地下作物采挖機(jī)器人及其控制方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)智能機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及地下作物采挖機(jī)器人及其控制方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度的發(fā)展越來越高，為我國糧食供應(yīng)做出巨大貢獻(xiàn)，但機(jī)械的耕作與收成大都局限于交通平坦的地區(qū)，對于山地、丘陵等復(fù)雜地形難以開發(fā)利用，即使有小型農(nóng)作機(jī)械可通過人搬運(yùn)的方式到達(dá)山地作業(yè)，看似減輕了開墾的勞動強(qiáng)度，卻增加了搬運(yùn)機(jī)械的負(fù)擔(dān)。用大型機(jī)器在復(fù)雜地形作業(yè)，很可能在陸地上擱淺，在梯田建造公路來運(yùn)機(jī)械設(shè)備將增加占用田地的面積。
[0003]農(nóng)業(yè)機(jī)器人是用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的新型多功能機(jī)器人，這種新型多功能農(nóng)業(yè)機(jī)械的問世，是現(xiàn)代機(jī)械農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)亮點(diǎn)，促進(jìn)了機(jī)器人技術(shù)和自動化技術(shù)的發(fā)展。中國對農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研發(fā)歷程起步晚、投資少、發(fā)展慢，與發(fā)達(dá)國家的差距還很大，目前仍處于起步階段。20世紀(jì)90年代中期，國內(nèi)才開始了農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研發(fā)。國外農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研制和開發(fā)以日本為代表，其動機(jī)，一方面是為了解決勞動力不足的問題，同時(shí)使人從耗力或危險(xiǎn)之類勞動中解脫出來。農(nóng)業(yè)機(jī)器人的不斷研制、開發(fā)并實(shí)用化，促進(jìn)了新的農(nóng)作業(yè)體系的建立和發(fā)展。結(jié)球菜收獲機(jī)器人、施肥機(jī)器人、施肥機(jī)器人……。
[0004]國外的機(jī)器人起步早，發(fā)展速度快，國內(nèi)雖然起步晚，目前也取得了一些突破，但對于實(shí)現(xiàn)全自動化來說，還有較大的差距。通過國內(nèi)外的農(nóng)業(yè)機(jī)器人的對比，我國仍處于初級階段，各國普遍存在的現(xiàn)象是農(nóng)業(yè)機(jī)器人高額的開發(fā)成本，使其在于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的競爭中處于劣勢，難于在農(nóng)業(yè)上進(jìn)行推廣及應(yīng)用。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供地下作物采挖機(jī)器人及其控制方法，該機(jī)器人具有機(jī)械體積的輕型化、行駛的自動化以及地下作物的自動裝袋等特點(diǎn)，以電池電力作為驅(qū)動能源，無污染，便于農(nóng)業(yè)推廣。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0007]—種地下作物采挖機(jī)器人，包括行走機(jī)構(gòu)、松土機(jī)構(gòu)、傳送機(jī)構(gòu)、裝袋機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)；
[0008]所述的行走機(jī)構(gòu)包括分別設(shè)置在機(jī)架兩端的驅(qū)動輪和從動輪，驅(qū)動輪包括第一電機(jī)驅(qū)動的右驅(qū)動輪和第二電機(jī)驅(qū)動的左驅(qū)動輪；驅(qū)動輪一端為機(jī)頭；
[0009]所述的松土機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)架的底部，包括刨土鏟和松土鏟；刨土鏟和松土鏟尾部均與機(jī)架連接，頭部向機(jī)頭端傾斜；松土?產(chǎn)尾部還與偏心輪機(jī)構(gòu)連接；
[0010]所述的傳送機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)架上，包括水平傳送帶、豎直傳送帶和第三電機(jī)；第三電機(jī)驅(qū)動偏心輪機(jī)構(gòu)、水平傳送帶和豎直傳送帶轉(zhuǎn)動；水平傳送帶頭部與刨土鏟尾部接觸，尾部與豎直傳送帶底部接觸；
[0011]所述的裝袋機(jī)構(gòu)設(shè)在機(jī)架尾部，包括裝地下作物的袋子，袋子的口部與豎直傳送帶后部的上端接觸；
[0012]所述的控制系統(tǒng)設(shè)置在機(jī)架頭部，包括控制機(jī)器人工作的電路箱、給機(jī)器人工作提供電源的電池和設(shè)置在機(jī)器人右臂上的傳感控制單元，機(jī)器人右臂設(shè)置在機(jī)架的機(jī)頭上傳感控制單元與電路箱電連接。
[0013]所述的豎直傳送帶包括多個(gè)設(shè)置在傳動帶上的用于接收水平傳送帶傳送的地下作物并向上運(yùn)送到袋子的料斗，與水平傳送帶接觸的一側(cè)料斗口部向上。
[0014]所述的松土鏟、料斗和水平傳送帶均由間隔設(shè)置的多個(gè)圓柱橫桿并排連接而成，所述橫桿之間的間隔可調(diào)。
[0015]所述的裝袋機(jī)構(gòu)包括夾子、彈簧、滑動支撐板和擋板，擋板設(shè)置在豎直傳送帶之后，且垂直設(shè)置在機(jī)架上；夾子設(shè)置在擋板上端的橫梁上用于夾住袋子口部，滑動支撐板一側(cè)與擋板活動連接，并通過彈簧與橫梁彈性連接，袋子放置在滑動支撐板上。
[0016]所述的電路箱包括繼電器、變壓器和設(shè)置有控制電路的電路板，變壓器與電池連接給控制電路和電機(jī)供電，控制電路包括單片機(jī)、大電流開關(guān)和手動開關(guān)，單片機(jī)通過第三繼電器控制大電流開關(guān)，單片機(jī)通過第一繼電器、第二繼電器控制第一電機(jī)和第二電機(jī)，每個(gè)繼電器輸入端還接有三極管，每個(gè)三極管的輸出端對應(yīng)并聯(lián)一個(gè)二極管；第一電機(jī)和第二電機(jī)還設(shè)置第一限流電阻和第二限流電阻，第一繼電器、第二繼電器的輸出端串聯(lián)手動開關(guān)后連接第三繼電器。
[0017]所述的傳感控制單元包括第一傳感器、第二傳感器、第一 LED燈、第二 LED燈和黑線，機(jī)器人右臂由相互連接的上架和下架組成，第一傳感器和第二傳感器設(shè)置在上架上；第一 LED燈和第二 LED燈設(shè)置在下架上，并分別與第一傳感器和第二傳感器對應(yīng)設(shè)置，第一傳感器均與單片機(jī)連接；黑線一端為分叉頭結(jié)構(gòu)，黑線穿過機(jī)器人右臂，分叉頭結(jié)構(gòu)一端設(shè)置在地下作物采挖方向的耕地上。
[0018]所述的地下作物為土豆、番薯或花生。
[0019]—種地下作物采挖機(jī)器人的控制方法，包括以下步驟:
[0020]步驟I)沿地下作物采挖方向鋪設(shè)黑線，黑線穿過機(jī)器人右臂，分叉頭結(jié)構(gòu)一端設(shè)置在機(jī)頭方向；
[0021]步驟2)啟動手動開關(guān)，采挖機(jī)器人在控制系統(tǒng)的傳感控制下沿黑線行駛，進(jìn)行采挖工序；
[0022]步驟3)第三繼電器斷開，或出現(xiàn)失控時(shí)采用手動開關(guān)切斷電源，采挖機(jī)器人停止。
[0023]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的采挖工序具體包括以下步驟:采挖機(jī)器人向前行駛，偏心輪機(jī)構(gòu)帶動松土鏟松土，刨土鏟犁起地下作物和泥土混合物，松土鏟的圓柱橫桿之間間隙篩掉部分泥土，經(jīng)過水平傳送帶的傳送再次篩去部分泥土，到達(dá)豎直傳送帶時(shí)，料斗第三次篩泥土，到豎直傳送帶最高點(diǎn)倒出地下作物裝袋子；隨著地下作物重量的增加，彈簧被拉伸，滑動支撐板向下滑動，當(dāng)?shù)叵伦魑镅b滿時(shí)，滑動支撐板到達(dá)擋板底部，通過手動開關(guān)切斷電源，卸下裝滿地下作物的袋子，更換空的袋子。
[0024]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的傳感控制步驟具體包括以下步驟:
[0025]采挖機(jī)器人向前直行時(shí)，第一 LED燈和第二 LED燈發(fā)出的光線沒有被黑線遮擋，第一傳感器和第二傳感器接受到光信號，第一電機(jī)和第二電機(jī)同步轉(zhuǎn)動，采挖機(jī)器人繼續(xù)前行；當(dāng)采挖機(jī)器人向右驅(qū)動輪一側(cè)偏移時(shí)，第一 LED燈被黑線遮擋，第一傳感器接受不到信號，第二電機(jī)開始減速，第一電機(jī)速度不變，實(shí)現(xiàn)向左驅(qū)動輪一側(cè)微調(diào)整，當(dāng)兩個(gè)傳感器都接受到信號時(shí)，機(jī)器人恢復(fù)向前直行方向；同樣的控制方法進(jìn)行采挖機(jī)器人向左驅(qū)動輪一側(cè)偏移時(shí)的微調(diào)；當(dāng)機(jī)器人右臂到達(dá)黑線分叉結(jié)構(gòu)時(shí)，兩個(gè)傳感器都被遮擋，第三繼電器切斷電機(jī)電源，機(jī)器人停止。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0027]本發(fā)明地下作物采挖機(jī)器人解決了現(xiàn)今挖地下作物機(jī)械結(jié)構(gòu)上的不足。在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，包括行走機(jī)構(gòu)、松土機(jī)構(gòu)、傳送機(jī)構(gòu)、裝袋機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單突出了地下作物機(jī)械體積的輕型化、行駛的自動化以及地下作物的自動裝袋等特點(diǎn)，土豆等地下農(nóng)作物形狀多為類球形，易滾動，不宜采用斜傳送帶采用水平傳送帶和豎直傳送帶兩種結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)篩土和地下土豆自動裝袋的功能。另外由于達(dá)到30公分以上的土質(zhì)質(zhì)地結(jié)實(shí)，單靠刨土鏟很可能因土質(zhì)阻力過大而被弄斷，加上松土鏟后反復(fù)推敲下，起到鏟前端松土的作用，使刨土鏟順利刨起土層。以電池電力作為驅(qū)動能源，在農(nóng)業(yè)上充分展現(xiàn)了無污染的優(yōu)勢，采用傳感器控制單元自動控制，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)分離，避免了人觸電的安全隱患。地下作物采挖機(jī)器人的出現(xiàn)，給未來的農(nóng)業(yè)電氣自動化提出了初步的構(gòu)想，將會改善傳統(tǒng)機(jī)械農(nóng)業(yè)的勞動方式，促進(jìn)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展。
[0028]進(jìn)一步，松土鏟、料斗和水平傳送帶均由間隔設(shè)置的多個(gè)圓柱橫桿并排連接而成，保證了作物的傳送的過程中完成三次篩土，保證裝袋的作物無土等雜物，節(jié)省后期處理成本。
[0029]進(jìn)一步，裝袋機(jī)構(gòu)由夾子、彈簧、滑動支撐板和擋板組成，保證作物的裝袋的同時(shí)，避免了由于落差造成作物的磕碰影響采挖作物的質(zhì)量。彈簧的作物使作物緩慢的降低裝袋。
[0030]進(jìn)一步，每個(gè)繼電器輸入端應(yīng)該接一個(gè)