一种用于农业收货的地下作物挖掘设备及其工作方法与流程

本发明涉及农业领域，特别涉及一种用于农业收货的地下作物挖掘设备及其工作方法。

背景技术：

农作物分为地上作物和地下作物两种，对地上作物来说，可进行人工或机械化收获，且机械化发展已较为成熟，能够大规模替代人工收获；而对地下作物来说，由于其生长于地下，无法直观得观察到其地下部分，机械化操作十分不便，具体在于难以准确地获取到地下部分的位置，容易导致挖掘效率低，且在挖掘的过程中，容易对作物造成损坏，目前地下作物的挖掘还是采用人工为主的收获方式，难以解放劳动力。

技术实现要素：

发明目的：为了克服背景技术中的缺点，本发明实施例提供了一种用于农业收货的地下作物挖掘设备及其工作方法，能够有效解决上述背景技术中涉及的问题。

技术方案：一种用于农业收货的地下作物挖掘设备，包括无人机、连接机构、挖掘机构以及控制机构，所述控制机构包括处理器、驱动装置、第一定位装置以及第一导航装置，所述处理器分别与所述驱动装置、所述第一定位装置以及所述第一导航装置连接，所述第一定位装置用于获取所述挖掘机构的第一位置信息并将所述第一位置信息发送给所述处理器，所述第一导航装置用于生成所述挖掘机构的移动路线并将所述移动路线发送给所述处理器，所述挖掘机构包括激光测距仪、摄像装置、机械铲以及储物箱，所述激光测距仪以及所述摄像装置分别与所述处理器连接，所述激光测距仪设置于所述挖掘机构的下方，用于检测其距离地表的高度值并将所述高度值发送给所述处理器，所述摄像装置用于获取所述挖掘机构周围环境并将拍摄影像发送给所述处理器，所述机械铲通过机械臂设置于所述挖掘机构的四周，所述机械铲与所述驱动装置连接，用于挖掘地下作物，所述储物箱用于存储挖掘出的作物，所述无人机通过所述连接机构与所述挖掘机构相连，所述连接机构与所述驱动装置连接，用于控制所述无人机与所述挖掘机构的连接关系，所述无人机包括第二定位装置以及第二导航装置，所述第二定位装置以及所述第二导航装置分别与所述处理器连接，所述第二定位装置用于获取所述无人机的第二位置信息并将所述第二位置信息发送给所述处理器，所述第二导航装置用于生成所述无人机的飞行路线并将所述飞行路线发送给所述处理器。

作为本发明的一种优选方式，所述挖掘机构还包括储水箱、输水导管以及洒水装置，所述输水导管连通所述储水箱与所述洒水装置，所述洒水装置与所述驱动装置连接，用于向作物洒水，所述储水箱包括设置于其上方的电控阀门，所述电控阀门与所述驱动装置连接，用于控制所述储水箱的通闭。

作为本发明的一种优选方式，所述无人机还包括备用水箱以及抽水装置，所述抽水装置内置于所述备用水箱，所述抽水装置与所述驱动装置连接，用于抽取或释放所述备用水箱内的水体，所述抽水装置的位置与所述电控阀门的位置对应。

作为本发明的一种优选方式，所述挖掘机构还包括履带式行走装置，所述行走装置设置于所述挖掘机构的下方，且与所述驱动装置连接，用于驱动所述挖掘机构运动。

作为本发明的一种优选方式，所述储物箱包括内筒，所述内筒独立于所述储物箱，用于存储垃圾，当作物生长环境中存在垃圾时，所述机械铲将所述垃圾转移至所述内筒。

作为本发明的一种优选方式，包括以下工作步骤：

a)设定预设区域以及预设作物，所述处理器将所述预设区域导入所述第二导航装置，所述第二导航装置生成所述无人机的第一飞行路线并将所述第一飞行路线发送给所述处理器；

b)所述处理器向所述无人机输出第一飞行信号，所述无人机按照所述第一飞行路线携带所述挖掘机构飞行；

c)所述摄像装置获取所述挖掘机构周围环境并将拍摄影像发送给所述处理器；

d)所述处理器判断所述拍摄影像中是否存在所述预设作物；

e)若是，所述处理器提取出所述预设作物的地上部分，并判断所述预设作物是否满足挖掘条件；

f)若是，所述处理器分析所述地上部分的生长状态并计算所述预设作物的地下部分的位置；

g)所述处理器控制所述无人机降落，所述激光测距仪检测其距离地表的高度值并将所述高度值发送给所述处理器；

h)所述处理器根据接收到的高度值计算所述机械铲的挖掘深度并向驱动装置输出挖掘信号，所述驱动装置驱动所述机械铲向下挖掘；

i)所述处理器判断接收到的拍摄影像是否存在所述地下部分；

j)若是，所述处理器向所述驱动装置输出转移信号，所述驱动装置驱动所述机械铲获取所述地下部分并将其转移至所述储物箱。

作为本发明的一种优选方式，所述摄像装置获取所述挖掘机构周围环境并将拍摄影像发送给所述处理器还包括：

所述处理器根据所述拍摄影像判断所述预设作物生长处的地表土壤是否需要灌溉；

若是，所述处理器向所述驱动装置输出洒水信号，所述驱动装置驱动所述洒水装置向地表土壤洒水。

作为本发明的一种优选方式，还包括：

当储水箱内储水量不足预设量时，所述处理器提取出所述无人机附近的干净水源并将其位置导入所述第二导航装置，所述第二导航装置生成所述无人机的第二飞行路线并将所述第二飞行路线发送给所述处理器；

所述处理器向所述驱动装置输出断开信号，所述驱动装置驱动所述连接机构断开连接关系；

所述处理器向所述无人机输出第二飞行信号，所述无人机按照所述第二飞行路线飞行；

所述处理器向所述驱动装置输出抽水信号，所述驱动装置驱动所述抽水装置进行抽水。

作为本发明的一种优选方式，还包括：

当所述无人机与所述挖掘机构分离后，所述第一导航装置生成所述挖掘机构的移动路线并将所述移动路线发送给所述处理器；

所述处理器向所述驱动装置输出行走信号，所述驱动装置驱动所述行走装置按照所述移动路线行走；

当所述无人机返回后，所述处理器向所述驱动装置输出连接信号，所述驱动装置驱动所述连接机构建立连接关系；

所述处理器向所述驱动装置输出开启信号，所述驱动装置驱动电控阀门开启；

所述处理器向所述驱动装置输出输水信号，所述驱动装置驱动所述抽水装置进行输水；

所述处理器控制所述无人机继续携带所述挖掘机构飞行。

作为本发明的一种优选方式，所述处理器根据接收到的高度值计算所述机械铲的挖掘深度还包括：

所述处理器根据所述地下部分的位置设定安全深度，所述安全深度小于所述挖掘深度；

所述处理器向所述驱动装置输出第一挖掘信号，所述驱动装置驱动所述机械铲以第一预设速度向下挖掘；

所述处理器判断所述机械铲的下挖深度是否大于或等于所述安全深度；

若是，所述处理器向所述驱动装置输出第二挖掘信号，所述驱动装置驱动所述机械铲以第二预设速度向下挖掘，所述第二预设速度小于所述第一预设速度。

本发明实现以下有益效果：

本发明提供的一种用于农业收货的地下作物挖掘设备能够提高地下作物的收率效率以及减小收获时的损坏率；通过无人机与挖掘机构的联合作业，提高了两者的通行效率，在寻找预设作物时，由无人机携带挖掘机构飞行，当寻找到预设作物时，无人机降落，由挖掘机构进行挖掘；处理器根据预设作物的生长状态预估预设作物地下部分的位置，并设定机械铲的挖掘深度，还从挖掘深度中提取出一安全深度，先控制机械铲以较大的第一预设速度向下挖掘所述安全深度，再控制机械铲以较小的第二预设速度再向下挖掘剩余深度，在接近地下部分时以较小的速度下挖，能够较小地下部分被损坏的几率；挖掘机构还可对预设作物生长环境进行灌溉，改善其生长环境；无人机与挖掘机构分离后，可自动前往水源处补充干净水体，并再次通过抽水装置将备用水箱内的水体过渡至挖掘机构的储水箱内；挖掘机构的下方设置为履带式行走装置，当其与无人机分离后，履带式行走装置可单独驱动挖掘机构运动，且能够较好地适应土地环境。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并于说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为本发明提供的一种用于农业收货的地下作物挖掘设备结构示意图；

图2为本发明提供的挖掘机构工作示意图；

图3为本发明提供的储水箱补水示意图；

图4为本发明提供的控制机构结构框图；

图5为本发明提供的一种用于农业收货的地下作物挖掘设备工作方法流程图；

图6为本发明提供的洒水装置工作方法流程图；

图7为本发明提供的抽水装置工作方法流程图；

图8为本发明提供的储水箱补水方法流程图；

图9为本发明提供的挖掘机构工作方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一

如图1、2、3、4所示，一种用于农业收货的地下作物挖掘设备，包括无人机1、连接机构2、挖掘机构3以及控制机构4，控制机构4包括处理器5、驱动装置6、第一定位装置7以及第一导航装置8，处理器5分别与驱动装置6、第一定位装置7以及第一导航装置8连接，第一定位装置7用于获取挖掘机构3的第一位置信息并将第一位置信息发送给处理器5，第一导航装置8用于生成挖掘机构3的移动路线并将移动路线发送给处理器5，挖掘机构3包括激光测距仪9、摄像装置10、机械铲11以及储物箱12，激光测距仪9以及摄像装置10分别与处理器5连接，激光测距仪9设置于挖掘机构3的下方，用于检测其距离地表的高度值并将高度值发送给处理器5，摄像装置10用于获取挖掘机构3周围环境并将拍摄影像发送给处理器5，机械铲11通过机械臂设置于挖掘机构3的四周，机械铲11与驱动装置6连接，用于挖掘地下作物，储物箱12用于存储挖掘出的作物，无人机1通过连接机构2与挖掘机构3相连，连接机构2与驱动装置6连接，用于控制无人机1与挖掘机构3的连接关系，无人机1包括第二定位装置13以及第二导航装置14，第二定位装置13以及第二导航装置14分别与处理器5连接，第二定位装置13用于获取无人机1的第二位置信息并将第二位置信息发送给处理器5，第二导航装置14用于生成无人机1的飞行路线并将飞行路线发送给处理器5。

挖掘机构3还包括储水箱15、输水导管16以及洒水装置17，输水导管16连通储水箱15与洒水装置17，洒水装置17与驱动装置6连接，用于向作物洒水，储水箱15包括设置于其上方的电控阀门18，电控阀门18与驱动装置6连接，用于控制储水箱15的通闭。

无人机1还包括备用水箱19以及抽水装置20，抽水装置20内置于备用水箱19，抽水装置20与驱动装置6连接，用于抽取或释放备用水箱19内的水体，抽水装置20的位置与电控阀门18的位置对应。

挖掘机构3还包括履带式行走装置21，行走装置21设置于挖掘机构3的下方，且与驱动装置6连接，用于驱动挖掘机构3运动。

储物箱15包括内筒22，内筒22独立于储物箱15，用于存储垃圾，当作物生长环境中存在垃圾时，机械铲11将垃圾转移至内筒22。

具体地，本发明提供的一种用于农业收货的地下作物挖掘设备包括无人机1、连接机构2、挖掘机构3以及控制机构4，控制机构4包括处理器5、驱动装置6、第一定位装置7以及第一导航装置8，挖掘机构3包括激光测距仪9、摄像装置10、机械铲11、储物箱12、储水箱15、输水导管16、洒水装置17以及行走装置21，储水箱15包括电控阀门18，储物箱12包括内筒22，无人机1包括第二定位装置13、第二导航装置14、备用水箱19以及抽水装置20。

其中，无人机1与挖掘机构3既可独立作业，又可联合作业，无人机1与挖掘机构3建立一一对应的关系，无人机1通过连接机构2实现与挖掘机构3的连接关系，连接机构2固定于挖掘机构3的上方，当在寻找预设作物的过程中，无人机1与挖掘机构3保持连接状态，无人机1携带挖掘机构3飞行，挖掘机构3处于待机状态，寻找到预设作物后，无人机1携带挖掘机构3降落至预设作物旁，并进入待机状态，挖掘机构3挖掘预设作物，因此，当两者处于连接状态时，一者处于工作状态，另一者处于待机状态，在不影响通行以及挖掘的情况下，能够最大程度地节省能源消耗。

挖掘机构3设置为一四周连通的金属支架，控制机构4设置于挖掘机构3的内部，储物箱12设置于挖掘机构3的下方，机械臂以及机械铲11设置于挖掘机构3的外部，至少包括四组机械铲11，机械臂以及机械铲11在待机状态时，均收纳于封闭的收纳盒中，储物箱12的四周设置有电动室门，电动室门与驱动装置6连接，用于控制储物箱12的通闭，电动室门与机械铲11建立一一对应的关系，机械铲11挖出预设作物后，开启与该机械铲11对应的电动室门，机械铲11再将预设作物从已开启的电动室门内放入储物箱12，机械铲11从储物箱12内取出后，关闭上述电动室门。储物箱12的上方设置有储水箱15、输水导管16以及洒水装置17，在挖掘地下作物时，还可改善其生长环境，储物箱12的顶部设置有圆形电控阀门18，在电控阀门18的竖直上方的挖掘机构3的顶板上设置有与电控阀门18相同大小的通孔，无人机1的底部设置有备用水箱19以及抽水装置20，备用水箱19的储水量小于或等于储水箱15的储水量，抽水装置20的导管包括伸缩装置，伸缩装置与驱动装置6连接，上述导管具有伸缩性，可随伸缩装置一同伸长或缩短，在为储水箱15补充水体时，开启电动阀门，伸长伸缩装置，导管通过已开启的电动阀门伸入储水箱15，抽水装置20输出备用水箱19内的水体。挖掘机构3的下方设置有履带式行走装置21，履带式行走装置21能够适应凹凸不同、松软不一致的泥地，在无人机1与挖掘机构3分离后，挖掘机构3由上述行走装置21驱动运动。

储物箱12包括一独立的内筒22，该内筒22可与储物箱12分离，当无人机1以及挖掘机构3飞至预设区域时，处理器5根据接收到的拍摄影像判断是否存在杂物，若是，处理器5向驱动装置6输出拾取信号，驱动装置6驱动机械铲11将上述杂物转移至内筒22，当内筒22集满时，处理器5提取出附近最近的垃圾桶位置，并将垃圾桶位置导入第二导航装置14，第二导航装置14生成无人机1的第三飞行路线并将其发送给处理器5，处理器5向无人机1输出第三飞行信号，无人机1按照第三飞行路线携带内筒22至垃圾桶位置出卸料，卸料完毕后，原路返回。

实施例二

如图5所示，一种用于农业收货的地下作物挖掘设备的工作方法，包括以下工作步骤：

a)设定预设区域以及预设作物，处理器5将预设区域导入第二导航装置14，第二导航装置14生成无人机1的第一飞行路线并将第一飞行路线发送给处理器5；

b)处理器5向无人机1输出第一飞行信号，无人机1按照第一飞行路线携带挖掘机构3飞行；

c)摄像装置10获取挖掘机构3周围环境并将拍摄影像发送给处理器5；

d)处理器5判断拍摄影像中是否存在预设作物；

e)若是，处理器5提取出预设作物的地上部分，并判断预设作物是否满足挖掘条件；

f)若是，处理器5分析地上部分的生长状态并计算预设作物的地下部分的位置；

g)处理器5控制无人机1降落，激光测距仪9检测其距离地表的高度值并将高度值发送给处理器5；

h)处理器5根据接收到的高度值计算机械铲11的挖掘深度并向驱动装置6输出挖掘信号，驱动装置6驱动机械铲11向下挖掘；

i)处理器5判断接收到的拍摄影像是否存在地下部分；

j)若是，处理器5向驱动装置6输出转移信号，驱动装置6驱动机械铲11获取地下部分并将其转移至储物箱12。

如图6所示，摄像装置10获取挖掘机构3周围环境并将拍摄影像发送给处理器5还包括：

处理器5根据拍摄影像判断预设作物生长处的地表土壤是否需要灌溉；

若是，处理器5向驱动装置6输出洒水信号，驱动装置6驱动洒水装置17向地表土壤洒水。

如图7所示，当储水箱15内储水量不足预设量时，处理器5提取出无人机1附近的干净水源并将其位置导入第二导航装置14，第二导航装置14生成无人机1的第二飞行路线并将第二飞行路线发送给处理器5；

处理器5向驱动装置6输出断开信号，驱动装置6驱动连接机构2断开连接关系；

处理器5向无人机1输出第二飞行信号，无人机1按照第二飞行路线飞行；

处理器5向驱动装置6输出抽水信号，驱动装置6驱动抽水装置20进行抽水。

如图8所示，当无人机1与挖掘机构3分离后，第一导航装置8生成挖掘机构3的移动路线并将移动路线发送给处理器5；

处理器5向驱动装置6输出行走信号，驱动装置6驱动行走装置21按照移动路线行走；

当无人机1返回后，处理器5向驱动装置6输出连接信号，驱动装置6驱动连接机构2建立连接关系；

处理器5向驱动装置6输出开启信号，驱动装置6驱动电控阀门18开启；

处理器5向驱动装置6输出输水信号，驱动装置6驱动抽水装置20进行输水；

处理器5控制无人机1继续携带挖掘机构3飞行。

具体地，本发明提供自动化挖掘方法，当某区域内作物成熟待挖掘时，工作人员在处理器5中设定预设区域以及预设作物，预设作物即待挖掘的作物，预设区域即上述作物生长的区域，在初始状态下，无人机1与挖掘机构3保持连接状态，第二定位装置13获取无人机1的第二位置信息并将其发送给处理器5，处理器5将第二位置信息以及预设区域导入第二导航装置14，第二导航装置14第二位置信息至预设区域以及预设区域内的第一飞行路线并将其发送给处理器5，处理器5控制无人机1按照第一飞行路线携带挖掘机构3飞行，当两者抵达预设区域后，摄像装置10获取预设区域内的环境并将拍摄影像发送给处理器5，处理器5在从中提取出预设作物，由于本发明针对生长在地下的作物，因此，预设作物分为地上部分以及地下部分，地下部分主要为挖掘的部分，处理器5根据预设作物地上部分来分析作物的生长状态，当其满足挖掘条件时，处理器5进一步计算地下部分在地下的位置，不同种类的作物在地下的位置均不同，且同种作物根据其生长状态以及生长环境的不同在地下的位置也不同，处理器5控制无人机1降落至预设作物旁，无人机1进入待机状态，激光测距仪9检测其至地面的高度值并将其发送给处理器5，机械铲11的初始高度与激光测距仪9的高度近似相同，因此，上述高度值加上地下部分的深度即机械铲11的挖掘深度，处理器5控制机械铲11向下挖掘，在机械铲11挖掘的过程中，处理器5根据接收到的拍摄影像判断是否出现地下部分，若是，则终止机械铲11挖掘，若在下挖达到上述挖掘深度仍未出现地下部分，则控制机械铲11继续向下挖掘，将挖掘出来的地下部分转移至储物箱12。

除了挖掘地下作物外，本发明还可提供自动防护措施，在进入预设区域后，若土壤含水量过低时，启动洒水装置17，储水箱15内预存有干净水体。设定一预设量，预设量为储水箱15储水量的四分之一，当储水量不足预设量时，连接机构2断开连接关系，第二定位装置13更新无人机1的第二位置信息并将其发送给处理器5，处理器5从地图中提取出水源位置，处理器5将第二位置信息以及水源位置导入第二导航装置14，第二导航装置14生成第二位置信息至水源位置的第二飞行路线并将其发送给处理器5，处理器5控制无人机1按照第二飞行路线飞行至水源位置，处理器5向驱动装置6输出抽水信号，驱动装置6驱动抽水装置20进行抽水，在无人机1与挖掘机构3分离后，挖掘机构3进行单独作业，处理器5获取无人机1的第一飞行路线并将其更改为挖掘机构3的行走路线，并控制行走装置21按照行走路线完成作业情况，第一定位装置7用于向无人机1提供挖掘机构3的当前位置，当备用水箱19内集满后，无人机1飞回挖掘机构3所在位置，并重新与挖掘机构3建立连接关系，抽水装置20既可抽水也可输水，抽水装置20的位置与储水箱15的电控阀门18的位置上下对应，启动抽水装置20，抽水装置20将备用水箱19内的水体过渡至储水箱15内。

实施例三

如图9所示，处理器5根据接收到的高度值计算机械铲11的挖掘深度还包括：

处理器5根据地下部分的位置设定安全深度，安全深度小于挖掘深度；

处理器5向驱动装置6输出第一挖掘信号，驱动装置6驱动机械铲11以第一预设速度向下挖掘；

处理器5判断机械铲11的下挖深度是否大于或等于安全深度；

若是，处理器5向驱动装置6输出第二挖掘信号，驱动装置6驱动机械铲11以第二预设速度向下挖掘，第二预设速度小于第一预设速度。

具体地，预设作物的地下部分的位置仅为处理器5预估结果，并非地下部分的实际位置，若是机械铲11按照处理器5计算的挖掘深度盲目下挖，可能会对地下部分造成损坏，因此，本发明对机械铲11的挖掘步骤进行优化，以减少地下作物受损的机会，其中，将机械铲11的挖掘步骤细分为两步，第一步，处理器5从挖掘深度中提取出一安全深度，安全深度用于保证地下部分不被损坏，在本实施例中，安全深度设定为挖掘深度的60%，例如，挖掘深度为0.2米，则安全深度为0.12米，处理器5控制机械铲11以第一预设速度向下挖掘0.12米，第二步，处理器5控制机械铲11以第二预设速度再向下挖掘0.08米，其中，第二预设速度小于第一预设速度，在挖掘过程中，无论是第一步或第二步，一旦发现地下部分，则停止挖掘，若是在下挖0.2米后仍未出现地下部分，则控制机械铲11以第二预设速度继续下挖。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作出的等同变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。