[发明专利]四轮驱动导航喷雾机器人系统

说明书

技术领域

本发明属于农业自动化技术领域，特别涉及一种四轮驱动导航喷雾机器人系统。

背景技术

农业生产中化学制剂的应用不仅对人体的危害很大，并且还会造成环境污染，影响土壤的结构，威胁农业生产的可持续发展。目前国际上解决农业化学制剂使用中的负面影响问题的方法有两种：一种是在药剂上进行创新，采用综合防治的方法或者研制新型的防控药剂（如植物学杀虫剂等）；另一种是在施药的手段上进行革新，利用现代化的科学技术装备喷雾器具，如采用智能传感器检测喷雾作业对象，采用精准变量喷雾装置实现精细化喷雾作业，从而在实现功效的基础上最大限度地降低药剂使用量。这两种方法相辅相成，为自动化“精细农业”生产提供了支持。

在施药手段上，自动化的喷雾作业是最好的解决方案，采用喷雾机器人技术进行精准喷雾作业对于减少药液的使用量、减少药液漂移、保护劳动者和消费者的健康、保护环境、实现可持续农业生产等有着重要的作用和意义。本发明提出了一种电磁导航喷雾机器人系统，该发明采用四轮驱动的结构方式设计了喷雾机器人平台载体，采用电磁信号对四轮驱动喷雾机器人进行导航，采用电机驱动喷头运动进行喷雾作业。

发明内容

本发明的目的是提供一种四轮驱动导航喷雾机器人系统，其特征在于，该系统包括：

四轮驱动部分采用四个电机分别对四个轮子进行相对独立的驱动的轮机连接机构，（实现了电机对轮子的直接驱动，并且承重主要由该连接结构承受，）采用了双推力轴承的的电机箱相对于底板的灵活转动部分结构，在后轮电机箱与底板连接处设置四轮高度协调摆轴，以实现四轮对地的附着力的调整；

喷雾部分采用双侧喷雾机构的喷雾方式，应用喷杆摆动来调整喷头相对于作物的距离，喷雾控制电磁阀和喷雾泵的控制采用控制信号逐级放大的方式来避免后续电路对控制器的影响，喷杆摆动采用H型双极性PWM驱动方式进行驱动，并且采用光电接近开关检测摆杆摆动的角度和对摆杆摆动位置的控制。

传感器部分采用组合式电磁传感器布局方式，提高了输出信号的线性，避免了干扰因素的影响；基于四轮驱动结构结合角度传感器和电磁传感器的信息设计了四轮驱动沿诱导线信号轨迹行走的导航算法。

本发明有益效果，该系统应用在植保作业中能够进行自动化施药作业的喷雾机器人系统，本发明主要解决自动化喷雾作业过程中移动载体的结构设计及其自动化导航问题。本发明还可以用于机器人采摘、搬运等作业。能够自动完成喷雾作业，可以降低人工的劳动强度，保护劳动者的健康，降低农药的使用量，保护环境，维护农业生产的可持续发展。

附图说明

图1为四轮驱动电磁导航喷雾机器人系统结构示意图。

图2 为四轮驱动轮机连接部分的结构示意图。

图3为四轮驱动电机箱与底板连接及四轮高度协调结构示意图。

图4喷雾装置结构示意图；其中，a.喷雾喷杆摆动示意图；b为A部放大图。

图5 机器人电磁诱导线跟踪控制框图。

具体实施方式

本发明提供一种四轮驱动导航喷雾机器人系统。下面结合附图和实施例对本发明予以说明。

如图1所示为四轮驱动电磁导航喷雾机器人系统的结构组成，本系统主要由电磁传感器组、角度传感器4、轮子1-2、底板7、喷雾装置（喷雾摆杆11，喷雾电机（9、10）、喷雾附件12及喷雾信号线13）和控制器8组成。该系统采用四个直流电机3分别对前轮1和后轮2共四个轮子进行相对独立的驱动，实现了四轮驱动和差速转向的行走方式。电磁导航部分，电磁传感器分为前轮电磁传感器组5和后轮电磁传感器组6，每组为4个，在轮子前行方向的为前行电磁传感器，在轮子后退方向的为后退电磁传感器，前行和后退分别采用不同的电磁传感器的组合式布置，每个电磁传感器分别与四个轮子的行走方向成一定的夹角布置，实现了传感信号与诱导线的偏移距离的线性输出，提高了抗干扰能力。前行传感器和后退传感器分开，并且无论是前行还是后退，感器始终置于轮子的前方，提高了控制的可靠性和稳定性。

在系统中包括两个角度传感器4，分别置于两个前轮1和两个后轮2之间中心位置，从而能够检测出前轮1或后轮2相对于喷雾机器人底板的偏移角度，在喷雾机器人的行走过程中所测的角度值用来匹配控制后轮（前行时）相对于前轮的速度，还用来作为机器人状态的监控和辅助直线导航信息。

驱动电机选用内带减速装置的直流电机，使得该直流电机能够直接与轮子相连进行驱动。前后轮组能够根据导航控制需要进行独立驱动。