专利名称：一种棚室智能耕作机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于棚室内的全自动智能耕作机器人，属农业工程领域中轻简型智能耕作装备。
背景技术：
随着人们生活水平的日益提高，在冬季人们对棚室蔬菜瓜果的需求量不断增长， 促进了棚栽农业的规模化和集约化程度的迅速提高。棚栽蔬菜属反季节性经济作物，需要在封闭、恒温、有限的空间内实施精耕细作，这对人力资源的质量和棚室耕作的器具提出了较高的要求。然而，农村人口的城镇化浪潮，使得农业劳动力资源匮乏，不利于该类劳动密集型农业的发展；另一方面，现有的农业耕作装备因其体积庞大、污染噪声、功能单一、智能化程度低等诸多弊端，不益应用于棚室作业；另外粗犷式的传统施肥、喷药方式，导致了化肥、农药的浪费，加重了对封闭棚室环境及农产品的污染，不利于人们的身体健康。近年来随着科技的飞速发展，农业机械装备也逐渐向智能化、功能化、高效化方向发展，农业装备的先进程度已成为农业现代化发展的重要标志。针对温室、大棚等特殊耕作环境，借助机器视觉、人工智能、自动控制、等先进技术，发明一种小巧轻便、功能齐全，节能环保，智能化程度高的棚室耕作机器人，有望节约人力、减少污染、提高生产效率，以满足未来棚室农业的发展要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种棚室智能耕作机器人，该机器人是由机械平台、机器视觉系统、智能控制系统、行走与转向系统、双翼式除草机构、五点式空间喷洒系统、气动和电力等辅助系统组成。机械平台在电力系统的驱动下实现自主行走，通过机械平台中央的垄台视频采集摄像头，获取垄台上的苗带视频信息，借助相应的图像处理和分析技术，识别苗带走向，优化导航参数，驱动转向机构，实现机械平台的自主式智能行走。机械平台中央与两侧的摄像系统，构成了一套可覆盖整个作业区段宽广视野的视觉系统，可实时、全面地获取秧苗、杂草、虫害的视频信息，通过视频分析与模式识别技术，并决策出应对方案，通过控制信号，驱动变量施肥系统、除草机构、喷洒系统进行相应动作，实现精准耕作。本发明所述的一种棚室智能耕作机器人，该机器人由机械平台、机器视觉系统、智能控制系统、行走与转向系统、双翼式除草机构、五点式空间喷洒系统、气动和电力等辅助系统组成；在机械平台(1)的前端由角控支架固定垄台视频采集摄像头0)，机械平台(1) 前端上部固定计算机和控制驱动系统(22)，机械平台(1)的前端底部两侧分别固定前轮(5)，机械平台(1)的前端底部固定驱动装置(3)，转向机构的一端固定在前轮(5) 上，一端与驱动装置C3)连接，机械平台(1)的前中部固定肥箱(6)，肥箱(6)两侧上部中央设置有入肥口(9)，肥箱(6)内部底端固定对向螺旋机构(8)，肥箱(6)底部连接排肥管 (7)，机械平台(1)中部两侧固定一对垄沟视频采集摄像头(10)，机械平台(1)的中部底端固定双翼式除草连杆(12)，双翼式除草连杆(12)的底端固定除草铲(11)，机械平台(1)的内部中后方固定气动系统(20)，机械平台(1)的中后部上方固定有药罐(19)，与气动系统 (20)的上方连接，气动系统00)连接输药管(21)，输药管的末端固定五点式空间喷洒装置(13)，机械平台(1)的内部后方固定气泵(17)，机械平台(1)的后端上部固定蓄电池(16)和储气罐(18)，机械平台(1)的后端下部两侧分别固定后轮(15)，后轮轴部内置驱动电机(14)。棚室智能耕作机器人是以机器视觉系统采集的田间视频信息为基础，将自主行走、视觉导航、变量施肥、定点除草、精准灭虫集于一体，形成一种智能机械耕作装备；对向螺旋机构(8)通过变速旋转实现将狭长肥箱(6)内的肥料向两侧排肥口运送，通过调节排肥轮的转速，最终实现变量施肥；对称双翼式除草铲(11)弯曲细长，配以精确的视觉定位，能够铲除垄台及垄沟内的杂草，同时尽量避免对秧苗的损害；应用的五点式空间喷洒装置(13)，其空间位置关系是，中央喷头的位置略高于四周喷头，中央喷头的中心线垂直于地面，四周喷头与中央喷头的中心线交于一点，使得五点式空间喷洒装置(13)能对有病虫害的秧苗进行各方位包裹式的定点除虫。
参见附1为本发明结构示意2 (a)是对向螺旋机构主视2 (b)是对向螺旋机构俯视3(a)是对向螺旋机构螺旋的俯视3 (b)是对向螺旋机构的左视4(a)是双翼式除草机构配装部件示意4(b)是双翼式除草机构的轴侧视4(c)是双翼式除草铲的主视5 (a)是五点式空间喷洒系统配装部件轴侧视5(b)是五点式空间喷洒系统配装部件主视1中，1、机械平台；2、垄台视频采集摄像头；3、驱动装置；4、转向机构；5、前轮； 6、肥箱；7、排肥管8、对向螺旋机构；9、入肥口 ；10、垄沟视频采集装置11、除草铲；12、双翼式除草连杆；13、五点式空间喷洒装置；14、驱动电机15、后轮；16、蓄电池；17、气泵；18、储气罐；19、药罐；20、气动系统；21、输药管；22、控制驱动系统；23、计算机。
具体实施例方式以下结合附图进一步描述并给出实施例本发明所述的一种棚室智能耕作机器人，该机器人是由机械平台、机器视觉系统、 智能控制系统、行走与转向系统、双翼式除草机构、五点式空间喷洒系统、气动和电力等辅助系统组成；在机械平台(1)的前端由角控支架固定垄台视频采集摄像头0)，机械平台 (1)前端上部固定计算机和控制驱动系统(22)，机械平台(1)的前端底部两侧分别固定前轮(5)，机械平台(1)的前端底部固定驱动装置(3)，转向机构的一端固定在前轮 (5)上，一端与驱动装置C3)连接，机械平台(1)的前中部固定肥箱(6)，肥箱(6)两侧上部中央设置有入肥口(9)，肥箱(6)内部底端固定对向螺旋机构(8)，肥箱(6)底部连接排肥管(7)，机械平台(1)中部两侧固定一对垄沟视频采集摄像头(10)，机械平台(1)的中部底端固定双翼式除草连杆(12)，双翼式除草连杆(12)的底端固定除草铲(11)，机械平台(1) 的内部中后方固定气动系统(20)，机械平台(1)的中后部上方固定有药罐(19)，与气动系统00)的上方连接，气动系统00)连接输药管(21)，输药管的末端固定五点式空间喷洒装置(13)，机械平台(1)的内部后方固定气泵(17)，机械平台(1)的后端上部固定蓄电池(16)和储气罐(18)，机械平台(1)的后端下部两侧分别固定后轮(15)，后轮轴部内置驱动电机(14)。 在使用前，将蓄电池充满电后接入机器人系统中，经入肥口(9)填装适量的肥料到肥箱中，并将药罐(19)内填充适量灭虫药剂。在耕作过程中，经由后轮(15)驱动，机器人系统于垄田实施自主行走，由位于平台中央的垄台视频采集摄像头(2)获取苗带视频数据，经过计算机进行相应的图像处理及模式识别，提取苗带的走向信息并生成相应导航参数，计算机将导航指令传输给控制驱动系统(22)，控制系统发射相应的脉冲指令驱动转向步进电机C3)定量旋转，进而驱动转向机构(4)调整前轮( 的转向，控制机器人沿苗带方向行走，完成自走式视觉导航作业；前轮(5)的后方是施肥装置，根据机器视觉系统所采集的田间秧苗的视频数据，由计算机对秧苗的生长状况进行综合分析与评估， 在控制驱动系统0 的驱动下，调整对向螺旋机构(8)的旋转速度，将狭长肥箱(6)内的肥料运送到肥箱两侧，通过调节排肥轮的转速配合螺旋排肥机构的送肥速度，最终实现变量施肥；将摄像头( 和摄像头(10)采集的视频数据同时传递给计算机0；3)，由计算机 (23)识别田间杂草并确定位置，控制驱动系统02)结合视频信息及平台前进速度，适时发射控制信号用以调节气动阀门，双翼式除草机构在气动系统OO)的变气动脉冲驱动下，带动除草铲(11)对垄台及垄沟内的杂草实施定点清除，除草铲(11)细长弯曲可有效避免对秧苗的伤害。借助摄像头(2)和摄像头(10)采集的视频数据，还可以获得田间虫害信息， 计算机03)将虫害分布及严重程度信息转化成控制信号传输给控制驱动系统(22)，控制系统以此为依据控制五点式空间喷洒系统(13)中各喷头的开合及喷洒量，对有病虫害的秧苗实施定点、定量式喷洒除虫，即可完成棚室内的变量施肥、定点除草、精确除虫作业。
权利要求
1.本发明所述的一种棚室智能耕作机器人，该机器人是由机械平台、机器视觉系统、智能控制系统、行走与转向系统、双翼式除草机构、五点式空间喷洒系统、气动和电力等辅助系统组成；在机械平台(1)的前端由角控支架固定垄台视频采集摄像头O)，机械平台(1) 前端上部固定计算机和控制驱动系统(22)，机械平台(1)的前端底部两侧分别固定前轮(5)，机械平台(1)的前端底部固定驱动装置(3)，转向机构的一端固定在前轮(5) 上，一端与驱动装置C3)连接，机械平台(1)的前中部固定肥箱(6)，肥箱(6)两侧上部中央设置有入肥口(9)，肥箱(6)内部底端固定对向螺旋机构(8)，肥箱(6)底部连接排肥管 (7)，机械平台(1)中部两侧固定一对垄沟视频采集摄像头(10)，机械平台(1)的中部底端固定双翼式除草连杆(12)，双翼式除草连杆(12)的底端固定除草铲(11)，机械平台(1)的内部中后方固定气动系统(20)，机械平台(1)的中后部上方固定有药罐(19)，与气动系统 (20)的上方连接，气动系统00)连接输药管(21)，输药管的末端固定五点式空间喷洒装置(13)，机械平台(1)的内部后方固定气泵(17)，机械平台(1)的后端上部固定蓄电池(16)和储气罐(18)，机械平台(1)的后端下部两侧分别固定后轮(15)，后轮轴部内置驱动电机(14)。
2.根据权利要求1所述的棚室智能耕作机器人，其特征在于，借助多套摄像系统获得田间综合视频信息，以机器视觉和自动控制技术为基础，将视觉导航、变量施肥、定点除草、 精准灭虫等诸多功能集于一体。
3.根据权利要求1所述的棚室智能耕作机器人，其特征在于，对向螺旋机构(8)的逆向送肥功能，在同一根旋转轴上安置两组旋向相反的螺旋推送器，旋转轴单向旋转过程中，可实现肥料在狭长肥箱(6)内逆向运送。
4.根据权利要求1所述的棚室智能耕作机器人，其特征在于，对称的双翼式除草铲 (11)，其弯曲细长式铲尖，能够对垄台及垄沟内的杂草实施定点清除，而且可以避免对秧苗的损害。
5.根据权利要求1所述的棚室智能耕作机器人，其特征在于，应用的五点式空间喷洒装置(13)，其空间位置关系是，中央喷头的位置略高于四周喷头，中央喷头的中心线垂直于地面，四周喷头与中央喷头的中心线交于一点，使得五点式空间喷洒装置(13)能对有病虫害的秧苗进行各方位包裹式的定点除虫。
全文摘要
本发明涉及一种应用于棚室内的自主式智能耕作机器人，该机器人由机械平台、机器视觉系统、智能控制系统、行走与转向系统、双翼式除草机构、五点式空间喷洒系统、气动和电力等辅助系统组成。该系统以轻质铝合金为框架材料，以电力为驱动能源；采用机器视觉技术跟踪田间苗带走向，实施自适应式智能导航；通过多套摄像装置实时获取田间图像数据，分析秧苗、杂草、虫害的视频信息，并整合成相应的控制信号，驱动变量施肥系统、除草机构、喷洒系统执行相应动作，实现自主式精准耕作。该系统有望节省人力物力，提高作业质量和效率，降低农产品污染，是未来棚室智能耕作机具的发展方向。
文档编号A01G27/00GK102239756SQ201110098898
公开日2011年11月16日 申请日期2011年4月20日 优先权日2011年4月20日
发明者周鸣川, 崔迪, 权龙哲, 艾青牧, 蒋恩臣, 赵艺 申请人:东北农业大学