專利名稱：一種水田小型行間除草機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種水田小型除草機(jī)器人。
背景技術(shù)：
水稻是主要的糧食作物之一，水稻生產(chǎn)的質(zhì)量安全和飲食健康問題越來越受到人們的重視，國內(nèi)興起了種植“綠色大米”的熱潮；機(jī)械除草被視為“綠色大米”種植過程中最佳的除草方式，是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一項關(guān)鍵性技術(shù)；國外從20世紀(jì)50年代開始研究機(jī)械除草技術(shù)，Tillett等設(shè)計了基于視覺導(dǎo)航的中耕機(jī)械除草機(jī)器人，該機(jī)器人可以通過攝像頭采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過圖像處理后，得到導(dǎo)航路徑并實行自動導(dǎo)航除草；日本富士重工研究的割草機(jī)器人利用RTK-GPS確定自己位置，誤差半徑小于20cm;中國的陳勇等研究了基于直接施藥方法的除草機(jī)器人；田間和溫室的化學(xué)除草試驗表明，利用直接施藥方法，極其微量的藥物即可除掉雜草；中國專利CN 201957651U提供了一種水田跨越式除草機(jī)器人的機(jī)構(gòu)，包括輔助支撐裝置、踩踏式除草裝置、跨越式移動裝置；踩踏式除草裝置通過履帶式移動機(jī)構(gòu)在秧苗間行走，對行間的雜草進(jìn)行踩踏，實現(xiàn)雜草的拔出和切斷；輔助支撐裝置和跨越式移動裝置協(xié)調(diào)動作，實現(xiàn)跨越式換行動作；該機(jī)構(gòu)的缺點是換行時會造成壓苗，對植株造成損傷，影響糧食產(chǎn)量；
由上可知，國內(nèi)外的水田除草方式以雜草后期處理和化學(xué)除草方式居多，國內(nèi)缺少一種針對水田植株幼苗期的雜草的除草機(jī)器人。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點和不足，本發(fā)明專利的目的在于提供一種水田小型除草機(jī)器人，解決現(xiàn)有水田早期雜草的防控問題，通過圓盤刃攪動土層，實現(xiàn)水田植株行間的去除；槳輪行走時產(chǎn)生的淤泥覆蓋在植株根部，抑制雜草的生長，可去除行內(nèi)雜草，滿足機(jī)器人智能化除草的目的。為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種水田小型除草機(jī)器人，包括底盤、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、感應(yīng)系統(tǒng)、除草裝置和電源；驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和除草裝置安裝在底盤里，電源安裝在底盤尾部。驅(qū)動系統(tǒng)位于底盤中部，包括四個方形直流電機(jī)和四個槳輪；方形直流電機(jī)固定在底盤上，方形直流電機(jī)的輸出軸分別與安裝于底盤側(cè)壁的槳輪連接。控制系統(tǒng)包括嵌有IXD顯示屏的單片機(jī)、紅外接收端和遙控器，單片機(jī)固定在方形直流電機(jī)上方，紅外接收端安裝在單片機(jī)上；單片機(jī)用于控制驅(qū)動系統(tǒng)、感應(yīng)系統(tǒng)和除草裝置；LCD顯示屏嵌入在單片機(jī)上，用于顯示光電傳感器和溫度傳感器測得的信息，紅外接收裝置用于接收遙控器發(fā)出的控制信號，遙控器用于隨時控制機(jī)器人的工作。感應(yīng)系統(tǒng)包括漫反射型光電傳感器、溫度傳感器、限位開關(guān)和壓力傳感器；壓力傳感器安裝在底盤前、后兩端，溫度傳感器安裝在單片機(jī)上，漫反射型光電傳感器和限位開關(guān)安裝在底盤側(cè)壁；溫度傳感器用于測量大氣溫度；漫反射型光電傳感器可檢測出發(fā)射光線的植株，調(diào)整靈敏度可以用于檢測近距離植株，單片機(jī)中的計數(shù)器根據(jù)光電傳感器遮光次數(shù)來累加植株數(shù)目；限位開關(guān)用于檢測機(jī)器人是否與植株發(fā)生碰撞，壓力傳感器用于檢測機(jī)器人是否到達(dá)田埂處；感應(yīng)系統(tǒng)將感應(yīng)到的信息實時傳送到單片機(jī)，單片機(jī)控制機(jī)器人實現(xiàn)轉(zhuǎn)向、倒退等工況。除草裝置位于底盤前部，包括兩個圓形直流電機(jī)、兩個圓盤刃和軟鋼絲；圓形直流電機(jī)垂直固定于底盤上，軟鋼絲焊接在圓盤刃上，圓形直流電機(jī)的輸出軸分別與安裝在底盤底端的圓盤刃連接；圓形直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，帶動圓盤刃轉(zhuǎn)動，軟鋼絲可以割斷直徑較小的雜草，圓盤刃可以割除直徑較大的雜草。所述的一種水田小型除草機(jī)器人，其特征在于限位開關(guān)、漫反射型光電傳感器與槳輪之間固定有擋泥板。所述的一種水田小型除草機(jī)器人，其特征在于方形直流電機(jī)和圓形直流電機(jī)分別通過驅(qū)動電機(jī)固定板和除草電機(jī)固定板與底盤固定。所述的一種水田小型除草機(jī)器人，其特征在于底盤兩側(cè)壁前端設(shè)有弧形彈性片，弧形彈性片與限位開關(guān)的彈片相接觸。所述的一種水田小型除草機(jī)器人，其特征在于漫反射型光電傳感器、限位開關(guān)、壓力傳感器通過導(dǎo)線與單片機(jī)相連，溫度傳感器和紅外接收端與單片機(jī)相連。所述的一種水田小型除草機(jī)器人，其特征在于方形直流電機(jī)和圓形直流電機(jī)通過導(dǎo)線與單片機(jī)相連，單片機(jī)通過導(dǎo)線與電源相連。本發(fā)明的水田小型除草機(jī)器人對于行間雜草，采用旋轉(zhuǎn)的圓盤刃和安裝在圓盤刃上的軟鋼絲去除；對于株間雜草，槳輪行走時產(chǎn)生的淤泥覆蓋在植株根部，抑制雜草的生長，達(dá)到去除行內(nèi)雜草的目的；驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動機(jī)器人在植株行間直線行走，當(dāng)限位開關(guān)碰觸到植株時，說明機(jī)器人偏離了方向，單片機(jī)收到限位開關(guān)發(fā)出的信號，發(fā)出控制信號給后輪驅(qū)動系統(tǒng)，調(diào)整左、右電機(jī)轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)機(jī)器人自主轉(zhuǎn)向；當(dāng)壓力傳感器碰撞到田埂時，單片機(jī)控制所有驅(qū)動電機(jī)反轉(zhuǎn)，機(jī)器人反向行走繼續(xù)工作；機(jī)器人作業(yè)完一行時，LCD顯示屏?xí)@示該行植株數(shù)目及水田土壤溫度；由此循環(huán)往復(fù)，可以完成行間和行內(nèi)雜草的清除，從而實現(xiàn)智能化除草。本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，具有以下特點
1、適合在植株幼苗前期進(jìn)行機(jī)械式除草，通過光電傳感器和限位開關(guān)檢測水稻植株，確定行走路線，實現(xiàn)自主行走，減少了除草劑的使用，減少了對生態(tài)環(huán)境的污染。2、在鋤去雜草的同時疏松土壤，增加土壤透氣性，提高肥料利用率，釋放土壤中有害氣體，提高水稻產(chǎn)量和品質(zhì)。3、可在水田進(jìn)行微耕除草，有效地去除了稗草等危害性大的雜草，且無傳統(tǒng)噴霧機(jī)的大型水箱，減輕了機(jī)器人負(fù)載，不會因負(fù)載過重而壓壞水田植株。


圖1是水田小型除草機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是底盤的結(jié)構(gòu)示意圖3是除草裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1、壓力傳感器；2、除草電機(jī)固定板；3、圓形直流電機(jī)；4、限位開關(guān)；5、單片機(jī)；6、電源；7、槳輪；8、漫反射型光電傳感器；9、方形直流電機(jī)；10、驅(qū)動電機(jī)固定板；11、圓盤刃；12、遙控器；13、弧形彈性片；14、底盤；15、擋泥板；16、平鍵；17、軟鋼絲；18、溫度傳感器；19、IXD顯示屏；20、紅外接收端。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。如圖1、2、3、4所示，本發(fā)明所述的水田小型除草機(jī)器人，包括底盤、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、感應(yīng)系統(tǒng)、除草裝置和電源；壓力傳感器1固定在底盤14的前端和后端，壓力傳感器1通過導(dǎo)線連接到單片機(jī)5 ；擋泥板15固定在底盤14的左右兩側(cè)，弧形彈性片13固定在底盤14前端左右兩側(cè)；圓形直流電機(jī)3由電機(jī)固定板2固定在底盤14上，圓形直流電機(jī)3通過導(dǎo)線連接到單片機(jī)5，圓形直流電機(jī)3和圓盤刃11相連，圓盤刃11通過平鍵16與圓形直流電機(jī)3聯(lián)接，軟鋼絲17焊接固定在圓盤刃11上；方形直流電機(jī)9固定在底盤上，其輸出軸和槳輪7連接，方形直流電機(jī)9由驅(qū)動電機(jī)固定板10固定；單片機(jī)5固定在底盤14中部，單片機(jī)5的輸入端接電源6的輸出端，IXD顯示屏19嵌入在單片機(jī)5上，溫度傳感器18和紅外接收端20分別固定在單片機(jī)5上；電源6固定在底盤14尾部；限位開關(guān)4固定在底盤14左、右兩側(cè)，限位開關(guān)4通過導(dǎo)線和單片機(jī)5相連，弧形彈性片13和限位開關(guān)4上的彈片相接觸；漫反射型光電傳感器8固定在底盤14的左右兩側(cè)，通過導(dǎo)線和單片機(jī)5相連；遙控器12用于發(fā)送控制指令給紅外接收端20，紅外接收端20將指令傳送給單片機(jī)5，由單片機(jī)控制方形直流電機(jī)9正傳、反轉(zhuǎn)和停止。如圖1、4所示，本發(fā)明的工作過程是手動按下遙控器12上的啟動鍵，紅外接收端20接收到遙控器12發(fā)射的信號，單片機(jī)啟動驅(qū)動系統(tǒng)，方形直流電機(jī)9正傳帶動除草機(jī)器人在植株行間直線行走，同時圓形直流電機(jī)3啟動帶動圓盤刃11旋轉(zhuǎn)，由于離心力的作用，電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，軟鋼絲17可以割斷雜草，圓盤刃11可以割除直徑較大的雜草；當(dāng)弧形彈性片13碰觸到植株時，產(chǎn)生的力會傳遞到限位開關(guān)4上，說明此時除草機(jī)器人偏離了直線方向，限位開關(guān)4發(fā)送信號至單片機(jī)5，單片機(jī)5處理后發(fā)出控制信號調(diào)整后輪左、右方形直流電機(jī)9的轉(zhuǎn)速，機(jī)器人調(diào)整方向后繼續(xù)直線行走；當(dāng)壓力傳感器1碰撞到田埂時，壓力傳感器1發(fā)送信號至單片機(jī)5，單片機(jī)5控制方形直流電機(jī)9反轉(zhuǎn)，除草機(jī)器人反向行走繼續(xù)工作；除草機(jī)器人在行間開始行走時，溫度傳感器18會實時測量田間大氣溫度，同時漫反射型光電傳感器8的發(fā)光元件會發(fā)出光線，若發(fā)出的光線被遮斷，說明機(jī)器人經(jīng)過了一顆植株，此時單片機(jī)5上的計數(shù)器開始累加計數(shù)，當(dāng)壓力傳感器1碰撞到田埂時，計數(shù)器停止計數(shù)并將結(jié)果發(fā)送至IXD顯示屏19。除草機(jī)器人作業(yè)完一行時，IXD顯示屏19會顯示該行植株數(shù)目及水田大氣溫度。對于行間雜草，采用旋轉(zhuǎn)的圓盤刃11和安裝在圓盤刃11上的軟鋼絲17切除；對于行內(nèi)雜草，槳輪7行走時產(chǎn)生的淤泥覆蓋在植株根部，抑制雜草的生長，達(dá)到了去除行內(nèi)雜草的目的。由此循環(huán)往復(fù)，可以完成行間和行內(nèi)雜草的清除，從而實現(xiàn)智能化除草。
權(quán)利要求
1.一種水田小型除草機(jī)器人，其特征在于所述機(jī)器人包括底盤、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、感應(yīng)系統(tǒng)、除草裝置和電源；驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和除草裝置安裝在底盤里，電源安裝在底盤尾部；驅(qū)動系統(tǒng)位于底盤中部，包括四個方形直流電機(jī)和四個槳輪；方形直流電機(jī)固定在底盤上，方形直流電機(jī)的輸出軸分別與安裝于底盤側(cè)壁的槳輪連接；控制系統(tǒng)包括嵌有LCD顯示屏的單片機(jī)、紅外接收端和遙控器，單片機(jī)固定在方形直流電機(jī)上方，紅外接收端安裝在單片機(jī)上；感應(yīng)系統(tǒng)包括漫反射型光電傳感器、溫度傳感器、限位開關(guān)和壓力傳感器；壓力傳感器安裝在底盤前、后兩端，溫度傳感器安裝在單片機(jī)上，漫反射型光電傳感器和限位開關(guān)安裝在底盤側(cè)壁；溫度傳感器用于測量大氣溫度；除草裝置位于底盤前部， 包括兩個圓形直流電機(jī)、兩個圓盤刃和軟鋼絲；圓形直流電機(jī)垂直固定于底盤上，軟鋼絲焊接在圓盤刃上，圓形直流電機(jī)的輸出軸分別與安裝在底盤底端的圓盤刃連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種水田小型除草機(jī)器人，其特征在于限位開關(guān)、漫反射型光電傳感器與槳輪之間固定有擋泥板。
3.如權(quán)利要求1所述的一種水田小型除草機(jī)器人，其特征在于方形直流電機(jī)和圓形直流電機(jī)分別通過驅(qū)動電機(jī)固定板和除草電機(jī)固定板與底盤固定。
4.如權(quán)利要求1所述的一種水田小型除草機(jī)器人，其特征在于底盤兩側(cè)壁前端設(shè)有弧形彈性片，弧形彈性片與限位開關(guān)的彈片相接觸。
5.如權(quán)利要求1所述的一種水田小型除草機(jī)器人，其特征在于漫反射型光電傳感器、 限位開關(guān)、壓力傳感器通過導(dǎo)線與單片機(jī)相連，溫度傳感器和紅外接收端與單片機(jī)相連。
6.如權(quán)利要求1所述的一種水田小型除草機(jī)器人，其特征在于方形直流電機(jī)和圓形直流電機(jī)通過導(dǎo)線與單片機(jī)相連，單片機(jī)通過導(dǎo)線與電源相連。
全文摘要
本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，特指一種水田小型除草機(jī)器人。所述機(jī)器人包括底盤、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、感應(yīng)系統(tǒng)、除草裝置和電源。驅(qū)動電機(jī)帶動主軸轉(zhuǎn)動驅(qū)動槳輪，轉(zhuǎn)彎靠左右槳輪的轉(zhuǎn)速差實現(xiàn)；直流電機(jī)帶動除草圓盤刃轉(zhuǎn)動，切斷水田行間雜草；槳輪行走時產(chǎn)生的淤泥覆蓋在植株間的雜草上，可以抑制株間雜草；限位開關(guān)碰撞到水稻植株后，單片機(jī)控制左右電機(jī)差速轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)除草機(jī)器人轉(zhuǎn)向避開植株。壓力傳感器觸及田埂時，單片機(jī)控制驅(qū)動電機(jī)反轉(zhuǎn)，除草機(jī)器人反方向繼續(xù)工作；感應(yīng)系統(tǒng)可測得水田水溫、植株數(shù)目等信息。本發(fā)明采用機(jī)械除草方式工作，減少了農(nóng)藥用量和除草勞動力，減輕了農(nóng)藥的環(huán)境污染，節(jié)約了成本；本發(fā)明結(jié)構(gòu)體積小、重量輕。
文檔編號A01D34/01GK102550202SQ20121005239
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者陳剛, 陳姍姍, 陳樹人, 韓紅陽 申請人:江蘇大學(xué)