本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于溫室番茄作物信息獲取的多級(jí)升降裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著全球?qū)r(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量的需求不斷提升，近年來現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。番茄作為一種典型的溫室栽培作物，因其較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和廣泛的市場需求，在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的種植。在現(xiàn)代設(shè)施溫室中，番茄植株的栽培方式為垂直栽培，垂直高度可達(dá)3-4米。為了實(shí)現(xiàn)對番茄植株的精細(xì)化管理，需要對植株的關(guān)鍵器官進(jìn)行監(jiān)測。在現(xiàn)有技術(shù)中，對番茄果實(shí)的成熟度檢測、計(jì)數(shù)以及對莖葉等關(guān)鍵器官的監(jiān)測主要依賴人工進(jìn)行，該方法存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低下的問題。盡管有通過視覺傳感器等技術(shù)獲取作物數(shù)據(jù)的方法，但針對番茄等垂直栽培作物，尤其高達(dá)三米以上的番茄植株，現(xiàn)有技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)多位點(diǎn)、全方位的作物信息獲取，限制了精細(xì)化管理的實(shí)施。因此，需要一個(gè)穩(wěn)定可靠的搭載傳感器的升降裝置以滿足番茄垂直栽培方式從低到高，多個(gè)位點(diǎn)獲取作物信息要求。

2、針對以上問題，設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于溫室番茄作物信息獲取的多級(jí)升降裝置。該裝置通過多級(jí)可升降模塊協(xié)同工作，利用內(nèi)側(cè)滑軌和滑塊使次級(jí)模塊沿直線上下滑動(dòng)，直流電機(jī)通過齒輪和齒條驅(qū)動(dòng)模塊收縮或展開，從而實(shí)現(xiàn)不同高度的作物關(guān)鍵信息獲取。其固定于模塊上的視覺傳感器可以通過滾珠絲桿，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)傳感器高度位置的進(jìn)一步調(diào)整?？紤]到番茄植株采用行壟種植、垂直栽培，該升降裝置搭載在無人車平臺(tái)上，保證了裝置在植株間運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，平臺(tái)可通過激光雷達(dá)實(shí)時(shí)導(dǎo)航，確保整個(gè)平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)無人化精準(zhǔn)作業(yè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提出一種應(yīng)用于溫室番茄作物信息獲取的多級(jí)升降裝置，該裝置可安裝在無人車平臺(tái)上以實(shí)現(xiàn)自主作業(yè)，其特征在于，該裝置包括可升降模塊、齒輪、齒條、滑塊、滑軌、滾珠絲桿、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、視覺傳感器、激光雷達(dá)、安裝底座、限位器和角碼；整體協(xié)同工作以實(shí)現(xiàn)對番茄作物的多點(diǎn)位監(jiān)測。

2、所述可升降模塊由多級(jí)鋁型材框架構(gòu)成，多級(jí)升降模塊通過角碼固定在平臺(tái)上，所述平臺(tái)承載整個(gè)裝置運(yùn)動(dòng)，與激光雷達(dá)配合行駛指定軌道進(jìn)行定點(diǎn)停車和起步。在每級(jí)框架內(nèi)部，通過螺絲固定滑軌，成對分布在框架對側(cè)，次級(jí)框架的底部型材固定在滑軌中的滑塊，齒條通過螺絲固定在滑軌外測，與直流電機(jī)聯(lián)軸器固定，配合齒輪嚙合傳動(dòng)和滑軌使得次級(jí)框架可以沿滑軌在上一級(jí)框架內(nèi)側(cè)實(shí)現(xiàn)上下滑動(dòng)。

3、次級(jí)框架的底部型材側(cè)邊安裝直流電機(jī)，并通過齒輪與電機(jī)聯(lián)軸器相連，齒輪與齒條緊密嚙合。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)齒輪沿齒條方向移動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)型材沿預(yù)定路徑上下運(yùn)動(dòng)，所述限位器固定在框架內(nèi)測的滑軌上，使每級(jí)框架最大升高高度限制在“1000±200mm”。工作狀態(tài)下能夠最大程度的控制到可觀察范圍(可觀察范圍為1500mm至4000mm)，在非工作狀態(tài)下可以節(jié)約空間和體積。

4、所述滾珠絲桿其包括絲桿、固定端、支撐端、絲桿螺母、螺母座，固定端和支撐端將滾珠絲桿套裝固定在每級(jí)框架外側(cè)，滾珠絲桿套裝旁邊裝配了滑軌，視覺傳感器固定于滑塊和滾珠絲桿套裝中的螺母座上，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)，使視覺傳感器沿滑軌垂直方向平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對傳感器高度的人工控制。

5、所述視覺傳感器的作用是：獲取作物圖像數(shù)據(jù)，為自動(dòng)化作物關(guān)鍵信息分析提供數(shù)據(jù)。便于實(shí)現(xiàn)葉片健康檢測、作物器官信息分析、果實(shí)檢測等任務(wù)。

6、所述安裝底座的作用是：安裝底座固定于最內(nèi)層框架頂端，用于穩(wěn)固激光雷達(dá)。激光雷達(dá)通過點(diǎn)云數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)確定巡檢路線，避免遺漏或重復(fù)巡檢，并用于構(gòu)建線路及周邊環(huán)境的三維模型，實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境狀態(tài)變化。

7、本發(fā)明的有益效果在于：

8、1.采用了一種可嵌套和可擴(kuò)展的升降模塊，升降模塊可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)場景確定采用幾個(gè)升降模塊，例如對于現(xiàn)代溫室栽培番茄，可以通過嵌套三個(gè)升降模塊來實(shí)現(xiàn)3-4米的最大升降高度；

9、2.升降模塊可以通過齒輪齒條的配合來實(shí)現(xiàn)垂直升降，并通過直線滑塊限制自由度，保證了升降模塊運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性；

10、3.升降模塊采用鋁型材作為基本的支撐框架，齒輪齒條和直流電機(jī)也屬于低成本零件，降低了生產(chǎn)成本和組裝成本；

11、4.升降裝置可裝載固定于無人平臺(tái)車，配合激光雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、無人化作業(yè)和信息獲取。

技術(shù)特征：

1.一種應(yīng)用于溫室番茄作物信息獲取的多級(jí)升降裝置，其特征在于，該裝置包括軌道(1)、無人車平臺(tái)(2)、可升降模塊(3)、激光雷達(dá)(4)、視覺傳感器(5)、絲桿套裝(6)構(gòu)成的升降裝置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于溫室番茄作物信息獲取的多級(jí)升降裝置，其特征在于所述可升降模塊由多級(jí)鋁型材框架構(gòu)成，在每級(jí)框架內(nèi)部，對側(cè)方向通過螺絲固定滑軌(3002)，次級(jí)框架的底部型材連接滑軌(3002)中的滑塊(3003)，齒條(3004)通過螺絲固定在滑軌外測邊框(3001)，配合齒輪(3005)嚙合傳動(dòng)和滑軌(3002)使得次級(jí)框架可以沿滑軌在上一級(jí)框架內(nèi)側(cè)實(shí)現(xiàn)上下滑動(dòng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種應(yīng)用于溫室番茄作物信息獲取的多級(jí)升降裝置，其特征在于所述鋁型材框架(3001)每級(jí)高度尺寸為1000mm，在與其相連的齒輪(3005)、齒條(3004)、直流電機(jī)(3006)、滑塊(3003)的帶動(dòng)下可收縮，視覺傳感器(5)在步進(jìn)電機(jī)(6005)、滑軌(3002)、滾動(dòng)絲桿套裝(6)的帶動(dòng)下可收縮。工作狀態(tài)下能夠最大程度的控制到可觀察范圍，在非工作狀態(tài)下可以節(jié)約空間和體積(可觀察范圍為1500mm至3000mm)?？蛇m用于不同品種和生長階段的番茄植株。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種應(yīng)用于溫室番茄作物信息獲取的多級(jí)升降裝置，其特征在于所述升降模塊(3)采用鋁型材作為基本的支撐框架，齒輪(3005)齒條(3004)和直流電機(jī)(3006)也屬于低成本零件，降低了生產(chǎn)成本和組裝成本。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種應(yīng)用于溫室番茄作物信息獲取的多級(jí)升降裝置，其特征在于所述裝置可預(yù)先設(shè)置需要獲取的作物信息的類型，從而設(shè)置不同的巡檢高度位點(diǎn)。激光雷達(dá)(4)提供路徑規(guī)劃和環(huán)境監(jiān)測，無人車平臺(tái)(2)沿軌道(1)移動(dòng)，提供穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向?？梢皂樌瓿啥喾N不同種類植物的信息獲取，大大提高了工作能力和工作效率。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于溫室番茄作物信息獲取的多級(jí)升降裝置，屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域。該裝置通過多級(jí)升降模塊的協(xié)同工作，能夠?qū)崿F(xiàn)從地面至3?4米高的多位點(diǎn)作物信息獲取，特別適用于垂直栽培的番茄植株監(jiān)測。裝置安裝在無人車平臺(tái)上，利用激光雷達(dá)導(dǎo)航，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的路徑規(guī)劃和作物關(guān)鍵信息獲取。升降模塊由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過齒輪與齒條的嚙合帶動(dòng)滑軌內(nèi)的次級(jí)框架上下移動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿，調(diào)整視覺傳感器高度，從而實(shí)現(xiàn)對番茄植株的多點(diǎn)位、精細(xì)化視覺信息獲取。該裝置能夠有效減少人工干預(yù)，提高作物信息獲取的效率和準(zhǔn)確性，適用于現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)中的自動(dòng)化巡檢任務(wù)。

技術(shù)研發(fā)人員：張文強(qiáng),祁忠賢,王子康,李興業(yè),張?zhí)斐?孫靖賀,李夢凱,黃彥元,高超,袁挺
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9