CN112425314A - 一种生态恢复的种植机器人 - Google Patents

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赵耀
孙淳
汤景韬
肖建业
周妙英
桂秀秀
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    • A01G23/00—Forestry
    • A01G23/02—Transplanting, uprooting, felling or delimbing trees
    • A01G23/04—Transplanting trees; Devices for grasping the root ball, e.g. stump forceps; Wrappings or packages for transporting trees
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
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    • A01C5/04—Machines for making or covering holes for sowing or planting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D55/00—Endless track vehicles
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Abstract

本发明公开了一种生态恢复的种植机器人，包括行走机构、作业机构及控制***；本发明的作业机构采用支撑杆、悬臂及电动推杆构成进刀机构，将挖坑电机及螺旋钻头设置在作业机构悬臂的电机座上，实现挖坑作业；采用拉绳传感器与悬臂的位移检测点连接构成检测机构，以控制挖坑的深度,行走机构采用四轮差速移动行走机构。控制***由电源层、计算资源层、驱动层、传感器层及无线链路层构成。通过卫星导航、CPU处理器及控制协处理器完成行走机构的自动控制；通过CPU处理器、控制协处理器及H桥电机驱动板完成作业机构的自动控制。通过无线终端控制本发明按照种植点自动完成作业任务，本发明具有造价低，灵活性好，集成度高，操作简单的优点。

Description

一种生态恢复的种植机器人
技术领域
本发明涉及智能机器人技术领域，尤其是一种生态恢复的种植机器人。
背景技术
荒漠化、气候变化、生物多样性减少是当前国际社会共同关注的三大环境和生态问题，也是影响人类生存和可持续发展的全球性重大挑战，我国荒漠化土地面积，沙化土地面积，分别占国土总面积的27.3%和8%。我国政府及公益组织在荒漠化治理方面做出了很多努力，但我们应认识到，以目前人工植树造林的方式，荒漠治理仍然是一项极为耗时耗力的工程。
对此，我们希望能够在荒漠化防治和应对全球气候变化的过程中，将机器人、自动化和人工智能技术融入其中，借鉴工业自动化的思想，利用智能可行方案助力生态恢复，将人海战术、人工作业的方式转移到智能自动化作业上来，以使荒漠造林更快、更好、更稳定。实现千百万荒漠植树机器人自治***，生态恢复的种植机器人的设计可以帮助我们重建荒漠生态。
发明内容
本发明目的是针对现有技术的不足而提供的一种生态恢复的种植机器人，包括行走机构、作业机构及控制***；本发明的作业机构采用支撑杆、悬臂及电动推杆构成进刀机构，将挖坑电机及螺旋钻头设置在作业机构悬臂的电机座上，实现挖坑作业；采用拉绳传感器与悬臂的位移检测点连接构成检测机构，以控制挖坑的深度。行走机构采用四轮差速移动行走机构、阿克曼转向行走机构或履带式行走机构。控制***由电源层、计算资源层、驱动层、传感器层及无线链路层构成。通过卫星导航、CPU处理器及控制协处理器完成行走机构的自动控制；通过CPU处理器、控制协处理器及H桥电机驱动板完成作业机构的自动控制。用户可通过无线终端控制本发明按照既定轨迹和种植点自动完成作业任务，本发明具有造价低，灵活性好，集成度高，操作简单的优点。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种生态恢复的种植机器人，其特点包括行走机构、作业机构及控制***；
所述行走机构上设有机架，机架上设有作业机构基座及电控柜基座；
所述作业机构由起吊装置和挖坑装置构成；
其一，所述起吊装置由支撑杆、悬臂、电动推杆、铰链关节及拉绳传感器构成；
所述支撑杆的底部设有底座，支撑杆的杆身上设有第一铰支座及传感器座，悬臂的杆身上设有第二铰支座及位移检测点，悬臂的一端设有电机座；
所述铰链关节铰接于支撑杆的顶部与悬臂的另一端头之间，电动推杆一端与支撑杆的第一铰支座铰接、另一端与悬臂的第二铰支座铰接；
所述拉绳传感器设于支撑杆的传感器座上，拉绳传感器的传感器抽头与悬臂的位移检测点连接；
其二，所述挖坑装置由挖坑电机及螺旋钻头构成；所述挖坑电机设于作业机构悬臂的电机座上，螺旋钻头设于挖坑电机的输出轴上；
所述作业机构经支撑杆的底座与行走机构的作业机构基座连接；
所述控制***由电源层、计算资源层、驱动层、传感器层及无线链路层构成，控制***设于行走机构的电控柜基座上。
所述行走机构为四轮差速移动行走机构、阿克曼转向行走机构或履带式行走机构。
所述电源层由蓄电池及三路直流电源转换器构成；计算资源层由CPU处理器及控制协处理器构成；驱动层由H桥电机驱动板构成；传感器层由卫星接收机板卡、第一卫星接收天线及第二卫星接收天线构成；无线链路层由基站差分数据无线接收机及Wifi路由器构成。
本发明的作业机构采用支撑杆、悬臂及电动推杆构成进刀机构，将挖坑电机及螺旋钻头设置在作业机构悬臂的电机座上，实现挖坑作业；采用拉绳传感器与悬臂的位移检测点连接构成检测机构，以控制挖坑的深度。行走机构采用四轮差速移动行走机构、阿克曼转向行走机构或履带式行走机构。控制***由电源层、计算资源层、驱动层、传感器层及无线链路层构成。通过卫星导航、CPU处理器及控制协处理器完成行走机构的自动控制；通过CPU处理器、控制协处理器及H桥电机驱动板完成作业机构的自动控制。用户可通过无线终端控制本发明按照既定轨迹和种植点自动完成作业任务，本发明具有造价低，灵活性好，集成度高，操作简单的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
参阅图1，本发明包括行走机构1、作业机构2及控制***3；
所述行走机构1上设有机架，机架上设有作业机构基座11及电控柜基座12；
所述作业机构2由起吊装置和挖坑装置构成；
其一，所述起吊装置由支撑杆21、悬臂22、电动推杆23、铰链关节24及拉绳传感器25构成；
所述支撑杆21的底部设有底座，支撑杆21的杆身上设有第一铰支座211及传感器座212，悬臂22的杆身上设有第二铰支座221及位移检测点222，悬臂22的一端设有电机座223；
所述铰链关节24铰接于支撑杆21的顶部与悬臂22的另一端头之间，电动推杆23一端与支撑杆21的第一铰支座211铰接、另一端与悬臂22的第二铰支座221铰接；
所述拉绳传感器25设于支撑杆21的传感器座212上，拉绳传感器25的传感器抽头与悬臂22的位移检测点222连接；
其二，所述挖坑装置由挖坑电机26及螺旋钻头27构成；所述挖坑电机26设于作业机构2悬臂22的电机座223上，螺旋钻头27设于挖坑电机26的输出轴上；
所述作业机构2经支撑杆21的底座与行走机构1的作业机构基座11连接；
所述控制***3由电源层、计算资源层、驱动层、传感器层及无线链路层构成，控制***3设于行走机构1的电控柜基座12上。
参阅图1，所述行走机构1为四轮差速移动行走机构、阿克曼转向行走机构或履带式行走机构。
所述电源层内设有蓄电池及三路直流电源转换器；计算资源层内设有CPU处理器及控制协处理器；驱动层内设有H桥电机驱动板；传感器层内设有卫星接收机板卡、第一卫星接收天线及第二卫星接收天线；无线链路层内设有基站差分数据无线接收机及Wifi路由器。
本发明是这工作的
参阅图1，本发明的行走机构1可选用四轮差速移动行走机构、阿克曼转向行走机构或履带式行走机构。对于四轮差速行走机构，四轮各有独立电机，各轮独立驱动；对于阿克曼转向行走机构，后两轮具有独立电机，独立驱动，前两轮为从动轮，设有独立舵机控制转向；对于履带式行走机构，左右履带设有独立电机，各履带独立驱动。
行走机构的控制方式：
参阅图1，控制者向控制***3计算资源层内的CPU处理器输入目标种植点指令，由CPU处理器通过传感器层的第一卫星接收天线、第二卫星接收天线及卫星接收机板卡获取行走机构1当前所处的经纬度坐标，并自动计算前往下一个目标种植点的路径，并由CPU处理器实时发送该目标种植点路径的控制信号给控制协处理器，控制协处理器驱动行走机构1各个轮子的独立电机，完成行走机构1的自动控制。
作业机构的控制方式：
参阅图1，当行走机构1到达目标种植点，则行走机构1停止；同时控制***3计算资源层内的CPU处理器发送挖坑控制信号给控制协处理器，控制协处理器向驱动层内的H桥电机驱动板发送指令，H桥电机驱动板驱动挖坑电机26及螺旋钻头27旋转；同时H桥电机驱动板发送命令控制电动推杆23回收，悬臂22绕铰链关节24摆动，设于悬臂22一端的挖坑电机26连同螺旋钻头27开始掘进，实施挖坑；随着悬臂22的下行，当拉绳传感器25的传感器抽头触发到预设距离时，控制协处理器发送信号停止电动推杆23回收，随后，控制电动推杆23伸出以提升螺旋钻头27退出，完成挖坑作业。
本发明根据用户下发的作业任务，基于卫星定位***，本发明传感器层内设置的卫星接收机板卡、第一卫星接收天线及第二卫星接收天线进行自身定位，规划运动路径，自主导航到种植点，进行挖坑作业，根据位移传感器反馈挖坑深度和作业完成情况，依次完成个种植点的挖坑作业。本发明无线链路层内设置的基站差分数据无线接收机及Wifi路由器用于人机无线交互及控制。
本发明是一种针对室外作业的生态恢复种植机器人，本发明携带卫星定位传感器，获取定位信息，根据种植点坐标，进行准确的路径规划，控制作业执行机构进行挖坑作业。本发明可采用不同类型的运动底盘，以适应室外不同类型的地面环境。另外能够利用自身携带的位移传感器对挖坑作业完成情况进行反馈，依次完成各个种植点的挖坑作业。

Claims (3)

1.一种生态恢复的种植机器人，其特征在于，它包括行走机构（1）、作业机构（2）及控制***（3）；
所述行走机构（1）上设有机架，机架上设有作业机构基座（11）及电控柜基座（12）；
所述作业机构（2）由起吊装置和挖坑装置构成；
其一，所述起吊装置由支撑杆（21）、悬臂（22）、电动推杆（23）、铰链关节（24）及拉绳传感器（25）构成；
所述支撑杆（21）的底部设有底座，支撑杆（21）的杆身上设有第一铰支座（211）及传感器座（212），悬臂（22）的杆身上设有第二铰支座（221）及位移检测点（222），悬臂（22）的一端设有电机座（223）；
所述铰链关节（24）铰接于支撑杆（21）的顶部与悬臂（22）的另一端头之间，电动推杆（23）一端与支撑杆（21）的第一铰支座（211）铰接、另一端与悬臂（22）的第二铰支座（221）铰接；
所述拉绳传感器（25）设于支撑杆（21）的传感器座（）212上，拉绳传感器（25）的传感器抽头与悬臂（22）的位移检测点（222）连接；
其二，所述挖坑装置由挖坑电机（26）及螺旋钻头（27）构成；所述挖坑电机（26）设于作业机构（2）悬臂（22）的电机座（223）上，螺旋钻头（27）设于挖坑电机（26）的输出轴上；
所述作业机构（2）经支撑杆（21）的底座与行走机构（1）的作业机构基座（11）连接；
所述控制***（3）由电源层、计算资源层、驱动层、传感器层及无线链路层构成，控制***（3）设于行走机构（1）的电控柜基座（12）上。
2.根据权利要求1所述的一种生态恢复的种植机器人，其特征在于，所述行走机构（1）为四轮差速移动行走机构、阿克曼转向行走机构或履带式行走机构。
3.根据权利要求1所述的一种生态恢复的种植机器人，其特征在于，所述电源层由蓄电池及三路直流电源转换器构成；计算资源层由CPU处理器及控制协处理器构成；驱动层由H桥电机驱动板构成；传感器层由卫星接收机板卡、第一卫星接收天线及第二卫星接收天线构成；无线链路层由基站差分数据无线接收机及Wifi路由器构成。
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