一種立體無土栽培智能機器人及栽培方法
【專利摘要】一種立體無土栽培智能機器人及栽培方法，包括：裝置盒、循跡小車、垂直絲杠、水平絲杠、垂直氣缸、機械手、菜籃、光電傳感器、支撐架和觸摸屏；裝置盒固定在循跡小車上，上部通過一可伸縮支撐桿與觸摸屏相連，裝置盒包括PLC控制器、蓄電池和氣閥；循跡小車可沿著地面所貼的反光板運動；支撐架固定在循跡小車上，垂直絲杠底端固定在循跡小車上，頂端與支撐架相接；水平絲杠水平固定在垂直絲杠上，可沿著垂直絲杠上下移動，水平絲杠的底部與垂直氣缸和機械手相連，氣閥控制垂直氣缸的運動，從而驅(qū)動機械手的抓取和松開；菜籃固定在垂直絲杠上，位于水平絲杠的下方。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理巧妙，能夠循跡自動行走，實現(xiàn)了立體式栽培的自動播種及采摘。
【專利說明】
一種立體無土栽培智能機器人及栽培方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)機械領(lǐng)域，具體涉及一種立體無土栽培智能機器人及栽培方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市化進程的加快，土地流失嚴重，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所承受的壓力越來越大，對大規(guī)模、高效率的生產(chǎn)模式的需求也日益明顯。立體無土栽培技術(shù)憑借其能在有限的土地上提高單位面積的資源產(chǎn)出率的特點在近年來興起。同時，科技的發(fā)展和技術(shù)的突破使得農(nóng)業(yè)機械智能化成為可能。與傳統(tǒng)栽培方式相比，農(nóng)業(yè)智能機器人具有其無疲勞、高效率的優(yōu)勢。而現(xiàn)有技術(shù)中農(nóng)業(yè)智能機器人無法實現(xiàn)循跡自動行走，也無法實現(xiàn)對立體式栽培的播種及采摘，在栽培過程中仍需要人力的作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種立體無土栽培智能機器人及栽培方法。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種立體無土栽培智能機器人，其特征在于，包括:裝置盒、循跡小車、垂直絲杠、水平絲杠、垂直氣缸、機械手、菜籃、光電傳感器、支撐架和觸摸屏;所述裝置盒固定在循跡小車上，上部通過一可伸縮支撐桿與觸摸屏相連，裝置盒包括PLC控制器、蓄電池和氣閥，PLC控制器控制循跡小車、垂直絲杠和水平絲杠的運動;所述循跡小車車身兩側(cè)設(shè)有四個輪子，分別由四個電機驅(qū)動，車身上安裝有舵機，車身底部安裝有光電傳感器，使得循跡小車可沿著地面所貼的反光板運動;所述支撐架固定在循跡小車上，所述垂直絲杠底端固定在循跡小車上，頂端與支撐架相接;所述水平絲杠水平固定在垂直絲杠上，可沿著垂直絲杠上下移動，水平絲杠的底部與垂直氣缸和機械手相連，氣閥控制垂直氣缸的運動，從而驅(qū)動機械手的抓取和松開;所述菜籃固定在垂直絲杠上，位于水平絲杠的下方。
[0005]為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的具體措施還包括:
所述垂直絲杠和水平絲杠均為由螺桿、螺母、鋼球、預(yù)壓片、反向器、防塵器組成的滾珠絲杠，垂直絲杠和水平絲杠分別由各自的步進電機驅(qū)動；垂直絲杠的螺母上固定有滑塊，隨螺母進行垂直移動，水平絲杠的螺母上固定有中間滑塊，中間滑塊固定在垂直絲杠的滑塊上。
[0006]水平絲杠上安裝有光電傳感器，用于監(jiān)測垂直絲杠滑塊的運動。
[0007]所述機械手為多個，與水平絲杠可拆卸地連接。
[0008]氣閥控制垂直氣缸向下運動，使機械手閉合;氣閥控制垂直氣缸向上運動，使機械手松開。
[0009]此外，還提出了一種采用上述立體無土栽培智能機器人的栽培方法，包括:
通過觸摸屏在自動摘取模式和自動播種模式之間進行選擇；
循跡小車通過光電傳感器沿著地面所貼的反光板運動，并停在種植架邊； 垂直絲杠的步進電機帶動固定在垂直絲杠滑塊上的水平絲杠上升，水平絲杠上的光電傳感器檢測水平絲杠的高度，控制水平絲杠停留在一定高度；
當選擇了自動摘取模式時，水平絲杠的步進電機轉(zhuǎn)動，使得固定在水平絲杠上的機械手水平伸出；氣閥控制垂直氣缸向下運動，使機械手閉合抓住農(nóng)作物，之后水平絲杠的步進電機帶動機械手收回，氣閥控制垂直氣缸向上運動，機械手松開，使得采集到的農(nóng)作物正好掉落到菜籃中；
當選擇了自動播種模式時，氣閥控制垂直氣缸向下運動，使機械手閉合從菜籃中抓取種子，之后水平絲杠的步進電機帶動機械手水平伸出，氣閥控制垂直氣缸向上運動，機械手松開，使得種子正好掉落到培養(yǎng)皿中。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:垂直絲杠的使用，使得抓取層定位精確，可用于立體多層物體栽培;水平絲杠的使用，能夠抓取位于深層的農(nóng)作物;循跡小車實現(xiàn)了智能機器人的自動移動；多個機械手的設(shè)計可同時抓取多個農(nóng)作物，節(jié)約時間，提高效率，機械手采用可拆卸設(shè)計，通過更換機械手，本機器人可實現(xiàn)對不同種類農(nóng)作物的播種及采摘，適用性更廣；水平絲杠和菜籃分別固定在垂直絲杠兩側(cè)，垂直絲杠使用支撐架加固，增加了整個裝置的穩(wěn)定性;模式自由切換，更具人性化。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的正視圖。
[0012]圖2是本發(fā)明的俯視圖。
[0013]圖3是本發(fā)明的移動流程圖。
[0014]圖4是本發(fā)明的抓取流程圖。
[0015]附圖標記如下:裝置盒1、循跡小車2、垂直絲杠3、水平絲杠4、垂直氣缸5、機械手6、菜籃7、光電傳感器8、支撐架9、觸摸屏1。
【具體實施方式】
[0016]現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0017]如圖1-2所示，本發(fā)明的立體無土栽培智能機器人，包括裝置盒1、循跡小車2、垂直絲杠3、水平絲杠4、垂直氣缸5、機械手6、菜籃7、光電傳感器8、支撐架9和觸摸屏1。
[0018]裝置盒I底部用螺絲固定在循跡小車2上，上部通過一可伸縮支撐桿與觸摸屏10相連。裝置盒I中包括PLC控制器、蓄電池和氣閥，PLC控制器控制循跡小車2、垂直絲杠3、水平絲杠4的運動，以及氣閥的開閉，對整個智能機器人的工作進行控制。觸摸屏10可實現(xiàn)機器人自動摘取模式和自動播種模式之間的切換，并且還能進行手動模式與自動模式的切換，在手動模式時可以精確控制機器人的移動、抓取和播種。
[0019]循跡小車2車身兩側(cè)設(shè)有四個輪子，分別由四個電機驅(qū)動，車身整體結(jié)構(gòu)采用可承重大、重心低的設(shè)計，車身上安裝有舵機，底部安裝有光電傳感器8，通過光電傳感器8的探測，使得循跡小車2可沿著地面所貼的反光板前進、停止以及自動調(diào)節(jié)方向。
[0020]支撐架9用螺絲固定在循跡小車2上，垂直絲杠4底端也用螺絲固定在循跡小車2上，頂端與支撐架9相接，使得垂直絲杠4的固定更加牢固。垂直絲杠4為由螺桿、螺母、鋼球、預(yù)壓片、反向器、防塵器組成的滾珠絲杠，由頂端的步進電機驅(qū)動，滾珠絲杠的螺母上還固定有滑塊，滑塊隨螺母上下移動。
[0021]水平絲杠4同樣為由螺桿、螺母、鋼球、預(yù)壓片、反向器、防塵器組成的滾珠絲杠，由固定在端部的步進電機驅(qū)動，螺母上固定有中間滑塊，中間滑塊可通過角鐵采用螺絲固定在垂直絲杠3的滑塊上，使得水平絲杠4可沿著垂直絲杠3上下移動。水平絲杠4上還安裝有光電傳感器8,通過檢測水平絲杠4的高度，并將高度信號發(fā)送給PLC控制器，然后控制垂直絲杠3滑塊的運動，使其停留在合適的高度，如采摘高度或播種高度。
[0022]水平絲杠4底部還連接有垂直氣缸5和機械手6,機械手6可設(shè)計為多個，與水平絲杠4可拆卸地連接，多個機械手6由螺絲固定吊在一塊鋼板下，鋼板則固定在垂直氣缸5的底端。氣閥控制垂直氣缸5向下運動，使機械手6閉合，用于農(nóng)作物或種子的抓取;而氣閥控制垂直氣缸5向上運動，則機械手6松開，用于放置采集的農(nóng)作物或播種。
[0023]菜籃7,可用螺絲固定在兩個角鐵上，固定部分在垂直絲杠3不與水平絲杠4相接的一側(cè)，而菜籃7通過穿過角鐵位于水平絲杠4滑塊的正下方。
[0024]如圖3-4所示，在采摘時，使用采摘機械手，通過觸摸屏10選擇自動摘取模式，觸摸屏10將信號發(fā)送給PLC控制器，PLC控制器控制循跡小車2的運動，循跡小車2通過光電傳感器8沿著地面反光板前進，并停在種植架邊。此時，垂直絲杠3上的步進電機帶動固定在垂直絲杠3滑塊上的水平絲杠4開始上升，并通過光電傳感器8的檢測停在恰當?shù)牟烧叨取Ｋ浇z杠4上的步進電機轉(zhuǎn)動，使得固定在水平絲杠4上的機械手6水平伸出至恰當位置。氣閥控制垂直氣缸5向下運動，使機械手6閉合抓住農(nóng)作物。之后水平絲杠4上的步進電機帶動機械手6收回至恰當位置，即菜籃7所在的位置，氣閥控制垂直氣缸5向上運動，機械手6松開，采集到的農(nóng)作物正好掉落到菜籃7中。之后，垂直絲杠3上的步進電機帶動固定在該絲杠滑塊上的水平絲杠4繼續(xù)上升，重復(fù)剛才的動作，直至該種植架所有層的農(nóng)作物采集完畢。之后智能機器人繼續(xù)移動，重復(fù)抓取動作，直至所有種植架的農(nóng)作物采摘完成。
[0025]在播種時，使用播種機械手，通過觸摸屏10選擇自動播種模式，智能機器人開始移動。循跡小車2通過光電傳感器8沿著地面反光板前進，并停在作物種植架邊。此時，垂直絲桿3上的步進電機帶動固定在該絲桿滑塊上的水平絲桿4開始上升，并通過光電傳感器8停在恰當高度，即抓取高度。氣閥控制垂直氣缸5向下運動，使機械手6閉合從菜籃7中抓取種子，然后水平絲桿4上的步進電機轉(zhuǎn)動，使得固定在水平絲桿4上的機械手6水平伸出至恰當位置，即播種的位置。氣閥控制垂直氣缸5向上運動，機械手6松開，種子掉入培養(yǎng)皿中。然后水平絲桿4上的步進電機帶動機械手6收回至恰當位置。垂直絲桿3上的步進電機帶動固定在該絲桿滑塊上的水平絲桿4繼續(xù)上升，重復(fù)剛才動作，直至該種植架的所有層播種完畢。 之后智能機器人繼續(xù)移動，重復(fù)播種動作，直至所有種植架的農(nóng)作物播種完成。
[0026]以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例， 凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種立體無土栽培智能機器人，其特征在于，包括:裝置盒(I)、循跡小車(2)、垂直絲杠(3)、水平絲杠(4)、垂直氣缸(5)、機械手(6)、菜籃(7)、光電傳感器(8)、支撐架(9)和觸摸屏(10);所述裝置盒(I)固定在循跡小車(2)上，上部通過一可伸縮支撐桿與觸摸屏(10)相連，裝置盒(I)包括PLC控制器、蓄電池和氣閥，PLC控制器控制循跡小車(2 )、垂直絲杠(3 )和水平絲杠(4)的運動;所述循跡小車(2)車身兩側(cè)設(shè)有四個輪子，分別由四個電機驅(qū)動，車身上安裝有舵機，車身底部安裝有光電傳感器(8)，使得循跡小車(2)可沿著地面所貼的反光板運動;所述支撐架(9)固定在循跡小車(2)上，所述垂直絲杠(3)底端固定在循跡小車(2)上，頂端與支撐架(9)相接;所述水平絲杠(4)水平固定在垂直絲杠(3)上，可沿著垂直絲杠(3)上下移動，水平絲杠(4)的底部與垂直氣缸(5)和機械手(6)相連，氣閥控制垂直氣缸(5)的運動，從而驅(qū)動機械手(6)的抓取和松開;所述菜籃(7)固定在垂直絲杠(3)上，位于水平絲杠(4)的下方。2.如權(quán)利要求1所述的一種立體無土栽培智能機器人，其特征在于:所述垂直絲杠(3)和水平絲杠(4)均為由螺桿、螺母、鋼球、預(yù)壓片、反向器、防塵器組成的滾珠絲杠，垂直絲杠(3)和水平絲杠(4)分別由各自的步進電機驅(qū)動;垂直絲杠(3)的螺母上固定有滑塊，隨螺母進行垂直移動，水平絲杠(3)的螺母上固定有中間滑塊，中間滑塊固定在垂直絲杠(3)的滑塊上。3.如權(quán)利要求2所述的一種立體無土栽培智能機器人，其特征在于:水平絲杠(4)上安裝有光電傳感器(8)，用于監(jiān)測垂直絲杠(3)滑塊的運動。4.如權(quán)利要求1所述的一種立體無土栽培智能機器人，其特征在于:所述機械手(6)為多個，與水平絲杠(4)可拆卸地連接。5.如權(quán)利要求4所述的一種立體無土栽培智能機器人，其特征在于:氣閥控制垂直氣缸(5)向下運動，使機械手(6)閉合;氣閥控制垂直氣缸(5)向上運動，使機械手(6)松開。6.—種采用如權(quán)利要求1-5中任一所述的立體無土栽培智能機器人的栽培方法，包括: 通過觸摸屏在自動摘取模式和自動播種模式之間進行選擇； 循跡小車(2)通過光電傳感器(8)沿著地面所貼的反光板運動，并停在種植架邊；垂直絲杠(3)的步進電機帶動固定在垂直絲杠(3)滑塊上的水平絲杠(4)上升，水平絲杠(4)上的光電傳感器(8)檢測水平絲杠(4)的高度，控制水平絲杠(4)停留在一定高度；當選擇了自動摘取模式時，水平絲杠(4)的步進電機轉(zhuǎn)動，使得固定在水平絲杠(4)上的機械手(6)水平伸出；氣閥控制垂直氣缸(5)向下運動，使機械手(6)閉合抓住農(nóng)作物，之后水平絲杠(4)的步進電機帶動機械手(6)收回，氣閥控制垂直氣缸(5)向上運動，機械手(6)松開，使得采集到的農(nóng)作物正好掉落到菜籃(7)中；當選擇了自動播種模式時，氣閥控制垂直氣缸(5)向下運動，使機械手(6)閉合從菜籃(7)中抓取種子，之后水平絲杠(4)的步進電機帶動機械手(6)水平伸出，氣閥控制垂直氣缸(5)向上運動，機械手(6)松開，使得種子正好掉落到培養(yǎng)皿中。
【文檔編號】B25J9/10GK105961166SQ201610505724
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月1日
【發(fā)明人】高峰, 馮嘉熙, 秦宇, 郭潤之
【申請人】金陵科技學院