可调地隙高度和前后、左右倾角的跨陇移动农业机器人的制作方法

本发明涉及农业机器人技术领域，特别涉及一种可调地隙高度和前后、左右倾角的跨陇移动农业机器人。

背景技术：

随着我国的经济快速发展、城镇化快速推进，农业劳动力将逐渐向其他产业转移，农业劳动力资源不足的问题将逐渐暴露出来。农业和园艺作业的自动化和机器人化能提高劳动生产率和产品质量，具有很大的发展潜力。机械化和自动化将是野外农业生产发展的趋势和方向。

地隙(机器行走地面与机架之间的间隙)高度可调的农业机械应用非常广泛，特别是在园艺和果蔬生成中，需要对不同高度和长势的农作物进行生产作业的场合。然而目前的农业机械的地隙高度、和地隙角度可调性差。现有的农业机器人不具备地隙高度和倾角的智能自动调整能力。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷和不足，提供了一种可调地隙高度和前后、左右倾角的跨陇移动农业机器人，该农业机器人的地隙高度和角度可智能调节。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：

可调地隙高度和前后、左右倾角的跨陇移动农业机器人，包括机架、四根立柱、四个行走轮、液压缸泵集成模块以及执行器，四根立柱均与机架连接，四根立柱的底部分别连接四个行走轮，执行器放置于机架上；立柱包括外导向管和内导向管，外导向管套在内导向管外，外导向管与机架连接，内导向管通过内导向管支撑板与行走轮连接；液压缸泵集成模块的底部与内导向管支撑板连接，液压缸泵集成模块的活塞杆顶部与外导向管或机架连接；执行器控制活塞杆伸长或缩短。

农业机器人还包括转向装置，转向装置包括转向轴和转向电机，转向轴设置于内导向管内并通过转向轴支撑板与行走轮连接，转向轴由转向电机驱动转动。在转向轴支撑板的前端安装有距离传感器。转向电机安装于机架上，转向电机连接减速器，减速器的输出端通过滑键驱动转向轴转动。转向轴支撑板通过推力球轴承或圆锥滚子轴承与内导向管连接。

农业机器人还包括图像采集装置，图像采集装置安装于机架上。图像采集装置通过安装臂安装于机架上，图像采集装置包括安装于垂直安装臂上的水平图像采集器和/或安装于水平安装臂上的垂直图像采集器。

机架包括两根纵梁和三根横梁，三根横梁平行设置于两根纵梁之间。

外导向管和内导向管之间安装有滑动轴承。

行走轮由行走轮驱动电机驱动。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明采用液压缸泵集成模块调节四根可伸缩立柱，从而调整农业机器人机架与地面的高度。通过调节前后立柱的长短可以调整机器人机架的前后角度，通过调节左右立柱的长短可以调整机器人机架的左右角度。本发明农业机器人结构紧凑，可以同时调整机器人机架与地面之间的地隙高度、前后角度以及左右角度。

2、本发明通过转向装置调整农业机器人的行走方向，并与图像采集器结合，实时调整农业机器人的行走路径，准确控制农业机器人的行走精度。

3、本发明通过设置两个方向的图像采集装置，既能检测机器人相对于农作物垄间行走路径以及与农作物生长边界的相对位置，又能检测机器人的运动路径和农作物的高度，从而提高农业机器人的控制精度。

附图说明

图1是本发明实施例中农业机器人结构示意图；

图2是本发明实施例中立柱及行走轮的结构示意图；

图3是图2的局部剖视图。

其中：1、2为纵梁，3、4、5为横梁，6、7、8、9为立柱，10、11、12、13为转向装置，14为行走轮，15为垂直安装臂，16为水平安装臂，17为水平图像采集器，18为垂直图像采集器，19为液压缸泵集成模块，191为活塞杆，20为u型安装支架，21为t型安装支架，22为距离传感器，61为外导向管，62为内导向管，63为内导向管支撑板，101为转向轴，102为转向轴支撑板，103为轴承。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

一种可调地隙高度和前后、左右倾角的跨陇移动农业机器人包括机架、四根立柱、四个行走轮、液压缸泵集成模块以及执行器。四根立柱均与机架连接，四根立柱的底部分别连接四个行走轮。

机架由两根纵梁和三根横梁组成，三根横梁平行设置于两根纵梁之间。

每根立柱包括外导向管和内导向管，外导向管套在内导向管外。外导向管和内导向管为钢管。外导向管与机架连接，内导向管通过内导向管支撑板与行走轮连接。外导向管与内导向管之间可以安装滑动轴承，以降低外导向管与内导向管之间的滑动摩擦系数。

每根立柱上都安装有液压缸泵集成模块，液压缸泵集成模块的底部通过一个u型安装支架与内导向管支撑板连接，液压缸泵集成模块的活塞杆顶部通过一个t型安装支架与外导向管或机架的纵梁连接。

执行器放置于机架上，执行器可控制液压缸泵集成模块的活塞杆伸长或缩短，从而使外导向管相对于内导向管滑动，从而改变立柱的长度。农业机器人行走过程中，可以通过执行器同步控制四个液压缸泵集成模块中活塞杆伸长或缩短来调节机架的高度。通过让位于后面的液压缸泵集成模块的活塞杆与位于前面的液压缸泵集成模块的活塞杆伸长或缩短的长度不同来调整机架的前后角度，从而满足农业机器人前后地隙高度不同的作业情况。通过让位于左边的液压缸泵集成模块的活塞杆与右边液压缸泵集成模块的活塞杆伸长或缩短的长度不同来调整机架的左右角度，从而满足机器人左右地隙高度不同的作业情况。

四个行走轮由行走轮驱动电机驱动，可以通过调整驱动电机的转速调整农业机器人的行进速度。行走轮驱动电机与减速器连接，并通过主动链轮、链条、从动链轮带动车轮旋转，驱动农业机器人前进。

为了改变行走轮的运动方向，农业机器人还包括转向装置。转向装置由转向轴和转向电机组成。转向轴设置于内导向管内，并通过转向轴支撑板与行走轮连接。转向轴与转向支撑板采用焊接、过盈配合等方法刚性连接。转向轴支撑板通过轴承与内导向管连接，使转向轴能够相对于内导向管自由转动，轴承可以是推力球轴承或圆锥滚子轴承。转向电机与减速器连接，减速器的输出端通过滑键驱动转向轴转动，确保在立柱伸缩运动时不会影响转向轴的转动。转向电机驱动转向轴转动，从而改变行走轮的运动方向，进而改变农业机器人的前进方向。

在转向轴支撑板的前端安装距离传感器，可以用于检测行走轮前方出现的凸起或凹陷。农业机器人根据距离传感器检测出的凸起或凹陷，独立控制各立柱伸长或缩短，从而使农业机器人的机架处于工作所需的姿态。

农业机器人还包括图像采集装置，图像采集装置安装于机架上。垂直安装臂与机架的横梁连接，在垂直安装臂的端部安装有水平安装臂。图像采集装置包括水平图像采集器和垂直图像采集器，水平图像采集器安装于垂直安装臂上，垂直图像采集器安装于水平安装臂上。水平图像采集器和垂直图像采集器都为ccd图像采集器，并且在图像采集器内安装有光源。水平图像采集器可以采集前方的图像，农业机器人通过该图像识别出行走路径以及农作物的高度。垂直图像采集器可以采集下方的图像，农业机器人通过该图像识别出农业机器人相对于农作物垄间行走路径及与农作物生长边界的相对位置。

本发明的工作原理是：水平图像采集器采集前方的图像，农业机器人通过该图像识别出行走路径；行走轮转动，推动机器人往前移动。垂直图像采集器，采集下方的图像，机器人通过该图像识别检测机器人相对于农作物垄间行走路径及与农作物生长边界的相对位置。机器人根据识别出的行走路径偏离农作物种植区域的程度，驱动某一个或几个转向轴转动，从而校正机器人的行走路径。校正时，如果前方偏左则前方转向电机通过减速器驱动转向轴转动，并最终使位于前方的行走轮右转；如果前方偏右则前方的转向电机通过减速器驱动转向轴转动，并最终使位于前方的移动轮左转；如果后方偏左则后方转向电机通过减速器驱动转向轴转动，并最终使位于后方的行走轮右转；如果后方偏右则后方转向电机通过减速器驱动转向轴转动，并最终使位于后方的行走轮左转。机器人通过水平图像采集器采集的图像识别出农作物的高度；机器人根据识别出的农作物的高度，由执行器同步控制液压缸泵集成模块推动四个可伸缩立柱同步伸长或缩短到指定长度，使机器人的机架维持在工作所需的高度。安装于转向轴支撑板前端的距离传感器检测行走轮前方的凸起或凹陷。机器人根据距离传感器检测出的凸起或凹陷，独立控制各可伸缩立柱伸长或缩短以使机器人的机架处于工作所需的姿态。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。