专利名称：移动式智能浇灌机器人的制作方法
技术领域：
移动式智能浇灌机器人，属于自动化管理领域，具体是花卉或植物浇灌自动化管理。
背景技术：
目前，室内、阳台养花、养鱼已成为人们的生活、环境的一部分，但由于外出未定期、及时浇灌而导致花木死亡的情况时有发生，使人们不能放心外出。为了解决上述问题，人们已研究出自动浇灌装置。如《中国专利》2002年10月2日公开的，专利号为ZL01256741，实用新型名称，一种花木自动浇灌器，专利权人汤铁，申请日2001年11月28日。该花木自动浇灌器，由营养液混合箱、控制开关总成、浇灌支管等构成。营养液混合箱中盛放花木所需要的各种养料、杀虫水和水份混合液，通过控制开关总成对温度、湿度变化的控制信号，及时通过浇灌支管对花木进行浇灌。该实用新型结构简单、成本低廉，避免了因未定期、及时浇灌而导致花木死亡的情况发生，更利于推广。但存在的主要问题，仍然是固定式，不能实现在无人照看的情况下，根据各种花卉、植物要求对多种属性作物对土壤干湿度的要求进行定时定量的小规模灌溉。或每天可以定时灌溉，也可以遥控灌溉
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是设计一种在家人外出，家里的花草需要照料，商家为吸引顾客而养殖的花草需要管理，在人类无法涉足的外太空或外星球进行养殖试验全自动智能化管理，克服花卉养殖场使用固定式的智能浇灌系统成本太高，具有成本低、节约能源，作业安全可靠的移动式智能浇灌机器人。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是移动式智能浇灌机器人，其特征在于包括电源5、单片机IC1、探测器、电动机、机械手臂6、左右驱动轮4、7，以及遥控接收器8，探测器安装在机器人的外壳前端和两侧，单片机IC1分别与探测器、电动机、机械手臂6、遥控接收器8相连，左右驱动轮4、7安装在机器人的外壳底部。
探测器为5个黑白探头V-RLI～V-RL5，机器人的外壳前端安装3个，左右两侧各安装1个，地面上设置黑线或白线轨道，花盆或作物旁边设置黑白记号。外壳前端安装的3个黑白探头V-RL1～V-RL3接单片机IC1的P16-P18，外壳左右两侧的2个黑白探头V-RL4、V-RL5接单片机IC1的P2、P24。机器人可以沿着一条黑白标出花纹线前进，比如在大理石上做上白底黑线，以此作为机器人前进的轨道(可根据情况更改程序)。非常适合商场和家庭呈线形摆开的花卉。
探测器为红外测距探测器1、2，机器人的外壳左前方和右前方各安装1个。红外测距探测器1、红外测距探测器2接单片机IC1的P1、P19。机器人通过判断四周的障碍物前进，即找空前进。适合花卉养殖场和无规律摆放的花卉及作物。
探测器为条形码检测器3，安装在电路板上，条形码检测器3接单片机IC1的P8-P15。花盆或作物旁边设置条形码。条形码检测器3可以读取植物的一些基本信息，与条形码对应的植物基本信息将事先输入机器人的数据库，这些信息可以包含植物的种属，对土壤干湿的喜好，现在种植所在地等等。
探测器为磁性记号传感器12，安装在电路板上，磁性记号传感器12接单片机IC1的P28，磁性记号传感器12可以确定花卉和作物的位置。花盆和植物上进行磁性标记，花盆上与机器人条形码检测器3同高处贴有条形码。机器人通过检测花盆上的磁性记号来确认花卉和作物的位置。
机械手臂6为双自由度式，包括手臂舵机10、手臂舵机11，单片机IC1的P5接口接手臂舵机10，单片机IC1的P6接口接手臂舵机11，机械手臂6顶端设有湿度传感器RT以及灌溉喷头，单片机IC1的P7接口与湿度传感器RT相连，灌溉喷头与水泵电机M3连接，水泵开关与继电器JK相连，单片机IC1的P27接口接继电器JK。
左右驱动轮4、7安装在机器人的外壳底部，包括电机M1、M2，单片机IC1的P3、P25接口分别接驱动集成电路IC2、IC3的IB接口，单片机IC1的P4、P26接口分别接驱动集成电路IC2、IC3的IA接口。
单片机IC1的P20-P23接口接遥控接收器8。通过遥控器9实现对机器人作业的远距离遥控。
与现有技术相比，本实用新型的移动式智能浇灌机器人所具有的有益效果是智能化实现在家人外出，家里的花草需要照料；商家为吸引顾客而养殖的花草需要管理；在人类无法涉足的外太空或外星球进行养殖试验。克服花卉养殖场使用固定式的智能浇灌系统成本太高，轮式机器人在行走过程中通过作物或花卉上设置的条形码判断各种植物属性，并根据土壤干湿度进行定时定量的小规模灌溉。每天可以定时灌溉，也可以遥控灌溉，工作完成后自动复位。同时具有成本低、节约能源，作业安全可靠等优点。
图1是本实用新型移动式智能浇灌机器人模型图；
图2是本实用新型移动式智能浇灌机器人遥控器示意图；图3是本实用新型移动式智能浇灌机器人电路原理示意图。
图1-3是本实用新型移动式智能浇灌机器人的最佳实施例，其中IC18535单片机IC2-IC3电机驱动集成电路V-RL1～V-RL5黑白探头M1-M2电机M3水泵电机1、2红外测距探测器3条形码检测器4、7左右驱动轮6机械手臂8遥控接收器9遥控器10、11手臂舵机12磁性记号传感器RT湿度传感器JK继电器a继电器JK常闭触点b继电器JK常开触点K继电器JK开关。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型移动式智能浇灌机器人做进一步说明如图1-3所示，该移动式智能浇灌机器人，包括电源5、单片机IC1、探测器、电动机、机械手臂6、左右驱动轮4、7，以及遥控接收器8，电源5提供12V直流电和5V直流电。地面上设置黑线或白线轨道，探测器为5个黑白探头V-RL1～V-RL5，单片机IC1为8535其P16-P18接口分别接外壳前端安装的3个黑白探头V-RL1～V-RL3的3脚，用来检测地面的黑线或白线轨道，单片机IC1的P2、P24分别接外壳左右两侧的2个黑白探头V-RL4、V-RL5的3脚，用来检测花盆或作物旁边的黑白记号，帮助机器人判断花卉和作物的位置。黑白探头V-RL1～V-RL5的1、3脚接12V直流电源正极DC12V，2、4脚接12V直流电源负极DC12VGND。左右驱动轮4、7安装在机器人的外壳底部。
如图1、3所示，该移动式智能浇灌机器人还设置有2个红外测距探测器1、2，单片机IC1的P1、P19接红外测距探测器1、红外测距探测器2的1脚。红外测距探测器的1脚接12V直流电源正极DC12V，2脚接12V直流电源负极DC12VGND。
如图1、3所示，该移动式智能浇灌机器人在电路板上还安装有条形码检测器3、磁性记号传感器12，单片机IC1的P8-P15接条形码检测器3的3-10脚，条形码检测器3的1脚接5V直流电源正极DC5V，2脚接5V直流电源负极DC5VGND。花盆上需要在与机器人条形码检测器3同高处贴上条形码。
如图1、3所示，该移动式智能浇灌机器人在电路板上还安装有磁性记号传感器12，单片机IC1的P28接磁性记号传感器12的3脚，磁性记号传感器12的1脚接5V直流电源正极DC5V，2脚接5V直流电源负极DC5VGND。花盆和植物需要事先进行磁性标记。机械手臂6为双自由度式，包括手臂舵机10、手臂舵机11，单片机IC1的P5接口接手臂舵机10的3脚，单片机IC1的P6接口接手臂舵机11的3脚。手臂舵机10的1脚接12V直流电源正极DC12V，2脚接12V直流电源负极DC12VGND。手臂舵机10由单片机IC18535的P5控制，手臂舵机11由单片机IC18535的P6控制。机械手臂6顶端设有湿度传感器RT以及灌溉喷头，单片机IC1的P7接口与湿度传感器RT的1脚相连，湿度传感器RT的2脚接5V直流电源负极DC5VGND。灌溉喷头与水泵电机M3连接，水泵开关与继电器JK相连，单片机IC1的P27接口接继电器JK的1脚。继电器JK的2脚接5V直流电源负极DC5VGND。水泵电机M3的开关由继电器JK控制。单片机IC1的P20-P23接口接遥控接收器8的3-4脚。遥控接收器8的1脚接12V直流电源正极DC12V，2脚接12V直流电源负极DC12VGND。
如图2所示，遥控接收器8插在底板上，用来接收4键遥控器9A、B、C、D四个按扭的信号，遥控器9控制机器人。
如图3所示DC12V为12V直流电源正极，DC12VGND为12V直流电源负极，DC5V为5V直流电源正极，DC5VGND为5V直流电源负极。AC220V为50Hz交流电源。
电源为单片机IC18535、磁性记号传感器12、条形码检测器3、湿度传感器RT和继电器JK提供5V直流电。
电源为5个黑白探头V-RL1-V-RL5、2个红外测距探测器1、2、遥控接收器8、电机M1、M2、机械手臂6的舵机10、11个提供12V直流电。
水泵电机M3接220V交流电。
电机M1、M2驱动机器人的左驱动轮7和右驱动轮4，由于单片机IC18535使用12V直流电源，I/O口通过电机驱动集成电路IC2、IC3控制电机M1、M2。驱动集成电路IC2、IC3为LG9110芯片，其管脚定义如下管脚VCC接12V直流电源正极(DC12V)。
管脚GND接12V直流电源负极(DC12VGND)。
管脚OA为A路输出管脚，接电机(M1、M2)第一引脚。
管脚OB为B路输出管脚，接电机(M1、M2)第二引脚。
IC1的P4接口接IC2的管脚IA。
IC1的P3接口接IC2的管脚IB。
IC1的P26接口接IC3的管脚IA。
IC1的P25接口接IC3的管脚IB。
当IA路高电平、IB路底电平时，电机正转。
当IA路底电平、IB路高电平时，电机反转。
用这种方式控制机器人的左右驱动轮4、7即可实现了机器人的基本行走动作。
单片机IC18535的接口P20-P23的4个口连接遥控接收器8，用来接收4键遥控器9的信号。
机器人内部有晶振时钟，可记录时间、浇灌间隔，可实现定时启动。当机器人使用黑白线寻迹行走时，可记录走过的路线，一个工作流程后，可沿原路返回起点，以等待下一工作流程的开始。
工作原理及过程如下机器人启动后，要判断是不是处在黑白线的轨道上，是则进行寻迹行动，不是则进行避碍行动。
机器人启动后，时钟清零，这时可由遥控器9设置时间。机器人沿黑白轨道前进时，要判断是否发现花卉(轨道上横画的黑线提供信息)。发现花卉后就停止前进，并通过条形码检测器3读取此花卉的条形码上信息，并检测此时的土壤湿度。进行综合判断后，开启水泵电机M3进行灌溉。
机器人将记录已浇灌的花卉，并保存浇灌时的一些信息(如灌溉前土壤湿度、灌溉时间、灌溉后土壤湿度等)。机器人得到终止信号(特定的黑白线、遥控终止信号等)后，将停止工作，按原路返回起点，等待下一工作流程的开始。
如果花卉或植物不规则摆放时，则机器人将通过红外测距探测器1、2躲避障碍前进，碰到障碍物时就使用磁性记号传感器3判断花盆和作物附近的磁性信号，确定花卉位置之后，工作过程与寻迹行动相同。在避障模式下，机器人将不会停止工作，而是不停的搜索整个房间，当第二次找到同一盆花卉时，机器人会将上次灌溉的信息加入本次判断，已确定是否还需灌溉。
机器人还可以在纯遥控模式下工作，这时要通过遥控器9按键A、B、C、D的组合来控制机器人行动和浇灌，此模式适合外太空无人养殖试验。
本实用新型移动式智能浇灌机器人可以实现的功能如下1、机器人可以沿着一条黑白标出花纹线前进，比如在大理石上做上白底黑线，以此作为机器人前进的轨道(可根据情况更改程序)。非常适合商场和家庭呈线形摆开的花卉。
2、机器人也可以通过判断四周的障碍物前进，即找空前进。适合花卉养殖场和无规律摆放的花卉及作物。
3、找到花卉后，机器人会用一个双自由度的机器手臂6将湿度传感器RT插入土壤中，得到的干湿数据将同从条形码上得到的信息一起分析，确定一个浇水量(一次灌溉的时间)和浇水频率(一天需要灌溉的次数)。
4、机器人可以自动打开与机器手臂6顶端灌溉喷头相连的水泵，进行灌溉动作。
5、通过遥控直接操纵机器人行动(适合外太空养殖试验)。
6、机器人有时间概念，可以定时启动。
7、机器人有空间概念，可以记住行走的路线。
权利要求1.移动式智能浇灌机器人，其特征在于包括电源(5)、单片机IC1、探测器、电动机、机械手臂(6)、左右驱动轮(4)、(7)，以及遥控接收器(8)，探测器安装在机器人的外壳前端和两侧，单片机IC1分别与探测器、电动机、机械手臂(6)、遥控接收器(8)相连，左右驱动轮(4)、(7)安装在机器人的外壳底部。
2.根据权利要求1所述的移动式智能浇灌机器人，其特征在于探测器为5个黑白探头V-RL1～V-RL5，机器人的外壳前端安装3个V-RL1～V-RL3，左右两侧各安装1个V-RL4～V-RL5，地面上设置黑线或白线轨道，花盆或作物旁边设置黑白记号，外壳前端安装的3个黑白探头V-RL1～V-RL3接单片机IC1的P16-P18，外壳左右两侧的2个黑白探头V-RL4、V-RL5接单片机IC1的P2、P24。
3.根据权利要求1所述的移动式智能浇灌机器人，其特征在于探测器为安装在机器人外壳左前方的红外测距探测器(1)和右前方的红外测距探测器(2)，红外测距探测器(1)、红外测距探测器(2)接单片机IC1的P1、P19。
4.根据权利要求1所述的移动式智能浇灌机器人，其特征在于探测器为条形码检测器(3)，安装在电路板上，条形码检测器(3)接单片机IC1的P8-P15。
5.根据权利要求1所述的移动式智能浇灌机器人，其特征在于探测器为磁性记号传感器(12)，安装在电路板上，磁性记号传感器(12)接单片机IC1的P28，花盆和植物上进行磁性标记，花盆上与机器人条形码检测器(3)同高处贴有条形码。
5.根据权利要求1所述的移动式智能浇灌机器人，其特征在于机械手臂(6)为双自由度式，包括手臂舵机(10)、手臂舵机(11)，单片机IC1的P5接口接手臂舵机(10)，单片机IC1的P6接口接手臂舵机(11)，机械手臂(6)顶端设有湿度传感器RT以及灌溉喷头，单片机IC1的P7接口与湿度传感器RT相连，灌溉喷头与水泵电机M3连接，水泵开关与继电器JK相连，单片机IC1的P27接口接继电器JK。
6.根据权利要求1所述的移动式智能浇灌机器人，其特征在于左右驱动轮(4)、(7)包括电机M1、M2，单片机IC1的P3、P25接口分别接驱动集成电路IC2、IC3的IB接口，单片机IC1的P4、P26接口分别接驱动集成电路IC2、IC3的IA接口。
7.根据权利要求1所述的移动式智能浇灌机器人，其特征在于单片机IC1的P20-P23接口接遥控接收器(8)。
专利摘要移动式智能浇灌机器人，属于自动化管理领域，其特征在于包括电源(5)、单片机IC1、探测器、电动机、机械手臂(6)、左右驱动轮(4)、(7)，以及遥控接收器(8)，探测器安装在机器人的外壳前端和两侧，单片机IC1分别与探测器、电动机、机械手臂(6)、遥控接收器(8)相连，左右驱动轮(4)、(7)安装在机器人的外壳底部。实现了对花卉或植物的养殖全自动智能化管理，特别是在家人外出、商家为吸引顾客而养殖的花草、在人类无法涉足的外太空或外星球进行养殖试验花卉、成本低、运行安全可靠等优点。
文档编号A01G27/00GK2766534SQ200420051999
公开日2006年3月29日 申请日期2004年7月2日 优先权日2004年7月2日
发明者王浩, 黄圣祥, 耿坚栋, 刘金 申请人:王浩