專利名稱：一種水田用重心可調(diào)式除草機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)除草機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水田用重心可調(diào)式除草機(jī)器人。
背景技術(shù)：
目前，農(nóng)田除草方式有人工除草、化學(xué)除草、機(jī)械除草等，人工除草和化學(xué)除草仍然是國內(nèi)外農(nóng)業(yè)除草的主要方式，其中化學(xué)除草有人工噴霧式除草和智能噴霧式精確除草。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，除草裝置的機(jī)械化和智能化越來越受到重視?，F(xiàn)階段化學(xué)除草方式受到普及，但是這種除草方式中使用的除草劑污染環(huán)境，破壞土壤，甚至威脅到人們的健康。而除草機(jī)器人則利用人工智能技術(shù)控制相關(guān)機(jī)構(gòu)自動(dòng)清除農(nóng)田雜草，在國內(nèi)外已經(jīng) 有相關(guān)的研究。
農(nóng)業(yè)除草機(jī)器人在國內(nèi)尚未得到普及，目前國內(nèi)外研究和開發(fā)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人多用于農(nóng)田采摘、智能噴霧除草、旱地除草等。涉及的技術(shù)和機(jī)構(gòu)包括自主導(dǎo)航技術(shù)、雜草識(shí)別技術(shù)、機(jī)械臂及專用末端執(zhí)行器、除草機(jī)構(gòu)等。很多農(nóng)業(yè)除草機(jī)器人都采用人工輔助駕駛，而自動(dòng)化程度很高的農(nóng)業(yè)除草機(jī)器人多用于旱地除草。在我國，水稻生產(chǎn)面積大，目前在國內(nèi)已有相關(guān)水田除草機(jī)器人的研發(fā)，如激光除草機(jī)器人，利用激光的熱效應(yīng)將草燒死；高效除草機(jī)器人，能夠同時(shí)清除農(nóng)作物行間和行內(nèi)雜草；一種除草機(jī)器人的六爪執(zhí)行機(jī)構(gòu)，水田動(dòng)力除草中耕機(jī)等，這些除草機(jī)器人都能達(dá)到除草目的，但均存在除草機(jī)械在水田等惡劣環(huán)境行走不穩(wěn)定，換行操作時(shí)損害農(nóng)作物，需要專門的雜草識(shí)別攝像裝置，控制系統(tǒng)復(fù)雜，體積也較大，成本高，不利于在水稻秧田中的普及。因此，開發(fā)一種體積小，換行方便，在水田內(nèi)能實(shí)現(xiàn)自恢復(fù)的水田用重心可調(diào)式除草機(jī)器人將有利于在水田中廣泛推廣。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種體積小、行走自平衡和自恢復(fù)、自主換行并且實(shí)現(xiàn)零轉(zhuǎn)彎半徑的重心可調(diào)式水田除草機(jī)器人，解決現(xiàn)有除草機(jī)器人體積大，成本高，惡劣環(huán)境行走不穩(wěn)定以及不利普及的難題。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種水田用重心可調(diào)式除草機(jī)器人，其特征在于包括輪轂驅(qū)動(dòng)式履帶裝置、履帶提升裝置、伸縮移動(dòng)裝置、滑塊平衡裝置和機(jī)體；所述輪轂驅(qū)動(dòng)式履帶裝置通過左右支撐腿與履帶提升裝置連接；所述履帶提升裝置通過兩根帶電機(jī)絲桿分別與伸縮移動(dòng)裝置的左右滑塊螺紋連接；所述機(jī)體腔內(nèi)安裝有前后布置的兩條滑軌；所述左右滑塊通過自身前后兩側(cè)的滑槽安裝在所述兩條滑軌上；所述滑塊平衡裝置通過四根支撐桿與機(jī)體連接。進(jìn)一步的，所述輪轂驅(qū)動(dòng)式履帶裝置包括左驅(qū)動(dòng)單元和右驅(qū)動(dòng)單元；所述左驅(qū)動(dòng)單元包括左履帶、左輪轂電機(jī)、左輪轂、左滑輪組、左輪組連接桿和左張緊機(jī)構(gòu)；所述右驅(qū)動(dòng)單元包括右履帶、右輪轂電機(jī)、右輪轂、右滑輪組、右輪組連接桿和右張緊機(jī)構(gòu)；所述左輪轂電機(jī)安裝在左輪組連接桿上；所述左輪轂安裝在左輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)子上，與左履帶配合；所述左輪組連接桿下部與左滑輪組連接；所述左滑輪組包括12個(gè)滑輪；所述左張緊機(jī)構(gòu)包括左張緊調(diào)節(jié)件、左張緊螺母和左轉(zhuǎn)動(dòng)件；所述左張緊調(diào)節(jié)件頭部通過左固定螺柱和左固定螺母與左連接桿固定，尾部通過左轉(zhuǎn)動(dòng)件與左輪組連接桿連接；所述左張緊螺母與左張緊調(diào)節(jié)件通過螺紋配合；所述右輪轂電機(jī)安裝在右輪組連接桿上；所述右輪轂安裝在右輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)子上，與右履帶配合；所述右輪組連接桿下部與右滑輪組連接；所述右滑輪組包括12個(gè)滑輪；所述右張緊機(jī)構(gòu)包括右張緊調(diào)節(jié)件、右張緊螺母、右轉(zhuǎn)動(dòng)件；所述右張緊調(diào)節(jié)件頭部通過右固定螺柱和右固定螺母與右連接桿固定，尾部通過右轉(zhuǎn)動(dòng)件與右輪組連接桿連接；所述右張緊螺母與右張緊調(diào)節(jié)件螺紋配合。進(jìn)一步的，所述右輪轂電機(jī)、右輪轂、右滑輪組、右輪組連接桿和右張緊機(jī)構(gòu)安裝在右履帶內(nèi)部；所述左履帶和右履帶外表面布滿間隔排列的履刺，內(nèi)表面設(shè)有與左右輪轂相配合的齒。
進(jìn)一步的，所述履帶提升裝置包括左提升單元和右提升單元；所述左提升單元包括左絲桿、左支撐腿、第一導(dǎo)桿和第二導(dǎo)桿；所述左支撐腿下端安裝在左輪轂電機(jī)軸上；所述左支撐腿左側(cè)與第一導(dǎo)桿滑動(dòng)配合，右側(cè)與第二導(dǎo)桿滑動(dòng)配合；所述第一導(dǎo)桿和第二導(dǎo)桿安裝在左滑塊上；所述左絲桿的驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在左支撐腿上端；所述左絲桿的驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過電機(jī)聯(lián)軸器與左絲桿連接；所述左絲桿與左滑塊螺紋連接；所述右提升單元包括右絲桿、右支撐腿、第三導(dǎo)桿和第四導(dǎo)桿；所述右支撐腿下端安裝在右輪轂電機(jī)軸上；所述右支撐腿左側(cè)與第三導(dǎo)桿滑動(dòng)配合，右側(cè)與第四導(dǎo)桿滑動(dòng)配合；所述第三導(dǎo)桿和第四導(dǎo)桿安裝在右滑塊上；所述右絲桿的驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在右支撐腿上端；所述右絲桿的驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過電機(jī)聯(lián)軸器與右絲桿連接；所述右絲桿與右滑塊螺紋連接。進(jìn)一步的，所述伸縮移動(dòng)裝置包括左滑塊、右滑塊、左直線電機(jī)和右直線電機(jī)；所述左滑塊與機(jī)體通過機(jī)體腔內(nèi)的滑軌滑動(dòng)配合；所述右滑塊與機(jī)體通過機(jī)體腔內(nèi)的滑軌滑動(dòng)配合；所述左直線電機(jī)和右直線電機(jī)分別固定在機(jī)體上端中部；所述左直線電機(jī)的推桿末端與左滑塊通過固定件固定連接；所述右直線電機(jī)的推桿末端與右滑塊通過固定件固定連接。進(jìn)一步的，所述左直線電機(jī)與右直線電機(jī)左右對稱布置。進(jìn)一步的，所述滑塊平衡裝置包括平衡滑塊、電機(jī)、鋼絲繩、繞線輪、前滑軌、后滑軌、第一支撐桿、第二支撐桿、第三支撐桿、第四支撐桿、攝像頭、攝像頭支撐桿和攝像頭支座；所述前滑軌和后滑軌通過第一支撐桿、第二支撐桿、第三支撐桿和第四支撐桿與機(jī)體固定連接；所述平衡滑塊與前滑軌和后滑軌滑動(dòng)配合；所述電機(jī)通過繞線輪驅(qū)動(dòng)鋼絲繩；所述繞線輪安裝在電機(jī)軸上；所述鋼絲繩繞過前滑軌兩端的小滑輪與平衡滑塊連接；所述平衡滑塊內(nèi)置有電池、主控板及平衡重物；所述攝像頭安裝在攝像頭支撐桿上；所述攝像頭支撐桿安裝在攝像頭支座內(nèi)嵌電機(jī)軸上；所述攝像頭支座固定在平衡滑塊上。進(jìn)一步的，所述電機(jī)安裝在機(jī)體上部；所述第二支撐桿和第三支撐桿分別設(shè)置一個(gè)小孔；所述前滑軌兩端各安裝一個(gè)小滑輪；所述鋼絲繩通過小孔和小滑輪連接電機(jī)上的繞線輪和平衡滑塊；所述前滑軌通過第二支撐桿和第三支撐桿固定在機(jī)體上端；所述后滑軌通過第一支撐桿和第四支撐桿固定在機(jī)體上端。進(jìn)一步的，所述前滑軌與后滑軌的長度相等且左右對稱；所述左輪轂電機(jī)與右輪轂電機(jī)離地距離相等；所述左滑塊與右滑塊移動(dòng)導(dǎo)程相等；所述輪轂驅(qū)動(dòng)式履帶裝置通過左右輪轂電機(jī)和帶外齒的左右輪轂驅(qū)動(dòng)左右履帶；所述履帶提升裝置通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)左右絲桿實(shí)現(xiàn)左右履帶的提升和下降；所述伸縮移動(dòng)裝置通過左直線電機(jī)和右直線電機(jī)推動(dòng)左右滑塊實(shí)現(xiàn)伸縮；所述滑塊平衡裝置通過鋼絲繩與電機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)平衡滑塊左右移動(dòng)；所述攝像頭支座內(nèi)嵌電機(jī)驅(qū)動(dòng)攝像頭支撐桿轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)攝像頭轉(zhuǎn)動(dòng)。所述履帶提升裝置包括左提升單元和右提升單元；所述左提升單元包括左絲桿、左支撐腿、第一導(dǎo)桿和第二導(dǎo)桿；所述左支撐腿下端安裝在左輪轂電機(jī)軸上；所述左支撐腿左側(cè)與第一導(dǎo)桿滑動(dòng)配合，右側(cè)與第二導(dǎo)桿滑動(dòng)配合；所述第一導(dǎo)桿和第二導(dǎo)桿安裝在左滑塊上；所述左絲桿的驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在左支撐腿上端；所述左絲桿的驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過電機(jī)聯(lián)軸器與左絲桿連接；所述左絲桿與左滑塊螺紋連接；所述右提升單元包括右絲桿、右支撐腿、第三導(dǎo)桿和第四導(dǎo)桿；所述右支撐腿下端安裝在右輪轂電機(jī)軸上；所述右支撐腿左側(cè)與第三導(dǎo)桿滑動(dòng)配合，右側(cè)與第四導(dǎo)桿滑動(dòng)配合；所述第三導(dǎo)桿和第四導(dǎo)桿安裝在右滑塊上；所述右絲桿的驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在右支撐腿上端；所述右絲桿的驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過電機(jī)聯(lián)軸器與右絲桿連接；所述右絲桿與右滑塊螺紋連接。本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果 輪轂驅(qū)動(dòng)式履帶裝置通過履帶在水田秧苗行間行走，對行間雜草進(jìn)行碾壓，能將雜草壓入泥里，甚至切斷其根系破壞其生長，同時(shí)履帶行走時(shí)攪動(dòng)泥漿造成的渾濁環(huán)境能抑制水下雜草的光合作用，阻礙其正常生長，而污泥沉積下來則能將沒能碾壓到的株間雜草覆蓋，同樣可以達(dá)到株間除草的目的。這個(gè)方法有效地克服了現(xiàn)有的機(jī)械除草技術(shù)實(shí)施機(jī)構(gòu)復(fù)雜、作業(yè)效率低以及控制系統(tǒng)繁瑣的缺點(diǎn)。采用履帶行走，多滑輪內(nèi)嵌于履帶，既使得機(jī)械行走平穩(wěn)，不會(huì)打滑，也增大了碾壓面積；履帶內(nèi)的履帶張緊機(jī)構(gòu)可調(diào)節(jié)履帶的松緊程度，便于拆卸履帶；履帶表面的履刺能增加機(jī)器人的抓地力，并起到碾壓雜草的作用。通過履帶提升裝置、伸縮移動(dòng)裝置和滑塊平衡裝置實(shí)現(xiàn)零轉(zhuǎn)彎半徑換行，解決了現(xiàn)有除草機(jī)械換行操作時(shí)轉(zhuǎn)彎半徑大，損害農(nóng)作物的缺點(diǎn)。用兩根絲桿提升履帶，巧妙利用了空間，使裝置結(jié)構(gòu)緊湊，通過合理控制，不僅可降低機(jī)器人在正常行走過程中的整體重心，而且不會(huì)產(chǎn)生機(jī)構(gòu)干涉。攝像頭支座固定在平衡滑塊上端，攝像頭支撐桿安裝在攝像頭支座內(nèi)嵌電機(jī)上，使攝像頭能實(shí)時(shí)監(jiān)測秧苗分布情況，利用機(jī)器視覺調(diào)節(jié)機(jī)器人的行進(jìn)路線，以適應(yīng)水田稻株種植線條排列的特點(diǎn)，防止在稻苗生長位置不規(guī)則的地方出現(xiàn)碾壓到稻苗的現(xiàn)象，同時(shí)也能根據(jù)前方場景對是否換行做出判斷。與攝像頭連接的平衡滑塊在滑軌上橫向移動(dòng)，能調(diào)節(jié)機(jī)器人的重心，使機(jī)器人在換行期間提升和伸縮履帶時(shí)不會(huì)側(cè)翻，并能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人跨越田壟和側(cè)傾時(shí)的自平衡和自恢復(fù)功能，使機(jī)器人適合于水田行走。主控板和電池置于平衡滑塊內(nèi)部，巧妙地利用平衡滑塊的空間，既節(jié)省了空間又增大了平衡滑塊的重量。通過鋼絲繩驅(qū)動(dòng)平衡滑塊，可使電機(jī)固定在機(jī)體上部，省去復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。整個(gè)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)簡單，操作簡便，體積較小，重量較輕，對環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。


圖I為實(shí)施方式中水田用重心可調(diào)式除草機(jī)器人的前視圖。圖2為圖I所示除草機(jī)器人的左視圖。圖3為圖I所示除草機(jī)器人的右視圖。圖4為圖I所示除草機(jī)器人的俯視圖。
圖5a 5h為圖I所示除草機(jī)器人的的換行策略示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍和實(shí)施方式不限于此。如圖f 4所示，一種水田用重心可調(diào)式除草機(jī)器人，包括輪轂驅(qū)動(dòng)式履帶裝置I、履帶提升裝置II、伸縮移動(dòng)裝置III、滑塊平衡裝置IV和機(jī)體4 ;所述輪轂驅(qū)動(dòng)式履帶裝置I通過左右支撐腿(2、9)與履帶提升裝置II連接；所述履帶提升裝置II通過兩根帶電機(jī)絲桿(5、7)分別與伸縮移動(dòng)裝置III的左右滑塊(3、8)螺紋連接；所述機(jī)體4腔內(nèi)安裝有前后布置的兩條滑軌；所述左右滑塊(3、8)通過自身前后兩側(cè)的滑槽安裝在所述兩條滑軌上；所述滑塊平衡裝置IV通過四根支撐桿與機(jī)體4連接；所述滑塊平衡裝置通過鋼絲繩30與電機(jī)29連接，實(shí)現(xiàn)平衡滑塊6左右移動(dòng)。如圖2、圖3，所述輪轂驅(qū)動(dòng)式履帶裝置I包括左驅(qū)動(dòng)單元和右驅(qū)動(dòng)單元；所述左驅(qū)動(dòng)單元包括左履帶I、左滑輪組11、左輪組連接桿15、左輪轂電機(jī)12、左輪轂33和左張緊機(jī)構(gòu)；所述右驅(qū)動(dòng)單元包括右履帶10、右滑輪組16、右輪組連接桿20、右輪轂電機(jī)17、右輪轂34和右張緊機(jī)構(gòu)；所述左輪轂電機(jī)12安裝在左輪組連接桿15上；所述左輪轂33安裝在左輪轂電機(jī)12的轉(zhuǎn)子上，并與左履帶I配合；所述左輪組連接桿15與左滑輪組11連接；所述左滑輪組11包括12個(gè)滑輪；所述左張緊機(jī)構(gòu)包括左張緊調(diào)節(jié)件31、左張緊螺母40、左轉(zhuǎn)動(dòng)件41 ;所述左張緊調(diào)節(jié)件31頭部通過左固定螺柱和左固定螺母與左連接桿39固定，尾部通過左轉(zhuǎn)動(dòng)件41與左輪組連接桿15連接；所述左張緊螺母40與左張緊調(diào)節(jié)件31通過螺紋配合；所述右輪轂電機(jī)17安裝在右輪組連接桿20上；所述右輪轂34安裝在右輪轂電機(jī)17的轉(zhuǎn)子上，并與右履帶10配合；所述右輪組連接桿20與右滑輪組16連接；所述右滑輪組16包括12個(gè)滑輪。所述右張緊機(jī)構(gòu)包括右張緊調(diào)節(jié)件32、右張緊螺母43、右轉(zhuǎn)動(dòng)件44 ;所述右張緊調(diào)節(jié)件32頭部通過右固定螺柱和右固定螺母與右連接桿42固定，尾部通過右轉(zhuǎn)動(dòng)件44與右輪組連接桿20連接；所述右張緊螺母43與右張緊調(diào)節(jié)件32通過螺紋配合；所述左輪轂電機(jī)12驅(qū)動(dòng)左輪轂33，帶動(dòng)左履帶I轉(zhuǎn)動(dòng)，所述右輪轂電機(jī)17驅(qū)動(dòng)右輪轂34，帶動(dòng)右履帶10轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的行走動(dòng)作；所述左張緊機(jī)構(gòu)可張緊左履帶1，便于拆卸；所述右張緊機(jī)構(gòu)可張緊右履帶10，便于拆卸。所述履帶提升裝置II包括左提升單元和右提升單元，所述左提升單元包括左絲桿5、左支撐腿2、第一導(dǎo)桿25和第二導(dǎo)桿26 ;所述左支撐腿2下端安裝在左輪轂電機(jī)軸上；所述左支撐腿2的左右兩端分別與第一導(dǎo)桿25和第二導(dǎo)桿26滑動(dòng)連接；所述第一導(dǎo)桿25和第二導(dǎo)桿26固定在左滑塊3上；所述左支撐腿2上端安裝驅(qū)動(dòng)絲桿的電機(jī)；所述電機(jī)通過電機(jī)聯(lián)軸器與左絲桿5連接；所述左絲桿5與左滑塊3螺紋連接；所述右提升單元包括右絲桿7、右支撐腿9、第三導(dǎo)桿27和第四導(dǎo)桿28 ;所述右支撐腿9下端安裝在右輪轂電機(jī)軸上；所述右支撐腿9的左右兩端分別與第三導(dǎo)桿27和第四導(dǎo)桿28滑動(dòng)連接；所述第三導(dǎo)桿27和第四導(dǎo)桿28固定在右滑塊8上；所述右支撐腿9上端安裝驅(qū)動(dòng)絲桿的電機(jī)；所述電機(jī)通過電機(jī)聯(lián)軸器與右絲桿7連接；所述右絲桿7與右滑塊8螺紋連接；所述左絲桿5和右絲桿7由電機(jī)驅(qū)動(dòng)通過螺紋傳動(dòng)，提升輪轂驅(qū)動(dòng)式履帶裝置。如圖4，所述伸縮移動(dòng)裝置III包括左滑塊3、右滑塊8、左直線電機(jī)22和右直線電機(jī)24 ;所述左滑塊3與機(jī)體4通過機(jī)體腔內(nèi)的滑軌滑動(dòng)配合；所述右滑塊8與機(jī)體4通過機(jī)體腔內(nèi)的滑軌滑動(dòng)配合；所述左直線電機(jī)22和右直線電機(jī)24分別固定在機(jī)體4上端中部；所述左右直線電機(jī)(22、24)的推桿末端分別與左右滑塊(3、8)固定連接；所述左直線電機(jī)22推動(dòng)左滑塊3沿著機(jī)體腔內(nèi)的滑軌來回運(yùn)動(dòng)；所述右直線電機(jī)24推動(dòng)右滑塊8沿著機(jī)體腔內(nèi)的滑軌來回運(yùn)動(dòng)。所述滑塊平衡裝置IV包括平衡滑塊6、電機(jī)29、繞線輪35、鋼絲繩30、前滑軌21、后滑軌23、第一支撐桿13、第二支撐桿14、第三支撐桿18、第四支撐桿19、攝像頭36、攝像頭支撐桿37和攝像頭支座38 ;所述平衡滑塊6包括腔體、攝像頭36、攝像頭支撐桿37、攝像頭支座38、機(jī)器人主控制板、平衡重物和電池；所述電機(jī)29驅(qū)動(dòng)繞線輪35 ;所述鋼絲繩30連接繞線輪35、前滑軌21兩端的小滑輪和平衡滑塊6 ;所述攝像頭36和攝像頭支撐桿37安裝在平衡滑塊6上部的攝像頭支座38上；所述攝像頭(36)安裝在攝像頭支撐桿(37)上；所述前滑軌21通過第二支撐桿14和第三支撐桿18固定在機(jī)體上端；所述后滑軌23通過第一支撐桿13和第四支撐桿19固定在機(jī)體4上端；所述電機(jī)29安裝在機(jī)體4上部，驅(qū)動(dòng)鋼絲繩30，帶動(dòng)平衡滑塊6沿著前后滑軌21、23左右移動(dòng)。 所述水田用重心可調(diào)式除草機(jī)器人通過視覺與控制系統(tǒng)對作物進(jìn)行識(shí)別，確定作物保護(hù)區(qū)域和行間除草區(qū)域，在行間區(qū)域進(jìn)行除草，換行時(shí)確定除草區(qū)域的行間距離，利用履帶提升裝置II提升左右履帶(I、10)，在伸縮移動(dòng)裝置III和滑塊平衡裝置IV的輔助下左右伸縮輪轂驅(qū)動(dòng)式履帶裝置I，從而實(shí)現(xiàn)換行，解決了現(xiàn)有除草機(jī)械換行操作時(shí)需要的轉(zhuǎn)彎半徑大，損害農(nóng)作物的問題。水田用重心可調(diào)式除草機(jī)器人的工作過程敘述如下
所述滑塊平衡裝置IV通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)鋼絲繩30帶動(dòng)平衡滑塊6沿著前后滑軌(21、23)左右移動(dòng)，在換行時(shí)起平衡穩(wěn)定的作用；平衡滑塊6上有視覺識(shí)別系統(tǒng)，攝像機(jī)將拍攝下來的圖像傳輸給圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別處理，控制系統(tǒng)將控制指令傳送給各個(gè)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)輪轂驅(qū)動(dòng)式履帶裝置I上下運(yùn)動(dòng)、伸縮移動(dòng)裝置III左右運(yùn)動(dòng)以及平衡滑塊6的輔助運(yùn)動(dòng)。所述伸縮移動(dòng)裝置III的左右滑塊(3、8)與機(jī)體4滑動(dòng)配合，并與左右絲桿(5、7)通過螺紋配合。進(jìn)行換行時(shí)，伸縮移動(dòng)裝置III接收控制系統(tǒng)的指令開始工作。以機(jī)器人向左換行為例。機(jī)器人初始狀態(tài)如圖5a所示。首先，以右履帶10作支撐，左履帶I換行。左絲桿電機(jī)接到控制系統(tǒng)的指令，驅(qū)動(dòng)左絲桿5轉(zhuǎn)動(dòng)，左絲桿5沿著左滑塊3的螺紋向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)左邊的左支撐腿2和左邊的輪轂驅(qū)動(dòng)式履帶裝置一起向上運(yùn)動(dòng)到一定高度，第一導(dǎo)桿25和第二導(dǎo)桿26可以限制左履帶I提升的路徑。左履帶提升到一定的高度后，在指令控制下左絲桿電機(jī)停止工作，左直線電機(jī)22推動(dòng)左滑塊3向左橫向移動(dòng)一定的距離，左滑塊3通過第一導(dǎo)桿25和第二導(dǎo)桿26帶動(dòng)左履帶I做橫向移動(dòng)，如圖5b所示。在左履帶提升和伸縮移動(dòng)的過程中，控制系統(tǒng)通過傳感器感知機(jī)器人平衡狀態(tài)，實(shí)時(shí)調(diào)整平衡滑塊6的位置，實(shí)現(xiàn)動(dòng)平衡。橫向移動(dòng)結(jié)束，左絲桿電機(jī)在指令控制下又開始工作，使左履帶I跟隨左絲桿5向下降低直至左履帶I與地面接觸，左邊履帶I換行結(jié)束。左履帶I與地面接觸后，左直線電機(jī)22收縮，右直線電機(jī)24伸長，推動(dòng)主體4向左橫向移動(dòng)，直到左直線電機(jī)22完全收縮，主體4停止移動(dòng)。同時(shí)，平衡滑塊6也在控制系統(tǒng)控制下向左移動(dòng)。接著，以左履帶I為支撐，右履帶10開始換行，如圖5c所示，工作過程同上類似。
右履帶10換行完成后的狀態(tài)如圖5d所示。接著，如圖5e至圖5h所示，在經(jīng)過左履帶I換行和右履帶10換行后，機(jī)器人完成從已除草的行換行到未除草的行。換行后，機(jī)器人沿原前進(jìn)方向反方向前進(jìn)，繼續(xù)除草作業(yè)。機(jī)器人向右換行的工作過程與向左換行的類似。如上所述可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。上述實(shí)施例為本發(fā)明的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施 例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所做的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種水田用重心可調(diào)式除草機(jī)器人，其特征在于包括輪轂驅(qū)動(dòng)式履帶裝置(I)、履帶提升裝置(II)、伸縮移動(dòng)裝置(III)、滑塊平衡裝置(IV)和機(jī)體(4);所述輪轂驅(qū)動(dòng)式履帶裝置(I)通過左右支撐腿(2、9)與履帶提升裝置(II)連接；所述履帶提升裝置(II)通過兩根帶電機(jī)絲桿(5、7)分別與伸縮移動(dòng)裝置(III)的左右滑塊(3、8)螺紋連接；所述機(jī)體(4)腔內(nèi)安裝有前后布置的兩條滑軌；所述左右滑塊(3、8)通過自身前后兩側(cè)的滑槽安裝在所述兩條滑軌上；所述滑塊平衡裝置(IV)通過四根支撐桿(13、14、18、19)與機(jī)體(4)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水田用重心可調(diào)式除草機(jī)器人，其特征在于所述輪轂驅(qū)動(dòng)式履帶裝置(I)包括左驅(qū)動(dòng)單元和右驅(qū)動(dòng)單元；所述左驅(qū)動(dòng)單元包括左履帶(I)、左輪轂電機(jī)(12)、左輪轂(33)、左滑輪組(11)、左輪組連接桿(15)和左張緊機(jī)構(gòu)；所述右驅(qū)動(dòng)單元包括右履帶(10)、右輪轂電機(jī)(17)、右輪轂(34)、右滑輪組(16)、右輪組連接桿(20)和右張緊機(jī)構(gòu)；所述左輪轂電機(jī)(12)安裝在左輪組連接桿(15)上；所述左輪轂(33)安裝在左輪轂電機(jī)(12)轉(zhuǎn)子上，與左履帶(I)配合；所述左輪組連接桿(15)下部與左滑輪組(11)連接；所述左滑輪組(11)包括12個(gè)滑輪；所述左張緊機(jī)構(gòu)包括左張緊調(diào)節(jié)件(31)、左張緊螺母(40)和左轉(zhuǎn)動(dòng)件(41);所述左張緊調(diào)節(jié)件(31)頭部通過左固定螺柱和左固定螺母與左連接桿(39)固定，尾部通過左轉(zhuǎn)動(dòng)件(41)與左輪組連接桿(15)連接；所述左張緊螺母(40)與左張緊調(diào)節(jié)件(31)通過螺紋配合；所述右輪轂電機(jī)(17)安裝在右輪組連接桿(20)上；所述右輪轂(34)安裝在右輪轂電機(jī)(17)轉(zhuǎn)子上，與右履帶(10)配合；所述右輪組連接桿(20)下部與右滑輪組(16)連接；所述右滑輪組(16)包括12個(gè)滑輪；所述右張緊機(jī)構(gòu)包括右張緊調(diào)節(jié)件(32)、右張緊螺母(43)、右轉(zhuǎn)動(dòng)件(44);所述右張緊調(diào)節(jié)件(32)頭部通過右固定螺柱和右固定螺母與右連接桿(42)固定，尾部通過右轉(zhuǎn)動(dòng)件(44)與右輪組連接桿(20)連接；所述右張緊螺母(43)與右張緊調(diào)節(jié)件(32)螺紋配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水田用重心可調(diào)式除草機(jī)器人，其特征在于所述履帶提升裝置(II)包括左提升單元和右提升單元；所述左提升單元包括左絲桿(5)、左支撐腿(2)、第一導(dǎo)桿(25)和第二導(dǎo)桿(26);所述左支撐腿(2)下端安裝在左輪轂電機(jī)軸上；所述左支撐腿(2)左側(cè)與第一導(dǎo)桿(25)滑動(dòng)配合，右側(cè)與第二導(dǎo)桿(26)滑動(dòng)配合；所述第一導(dǎo)桿(25)和第二導(dǎo)桿(26)安裝在左滑塊(3)上；所述左絲桿(5)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在左支撐腿(2)上端；所述左絲桿(5)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過電機(jī)聯(lián)軸器與左絲桿(5)連接；所述左絲桿(5)與左滑塊(3)螺紋連接；所述右提升單元包括右絲桿(7)、右支撐腿(9)、第三導(dǎo)桿(27)和第四導(dǎo)桿(28 );所述右支撐腿(9 )下端安裝在右輪轂電機(jī)軸上；所述右支撐腿(9 )左側(cè)與第三導(dǎo)桿(27)滑動(dòng)配合，右側(cè)與第四導(dǎo)桿(28)滑動(dòng)配合；所述第三導(dǎo)桿(27)和第四導(dǎo)桿(28)安裝在右滑塊(8)上；所述右絲桿(7)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在右支撐腿(9)上端；所述右絲桿(7)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過電機(jī)聯(lián)軸器與右絲桿(7)連接；所述右絲桿(7)與右滑塊(8)螺紋連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水田用重心可調(diào)式除草機(jī)器人，其特征在于所述伸縮移動(dòng)裝置(III)包括左滑塊(3)、右滑塊(8)、左直線電機(jī)(22)和右直線電機(jī)(24);所述左滑塊(3 )與機(jī)體(4 )通過機(jī)體腔內(nèi)的滑軌滑動(dòng)配合；所述右滑塊(8 )與機(jī)體(4 )通過機(jī)體腔內(nèi)的滑軌滑動(dòng)配合；所述左直線電機(jī)(22)和右直線電機(jī)(24)分別固定在機(jī)體(4)上端中部；所述左直線電機(jī)(22)的推桿末端與左滑塊(3)通過固定件固定連接；所述右直線電機(jī)(24)的推桿末端與右滑塊(8)通過固定件固定連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水田用重心可調(diào)式除草機(jī)器人，其特征在于所述滑塊平衡裝置(IV)包括平衡滑塊(6)、電機(jī)(29)、鋼絲繩(30)、繞線輪(35)、前滑軌(21)、后滑軌(23)、第一支撐桿(13)、第二支撐桿(14)、第三支撐桿(18)、第四支撐桿(19)、攝像頭(36)、攝像頭支撐桿(37)和攝像頭支座(38);所述前滑軌(21)和后滑軌(23)通過第一支撐桿(13)、第二支撐桿(14)、第三支撐桿(18)和第四支撐桿(19)與機(jī)體(4)固定連接；所述平衡滑塊(6)與前滑軌(21)和后滑軌(23)滑動(dòng)配合；所述電機(jī)(29)通過繞線輪(35)驅(qū)動(dòng)鋼絲繩(30);所述繞線輪(35)安裝在電機(jī)(29)軸上；所述鋼絲繩(30)繞過前滑軌(21)兩端的小滑輪與平衡滑塊(6)連接；所述平衡滑塊(6)內(nèi)置有電池、主控板及平衡重物；所述攝像頭(36 )安裝在攝像頭支撐桿(37 )上；所述攝像頭支撐桿(37 )安裝在攝像頭支座(38 )內(nèi)嵌電機(jī)軸上；所述攝像頭支座(38)固定在平衡滑塊(6)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的水田用重心可調(diào)式除草機(jī)器人，其特征在于所述前滑軌(21)與后滑軌(23)的長度相等且左右對稱；所述左輪轂電機(jī)(12)與右輪轂電機(jī)(17)離地距離相等；所述左滑塊(21)與右滑塊(22)移動(dòng)導(dǎo)程相等；所述輪轂驅(qū)動(dòng)式履帶裝置(I)通過左右輪轂電機(jī)(12、17)和帶外齒的左右輪轂(33、34)驅(qū)動(dòng)左右履帶(1、10);所述履帶提升裝置(II)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)左右絲桿(5、7)實(shí)現(xiàn)左右履帶(1、10)的提升和下降；所述伸縮移動(dòng)裝置(III)通過左直線電機(jī)(22)和右直線電機(jī)(24)推動(dòng)左右滑塊(3、8)實(shí)現(xiàn)伸縮；所述滑塊平衡裝置(IV)通過鋼絲繩(30 )與電機(jī)(29 )連接，實(shí)現(xiàn)平衡滑塊(6 )左右移動(dòng)；所述攝像頭支座(38)內(nèi)嵌電機(jī)驅(qū)動(dòng)攝像頭支撐桿(37)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)攝像頭(36)轉(zhuǎn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水田用重心可調(diào)式除草機(jī)器人，包括輪轂驅(qū)動(dòng)式履帶裝置、履帶提升裝置、伸縮移動(dòng)裝置和滑塊平衡裝置。輪轂驅(qū)動(dòng)式履帶裝置通過輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪轂，從而帶動(dòng)履帶運(yùn)轉(zhuǎn)，使機(jī)器人在秧苗行間行走，將雜草壓入泥里，甚至將其切斷或拔出；履帶提升裝置和伸縮移動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)履帶裝置的提升和伸縮，進(jìn)行換行行走和跨越田壟行走；滑塊平衡裝置配合履帶提升裝置和伸縮移動(dòng)裝置，調(diào)節(jié)機(jī)器人的重心，實(shí)現(xiàn)換行過程和跨越田壟過程中機(jī)器人的整體自平衡以及在有凹坑的水田環(huán)境下機(jī)器人陷入凹坑后自行恢復(fù)的功能；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕、攜帶方便、普及性高。
文檔編號A01B39/20GK102696294SQ20121019270
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月13日
發(fā)明者張勤, 張友勝, 方朝斌, 沈棟, 蔡明京, 鄧國明 申請人:華南理工大學(xué)