一种单枪授粉机器人的制作方法

本发明涉及一种单枪授粉机器人，属于农业植保技术领域。

背景技术：

在当今社会生产机械化、自动化高速发展的背景下，一大批具有高技术水准的农业机具也被大规模的推广和应用，这从而也推进了农业生产走向智能化和精准化的步伐。蔬菜植株授粉作为蔬菜种植中一个季节性强、劳动强度较大、作业要求高的重要环节，目前该环节的机械化、智能化机具应用推广率基本为零，大多数采用人工和蜜蜂授粉，授粉效率低下。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够解放当前劳动力、提高生产效率、降低生产成本、保证蔬菜产量的意义巨大的单枪授粉机器人。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种单枪授粉机器人，用于针对待授粉植株，实现自动化侦测、喷药操作；包括控制模块、待喷粉植株图像定位模块、驱动装置载体、升降杆、转动驱动装置、气泵、喷气软管、云台式图像捕获装置、横杆、供粉装置、套管、喷粉硬管、机械臂和喷粉软管；

其中，驱动装置载体与控制模块相连接，驱动装置载体在控制模块的控制下、实现多方向移动；驱动装置载体的载物平台内置腔体，驱动装置载体的载物平台表面设置贯穿其内、外空间的通孔，该通孔的内径与升降杆的外径相适应，控制模块与转动驱动装置相连接，转动驱动装置固定设置于驱动装置载体载物平台内部腔体、对应其上表面通孔的位置，升降杆的底端由驱动装置载体载物平台的上表面上方、竖直向下插入其上表面通孔，并对接转动驱动装置，升降杆在其所对接转动驱动装置的驱动下、以其中心轴为轴进行转动，以及升降杆与控制模块相连接，并且升降杆在控制模块的控制下实现升降；

控制模块分别与待喷粉植株图像定位模块、气泵、云台式图像捕获装置、供粉装置、机械臂相连接，控制模块和待喷粉植株图像定位模块固定设置于驱动装置载体载物平台内部腔体中；云台式图像捕获装置固定设置于升降杆的顶端，用于获取影像信号，并上传至控制模块中；

升降杆的侧面上、沿其截面直径方向设置贯穿其两侧的通孔，且该通孔的口径与套管的口径相适宜；套管为直线形管路，套管的其中一端固定对接于升降杆侧面通孔上的其中一端口上，套管呈水平姿态，基于转动驱动装置对升降杆转动控制，使得套管上另一端指向与驱动装置载体正向行进方向同向，在竖直向下投影方向上，套管上另一端的投影落在驱动装置载体投影区域之外；气泵固定设置于驱动装置载体载物平台内部腔体中，喷气软管的其中一端对接气泵的输出端，喷气软管的另一端固定对接于升降杆侧面通孔上的另一端口上；喷粉硬管为直线形管路，喷粉硬管的口径与套管的口径相适应，喷粉硬管的其中一端固定对接于套管上背向升降杆的一端，喷粉硬管所在直线与套管所在直线相共线，喷粉硬管的另一端封闭，且该端部固定对接机械臂的基座，喷粉软管的其中一端对接喷粉硬管的侧壁、并连通喷粉硬管的内部空间，喷粉软管的另一端固定设置于机械臂的前端，且喷粉软管另一端的指向与机械臂前端的指向同向，以及喷粉软管的管身沿机械臂结构进行布设；

横杆为直线形杆体，横杆的其中一端固定对接于升降杆的侧面，横杆呈水平姿态，横杆所在直线与套管所在直线相共面，且该共面呈竖直姿态，基于竖直向下投影方向，横杆另一端的投影落在套管的投影内；供粉装置设置于横杆另一端，供粉装置的底部输出端竖直向下对接其所面向喷粉硬管的侧壁，并连通喷粉硬管内部空间，供粉装置在控制模块的控制下、向喷粉硬管输送粉料。

作为本发明的一种优选技术方案：所述供粉装置包括漏斗盛粉器、导粉管、粉盖和电控伸缩杆；其中，漏斗盛粉器竖直设置于所述横杆上背向升降杆的一端，漏斗盛粉器的大口径端竖直向上，小口径端竖直向下，导粉管的口径与漏斗盛粉器小口径端的口径相适应，导粉管的其中一端对接漏斗盛粉器的小口径端，导粉管呈竖直姿态，导粉管的另一端竖直向下对接其所面向所述喷粉硬管的侧壁，并连通喷粉硬管内部空间；粉盖盖设面的内径与漏斗盛粉器大口径端的口径相适应，粉盖可分离式盖设于漏斗盛粉器的大口径端上；电控伸缩杆上伸缩杆的外径与导粉管的内径相适应，电控伸缩杆的电机与所述控制模块相连接，电控伸缩杆的电机固定设置于粉盖的盖设面上，电控伸缩杆上伸缩杆所在直线与粉盖盖设面相垂直、且过粉盖盖设面中心位置，以及电控伸缩杆上伸缩杆端部背向粉盖的盖设面，基于粉盖盖设于漏斗盛粉器的大口径端上，电控伸缩杆在控制模块的控制下、其伸缩杆端部由漏斗盛粉器小口径端进出导粉管。

作为本发明的一种优选技术方案：还包括设置于所述横杆上表面的电控推伸装置，电控推伸装置包括齿板、电控推杆装置、推板、挂杆和至少一个齿轮支撑装置；齿板表面的形状、尺寸与横杆上表面的形状、尺寸相等，齿板以其与横杆上表面彼此相对应、固定设置于横杆上表面；电控推杆装置的电机与所述控制模块相连接，电控推杆装置的电机与控制模块相连接，电控推杆装置的电机固定设置于齿板上表面、对接所述升降杆的一端，且电控推杆装置的推杆所在直线与横杆所在直线相平行；齿板上表面非电控推杆装置电机设置区域的两侧边上、分别设置齿槽轨，且两道齿槽轨规格彼此相同；推板的长度小于齿板上表面非电控推杆装置电机设置区域的长度，且推板的宽度不大于齿板上两齿槽轨之间的间距；推板的其中一端与电控推杆装置的推杆移动端相固定连接，推板与齿板表面相平行，推板两端中心连线所在直线与电控推杆装置推杆所在直线相平行；各齿轮支撑装置分别均包括转动轴和两个齿轮，推板上分别设置各个水平贯穿其两侧边的通孔，通孔的数量与齿轮支撑装置的数量相等，且通孔的内径大于齿轮支撑装置中转动轴的外径，以及各通孔两端中心连线均与电控推杆装置推杆所在直线相垂直，各齿轮支撑装置分别与推板上各通孔的数量一一对应，各齿轮支撑装置中的转动轴分别穿过推板上的对应通孔，且各转动轴的两端分别位于对应通孔的两侧，各齿轮支撑装置中的两个齿轮分别对接于对应转动轴的两端；各齿轮支撑装置中的两个齿轮分别与齿板上相应位置的齿槽轨相咬合；挂杆的其中一端竖直固定于推板的上表面，挂杆的另一端固定对接所述粉盖。

作为本发明的一种优选技术方案：还包括设置于所述驱动装置载体载物平台上表面的定位装置，定位装置与所述控制模块相连接。

作为本发明的一种优选技术方案：所述定位装置为gps定位装置。

作为本发明的一种优选技术方案：还包括设置于所述驱动装置载体载物平台上表面的蜂鸣器，蜂鸣器与所述控制模块相连接。

作为本发明的一种优选技术方案：所述机械臂为两自由度机械臂。

作为本发明的一种优选技术方案：所述驱动装置载体为橡胶履带底盘总成。

本发明所述一种单枪授粉机器人采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

(1)本发明所设计一种单枪授粉机器人，以云台式图像捕获装置所获影像作为依据，由控制模块针对驱动装置载体进行行进控制，以及通过所获影像确定待喷洒植株的位置，再通过机械臂实现喷粉软管端部针对待喷洒植株的指向，并通过所设计气泵，结合供粉装置的供粉动作，实现向待喷洒植株的喷粉操作，有效提高植株喷洒效率；

(2)本发明所设计一种单枪授粉机器人中，针对供粉装置，具体设计漏斗盛粉器、导粉管、粉盖和电控伸缩杆的组合结构，通过电控伸缩杆上伸缩杆沿漏斗盛粉器小口径端的移动，针对漏斗盛粉器中所盛粉料，实现向喷粉硬管的输送，再配合气泵的气体输送管路，实现喷粉软管的喷粉操作，实现了自动送粉操作，提高送粉效率；

(3)本发明所设计一种单枪授粉机器人中，设计引入电控推伸装置，能够针对漏斗盛粉器大口径端的粉盖，实现自动化的盖设与分离操作，实现了全自动化操作；不仅如此，还引入蜂鸣器设计，能够确保在大面积的果园中快速、准确的找到机器人；不仅如此，通讯装置的安装增强了所述环抱式智能喷药机器人的人工可干预性能。

附图说明

图1是本发明所设计一种单枪授粉机器人整体结构示意图；

图2是本发明设计中升降杆、喷气软管、横杆、套管组合结构示意图；

图3是本发明设计中套管、喷粉硬管、机械臂、喷粉软管组合结构示意图；

图4是本发明设计中供粉装置的结构示意图；

图5是本发明设计中电控推伸装置的结构示意图。

其中，1.驱动装置载体，2.升降杆，3.气泵，4.喷气软管，5.云台式图像捕获装置，6.横杆，7.套管，8.喷粉硬管，9.机械臂，10.喷粉软管，11.漏斗盛粉器，12.导粉管，13.粉盖，14.电控伸缩杆，15.齿板，16.电控推杆装置，17.推板，18.齿轮支撑装置，19.挂杆，20.蜂鸣器，21.定位装置。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本发明设计了一种单枪授粉机器人，用于针对待授粉植株，实现自动化侦测、喷药操作；实际应用当中，如图1所示，包括控制模块、待喷粉植株图像定位模块、驱动装置载体1、升降杆2、转动驱动装置、气泵3、喷气软管4、云台式图像捕获装置5、横杆6、供粉装置、套管7、喷粉硬管8、机械臂9、喷粉软管10、电控推伸装置、定位装置21和蜂鸣器20。

其中，驱动装置载体1与控制模块相连接，驱动装置载体1在控制模块的控制下、实现多方向移动，实际应用中，驱动装置载体1为橡胶履带底盘总成；驱动装置载体1的载物平台内置腔体，驱动装置载体1的载物平台表面设置贯穿其内、外空间的通孔，该通孔的内径与升降杆2的外径相适应，控制模块与转动驱动装置相连接，转动驱动装置固定设置于驱动装置载体1载物平台内部腔体、对应其上表面通孔的位置，升降杆2的底端由驱动装置载体1载物平台的上表面上方、竖直向下插入其上表面通孔，并对接转动驱动装置，升降杆2在其所对接转动驱动装置的驱动下、以其中心轴为轴进行转动，以及升降杆2与控制模块相连接，并且升降杆2在控制模块的控制下实现升降。

控制模块分别与待喷粉植株图像定位模块、气泵3、云台式图像捕获装置5、供粉装置、机械臂9、定位装置21、蜂鸣器20相连接，控制模块和待喷粉植株图像定位模块固定设置于驱动装置载体1载物平台内部腔体中；定位装置21和蜂鸣器20设置于驱动装置载体1载物平台上表面；云台式图像捕获装置5固定设置于升降杆2的顶端，用于获取影像信号，并上传至控制模块中。实际应用中，定位装置21具体应用gps定位装置。

如图2所示，升降杆2的侧面上、沿其截面直径方向设置贯穿其两侧的通孔，且该通孔的口径与套管7的口径相适宜；套管7为直线形管路，套管7的其中一端固定对接于升降杆2侧面通孔上的其中一端口上，套管7呈水平姿态，基于转动驱动装置对升降杆2转动控制，使得套管7上另一端指向与驱动装置载体1正向行进方向同向，在竖直向下投影方向上，套管7上另一端的投影落在驱动装置载体1投影区域之外；气泵3固定设置于驱动装置载体1载物平台内部腔体中，喷气软管4的其中一端对接气泵3的输出端，喷气软管4的另一端固定对接于升降杆2侧面通孔上的另一端口上；喷粉硬管8为直线形管路，喷粉硬管8的口径与套管7的口径相适应，喷粉硬管8的其中一端固定对接于套管7上背向升降杆2的一端，喷粉硬管8所在直线与套管7所在直线相共线，如图3所示，喷粉硬管8的另一端封闭，且该端部固定对接机械臂9的基座，喷粉软管10的其中一端对接喷粉硬管8的侧壁、并连通喷粉硬管8的内部空间，喷粉软管10的另一端固定设置于机械臂9的前端，且喷粉软管10另一端的指向与机械臂9前端的指向同向，以及喷粉软管10的管身沿机械臂9结构进行布设，实际应用中，机械臂9为两自由度机械臂。

横杆6为直线形杆体，横杆6的其中一端固定对接于升降杆2的侧面，横杆6呈水平姿态，横杆6所在直线与套管7所在直线相共面，且该共面呈竖直姿态，基于竖直向下投影方向，横杆6另一端的投影落在套管7的投影内；供粉装置设置于横杆6另一端，供粉装置的底部输出端竖直向下对接其所面向喷粉硬管8的侧壁，并连通喷粉硬管8内部空间，供粉装置在控制模块的控制下、向喷粉硬管8输送粉料。

实际应用中，如图4所示，供粉装置包括漏斗盛粉器11、导粉管12、粉盖13和电控伸缩杆14；其中，漏斗盛粉器11竖直设置于所述横杆6上背向升降杆2的一端，漏斗盛粉器11的大口径端竖直向上，小口径端竖直向下，导粉管12的口径与漏斗盛粉器11小口径端的口径相适应，导粉管12的其中一端对接漏斗盛粉器11的小口径端，导粉管12呈竖直姿态，导粉管12的另一端竖直向下对接其所面向所述喷粉硬管8的侧壁，并连通喷粉硬管8内部空间；粉盖13盖设面的内径与漏斗盛粉器11大口径端的口径相适应，粉盖13可分离式盖设于漏斗盛粉器11的大口径端上；电控伸缩杆14上伸缩杆的外径与导粉管12的内径相适应，电控伸缩杆14的电机与所述控制模块相连接，电控伸缩杆14的电机固定设置于粉盖13的盖设面上，电控伸缩杆14上伸缩杆所在直线与粉盖13盖设面相垂直、且过粉盖13盖设面中心位置，以及电控伸缩杆14上伸缩杆端部背向粉盖13的盖设面，基于粉盖13盖设于漏斗盛粉器11的大口径端上，电控伸缩杆14在控制模块的控制下、其伸缩杆端部由漏斗盛粉器11小口径端进出导粉管12。

电控推伸装置设置于所述横杆6的上表面，具体设计应用中，如图5所示，电控推伸装置包括齿板15、电控推杆装置16、推板17、挂杆19和至少一个齿轮支撑装置18；齿板15表面的形状、尺寸与横杆6上表面的形状、尺寸相等，齿板15以其与横杆6上表面彼此相对应、固定设置于横杆6上表面；电控推杆装置16的电机与所述控制模块相连接，电控推杆装置16的电机与控制模块相连接，电控推杆装置16的电机固定设置于齿板15上表面、对接所述升降杆2的一端，且电控推杆装置16的推杆所在直线与横杆6所在直线相平行；齿板15上表面非电控推杆装置16电机设置区域的两侧边上、分别设置齿槽轨，且两道齿槽轨规格彼此相同；推板17的长度小于齿板15上表面非电控推杆装置16电机设置区域的长度，且推板17的宽度不大于齿板15上两齿槽轨之间的间距；推板17的其中一端与电控推杆装置16的推杆移动端相固定连接，推板17与齿板15表面相平行，推板17两端中心连线所在直线与电控推杆装置16推杆所在直线相平行；各齿轮支撑装置18分别均包括转动轴和两个齿轮，推板17上分别设置各个水平贯穿其两侧边的通孔，通孔的数量与齿轮支撑装置18的数量相等，且通孔的内径大于齿轮支撑装置18中转动轴的外径，以及各通孔两端中心连线均与电控推杆装置16推杆所在直线相垂直，各齿轮支撑装置18分别与推板17上各通孔的数量一一对应，各齿轮支撑装置18中的转动轴分别穿过推板17上的对应通孔，且各转动轴的两端分别位于对应通孔的两侧，各齿轮支撑装置18中的两个齿轮分别对接于对应转动轴的两端；各齿轮支撑装置18中的两个齿轮分别与齿板15上相应位置的齿槽轨相咬合；挂杆19的其中一端竖直固定于推板17的上表面，挂杆19的另一端固定对接所述粉盖13。

将本发明所设计一种单枪授粉机器人应用于实际当中，漏斗盛粉器11中装载粉料，并由控制模块控制电控推杆装置工作，针对推板17进行推动，使得粉盖13的盖设面盖设于漏斗盛粉器11的大口径端；实际应用中，设置于升降杆2顶部的云台式图像捕获装置5，在控制模块的指令控制下，基于云台实现转向，实时捕获其所指方向的影像，并实时上传至控制模块当中，由控制模块根据实时所获的影像，控制驱动装置载体1的行进；同时，控制模块将实时所获来自云台式图像捕获装置5的影像发送至待喷粉植株图像定位模块，由待喷粉植株图像定位模块针对影像进行分析，获得待喷粉植株的位置，当控制模块通过待喷粉植株图像定位模块获得待喷粉植株位置时，控制模块首先驱动装置载体1前往待喷粉植株位置，然后根据待喷粉植株的高度，控制模块控制升降杆2的升降，使得机械臂9上喷粉软管10背向喷粉硬管8的端部到达待喷粉植株的高度，同时根据待喷粉植株的高度，控制模块控制转动驱动装置工作，驱动升降杆2转动，即控制机械臂9上喷粉软管10背向喷粉硬管8的端部指向待喷粉植株，同时进一步由控制模块针对机械臂9进行各自由度控制，精确控制机械臂9前端上喷粉软管10的端口指向待喷粉植株。

接下来，控制模块控制电控伸缩杆14工作，控制电控伸缩杆14上伸缩杆伸长，使得电控伸缩杆14上伸缩杆端部由漏斗盛粉器11的小口径端穿入导粉管12中，即将漏斗盛粉器11中的粉料送入喷粉硬管8当中，同时，控制模块控制气泵3工作，由气泵3输出端依次经喷气软管4、套管7、喷粉硬管8，将落入喷粉硬管8当中的粉料由喷粉软管10喷出，实现对待喷粉植株的喷粉操作。

与此同时，当漏斗盛粉器11中粉料不足时，控制模块对电控推杆装置进行工作，针对推板17进行控制，使得粉盖13由漏斗盛粉器11的大口径端移出，即敞开漏斗盛粉器11的大口径端，即可添加粉料。

上述技术方案所设计的单枪授粉机器人，以云台式图像捕获装置5所获影像作为依据，由控制模块针对驱动装置载体1进行行进控制，以及通过所获影像确定待喷洒植株的位置，再通过机械臂9实现喷粉软管10端部针对待喷洒植株的指向，并通过所设计气泵3，结合供粉装置的供粉动作，实现向待喷洒植株的喷粉操作，有效提高植株喷洒效率。

不仅如此，针对供粉装置，具体设计漏斗盛粉器11、导粉管12、粉盖13和电控伸缩杆14的组合结构，通过电控伸缩杆14上伸缩杆沿漏斗盛粉器11小口径端的移动，针对漏斗盛粉器11中所盛粉料，实现向喷粉硬管8的输送，再配合气泵3的气体输送管路，实现喷粉软管10的喷粉操作，实现了自动送粉操作，提高送粉效率；而且，设计引入电控推伸装置，能够针对漏斗盛粉器11大口径端的粉盖13，实现自动化的盖设与分离操作，实现了全自动化操作；不仅如此，还引入蜂鸣器20设计，能够确保在大面积的果园中快速、准确的找到机器人；不仅如此，通讯装置的安装增强了所述环抱式智能喷药机器人的人工可干预性能。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。