一种玉米行间作业机器人及其行间行驶控制方法技术

本发明专利技术公开了一种玉米行间作业机器人及其行间行驶控制方法，所述机器人包括：车架；两个螺旋驱动轮，其对称设置在车架的两侧；其中，螺旋驱动轮包括：筒体，其为中空结构，筒体的轴线沿车架的轴向设置，并且筒体可转动的连接在车架上；驱动机构，其设置在筒体内，用于驱动筒体转动；多组叶片，其间隔固定设置在筒体上，相邻两组叶片之间形成导土槽；每组叶片包括多个叶片，多个叶片分别呈螺旋状缠绕设置在筒体的外侧；其中，同一个螺旋驱动轮上的所有叶片的旋向相同，并且两个螺旋驱动轮上的叶片旋向相反；多个刮泥板，其固定设置在车架上，刮泥板与导土槽一一对应设置；喷液装置，其设置在车架上；喷液装置对应车架的两侧分别设置有喷液管。

【技术实现步骤摘要】
一种玉米行间作业机器人及其行间行驶控制方法
本专利技术属于玉米行间作业机器
，特别涉及一种玉米行间作业机器人及其行间行驶控制方法。
技术介绍
研究表明，玉米生育期内追肥能增大叶面积指数，提高光合作用，更有利于玉米植株中养分向玉米穗中转移，有利于玉米穗中物质积累和储存，提升玉米品质和产量。我国玉米种植地域较广，地形复杂多样，亟需能够适用于多种地形条件的玉米行间追肥作业机械，保证提高玉米产量的同时增加肥料利用率降低土壤污染。随着无人机技术迅猛发展，使用植保无人机为玉米中期追肥施药技术正在逐步推广，但无人机只能在玉米上空飞行，在玉米叶面上方喷洒雾化液，需要玉米根部施肥机械与之配合给予玉米植株全方位追肥。目前，玉米行间作业追肥机械的研究相对较少，现有的追肥机械多采用轮式结构，湿软、松散地面通行能力差，自动化程度和集成度低，如专利CN111642183A公开的一种玉米行间施肥车和专利CN107926218A公开一种电控精量玉米穴施肥机均采用轮式驱动，存在湿软、泥泞和松散地面行驶困难的问题，难以适应不同作业环境、不同追肥农艺要求，且自动化程度较低，机械工作劳动强度仍然较大，追肥效率也有待提高，迫切需要追肥机械向自动化、智能化及功能多样化方向发展，以提高追肥机械的工作效率，促进玉米追肥机械的广泛应用。玉米生长期的行间光照和通风性检测、土壤的取样与检测、病虫害检测、玉米植株统计及长势监测与产量预测等田间作业均需要一种地面通行能力强的玉米行间作业智能化机械。此外，玉米作业机械在玉米行间作业过程中，要沿行间直行，但玉米行间路面并非平整路面，左右驱动轮与地面接触情况不同，造成左右轮的沉陷量和滑移率也不相同，行驶驱动力和阻力不同，在直行时不仅会导致其实际行驶速度与设定行驶出现较大偏差，还会导致行驶方向偏离，无法实现作业机械沿沿行间平稳直行。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种玉米行间作业机器人，其采用螺旋驱动轮作为行走机构，并采用分段螺旋结构，在驱动轮分段处设有导土槽和刮泥板，地面适应能力和通行性较好。本专利技术的目的之二是提供一种玉米行间作业机器人的间行驶控制方法，采用动态调节航向的控制方法，通过实时获得机器人行驶航向，对比航向误差，不断调节左右螺旋驱动轮转速和转向，修正行驶方向；能够实现作业机械沿沿行间平稳直行。本专利技术提供的技术方案为：一种玉米行间作业机器人，包括：车架；两个螺旋驱动轮，其对称设置在所述车架的两侧；其中，所述螺旋驱动轮包括：筒体，其为中空结构，所述筒体的轴线沿所述车架的轴向设置，并且所述筒体可转动的连接在所述车架上；驱动机构，其设置在所述筒体内，用于驱动所述筒体转动；多组叶片，其间隔固定设置在所述筒体上，相邻两组叶片之间形成导土槽；每组叶片包括多个叶片，所述多个叶片分别呈螺旋状缠绕设置在所述筒体的外侧；其中，同一个所述螺旋驱动轮上的所有叶片的旋向相同，并且所述两个螺旋驱动轮上的叶片旋向相反；多个刮泥板，其固定设置在所述车架上，所述刮泥板与所述导土槽一一对应设置；喷液装置，其设置在所述车架上；所述喷液装置对应所述车架的两侧分别设置有喷液管。优选的是，所述刮泥板的一端固定连接在所述车架上；另一端具有刃口，并且靠近所述筒体的外壁设置。优选的是，所述驱动机构包括：驱动电机，其一端具有连接轴，所述连接轴延伸至所述筒体外部，并且与所述车架固定连接；所述驱动电机的另一端具有动力输出轴，所述动力输出轴与所述筒体同轴设置；传动套筒，其同轴套设在所述驱动电机外侧，所述传动套筒的一端与所述动力输出轴固定连接，另一端与所述筒体固定连接。优选的是，所述的玉米行间作业机器人，还包括：端盖，其固定设置在所述筒体的一端，并且同轴套设在所述连接轴上；其中，所述端盖上嵌入式设置有轴承，所述连接轴支撑在所述轴承中。优选的是，所述筒体的另一端具有锥面封闭端盖；所述锥面封闭端盖上固定连接有支撑轴，所述支撑轴可旋转的支撑在所述车架上。优选的是，所述车架包括：承载板，其为矩形板；两个第一悬臂梁，其对称安装在所述承载板的两侧，并且靠近所述承载板的一端设置；两个第二悬臂梁，其对称安装在所述承载板的两侧，并且靠近所述承载板的另一端设置；其中，所述连接轴固定连接在所述第一悬臂梁上，所述支撑轴可旋转的支撑在所述第二悬臂梁上。优选的是，所述的玉米行间作业机器人，还包括：控制模块，其设置在所述车架上，所述控制模块包括：控制主板、定位模块、姿态传感器和光敏传感器；其中，所述定位模块用于获取所述机器人的位置信息；所述姿态传感器用于检测所述机器人的行驶方向；所述光敏传感器用于检测玉米行间的光照和遮荫情况；所述定位模块、所述姿态传感器和所述光敏传感器分别集成在所述控制主板上，并与所述控制主板电联；双目视觉相机，其设置在所述车架的前端，能够拍摄目标物，并将图片转换为图像信号，传输给控制系统的图像处理软件，用于识别玉米植株；两个转速传感器，其分别安装在所述两个螺旋驱动轮上，用于检测所述螺旋驱动轮的转速，并将转速信号传输至所述控制模块；电池组，其固定设置在所述车架上，用于为所述机器人供电。一种玉米行间作业机器人的行间行驶控制方法，使用所述的玉米行间作业机器人，包括：在直行作业时，获取当前行驶速度值υ(t)和当前行驶方向角度θ(t)，并且结合目标行驶速度υ、入目标行驶方向角度θ，分别确定两个螺旋驱动轮的目标控制转速ωl和ωr；其中，在一个直行行间作业完毕后，机器人进行换行作业；在换行作业时，按照机器人的转向不同将拐点分为第一类拐点和第二类拐点；每次换行形成两个相邻的第一类拐点或两个相邻的第二类拐点；其中，两个相邻的第一类拐点之间的距离为两倍行距，两个相邻的第二类拐点之间的距离为两倍行距。优选的是，所述第一类拐点为顺时针转向90度，所述第二类拐点为逆时针转向90度。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术提供的玉米行间作业机器人，采用螺旋驱动轮，依靠螺旋叶片切割土壤作用而获得推进力，在玉米行间的松软地面通行性好；设有导土槽和刮泥板，有效减小行进阻力，地面适应能力更强。(2)本专利技术提供的玉米行间作业机器人，结构简单，行走灵活，不易打滑、不易倾覆、行走及转向灵活，通行能力强，通过机器人姿态的动态调节，使其在玉米行间平稳行驶作业；并且结合智能视觉装置检测玉米生长期的田间信息，为田间管理提供数据支持，实现一机多用。(3)本专利技术提供的玉米行间作业机器人的控制方法，能够应对行间不平整地面，不断修正机器人行驶方向，减小航向偏差，提高行间平稳行驶能力，保证作业质量；并且能够规划作业路径，实现自动换行作业。附图说明图1为本专利技术所述的玉米行间作业机器人的总体结构示意图。图2为本专利技术所述的车架的结构示意图。图3为本专利技术所述的螺旋驱动轮的外部结构示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种玉米行间作业机器人，其特征在于，包括：/n车架；/n两个螺旋驱动轮，其对称设置在所述车架的两侧；/n其中，所述螺旋驱动轮包括：/n筒体，其为中空结构，所述筒体的轴线沿所述车架的轴向设置，并且所述筒体可转动的连接在所述车架上；/n驱动机构，其设置在所述筒体内，用于驱动所述筒体转动；/n多组叶片，其间隔固定设置在所述筒体上，相邻两组叶片之间形成导土槽；每组叶片包括多个叶片，所述多个叶片分别呈螺旋状缠绕设置在所述筒体的外侧；/n其中，同一个所述螺旋驱动轮上的所有叶片的旋向相同，并且所述两个螺旋驱动轮上的叶片旋向相反；/n多个刮泥板，其固定设置在所述车架上，所述刮泥板与所述导土槽一一对应设置；/n喷液装置，其设置在所述车架上；所述喷液装置对应所述车架的两侧分别设置有喷液管。/n

【技术特征摘要】
1.一种玉米行间作业机器人，其特征在于，包括：
车架；
两个螺旋驱动轮，其对称设置在所述车架的两侧；
其中，所述螺旋驱动轮包括：
筒体，其为中空结构，所述筒体的轴线沿所述车架的轴向设置，并且所述筒体可转动的连接在所述车架上；
驱动机构，其设置在所述筒体内，用于驱动所述筒体转动；
多组叶片，其间隔固定设置在所述筒体上，相邻两组叶片之间形成导土槽；每组叶片包括多个叶片，所述多个叶片分别呈螺旋状缠绕设置在所述筒体的外侧；
其中，同一个所述螺旋驱动轮上的所有叶片的旋向相同，并且所述两个螺旋驱动轮上的叶片旋向相反；
多个刮泥板，其固定设置在所述车架上，所述刮泥板与所述导土槽一一对应设置；
喷液装置，其设置在所述车架上；所述喷液装置对应所述车架的两侧分别设置有喷液管。


2.根据权利要求1所述的玉米行间作业机器人，其特征在于，所述刮泥板的一端固定连接在所述车架上；另一端具有刃口，并且靠近所述筒体的外壁设置。


3.根据权利要求2所述的玉米行间作业机器人，其特征在于，所述驱动机构包括：
驱动电机，其一端具有连接轴，所述连接轴延伸至所述筒体外部，并且与所述车架固定连接；所述驱动电机的另一端具有动力输出轴，所述动力输出轴与所述筒体同轴设置；
传动套筒，其同轴套设在所述驱动电机外侧，所述传动套筒的一端与所述动力输出轴固定连接，另一端与所述筒体固定连接。


4.根据权利要求3所述的玉米行间作业机器人，其特征在于，还包括：
端盖，其固定设置在所述筒体的一端，并且同轴套设在所述连接轴上；
其中，所述端盖上嵌入式设置有轴承，所述连接轴支撑在所述轴承中。


5.根据权利要求3或4所述的玉米行间作业机器人，其特征在于，所述筒体的另一端具有锥面封闭端盖；所述锥面封闭端盖上固定连接有支撑轴，所述支撑轴可旋转的支撑在所述车架上。


6.根据权利要求5所述的玉米行间作业机器人，其特征在于，所述车架包括：
承载板...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴文福，靳航嘉，吴子丹，韩峰，董平，林吉照，
申请(专利权)人：吉林大学，长春吉大科学仪器设备有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22