CN210746835U - 一种智能植保小车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种智能植保小车，包含车体和用于喷洒农药的喷药设备；车体设有行驶装置，喷药设备位于行驶装置的上方，喷药设备包含：装备适量农药的储药罐；增压泵，其通过管道低压端与储药罐开口端连接；至少一个电磁阀，其输入端通过管道与增压泵的高压端连接；至少一组喷嘴，布置在立杆上且通过管道与电磁阀输出端连接；用于保护管道的溢流阀，其与增压泵的高压端连接；增压泵、电磁阀和溢流阀均与控制器相连，控制各设备协同工作。本实用新型通过装载麦克纳姆轮并通过智能控制实现车身不转动就可在狭小空间内全方位移动自动完成喷药工作，克服像大棚这样狭小空间的喷药植保工作并避免喷药时人体近距离接触喷药机进而发生农药中毒的危险。

Description

一种智能植保小车

技术领域

本实用新型涉及植保技术领域，特征涉及一种智能植保小车。

背景技术

现如今，给作物施药是保证植物健康成长、提高作物产量必不可少的一种植保手段。我国主要以下几种喷药设备，其中人力背负式喷药机费力大、效率慢，适用于小面积耕地的植保工作，并且需要人和喷药机近距离接触，喷洒出的农药很可能对人体造成危害；车载式喷药机械相比于人力背负，车载式更加高效和省力，但成本较大，适用于大面积耕地的喷药工作，但同时过长的喷药管使得喷药工作很不方便。

另外，还有近些年新兴的无人喷药机，这种喷药机高效安全，机动性好相比于大型植保飞机雾滴漂移少，由于其旋翼作用，穿透能力强，喷药效果好，但该种喷药设备一次负载农药量较小，需要专用的航空用药，农药不加水稀释，且续航能力不强，一块电池仅能工作十五分钟左右，充电时间久，若要连续工作6个小时，需要一次携带二十几块电电池，且工作过程中要频繁换电池。

基于上述原因，研发一种智能植保小车，用以克服像大棚这样狭小空间的喷药植保工作并避免喷药时人体近距离接触喷药机进而发生农药中毒的危险，实为必要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种智能植保小车，通过装载麦克纳姆轮并通过智能控制可以实现车身不转动就可以在狭小空间内全方位移动自动完成喷药工作，克服了像大棚这样狭小空间的喷药植保工作并避免喷药时人体近距离接触喷药机进而发生农药中毒的危险。

为了达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种智能植保小车，包含车体和用于喷洒农药的喷药设备；其中，所述车体中设置有带动小车在地面上全方位运动以及进入轨道运动的行驶装置，所述喷药设备位于所述行驶装置的上方，所述喷药设备包含：装备适量农药的储药罐；用于给农药加压以使农药有足够压力喷出的增压泵，其低压端通过管道与所述储药罐开口端连接；至少一个电磁阀，其输入端通过管道与所述增压泵的高压端连接；用于给作物喷药的至少一组喷嘴，布置在立杆上且通过管道与所述电磁阀输出端连接；用于保护管道的溢流阀，与所述增压泵的高压端连接；控制器，其分别与所述增压泵、所述电磁阀和所述溢流阀相连，控制各设备协同工作。

优选地，所述电磁阀为两个，每个电磁阀的输出端对应一组所述喷嘴，两组喷嘴分别布置在小车左右两侧的所述立杆上。

优选地，所述小车的车体上设有为喷药设备供电的电池组。

优选地，所述行驶装置包含：带动小车在地面上全方位运动的若干个轮子，每个轮子均与独立的一驱动轮电机连接；带动小车进入轨道运动的至少两个滚筒，包含前滚筒和后滚筒，分别与前滚筒驱动电机和后滚筒驱动电机连接；其中，所述控制器分别与每个驱动轮电机、前滚筒驱动电机和后滚筒驱动电机连接，控制轮子运动以及滚筒进入轨道或下轨道；至少一加速度传感器，与所述控制器连接，所述加速度传感器采集到滚筒进入轨道或下轨道的车体加速度信号并产生电压信号，输出至所述主控制器，所述主控制器发出进入轨道或下轨道的控制指令，控制对应的滚筒驱动电机运转，滚筒接替轮子为小车提供前进动力。

优选地，所述若干个轮子中包含两对麦克纳姆轮，分别为左前轮和右前轮，以及左后轮和右后轮，所述左前轮和右前轮对称分布在车体前部的左右两侧，所述左后轮和右后轮对称分布在车体后部的左右两侧；其中，每对麦克纳姆轮的滚子在45°方向且相反配置。

优选地，所述车体上设有检测装置，所述检测装置设有用来扫描地面上二维码的二维码扫描仪，所述二维码扫描仪与所述控制器连接，将从所述二维码上扫描得到的小车当前位置信息和下一动作指令传送至所述控制器。

优选地，小车工作地的地面或周围放置有地面标识以及在小车行进轨迹上张贴轨迹胶带，所述检测装置进一步包含至少两摄像头传感器，均与所述控制器相连，其中，至少一摄像头传感器用于识别地面标识信息，至少一摄像头传感器用于识别小车行进轨迹，所述摄像头传感器将得到的信息传送至所述控制器，以确定小车当前的位置信息和路径信息，且据此修正小车位置以使小车沿所述轨迹胶带行驶。

优选地，所述检测装置进一步包含有用于检测车体两侧近距离内是否有需要喷药的作物的至少两个超声波传感器，分别安装在小车的左右两侧且与所述控制器相连。

优选地，小车进入轨道时，所述左前轮和所述右前轮逐渐前进直至前滚筒开始接触轨道时，车体发生加速度的突变，所述加速度传感器采集此时的加速度信号，产生对应的电压信号并传递给所述主控制器，所述主控制器控制所述前滚筒驱动电机转动，使所述前滚筒运转以接替所述左前轮和所述右前轮，给小车提供向前的动力；

小车的左后轮和右后轮逐渐前进直至后滚筒开始接触轨道时，车体再次发生加速度的突变，所述加速度传感器采集此时的加速度信号，产生对应的电压信号并传递给所述主控制器，所述主控制器控制所述后滚筒驱动电机转动，使所述后滚筒运转以接替所述左后轮和所述右后轮，给小车提供向前的动力进入轨道；

其中，当所述前滚筒触碰并登上所述轨道的瞬间时，用于驱动所述左前轮的驱动轮电机和用于驱动所述右前轮的驱动轮电机均为停止转动状态，所述左前轮和所述右前轮均为停止运动状态；当所述后滚筒触碰并登上轨道的瞬间时，用于驱动所述左后轮的驱动轮电机和用于驱动所述右后轮的驱动轮电机均为停止转动状态，所述左后轮和所述右后轮均为停止运动状态。

优选地，当小车下轨道时，当前滚筒开始接触轨道时，车体发生加速度的突变，所述加速度传感器采集此时的加速度信号，产生对应的电压信号并传递给所述主控制器，所述主控制器控制所述前滚筒驱动电机停止转动，同时控制驱动左前轮以及右前轮开始转动，所述左前轮和所述右前轮和所述后滚筒配合为智能车提供持续动力；

小车的左前轮和右前轮逐渐前进直至后滚筒开始接触轨道时，车体发生加速度的突变，所述加速度传感器采集此时的加速度信号，产生对应的电压信号并传递给所述主控制器，所述主控制器控制所述后滚筒驱动电机停止转动，同时控制所述左后轮以及所述右后轮开始转动，所述左后轮与所述右后轮以及左前轮与所述右前轮共同配合为小车提供持续动力。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型的智能植保小车采用四个麦克纳姆轮，每一对麦克纳姆轮的滚子在45°方向且相反配置，可以实现360°无死角移动，有效地克服了在狭小空间中其他植保机械或设备转弯不便或难以运动以致喷药效率慢或无法完成喷药工作的缺陷。

(2)本实用新型的智能植保小车开始进入轨道以及行驶在轨道过程中，通过前后滚筒和四个麦克纳姆轮相互配合驱动使小车平稳进入轨道。

(3)本实用新型针对不同工作场地，合理布置地面标识位置，并在小车行进轨迹上张贴黑色胶带，摄像头传感器识别地面标识信息且扫描地面的黑色胶带，将得到的信息传回控制器，控制器根据接收的信息进而确定小车当前的位置信息和路径信息，还可据此修正小车位置，使得小车一直沿黑色胶带行驶，以保证智能车能够正确地进入轨道而不发生偏移或打滑。

(4)本实用新型在小车运动状态变化处(例如，地面进入轨道附近或者轨道下到地面附近)张贴二维码，二维码中包含对小车当前位置的信息和下一个动作的指令，二维码扫描仪用来扫描地面二维码并将扫描得到的信息传回控制器，控制器根据获得信息获取小车当前位置信息和下一个动作的指令。

(5)本实用新型通过控制器进行智能控制，小车可自主完成喷药工作，操控者只需通过远程控制操控小车工作即可，避免了操控者近距离接触喷药机而发生农药中毒的危险。

附图说明

图1为本实用新型的带有喷药设备的智能植保小车结构示意图；

图2为本实用新型的智能植保小车四个麦克纳姆轮的布置方式图；

图3为本实用新型的智能植保小车行驶以及喷药过程示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-图2结合所示，本实用新型提供了一种智能植保小车，包括车体和喷药设备，车体主要包含行驶装置和检测装置。

行驶装置包含四个麦克纳姆轮、两个圆柱滚筒5、分别用于驱动四个麦克纳姆轮的四个电机、分别用于驱动两个圆柱滚筒的两个电机，以及驱动这六个电机的六个电机驱动器。

如图2所示，四个麦克纳姆轮分别为麦克纳姆轮1(也称左前轮)、麦克纳姆轮2(也称右前轮)、麦克纳姆轮3(也称左后轮)和麦克纳姆轮4(也称右后轮)；两个圆柱滚筒5分别为前橡胶滚筒和后橡胶滚筒。四个麦克纳姆轮与两个圆柱滚筒分别和六个电机6以及对应的六个电机驱动器61相连接构成一套动力装置，为智能植保小车提供所述运动所需要的动力。

四个麦克纳姆轮装载在小车的车体的底盘7下表面，在底盘7上以矩形四顶点位置分布，智能植保小车通过四个麦克纳姆轮在地面上可以做全方位移动。每个麦克纳姆轮对应的都由相同的一个独立电机来分别单独驱动。每个圆柱滚轮都由相同的一个独立电机来分别单独驱动，两个圆柱滚轮5分别各自安装在底盘7底面靠前和靠后两个位置，两圆柱滚轮5之间相互平行，且垂直于车身布置。

底盘7上安装一个控制器8，所有的电机6和电机驱动器61都安装在车体的底盘7上并且通过车体上的电池组供电，所有的电机驱动器61均与该控制器8相连。每一对麦克纳姆轮的滚子在45°方向且相反配置(例如左前轮和右前轮、或者，左后轮和右后轮)，如图2所示，可以实现360°无死角移动。

本实用新型利用麦克纳姆轮的特性，控制器8控制与麦克纳姆轮连接的四个电机的转向与速度协同工作，四个麦克纳姆轮不同的转向和速度搭配可以实现在车身不转动的情况下360°方向无死角移动。

本实用新型的各个电机相互驱动配合已提供智能植保小车所需要的动力；智能植保小车进入轨道过程中，所有的圆柱滚筒和麦克纳姆轮相互配合驱动使智能植保小车平稳进入轨道。

检测装置包含一个二维码扫描仪9、两个摄像头传感器10、两个超声波传感器11和一个加速度传感器12。

例如，图3中所示的工作场地，在小车运动状态变化处(例如，地面进入轨道附近或者轨道下到地面附近)，在地面上张贴二维码，二维码中包含对小车当前位置的信息和下一个动作的指令。

二维码扫描仪9置于小车的底盘7上，可以用来扫描位置1处的地面二维码并将扫描得到的信息传回控制器8，控制器8根据获得信息获取小车当前位置信息和下一个动作的指令。

在小车结构之外，在小车工作地的地面或周围放置地面标识，以及在小车行进轨迹上张贴黑色胶带。两个摄像头传感器10安装在底盘7底面中间位置，其中一个摄像头传感器10用于识别地面标识信息，另外一个摄像头传感器10用于识别小车行进轨迹，两个摄像头传感器10都与控制器8相连。工作时，当摄像头传感器10识别地面标识信息且扫描地面的黑色胶带，将得到的信息传回控制器8，控制器8接收到各个摄像头传感器10发送来的信息，控制器8根据接收的信息进而确定小车当前的位置信息和路径信息，还可据此修正小车位置，使得小车一直沿黑色胶带行驶，以保证智能车能够正确地进入轨道而不发生偏移或打滑。

两个超声波传感器11分别安装在小车车身的左右两侧，它们也与控制器8相连，用于检测车身两侧近距离内是否有需要喷药的作物。当超声波传感器11检测到任何一侧有作物时，则相应地开始喷药，直到超声波传感器11检测到任何一侧已经没有作物为止。

除此之外，在小车上装载有一个加速度传感器12。当小车将要驶上轨道时或者下轨道，前滚筒或后滚筒接触轨道时，因为轨道与水平地面并不平缓接触，小车的加速度会有一个的突变，加速度传感器12可以检测到小车的加速度的变化。当加速度传感器12检测到小车加速度有突变时，表明小车从水平地面行驶上了轨道，或者小车从轨道行驶回了水平地面。加速度传感器12与主控制器8相连，加速度传感器11将采集小车的加速度信号后会产生对应的电压信号并传递给主控制器8，主控制器8会发出相应控制指令驱动对应的电机转动，实时驱动滚筒和驱动轮之间的配合工作关系，使得确保小车平稳运行。

小车底盘7的上方安装有承载台13，喷药设备安装在承载台13之上，喷药设备包含储药罐14、增压泵15(高压水泵)、溢流阀16、多个电磁阀17(例如两个)、多组喷嘴18和立杆19。其中，储药罐14开口端通过塑料软管20连接到增压泵15的低压端，增压泵15的高压端连接到各个电磁阀17的输入口，电磁阀17输出口连接喷嘴18，增压泵15的高压端还连接一溢流阀16，该溢流阀16再连接储药罐14开口端。本实施例中，喷药设备的各部件之间的液体通路通过塑料软管20连接实现。其中，增压泵15用于给农药加压，使农药有足够的压力喷出喷嘴18，溢流阀16用于保护管路，起到过载保护作用。本实施例中，增压泵15、电磁阀17和溢流阀16都与控制器8相连，控制器8中下载有相应的控制策略控制各设备(增压泵15、电磁阀17和溢流阀16)协同工作。

本实施例中，电磁阀17有两个，电磁阀17的输出口对应一组喷嘴18，两组喷嘴18分别布置在小车左右两侧的立杆18上。以上喷药设备的增压泵15、溢流阀16、电磁阀17都通过小车车体上的电池组21供电。

本实用新型的一种智能植保小车在工作时的方法包含以下步骤：

步骤1、小车的喷药设备的储药罐14装备适当容量的农药。

步骤2、装好农药后，小车在起始位置1启动，小车底盘7上的二维码扫描仪9扫描该位置1处的地面二维码1并将扫描得到的信息传回控制器8，控制器8以此信息获取小车当前位置信息并据此输出电机动作指令，在指令引导下，四个麦克纳姆轮协同工作使小车运动至下一位置2，在这期间，摄像头传感器10扫描地面黑色胶带，将扫描得到的信息传回控制器8，控制器8据此修正小车位置，使得小车一直沿黑色胶带行驶，以保证能扫描到中间位置2的二维码。

步骤3、小车运动至在位置2时，二维码扫描仪9扫描到位于位置2处的二维码，获取新的位置信息和动作指令，按照指令小车向指定方向(例如向右)移动至位置3；小车运动至位置3时，小车底盘7上的二维码扫描仪9扫描到位置3处的二维码，控制器8收到当前位置信息和下一个运动指令，小车按照运动指令向指定方向(例如向左)移动然后行进一段距离后，小车触碰到轨道，并将要驶上轨道。

步骤4、小车的前侧的两个麦克纳姆轮(左前轮和右前轮)运动，直至小车将要驶上轨道(例如图3中的轨道1)时，前橡胶滚筒接触轨道，小车会有一个加速度突变，车上装载的加速度传感器12检测到加速度的变化，将所采集的加速度信号产生对应的电压信号并传送给控制器8，控制器8可判断出小车上轨道1，据此控制器8发出上轨道的动作指令，即由主控制器8发出指令使得用于驱动左前轮和右前轮的电机停止运转，左前轮以及右前轮停止转动，同时使得用于驱动前橡胶滚筒的电机开始工作，进而使前橡胶滚筒开始转动以接替左前轮以及右前轮，车身前侧的前橡胶滚筒开始转动并与轨道1摩擦接触。

步骤4、当小车的左后轮以及右后轮逐渐前进，小车继续向轨道1上行驶，小车后侧的后橡胶滚筒接触轨道1，小车的加速度第二次突变，加速度传感器12检测到信号且将加速度信号产生对应的电压信号，并传回控制器8，主控制器8发出指令，使得用于驱动左后轮以及右后轮的电机停止工作，同时驱动后橡胶滚筒的电机开始转动，进而使后橡胶滚筒开始转动以接替左后轮以及右后轮，至此小车已成功进入轨道，此时四个麦克纳轮完全悬空，小车的驱动方式已经改为依靠前橡胶滚筒和后橡胶滚筒共同施加智能车前进的动力。

步骤5、当小车轨道1上运动是依靠前橡胶滚筒和后橡胶滚筒共同施加小车前进的动力前进，在此过程中喷药设备开始喷药。

具体地，在这个过程中，小车两侧的超声波传感器11的任何一侧的超声波传感器检测到小车该侧有作物(例如图3中轨道1两侧的作物1和作物2)时，该超声波传感器11将采集的信号传给控制器8，控制器8输出喷药指令，控制增压泵15工作，打开电磁阀17，小车的喷嘴18开始喷药。如果仅单侧有作物，相应侧的一组喷嘴18喷药，如果双侧都有作物，双侧的每组喷组18同时喷药。

步骤6、小车行驶至轨道1尽头，即小车将要下轨道1，前橡胶滚筒接触轨道，小车会有加速度突变，加速度传感器12检测到该加速度信号波动变化且产生对应的电压信号，并传回控制器8，控制器8接收到对应的电压信号后输出动作指令，使得驱动前橡胶滚筒的电机停止转动，同时使驱动左前轮以及右前轮的电机同时开始转动，则左前轮和右前轮开始转动并和后橡胶滚筒配合为小车提供持续动力，所达到的效果是车身前侧两个麦克纳姆轮开始转动主动驱动小车前行，前橡胶滚筒停止驱动，小车继续前行驶下轨道1。

步骤7、小车继续前进，当后橡胶滚筒开始接触轨道时，小车会再次有一个加速度的突变，加速度传感器12检测到该加速度信号波动变化且产生对应的电压信号，并传回控制器8，控制器8接收到对应的电压信号后输出动作指令，使得驱动后橡胶滚筒的电机停止转动，同时使驱动左后轮以及右后轮的电机同时开始转动，则此时左后轮和右后轮以及左前轮和右前轮共同配合为智能车提供持续动力，小车完成下轨道。

在这个过程中，当小车车身两侧的超声波传感器11检测到小车车身任何一侧都没有作物时，将此时检测的信号传回控制器8，控制器8发出对应的停止喷药的指令，车身任何一侧的电磁阀均关闭，小车喷药装置停止喷药。

由上可知，本实用新型通过智能控制，小车可自主完成喷药工作，操控者只需通过远程控制操控小车工作即可，避免了操控者近距离接触喷药机而发生农药中毒的危险。

步骤8、按照上述步骤S3-S7，小车继续工作直至完成喷药任务。

其中，小车依次经过轨道2、轨道3、轨道4、轨道5等等(本实用新型中的轨道的设置以及数量不限于本实施例)，对应的经过作物2、作物3、作物4、作物5等，直至完成喷药任务。

步骤9、小车完成喷药任务后，并行驶至图3中的结束位置，小车底盘7的二维码扫描仪9扫描到该结束位置的二维码，将扫描得到的信息传回控制器8，控制器8根据获取的新的位置信号和动作指令，对应地输出运动指令，控制小车向指定方向(例如向右)行驶直到起始位置1。

在整个过程中，地面铺设的黑色胶带被小车底盘上安装摄像头传感器10扫描，控制器8控制小车沿着黑色胶带行驶，辅助小车按照预设的轨迹行驶而不偏离，修正小车位置，防止小车偏离轨迹以至于无法扫描到下一个二维码的情况发生。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种智能植保小车，其特征在于，包含车体和用于喷洒农药的喷药设备；其中，所述车体中设置有带动小车在地面上全方位运动以及进入轨道运动的行驶装置，所述喷药设备位于所述行驶装置的上方，所述喷药设备包含：

装备适量农药的储药罐；

用于给农药加压以使农药有足够压力喷出的增压泵，其低压端通过管道与所述储药罐开口端连接；

至少一个电磁阀，其输入端通过管道与所述增压泵的高压端连接；

用于给作物喷药的至少一组喷嘴，布置在立杆上且通过管道与所述电磁阀输出端连接；

用于保护管道的溢流阀，与所述增压泵的高压端连接；

控制器，其分别与所述增压泵、所述电磁阀和所述溢流阀相连，控制各设备协同工作。

2.如权利要求1所述的智能植保小车，其特征在于，

所述电磁阀为两个，每个电磁阀的输出端对应一组所述喷嘴，两组喷嘴分别布置在小车左右两侧的所述立杆上。

3.如权利要求1所述的智能植保小车，其特征在于，

所述小车的车体上设有为喷药设备供电的电池组。

4.如权利要求1所述的智能植保小车，其特征在于，

所述行驶装置包含：

带动小车在地面上全方位运动的若干个轮子，每个轮子均与独立的一驱动轮电机连接；

带动小车进入轨道运动的至少两个滚筒，包含前滚筒和后滚筒，分别与前滚筒驱动电机和后滚筒驱动电机连接；其中，所述控制器分别与每个驱动轮电机、前滚筒驱动电机和后滚筒驱动电机连接，控制轮子运动以及滚筒进入轨道或下轨道；

至少一加速度传感器，与所述控制器连接，所述加速度传感器采集到滚筒进入轨道或下轨道的车体加速度信号并产生电压信号，输出至所述控制器，所述控制器发出进入轨道或下轨道的控制指令，控制对应的滚筒驱动电机运转，滚筒接替轮子为小车提供前进动力。

5.如权利要求4所述的智能植保小车，其特征在于，

所述若干个轮子中包含两对麦克纳姆轮，分别为左前轮和右前轮，以及左后轮和右后轮，所述左前轮和右前轮对称分布在车体前部的左右两侧，所述左后轮和右后轮对称分布在车体后部的左右两侧；其中，每对麦克纳姆轮的滚子在45°方向且相反配置。

6.如权利要求1所述的智能植保小车，其特征在于，

所述车体上设有检测装置，所述检测装置设有用来扫描地面上二维码的二维码扫描仪，所述二维码扫描仪与所述控制器连接，将从所述二维码上扫描得到的小车当前位置信息和下一动作指令传送至所述控制器。

7.如权利要求6所述的智能植保小车，其特征在于，

小车工作地的地面或周围放置有地面标识以及在小车行进轨迹上张贴轨迹胶带，所述检测装置进一步包含至少两摄像头传感器，均与所述控制器相连，其中，至少一摄像头传感器用于识别地面标识信息，至少一摄像头传感器用于识别小车行进轨迹，所述摄像头传感器将得到的信息传送至所述控制器，以确定小车当前的位置信息和路径信息，且据此修正小车位置以使小车沿所述轨迹胶带行驶。

8.如权利要求6或7所述的智能植保小车，其特征在于，

所述检测装置进一步包含有用于检测车体两侧近距离内是否有需要喷药的作物的至少两个超声波传感器，分别安装在小车的左右两侧且与所述控制器相连。

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