CN108157340A - 一种教学和竞赛用喷药机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种教学和竞赛用喷药机器人，其特征在于，包括底盘，以及设置在所述底盘上的喷药装置和控制模块，所述喷药装置的喷头部分设置在左右伸缩机构上；所述底盘下端设置有行走装置，所述底盘的左右两侧分别设置有喷射目标检测模块，所述喷射目标检测模块的信号输入输出端分别与所述控制模块的主控芯片相对应的引脚连接；所述左右伸缩机构包括一对左右对称设置的电动推杆，所述电动推杆的伸缩端与相对应的喷头部分的喷板连接；所述电动推杆的电源两极连接于相对应电磁继电器的电流输出端，所述电磁继电器信号控制端连接于所述主控芯片相对应引脚。本发明成本较低，特别适合教学和竞赛，易于学生上手。
Description
技术领域
本发明属于教学用机器人技术领域，具体涉及一种教学和竞赛用喷药机器人。
背景技术
果园教学和竞赛用喷药机器人项目是中国服务机器人大赛的一项子项目，比赛规则如下：场地为绿色地毯，周围有20CM高的一体化木质围墙。机器人比赛场地，如图1所示。在比赛过程中，机器人从起始区出发，经过A区、B区、C区、D区，自主完成对靶喷药、固定树形喷药，变树形喷药。
A区要求对靶喷药，有3个对靶喷药作业点，喷靶结构如图2所示。 B区要求对固定树形喷药，树形结构已知，如图3所示，其中04、07号靶为三角形树形，05、08号靶为竖椭圆形树形，06、09 号靶为平椭圆形树形；要求机器人分别对6个树形靶进行喷药，每种树形的不同部位，有不同的喷药要求。C区树靶形状和B区相同，但大小分别是B区的90%和80%。
目前的实验设备，特别是高等教育的实验设备，针对竞赛环节开发的实验设备比较少，刚开始参加竞赛的学生，概念比较模糊，所以有必要开发相关的果园教学和竞赛用喷药机器人，对学生参赛进行引导。
发明内容
为了解决上述存在的技术问题，本发明设计了一种教学和竞赛用喷药机器人，可以实现机器人的喷头伸缩、定点喷药、精准喷药、变量喷药。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：
一种教学和竞赛用喷药机器人，包括底盘，以及设置在所述底盘上的喷药装置和控制模块，所述喷药装置的喷头部分设置在左右伸缩机构上；所述底盘下端设置有行走装置，所述底盘的左右两侧分别设置有喷射目标检测模块，所述喷射目标检测模块的信号输入输出端分别与所述控制模块的主控芯片相对应的引脚连接。
进一步，所述喷药装置包括增压泵、药箱和喷头部分，所述喷头部分的各喷头分别通过相对应的水管、电磁阀和所述增压泵的出水口连接，所述增压泵的进水口与所述药箱的出水口连接；所述各电磁阀的电源两极连接到相对应电磁继电器的电流输出端，所述增压泵的电源两极连接到相对应电磁继电器的电流输出端，所述电磁继电器信号控制端通过信号线连接到所述主控芯片对应的引脚上。
进一步，所述喷头部分包括左右对称设置的两组喷头，所述两组喷头分别均布在相对应的喷板上。
进一步，所述两组喷头分别竖向排列设置在相对应的喷板上，所述喷头通过相对应的喷头连接件和相对应的喷板连接。
进一步，所述喷板设置有连接凸台，以与所述左右伸缩机构连接。
进一步，所述喷板的本体是一矩形板结构，所述连接凸台设置在矩形板结构的中部。
进一步，所述左右伸缩机构包括一对左右对称设置的电动推杆，所述电动推杆的伸缩端与相对应的喷头部分的喷板连接；所述电动推杆的电源两极连接于相对应电磁继电器的电流输出端，所述电磁继电器信号控制端连接于所述主控芯片相对应引脚。
进一步，所述电动推杆通过相对应的安装板和支撑板安装在所述底盘上，所述电动推杆远离伸缩端的另一端和相对应安装板上部固连，所述支撑板顶端支撑并限位相对应电动推杆的缸体。
进一步，所述安装板是L形板结构，L形板结构的横板与所述底盘连接，L形板结构的竖板上部与相对应电动推杆连接；所述喷药装置的电磁阀设置在L形板结构的竖板下部。
进一步，所述支撑板是L形板结构，该L形板结构的横板与所述底盘连接，该L形板结构的竖板顶端设置有半圆弧形凹槽。
进一步，所述喷射目标检测模块包括光电开关。
工作时，所述喷射目标检测模块检测到喷靶的位置，并发送信号给所述主控芯片，所述主控芯片发送信号给相对应的电磁继电器，通过控制电磁继电器进而控制所述电动推杆的伸缩端伸出，与此同时，所述主控芯片通过控制电磁继电器，进而控制所述增压泵和所述电磁阀接通电源，进行喷药。喷药时间通过所述主控芯片内部定时控制完成。当机器人完成喷药后，所述主控芯片通过控制相应的电磁继电器进而控制所述增压泵和电磁阀断开电源，控制所述电动推杆收回伸缩端，结束喷药。
该教学和竞赛用喷药机器人具有以下有益效果：
（1）本发明可以在设定的比赛场景，按照比赛规则，实现机器人的喷头伸缩、定点喷药、精准喷药、变量喷药。
（2）本发明成本较低，特别适合教学和竞赛，易于学生上手。
（3）本发明中，喷头可伸缩，既可实现定点精准喷药，又可以使该机器人在不喷药时结构紧凑、占地面积小。而且，本发明中，各喷头单独控制，竖直排列，操作灵活，喷射范围广，可避免不必要的浪费。
附图说明
图1：本发明的喷药机器人竞赛场地示意图；
图2：本发明的喷药机器人A区竞赛喷靶示意图；
图3：本发明的喷药机器人B、C区竞赛喷靶示意图；
图4：本发明实施方式中教学和竞赛用喷药机器人的结构示意图；
图5：本发明实施方式中喷板和喷头的装配结构示意图；
图6：本发明实施方式中电动推杆的主视图；
图7：本发明实施方式中电动推杆的俯视图；
图8：本发明实施方式中电动推杆的左视图。
附图标记说明：
1—底盘；2—喷射目标检测模块；3—增压泵；4—药箱；5—电磁阀；6—电磁继电器；7—主控芯片；8—喷头部分；81—喷头；82—喷板；83—喷头连接件； 9—左右伸缩机构；91—安装板；92—支撑板；93—电动推杆 ；931—缸体；932—伸缩端。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做进一步说明：
图4至图8示出了本发明教学和竞赛用喷药机器人的一种实施方式。图4是本实施方式中教学和竞赛用喷药机器人的结构示意图。
如图4所示，本实施方式中的教学和竞赛用喷药机器人，包括底盘1，以及设置在底盘1上的喷药装置和控制模块，所述喷药装置的喷头部分8设置在左右伸缩机构9上；底盘1下端设置有行走装置（行走装置在附图中未画出）；底盘1的左右两侧分别设置有喷射目标检测模块2，喷射目标检测模块2的信号输入输出端分别与所述控制模块的主控芯片7相对应的引脚连接。所述控制模块控制喷药装置、左右伸缩机构9及行走装置的动作。
如图4所示，底盘1的左右两侧分别设置有喷射目标检测模块2，喷射目标检测模块2的输入输出端分别与所述控制模块的主控芯片7上相对应的引脚连接。本实施例中，喷射目标检测模块2包括光电开关，光电开关信号输入输出端连接于主控芯片7相对应的引脚上。
如图4所示，喷药装置包括增压泵3、药箱4和喷头部分8，喷头部分8的各喷头分别通过相对应的水管、电磁阀5和增压泵3的出水口连接，增压泵3的进水口与药箱4的出水口连接；各电磁阀5的电源两极连接到相对应电磁继电器6的电流输出端，增压泵3的电源两极连接到相对应电磁继电器6的电流输出端，电磁继电器6信号控制端通过信号线连接到主控芯片7对应的引脚上。
如图4和图5所示，图5是本实施方式中喷板和喷头的装配结构示意图，喷头部分8包括左右对称设置的两组喷头81，两组喷头81分别均布在相对应的喷板82上。本实施例中，两组喷头81分别竖向排列设置在相对应的喷板82上，喷头81通过相对应的喷头连接件83和相对应的喷板82连接。喷板82设置有连接凸台，以与左右伸缩机构9连接。本实施例中，喷板82的本体是一矩形板结构，连接凸台设置在矩形板结构的中部，这样能保证喷药机器人的稳定性。
如图4所示，左右伸缩机构9包括一对左右对称设置的电动推杆93，电动推杆93的伸缩端932与相对应的喷头部分8的喷板82连接；电动推杆93的电源两极连接于相对应电磁继电器6的电流输出端，该电磁继电器6信号控制端连接于主控芯片7相对应引脚。
优选地，电动推杆93通过相对应的安装板91和支撑板92安装在底盘1上，电动推杆93远离伸缩端932的另一端和相对应安装板91上部固连，支撑板92顶端支撑并限位相对应电动推杆93的缸体931。电动推杆93的结构如图6至图8所示，图6至图8是本实施方式中电动推杆的三视图。
优选地，安装板91是L形板结构，L形板结构的横板与底盘1连接，L形板结构的竖板上部与相对应电动推杆93连接；喷药装置的电磁阀5设置在L形板结构的竖板下部，结构紧凑，节省底盘布置空间。
优选地，支撑板92是L形板结构，该L形板结构的横板与底盘1连接，该L形板结构的竖板顶端设置有半圆弧形凹槽以限制电动推杆93的前后、上下自由度。
本实施例中，底盘1由铝板构成，底盘1的本体是矩形板结构或近似椭圆的板结构。主控芯片7设置在底盘1前部，电磁继电器6位于主控芯片7的一旁，药箱4位于底盘1的后部，增压泵3位于药箱4的旁边。左右伸缩机构固定在底盘1的中央。
工作时，如图1示，A区定点喷药工作，机器人行进过程中，喷射目标检测模块2检测到喷靶，输出给主控芯片7的信号会由原来的低电平信号变为高电平信号，主控芯片7在接收到变化的信号后，会发送控制信号给相应的电磁继电器6，控制电磁继电器6接通电动推杆93的电源，电动推杆93的伸缩端932伸出；与此同时，相应的电磁继电器6接通增压泵3和电磁阀5的电源，电磁阀5阀口打开，增压泵3开始工作，药液喷出，喷药时间由主控芯片7内部定时器定时完成，当到达喷药设定的时间，主控芯片7会发送控制信号给相应的电磁继电器6，电磁继电器6断开增压泵3和电磁阀5的电源，药液停止喷出，同时相应的电磁继电器6会接通电动推杆93的反向电源，电动推杆93收回，结束喷药。
如图3示，B区C区喷靶相同，但C区喷靶是B区的90%和80%，相应的喷药量也应为B区的90%和80%，进而喷药时间也应为B区的90%和80%，通过控制主控芯片7内部定时的时间控制B区C区的喷药量。
本发明中，喷头可伸缩，既可实现定点精准喷药，又可以使该机器人在不喷药时结构紧凑、占地面积小。而且，本发明中，各喷头单独控制，竖直排列，操作灵活，喷射范围广。
本发明可以在设定的比赛场景，按照比赛规则，实现机器人的喷头伸出、定点喷药、精准喷药、变量喷药。
本发明成本较低，特别适合教学和竞赛，易于学生上手。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种教学和竞赛用喷药机器人，其特征在于，包括底盘，以及设置在所述底盘上的喷药装置和控制模块，所述喷药装置的喷头部分设置在左右伸缩机构上；所述底盘下端设置有行走装置，所述底盘的左右两侧分别设置有喷射目标检测模块，所述喷射目标检测模块的信号输入输出端分别与所述控制模块的主控芯片相对应的引脚连接。
2.根据权利要求1所述的教学和竞赛用喷药机器人，其特征在于，所述喷药装置包括增压泵、药箱和喷头部分，所述喷头部分的各喷头分别通过相对应的水管、电磁阀和所述增压泵的出水口连接，所述增压泵的进水口与所述药箱的出水口连接；所述各电磁阀的电源两极连接到相对应电磁继电器的电流输出端，所述增压泵的电源两极连接到相对应电磁继电器的电流输出端，所述电磁继电器信号控制端通过信号线连接到所述主控芯片对应的引脚上。
3.根据权利要求1或2所述的教学和竞赛用喷药机器人，其特征在于，所述喷头部分包括左右对称设置的两组喷头，所述两组喷头分别均布在相对应的喷板上。
4.根据权利要求3所述的教学和竞赛用喷药机器人，其特征在于，所述两组喷头分别竖向排列设置在相对应的喷板上，所述喷头通过相对应的喷头连接件和相对应的喷板连接。
5.根据权利要求4所述的教学和竞赛用喷药机器人，其特征在于，所述喷板设置有连接凸台，以与所述左右伸缩机构连接。
6.根据权利要求5所述的教学和竞赛用喷药机器人，其特征在于，所述喷板的本体是一矩形板结构，所述连接凸台设置在矩形板结构的中部。
7.根据权利要求1、2、4、5或6所述的教学和竞赛用喷药机器人，其特征在于，所述左右伸缩机构包括一对左右对称设置的电动推杆，所述电动推杆的伸缩端与相对应的喷头部分的喷板连接；所述电动推杆的电源两极连接于相对应电磁继电器的电流输出端，所述电磁继电器信号控制端连接于所述主控芯片相对应引脚。
8.根据权利要求7所述的教学和竞赛用喷药机器人，其特征在于，所述电动推杆通过相对应的安装板和支撑板安装在所述底盘上，所述电动推杆远离伸缩端的另一端和相对应安装板上部固连，所述支撑板顶端支撑并限位相对应电动推杆的缸体。
9.根据权利要求8所述的教学和竞赛用喷药机器人，其特征在于，所述安装板是L形板结构，L形板结构的横板与所述底盘连接，L形板结构的竖板上部与相对应电动推杆连接；所述喷药装置的电磁阀设置在L形板结构的竖板下部。
10.根据权利要求8所述的教学和竞赛用喷药机器人，其特征在于，所述支撑板是L形板结构，该L形板结构的横板与所述底盘连接，该L形板结构的竖板顶端设置有半圆弧形凹槽。
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