一种半结构化日光温室用智能移动平台及其控制方法技术

本发明专利技术提供了一种半结构化日光温室用智能移动平台及其控制方法所采用的技术方案包括：底盘、行走装置、转弯导向装置、升降装置、智能控制模块和半结构化温室路面。本发明专利技术采用了后轮差速驱动，前轮万向轮转向，结合低成本的温室半结构化结构，节约了轨道铺设成本，最大程度的实现了温室内的无轨道自主运动的工作模式进行作业，提高劳动效率，省时、省力、易操作。本发明专利技术可配套使用多种农用机具和自动运输物料及工作人员，并具备远程无线控制的升降功能，能够实现在温室内集内灵活地移动实现物流运输并具有升降功能于一体的智能化移动平台，用于施药、采摘、作物整理等作业，自动化程度高、作业效率高、功能全面、灵活度高、节省劳动力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种设施农业机械，尤其涉及一种半结构化日光温室用智能移动平台及其控制方法，在温室内集内灵活地移动实现物流运输并具有升降功能于一体的智能化移动平台，用于施药、采摘、作物整理等操控自动化作业。
技术介绍
近几年,随着农业产业结构的不断调整,日光温室在我国农村迅速发展。但是,日光温室内的各项农事作业,基本上都是手工操作,劳动强度大,工作效率低,因而经济效益仍处于低水平状态。日光温室灌溉、施肥、施药多采用传统的沟灌、漫灌,需水量大,劳动强度大,养分流失严重,对作物需水量难以有效控制。同时,也给温室内环境带来危害,尤其是温室内湿度大,温度高，对工作人员身体会造成损害，工作效率低。温室内现有移动平台仅能实现一些简单的直线或轨道化运动，因此其可以进行的温室内作业非常有限。为了实现灵活的温室内的灵活移动，有些移动平台需要投入高成本的传感器，例如激光雷达或机器视觉，这样非常限制了普通日光温室的大面积应用。但温室是一个种植模式相对固定的生成场所，迫切需要专利技术一种针对现有温室改造要求不高，投入成本低，并且能在温室内集内灵活地移动实现物流运输并具有升降功能于一体的智能化移动平台，用于施药、采摘、作物整理等操控自动化作业。这对温室的轻简化、自动化工作的推进有非常重要的实际意义。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足，提供了一种半结构化日光温室用智能移动平台及其控制方法，能够实现在温室内集内灵活地移动实现物流运输并具有升降功能于一体的智能化移动平台，用于施药、采摘、作物整理等操控自动化作业。本专利技术一种半结构化日光温室用智能移动平台所采用的技术方案包括：底盘、行走装置、转弯导向装置、升降装置、智能控制模块和半结构化温室路面。所述底盘用于固定和承载其他装置与模块，形成移动平台机械结构的基本框架；所述行走装置，包括左右两个万向前轮总成和左右两个驱动后轮总成。所述左右两个万向前轮总成分别固定在底盘前端横梁两侧；所述左右两个驱动后轮总成包括左右两个驱动电机和左右两个后轮，左右两个驱动电机分别固定于底盘后端的T形架上左右两侧，驱动电机输出轴固定于后轮轮毂上，实现两后轮的差速驱动。所述转弯导向装置，包括导向电动推杆，轴承，弹簧，转向轴，导向杆。所述导向电动推杆共有两个，分别位于底盘前后两端中央处的底面，通过螺栓与导向杆固联；所述轴承共有四个，两两一组，分别位于两个导向杆的下端，每个导向杆底端的两个轴承分别成水平和竖直安置；所述弹簧位于导向杆与导向电动推杆之间；所述转向轴用于导向杆与导向电动推杆以及轴承与导向杆的连接与固定；所述导向杆，用来连接导向电动推杆与轴承。所述升降装置，包括支撑架、连接杆、升降台、升降轴、升降电动推杆、底座。所述支撑架用于链接底盘和升降台；所述连接杆用于支撑架内侧的固定，并与电动推杆连接；所述升降台位于支撑架的上端；所述升降轴位于升降台和底盘的槽钢内；所述的升降电动推杆固定于底座上，与连接杆连接；所述底座位于底盘底板的最前端中央处。所述智能控制模块，包括控制箱、控制器、驱动轮电机驱动器、激光测距模块、超声波测距模块、WIFI模块、无线路由器、平板电脑、急停按钮和蓄电池。所述控制箱固定于底盘底板上，用于布置控制器、驱动轮电机驱动器、电动推杆驱动器、WIFI模块、急停按钮和蓄电池；所述的控制器优先选用STM32单片机系统，所述的导向电动推杆和升降电动推杆分别与控制器电气连接，实现电动推杆的伸缩与停止控制；所述的驱动轮电机驱动器的输入端与控制器电气连接，输出端分别与左右两个驱动电机电气连接，用于分别驱动后轮正转、反转和停止；所述的激光测距模块安装于底盘最前端，与控制器进行电气连接；所述超声波测距模块设有四个，分别固定于底盘的两侧的前后边沿上，与控制器进行电气连接。所述激光测距模块和超声波测距模块用于监测探测头与反射面的距离；所述无线路由器安装于日光温室的后墙上；所述WIFI模块串接到控制器，与无线路由器进行通讯，实现与平板电脑的信号收发功能；所述平板电脑用于对移动平台进行远程无线智能操控；所述蓄电池用于给移动平台提供电能。所述急停按钮位于底盘后端右上角，与蓄电池进行电气连接，发生意外情况时工作人员可以按下急停按钮，立刻切断移动平台电源，停止任何作业。所述半结构化温室路面，包括过道，过道台沿，种植槽，垄间路面，地面凹槽。所述过道为铺设在温室后墙或前坡面的一条的平直铺装路面，用于移动平台沿温室东西走向的行进；所述过道台沿为过道离开种植区一侧的台沿，台沿高度一般不低于20cm；所述种植槽为种植作物区，一般为一行或两行作物种植区域，其边缘有限选用砖混结构包围，种植槽边缘一般不低于20cm；所述垄间路面位于两种植槽之间的一条平直铺装或非铺装路面，用于移动平台沿温室南北走向的行内行进；所述地面凹槽，位于过道与垄间路面的T形路口处，每个T形路口处各有一个地面凹槽，在进入行间转弯时，起到限制移动平台运动轨迹的作用。本专利技术一种半结构化日光温室用智能移动平台的控制方法：(1)移动平台启动、移动与关停：平板电脑的启动指令经过无线信号发送到移动平台的WiFi模块，控制器处理WiFi信号，并分析操作命令，形成移动轨迹规划，使移动平台从温室起始点开始运动。启动后，超声波测距模块和激光测距模块开始工作，并将信息反馈给控制器，控制器计算当前位置并与温室电子地图比较定位后，形成移动平台在温室内的定位信息，并将该信息通过WiFi模块传送给平板电脑，标示当前移动平台在电子地图中的位置。当控制器接受到关停命令时，控制器规划移动轨迹，使移动平台从当前位置运动至温室起始点。(2)移动平台的直线运动控制：分为在过道和垄间路面的两种直线运动。(A)在过道上的直线行走：一方面，远种植区侧的前后两个超声波测距模块开始实时探测车身与过道台沿的距离；当移动平台前超声波测距模块测量的距离大于后超声波测距模块测量的距离时，控制器减小远种植区侧驱动后轮的速度，增大近种植区侧驱动后轮的速度；当移动平台前超声波测距模块测量的距离小于后超声波测距模块测量的距离时，控制器增大远种植区侧驱动后轮的速度，减小近种植区侧驱动后轮的速度；当移动平台前超声波测距模块测量的距离等于后超声波测距模块测量的距离时，不单独改变驱动后轮的速度，使移动平台行进过程中使行进方向保持不变，移动平台就可以保持直线行驶。另一方面，激光测距模块开始测量车身到前方反射面的距离，同时近种植区侧的前后两个超声波测距模块开始实时探测车身与种植槽距离的变化，来确定移动平台行驶过的垄间路面和种植槽的数目，将上述两种信息与电子地图上的位置信息融合确定移动平台在温室过道中更准确的当前位置信息。(B)在垄间路面上的直线行走：一方面，使用与(A)中移动平台同侧的前后两个超声波测距模块开始实时探测车身与种植槽的距离；当移动平台前超声波测距模块测量的距离大于后超声波测距模块测量的距离时，控制器减小该超声波测距模块所在侧驱动后轮的速度，增大另一侧驱动后轮的速度；当移动平台前超声波测距模块测量的距离小于后超声波测距模块测量的距离时，控制器增大该超声波测距模块所在侧驱动后轮的速度，减小另一侧驱动后轮的速度；当移动平台前超声波测距模块测量的距离等于后超声波测距模块测量的距离时，不单独改变驱动后轮的速度，使移动平台行进过程中使行进方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半结构化日光温室用智能移动平台，其特征在于：底盘、行走装置、转弯导向装置、升降装置、智能控制模块和半结构化温室路面；所述底盘用于固定和承载其他装置与模块，形成移动平台机械结构的基本框架；所述行走装置，包括左右两个万向前轮总成和左右两个驱动后轮总成；所述左右两个万向前轮总成分别固定在底盘前端横梁两侧；所述左右两个驱动后轮总成包括左右两个驱动电机和左右两个后轮，左右两个驱动电机分别固定于底盘后端的T形架上左右两侧，驱动电机输出轴固定于后轮轮毂上，实现两后轮的差速驱动；所述转弯导向装置，包括导向电动推杆，轴承，弹簧，转向轴，导向杆；所述导向电动推杆共有两个，分别位于底盘前后两端中央处的底面，通过螺栓与导向杆固联；所述轴承共有四个，两两一组，分别位于两个导向杆的下端，每个导向杆底端的两个轴承分别成水平和竖直安置；所述弹簧位于导向杆与导向电动推杆之间；所述转向轴用于导向杆与导向电动推杆以及轴承与导向杆的连接与固定；所述导向杆，用来连接导向电动推杆与轴承；所述升降装置，包括支撑架、连接杆、升降台、升降轴、升降电动推杆、底座；所述支撑架用于链接底盘和升降台；所述连接杆用于支撑架内侧的固定，并与电动推杆连接；所述升降台位于支撑架的上端；所述升降轴位于升降台和底盘的槽钢内；所述的升降电动推杆固定于底座上，与连接杆连接；所述底座位于底盘底板的最前端中央处；所述智能控制模块，包括控制箱、控制器、驱动轮电机驱动器、激光测距模块、超声波测距模块、WIFI模块、无线路由器、平板电脑、急停按钮和蓄电池；所述控制箱固定于底盘底板上，用于布置控制器、驱动轮电机驱动器、电动推杆驱动器、WIFI模块、急停按钮和蓄电池；所述的控制器优先选用STM32单片机系统，所述的导向电动推杆和升降电动推杆分别与控制器电气连接，实现电动推杆的伸缩与停止控制；所述的驱动轮电机驱动器的输入端与控制器电气连接，输出端分别与左右两个驱动电机电气连接，用于分别驱动后轮正转、反转和停止；所述的激光测距模块安装于底盘最前端，与控制器进行电气连接；所述超声波测距模块设有四个，分别固定于底盘的两侧的前后边沿上，与控制器进行电气连接；所述激光测距模块和超声波测距模块用于监测探测头与反射面的距离；所述无线路由器安装于日光温室的后墙上；所述WIFI模块串接到控制器，与无线路由器进行通讯，实现与平板电脑的信号收发功能；所述平板电脑用于对移动平台进行远程无线智能操控；所述蓄电池用于给移动平台提供电能。所述急停按钮位于底盘后端右上角，与蓄电池进行电气连接，发生意外情况时工作人员可以按下急停按钮，立刻切断移动平台电源，停止任何作业；所述半结构化温室路面，包括过道，过道台沿，种植槽，垄间路面，地面凹槽；所述过道为铺设在温室后墙或前坡面的一条的平直铺装路面，用于移动平台沿温室东西走向的行进；所述过道台沿为过道离开种植区一侧的台沿，台沿高度一般不低于20cm；所述种植槽为种植作物区，一般为一行或两行作物种植区域，其边缘有限选用砖混结构包围，种植槽边缘一般不低于20cm；所述垄间路面位于两种植槽之间的一条平直铺装或非铺装路面，用于移动平台沿温室南北走向的行内行进；所述地面凹槽，位于过道与垄间路面的T形路口处，每个T形路口处各有一个地面凹槽，在进入行间转弯时，起到限制移动平台运动轨迹的作用。...

【技术特征摘要】
1.一种半结构化日光温室用智能移动平台，其特征在于：底盘、行走装置、转弯导向装置、升降装置、智能控制模块和半结构化温室路面；所述底盘用于固定和承载其他装置与模块，形成移动平台机械结构的基本框架；所述行走装置，包括左右两个万向前轮总成和左右两个驱动后轮总成；所述左右两个万向前轮总成分别固定在底盘前端横梁两侧；所述左右两个驱动后轮总成包括左右两个驱动电机和左右两个后轮，左右两个驱动电机分别固定于底盘后端的T形架上左右两侧，驱动电机输出轴固定于后轮轮毂上，实现两后轮的差速驱动；所述转弯导向装置，包括导向电动推杆，轴承，弹簧，转向轴，导向杆；所述导向电动推杆共有两个，分别位于底盘前后两端中央处的底面，通过螺栓与导向杆固联；所述轴承共有四个，两两一组，分别位于两个导向杆的下端，每个导向杆底端的两个轴承分别成水平和竖直安置；所述弹簧位于导向杆与导向电动推杆之间；所述转向轴用于导向杆与导向电动推杆以及轴承与导向杆的连接与固定；所述导向杆，用来连接导向电动推杆与轴承；所述升降装置，包括支撑架、连接杆、升降台、升降轴、升降电动推杆、底座；所述支撑架用于链接底盘和升降台；所述连接杆用于支撑架内侧的固定，并与电动推杆连接；所述升降台位于支撑架的上端；所述升降轴位于升降台和底盘的槽钢内；所述的升降电动推杆固定于底座上，与连接杆连接；所述底座位于底盘底板的最前端中央处；所述智能控制模块，包括控制箱、控制器、驱动轮电机驱动器、激光测距模块、超声波测距模块、WIFI模块、无线路由器、平板电脑、急停按钮和蓄电池；所述控制箱固定于底盘底板上，用于布置控制器、驱动轮电机驱动器、电动推杆驱动器、WIFI模块、急停按钮和蓄电池；所述的控制器优先选用STM32单片机系统，所述的导向电动推杆和升降电动推杆分别与控制器电气连接，实现电动推杆的伸缩与停止控制；所述的驱动轮电机驱动器的输入端与控制器电气连接，输出端分别与左右两个驱动电机电气连接，用于分别驱动后轮正转、反转和停止；所述的激光测距模块安装于底盘最前端，与控制器进行电气连接；所述超声波测距模块设有四个，分别固定于底盘的两侧的前后边沿上，与控制器进行电气连接；所述激光测距模块和超声波测距模块用于监测探测头与反射面的距离；所述无线路由器安装于日光温室的后墙上；所述WIFI模块串接到控制器，与无线路由器进行通讯，实现与平板电脑的信号收发功能；所述平板电脑用于对移动平台进行远程无线智能操控；所述蓄电池用于给移动平台提供电能。所述急停按钮位于底盘后端右上角，与蓄电池进行电气连接，发生意外情况时工作人员可以按下急停按钮，立刻切断移动平台电源，停止任何作业；所述半结构化温室路面，包括过道，过道台沿，种植槽，垄间路面，地面凹槽；所述过道为铺设在温室后墙或前坡面的一条的平直铺装路面，用于移动平台沿温室东西走向的行进；所述过道台沿为过道离开种植区一侧的台沿，台沿高度一般不低于20cm；所述种植槽为种植作物区，一般为一行或两行作物种植区域，其边缘有限选用砖混结构包围，种植槽边缘一般不低于20cm；所述垄间路面位于两种植槽之间的一条平直铺装或非铺装路面，用于移动平台沿温室南北走向的行内行进；所述地面凹槽，位于过道与垄间路面的T形路口处，每个T形路口处各有一个地面凹槽，在进入行间转弯时，起到限制移动平台运动轨迹的作用。2.根据权利要求1所述的一种半结构化日光温室用智能移动平台的控制方法，其特征在于包括如下步骤：(1)移动平台启动、移动与关停：平板电脑的启动指令经过无线信号发送到移动平台的WiFi模块，控制器处理WiFi信号，并分析操作命令，形成移动轨迹规划，使移动平台从温室起始点开始运动；启动后，超声波测距模块和激光测距模块开始工作，并将信息反馈给控制器，控制器计算当前位置并与温室电子地图比较定位后，形成移动平台在温室内的定位信息，并将该信息通过WiFi模块传送给平板电脑，标示当前移动平台在电子地图中的位置；当控制器接受到关停命令时，控制器规划移动轨迹，使移动平台从当前位置运动至温室起始点；(2)移动平台的直线运动控制：分为在过道和垄间路面...

【专利技术属性】
技术研发人员：苑进，刘鹏，李扬，刘雪美，侯加林，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37