本實用新型涉及一種大田作物信息采集機器人，特別是關(guān)于一種智能化大田高清作物表型信息與土壤信息采集機器人。

背景技術(shù)：

“精確農(nóng)業(yè)”是21世紀(jì)農(nóng)業(yè)的新模式，是數(shù)字農(nóng)業(yè)的核心和農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢?！熬_農(nóng)業(yè)”技術(shù)的起點是農(nóng)田基礎(chǔ)信息的獲取和處理，故智能化、高效化、精準(zhǔn)化的農(nóng)業(yè)信息采集機器人是精確農(nóng)業(yè)裝備體系中的重中之重。同時高智能的農(nóng)業(yè)機器人逐漸開始取代傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)勞作方式，促進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進程。

目前國內(nèi)外許多國家都在開展農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)信息采集技術(shù)的研究與開發(fā)，其中主要研究方向有：衛(wèi)星遙感采集技術(shù)、無人機遙感采集技術(shù)、農(nóng)業(yè)機器人采集技術(shù)。前兩者擁有作業(yè)面積廣，采集效率高等特點，同時也具有采集精度低，作業(yè)時間有限，受環(huán)境影響大，功能單一等缺點，加上操作不方便，通過性不高，無法滿足各類田間試驗的要求。

針對以上問題，本實用新型公開了一種智能化的大田作物表型信息與土壤信息采集機器人。針對所述機器人的可伸縮車體系統(tǒng)、信息采集與控制系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)進行構(gòu)建與優(yōu)化。研制出一種結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡單、功能豐富、多類型田地適用性好、田間行走平穩(wěn)性高、負(fù)載能力強、可實現(xiàn)單株作物精確表型信息采集與土壤欣喜采集的機器人。該實用新型為后續(xù)開展土壤與株苗性狀的監(jiān)測與分析、植株計算機視覺分析、車體自身衛(wèi)星與慣性導(dǎo)航與播種施肥補水施藥關(guān)鍵部件試驗提供了實驗平臺與數(shù)據(jù)載體。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的是提供一種跨壟型大田作物表型信息采集機器人，該機器人結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡單、功能豐富、多類型田地適用性好、田間行走平穩(wěn)性高、負(fù)載能力強、可實現(xiàn)單株作物精確表型信息采集功能。為后續(xù)開展土壤信息與株苗性狀的監(jiān)測與分析、植株計算機視覺分析、車體自身衛(wèi)星與慣性導(dǎo)航與播種施肥補水施藥關(guān)鍵部件試驗提供了實驗平臺與數(shù)據(jù)載體。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采用的技術(shù)方案是：一種大田作物信息采集機器人，包括寬度可調(diào)節(jié)移動平臺，在可調(diào)節(jié)移動平臺上設(shè)有動力系統(tǒng)、半自動GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、信息采集系統(tǒng)、電路控制系統(tǒng)、機器人運行管理系統(tǒng)、施藥補水系統(tǒng)及遮光與自補光系統(tǒng)；所述寬度可調(diào)節(jié)移動平臺包含寬度可調(diào)節(jié)車體結(jié)構(gòu)、水陸兩棲車輪機構(gòu)及動力系統(tǒng)，動力系統(tǒng)帶動兩棲車輪機構(gòu)轉(zhuǎn)動；

所述寬度可調(diào)節(jié)車體結(jié)構(gòu)包括車架、嵌套型寬度調(diào)節(jié)機構(gòu)、大螺母、步進電機、第一鏈條及第一鏈輪；所述嵌套型寬度調(diào)節(jié)機構(gòu)包括固定軸承、嵌套式鍍鋅管結(jié)構(gòu)及傳動絲桿；整體車架由方鋼焊接而成，所述寬度調(diào)節(jié)機構(gòu)焊接在車架前后兩端，所述傳動絲桿一端與所述軸承和第一鏈輪連接，另一端與焊接在車架上的大螺母連接，其中一個傳動絲桿與步進電機相連，兩傳動絲桿通過第一鏈條連接。

優(yōu)選的，所述水陸兩棲車輪機構(gòu)包括車輪安裝架、內(nèi)六角軸承、六角鋼軸、水陸兩棲車輪、第二鏈輪及第二鏈條，所述車輪安裝架焊接在車架下方，所述六角軸承安裝在車輪安裝架上，所述第二鏈輪及車輪依次安裝在六角鋼軸上，通過緊定螺絲限位，并與所述六角軸承相配合，所述第二鏈輪通過第二鏈條與所述動力系統(tǒng)連接。

優(yōu)選的，所述動力系統(tǒng)包括電機、離合裝置及傳動裝置，所述電機由電機架與所述離合裝置通過螺栓固定在電機底板上，電機底板通過螺栓固定在車架載物平臺上；第一齒輪固定在電機軸上，第一齒輪與所述離合裝置中的第二齒輪相嚙合；所述離合裝置由花鍵軸、第二齒輪、拉環(huán)及彈簧組成，其中花鍵套通過鍵連接第二齒輪，彈簧及第三鏈輪套設(shè)在花鍵軸上，彈簧還與軸承連接，所述花鍵、第三鏈輪及第二鏈條（21）組成動裝置。

優(yōu)選的，所述半自動GPS導(dǎo)航系統(tǒng)包括無線遙控系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及GPS定位導(dǎo)航系統(tǒng)；

所述無線遙控系統(tǒng)包含無線遙控器、機器人信號收發(fā)裝置，無線遙控器通過機器人信號收發(fā)裝置與控制終端連接；所述無線遙控器包括電臺信號收發(fā)器、遙控手柄、信號處理芯片，遙控手柄與信號處理芯片連接，信號處理芯片與電臺信號收發(fā)器連接，所述機器人信號收發(fā)裝置通過PPM通信協(xié)議與無線遙控器進行通信，搭載在車架上；

所述慣性導(dǎo)航系統(tǒng)包含慣性導(dǎo)航傳感器，慣性導(dǎo)航傳感器與數(shù)據(jù)處理裝置連接；所述GPS導(dǎo)航系統(tǒng)包含GPS定位傳感器，GPS定位傳感器與數(shù)據(jù)處理裝置連接；數(shù)據(jù)處理裝置與控制終端及機器人信號收發(fā)裝置連接，數(shù)據(jù)處理裝置還與導(dǎo)航控制系統(tǒng)連接。

優(yōu)選的，所述信息采集系統(tǒng)包含土壤信息采集系統(tǒng)與作物表型信息采集系統(tǒng)，

所述土壤信息采集系統(tǒng)包含土壤信息采集傳感器、傳感器破土裝置，所述傳感器破土裝置搭載在車架上，利用緊固螺栓連接，所述傳感器破土裝置包括第一步進電機和絲桿，傳感器破土裝置的下端設(shè)有土壤信息采集傳感器，所述第一步進電機和所述絲桿及滑塊構(gòu)成移動裝置，所述傳感器破土裝置搭載在滑塊上，所述土壤信息采集傳感器與信息采集控制系統(tǒng)相連；

所述表型信息采集系統(tǒng)包括工業(yè)相機、第二步進電機、中央絲桿、移動絲桿、滑軌、自穩(wěn)云臺、信息采集控制系統(tǒng)，所述中央絲桿搭載在平臺中央，與平臺兩側(cè)的移動絲桿和滑軌相連，兩側(cè)的移動絲桿和滑軌連接在車架下方；所述自穩(wěn)云臺搭載在中央絲桿上；工業(yè)相機搭載在自穩(wěn)云臺上，所述中央絲桿、第二步進電機、自穩(wěn)云臺及云臺旋轉(zhuǎn)裝置通過電路與信息采集控制系統(tǒng)相連。

優(yōu)選的，所述電路控制系統(tǒng)包括24V供電系統(tǒng)與控制系統(tǒng)；

所述供電系統(tǒng)包括電池組、降壓穩(wěn)壓裝置、電量顯示裝置及低電壓保護裝置；電池組與低電壓保護裝置連接，低電壓保護裝置與降壓穩(wěn)壓裝置連接，電池組還與電量顯示裝置連接；

所述控制系統(tǒng)包括平臺控制系統(tǒng)、信息采集控制系統(tǒng)、導(dǎo)航控制系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)通訊系統(tǒng)，所述平臺控制系統(tǒng)接受所述導(dǎo)航控制系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)通訊系統(tǒng)，所述平臺控制系統(tǒng)向信息采集控制系統(tǒng)發(fā)出命令。

優(yōu)選的，所述機器人運行管理系統(tǒng)包括云端服務(wù)器、PC端與機器人終端，機器人終端通過云端服務(wù)器與PC端連接；

所述云端服務(wù)器包括協(xié)議通訊系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、即時信息處理與反饋系統(tǒng)，議通訊系統(tǒng)與即時信息處理與反饋系統(tǒng)連接，即時信息處理與反饋系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)連接，所述數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存儲各終端反饋的信息，即時信息處理與反饋系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行有效處理；

所述PC端包含監(jiān)控平臺及信息交互系統(tǒng)；所述監(jiān)控平臺通過信息交互系統(tǒng)連接云端服務(wù)器顯示機器人工作狀態(tài)，所述信息交互系統(tǒng)通過所述通訊協(xié)議與云端服務(wù)器交換數(shù)據(jù)；

所述機器人終端包含信號收發(fā)裝置及信號處理裝置，所述信號收發(fā)裝置接收云端服務(wù)器發(fā)送信息并做出反饋，信號收發(fā)裝置與信號處理裝置連接。所述信號處理裝置對信號進行處理并與所述信息采集系統(tǒng)、電路控制系統(tǒng)、可伸縮光學(xué)圖像采集平臺、半自動導(dǎo)航系統(tǒng)通過串口交互信息。

優(yōu)選的，所述施藥補水系統(tǒng)包括自動施藥補水裝置與控制裝置，自動施藥補水裝置包括固定在車架上的液體箱及噴灑裝置；控制裝置包括與電路控制系統(tǒng)連接的繼電器，繼電器設(shè)于噴灑裝置上。

優(yōu)選的，所述遮光與自補光系統(tǒng)包括光源、遮光架、遮光板，所述遮光架為方鋼焊接成框通過螺栓固定在車架上方，遮光架之間通過合頁連接；所述遮光板覆蓋在遮光架外部；所述光源連接在車架下部，與控制系統(tǒng)相連；所述控制系統(tǒng)搭載在車架上。

本實用新型型具體優(yōu)點如下 ：

其一，本實用新型可伸縮式寬度可調(diào)節(jié)跨壟型大田作物表型信息采集機器人，采用可伸縮機構(gòu)，前輪驅(qū)動，后輪可更換，適應(yīng)于多種田壟環(huán)境，可以實現(xiàn)水田、旱地兩用；

其二，本實用新型采用雙電機結(jié)構(gòu)，使用差速法進行轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)在田壟作業(yè)中自由運動；

其三，本實用新型內(nèi)設(shè)有補光系統(tǒng)與自穩(wěn)系統(tǒng)，保證在多種光學(xué)條件下采集高清表型信息；

其四，本實用新型采用多種導(dǎo)航方式相互輔助，云端服務(wù)器監(jiān)控的方式，保證機器人作業(yè)安全；

其五，本實用新型采用“互聯(lián)網(wǎng)+”管理模式，使機器人作業(yè)類型、作業(yè)范圍更加廣泛；

其六，本實用新型載重量高，可為后期搭載多種數(shù)據(jù)采集傳感器，為后續(xù)開展土壤信息與株苗性狀的監(jiān)測與分析、植株計算機視覺分析、車體自身衛(wèi)星與慣性導(dǎo)航與播種施肥關(guān)鍵部件試驗提供了實驗平臺與數(shù)據(jù)載體。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明：

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型寬度可調(diào)節(jié)移動平臺的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型傳動絲桿的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實用新型車輪部分的傳動結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實用新型動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本實用新型半自動導(dǎo)航系統(tǒng)示意圖；

圖7為本實用新型土壤信息采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本實用新型表型信息采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本實用新型電路控制系統(tǒng)示意圖；

圖10為本實用新型機器人運行管理系統(tǒng)示意圖；

圖11為本實用新型遮光與自補光系統(tǒng)示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種大田作物信息采集機器人，包括寬度可調(diào)節(jié)移動平臺10，在可調(diào)節(jié)移動平臺10上設(shè)有動力系統(tǒng)13、半自動GPS導(dǎo)航系統(tǒng)1、信息采集系統(tǒng)8、電路控制系統(tǒng)4、機器人運行管理系統(tǒng)11、施藥補水系統(tǒng)3及遮光與自補光系統(tǒng)2；所述寬度可調(diào)節(jié)移動平臺10包含寬度可調(diào)節(jié)車體結(jié)構(gòu)27、水陸兩棲車輪機構(gòu)15及動力系統(tǒng)13，動力系統(tǒng)13帶動兩棲車輪機構(gòu)15轉(zhuǎn)動；

如圖2-4所示，所述寬度可調(diào)節(jié)車體結(jié)構(gòu)27包括車架24、嵌套型寬度調(diào)節(jié)機構(gòu)、大螺母19、步進電機26、第一鏈條25及第一鏈輪23；所述嵌套型寬度調(diào)節(jié)機構(gòu)包括固定軸承22、嵌套式鍍鋅管結(jié)構(gòu)及絲桿12；整體車架由方鋼焊接而成，所述寬度調(diào)節(jié)機構(gòu)焊接在車架24前后兩端，所述傳動絲桿12一端與所述軸承22和第一鏈輪23連接，另一端與焊接在車架24上的大螺母19連接，其中一個傳動絲桿12與步進電機26相連，兩傳動絲桿12通過第一鏈條25連接。

優(yōu)選的，所述水陸兩棲車輪機構(gòu)15包括車輪安裝架16、內(nèi)六角軸承20、六角鋼軸、水陸兩棲車輪41、第二鏈輪17及第二鏈條21，所述車輪安裝架16焊接在車架24下方，所述六角軸承安裝在車輪安裝架16上，所述第二鏈輪17及車輪41依次安裝在六角鋼軸上，通過緊定螺絲限位，并與所述六角軸承相配合，所述第二鏈輪17通過第二鏈條21與所述動力系統(tǒng)13連接。

優(yōu)選的，如圖5所示，所述動力系統(tǒng)13包括電機28、離合裝置33及傳動裝置9，所述電機28由電機架5與所述離合裝置33通過螺栓固定在電機底板7上，電機底板7通過螺栓固定在車架24載物平臺上；第一齒輪29固定在電機軸上，第一齒輪29與所述離合裝置33中的第二齒輪31相嚙合；所述離合裝置33由花鍵軸30、第二齒輪31、拉環(huán)32及彈簧34組成，其中花鍵套通過鍵連接第二齒輪31，彈簧34及第三鏈輪18套設(shè)在花鍵軸30上，彈簧34還與軸承35連接，所述花鍵30、第三鏈輪18及第二鏈條21組成動裝置9。

優(yōu)選的，如圖6所示，所述半自動GPS導(dǎo)航系統(tǒng)1包括無線遙控系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及GPS定位導(dǎo)航系統(tǒng)；

所述無線遙控系統(tǒng)包含無線遙控器0100、機器人信號收發(fā)裝置0200，無線遙控器0100通過機器人信號收發(fā)裝置0200與控制終端連接；所述無線遙控器0100包括電臺信號收發(fā)器0111、遙控手柄0113、信號處理芯片0112，遙控手柄0113與信號處理芯片0112連接，信號處理芯片0112與電臺信號收發(fā)器0111連接，所述機器人信號收發(fā)裝置0200通過PPM通信協(xié)議與無線遙控器0100進行通信，搭載在車架24上；

所述慣性導(dǎo)航系統(tǒng)包含慣性導(dǎo)航傳感器0600，慣性導(dǎo)航傳感器0600與數(shù)據(jù)處理裝置0400連接；所述GPS導(dǎo)航系統(tǒng)包含GPS定位傳感器0500，GPS定位傳感器0500與數(shù)據(jù)處理裝置0400連接；數(shù)據(jù)處理裝置0400與控制終端及機器人信號收發(fā)裝置0200連接，數(shù)據(jù)處理裝置0400還與導(dǎo)航控制系統(tǒng)0802連接。

優(yōu)選的，所述信息采集系統(tǒng)8包含土壤信息采集系統(tǒng)與作物表型信息采集系統(tǒng)，

如圖7所示，所述土壤信息采集系統(tǒng)包含土壤信息采集傳感器39、傳感器破土裝置38，所述傳感器破土裝置38搭載在車架上，利用緊固螺栓連接，所述傳感器破土裝置38包括第一步進電機37和絲桿36，傳感器破土裝置38的下端設(shè)有土壤信息采集傳感器39，所述第一步進電機37和所述絲桿36及滑塊構(gòu)成移動裝置，所述傳感器破土裝置38搭載在滑塊上，所述土壤信息采集傳感器39與信息采集控制系統(tǒng)相連；所述土壤信息采集傳感器39采用ms-10土壤水分傳感器。

如圖8所示，所述表型信息采集系統(tǒng)包括工業(yè)相機43、第二步進電機45、中央絲桿42、移動絲桿40、滑軌41、自穩(wěn)云臺44、信息采集控制系統(tǒng)0803，所述中央絲桿42搭載在平臺中央，與平臺兩側(cè)的移動絲桿40和滑軌41相連，兩側(cè)的移動絲桿40和滑軌41連接在車架24下方；所述自穩(wěn)云臺44搭載在中央絲桿42上；工業(yè)相機43搭載在自穩(wěn)云臺44上，所述中央絲桿42、第二步進電機45、自穩(wěn)云臺44及云臺旋轉(zhuǎn)裝置通過電路與信息采集控制系統(tǒng)0803相連。

優(yōu)選的，如圖9所示，所述電路控制系統(tǒng)4包括24V供電系統(tǒng)0700與控制系統(tǒng)0800；

所述供電系統(tǒng)包括電池組0701、降壓穩(wěn)壓裝置0703、電量顯示裝置0704及低電壓保護裝置0702；電池組0701與低電壓保護裝置0702連接，低電壓保護裝置0702與降壓穩(wěn)壓裝置0703連接，電池組0701還與電量顯示裝置0704連接；

所述控制系統(tǒng)0800包括平臺控制系統(tǒng)0801、信息采集控制系統(tǒng)0803、導(dǎo)航控制系統(tǒng)0802、互聯(lián)網(wǎng)通訊系統(tǒng)0900，所述平臺控制系統(tǒng)0801接受所述導(dǎo)航控制系統(tǒng)0802與互聯(lián)網(wǎng)通訊系統(tǒng)0900，所述平臺控制系統(tǒng)0801向信息采集控制系統(tǒng)0803發(fā)出命令。

優(yōu)選的，如圖10所示，所述機器人運行管理系統(tǒng)11包括云端服務(wù)器、PC端1500與機器人終端1000，機器人終端1000通過云端服務(wù)器與PC端1500連接；

所述云端服務(wù)器包括協(xié)議通訊系統(tǒng)1100、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1400、即時信息處理與反饋系統(tǒng)1200，議通訊系統(tǒng)1100與即時信息處理與反饋系統(tǒng)1200連接，即時信息處理與反饋系統(tǒng)1200與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1400連接，所述數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存儲各終端反饋的信息，即時信息處理與反饋系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行有效處理；

所述PC端1500包含監(jiān)控平臺1501及信息交互系統(tǒng)1502；所述監(jiān)控平臺1501通過信息交互系統(tǒng)1502連接云端服務(wù)器顯示機器人工作狀態(tài)，所述信息交互系統(tǒng)1502通過所述通訊協(xié)議與云端服務(wù)器交換數(shù)據(jù)；

所述機器人終端包含信號收發(fā)裝置1001及信號處理裝置1002，所述信號收發(fā)裝置1001接收云端服務(wù)器發(fā)送信息并做出反饋，信號收發(fā)裝置1001與信號處理裝置1002連接。所述信號處理裝置1002對信號進行處理并與所述信息采集系統(tǒng)8、電路控制系統(tǒng)4、可伸縮光學(xué)圖像采集平臺、半自動導(dǎo)航系統(tǒng)通過串口交互信息。

優(yōu)選的，所述施藥補水系統(tǒng)3包括自動施藥補水裝置與控制裝置，自動施藥補水裝置包括固定在車架24上的液體箱及噴灑裝置；控制裝置包括與電路控制系統(tǒng)4連接的繼電器，繼電器設(shè)于噴灑裝置上。

優(yōu)選的，如圖11所示，所述遮光與自補光系統(tǒng)2包括光源47、遮光架、遮光板46，所述遮光架為方鋼焊接成框通過螺栓固定在車架24上方，遮光架之間通過合頁連接；所述遮光板46覆蓋在遮光架外部；所述光源47連接在車架24下部，與控制系統(tǒng)相連；所述控制系統(tǒng)搭載在車架24上。

本裝置利用其可伸縮的車體結(jié)構(gòu)，能夠橫跨田壟作業(yè)，利用上面自己提供的暗室，隔絕自然光源并且可以自行補光，車體內(nèi)部有可移動自穩(wěn)云臺，可在田壟間，對單株作物進行精確作物表型信息采集。同時利用土壤信息采集系統(tǒng)可以采集大田土壤信息。同時對于采集到數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)實時傳輸回服務(wù)器共享到pc端。同時該裝置有自動導(dǎo)航系統(tǒng)?？砂惭bpc端人員的路徑規(guī)劃自動行駛。

上述的實施例僅為本實用新型的優(yōu)選技術(shù)方案，而不應(yīng)視為對于本實用新型的限制，本實用新型的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求記載的技術(shù)方案，包括權(quán)利要求記載的技術(shù)方案中技術(shù)特征的等同替換方案為保護范圍。即在此范圍內(nèi)的等同替換改進，也在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。