的一種水田小型除草機器人，其特徵在於漫反射型光電傳感器、 限位開關、壓力傳感器通過導線與單片機相連，溫度傳感器和紅外接收端與單片機相連。
6.如權利要求1所述的一種水田小型除草機器人，其特徵在於方形直流電機和圓形直流電機通過導線與單片機相連，單片機通過導線與電源相連。
全文摘要
本發明屬於農業機器人領域，特指一種水田小型除草機器人。所述機器人包括底盤、驅動系統、控制系統、感應系統、除草裝置和電源。驅動電機帶動主軸轉動驅動槳輪，轉彎靠左右槳輪的轉速差實現；直流電機帶動除草圓盤刃轉動，切斷水田行間雜草；槳輪行走時產生的淤泥覆蓋在植株間的雜草上，可以抑制株間雜草；限位開關碰撞到水稻植株後，單片機控制左右電機差速轉動，實現除草機器人轉向避開植株。壓力傳感器觸及田埂時，單片機控制驅動電機反轉，除草機器人反方向繼續工作；感應系統可測得水田水溫、植株數目等信息。本發明採用機械除草方式工作，減少了農藥用量和除草勞動力，減輕了農藥的環境汙染，節約了成本；本發明結構體積小、重量輕。
文檔編號A01D34/01GK102550202SQ20121005239
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月2日 優先權日2012年3月2日
發明者陳剛, 陳姍姍, 陳樹人, 韓紅陽 申請人:江蘇大學