并联机械臂与柔性机械手的组合式除草机器人及控制方法技术

本发明专利技术提供一种并联机械臂与柔性机械手的组合式除草机器人及控制方法，涉及智能农机技术领域，包括：智能控制器、装置搭载平台、太阳能储能供能系统、编码电机、麦克纳姆轮、平台升降支架、摄像头组、执行器搭载平台、并联机械臂、柔性角度调节机构、光源组、除草执行结构，解决了现有大部分的除草机器人仅仅能拔除杂草，在自由度、效率、绕过植株等方面受限，存在无法实现精确除草的问题。无法实现精确除草的问题。无法实现精确除草的问题。

Combined weeding robot with parallel manipulator and flexible manipulator and its control method

【技术实现步骤摘要】
并联机械臂与柔性机械手的组合式除草机器人及控制方法


[0001]本专利技术涉及智能农机
，具体为一种并联机械臂与柔性机械手的组合式除草机器人及控制方法。

技术介绍

[0002]我国是农业生产大国，而在生产过程中如何精确、高效的除去林间杂草始终是无法避免的问题。农田杂草对植物生长有着长期影响，一直干扰农作物健康成长。杂草重复的在农田中生长，而农田中水肥条件较好，为杂草生长提供了优良条件，因为杂草生长速度快，环境适应能力强，导致原有农作物生长养分与空间受到严重挤压。在我国的农田作物种植面积常常因为杂草受到严重危害，不仅影响了农作物产量而且对农民的经济回报产生消极影响。
[0003]目前我国农业除草上依旧是以耗费大量人力为代价的人工喷洒农药或机械除草方式和大型农药喷洒车为主；一则耗费大量时间金钱等代价，二是杂草作为极有可能伴随作物存在，且杂草种类位置常常不同，需要不断重复类似但又不完全相同的操作，三是杂草识别精度低且是不论何种方式进行都会过量使用农药对农作物和当地环境造成一定破坏。另外农药喷洒车运输等调度使用成本高，降低了粮食生产的经济性。
[0004]机械除草是继化学药剂除草后的一种广泛被人们接受的除草方法，具有重要的研究意义和广泛的应用前景。机械除草作业主要包含行间除草作业和株间除草作业，由于行间除草作业时没有植株的阻挡较容易实现，而进行株间除草作业时需要躲避植株，因此较难实现。
[0005]现有的除草机多为单刀片切割，对于大面积土地除草，其劳动强度大且效率不高，并且作业面积和作业高度固定不可调，难以适应复杂地形除草作业。且现有除草机在对株间杂草进行除草作业时，其作业部件不仅对株间杂草进行清除，而且也会对植株产生无规律的机械性刮碰损伤，伤苗率较高。

技术实现思路

[0006](一)解决的技术问题
[0007]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于并联机械臂与柔性机械手的组合式除草机器人，解决了上述
技术介绍
中提出现有大部分的除草机器人仅仅能拔除杂草，在自由度、效率、绕过植株等方面受限，存在无法实现精确除草的问题。
[0008](二)技术方案
[0009]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种基于并联机械臂与柔性机械手的组合式除草机器人，包括：智能控制器、装置搭载平台、太阳能储能供能系统、编码电机、麦克纳姆轮、平台升降支架、摄像头组、执行器搭载平台、并联机械臂、柔性角度调节机构、光源组、除草执行结构；
[0010]所述智能控制器安装在所述装置搭载平台前方；
[0011]所述装置搭载平台的四角底部分别安装有四根平台升降支架；
[0012]所述每根平台升降支架底部安装有一个麦克纳姆轮，每个麦克纳姆轮由一个编码电机驱动控制；
[0013]所述摄像头组安装在所述智能控制器下方以及所述除草执行结构侧面；
[0014]所述光源组安装在所述装置搭载平台底部；
[0015]所述太阳能储能供能系统安装在所述装置搭载平台上方；
[0016]所述并联机械臂安装在所述装置搭载平台下方；
[0017]所述柔性角度调节机构通过所述执行器搭载平台安装在所述并联机械臂下方；
[0018]所述除草执行机构，安装于柔性角度调节机构底部。
[0019]优选地，所述并联机械臂包括：主轴旋转机构、并联机构组装平台、主传动轴、副传动轴、升降控制机构、姿态与角度调节装置、主传动杆、副传动杆、执行器搭载平台；
[0020]所述主轴旋转机构位于并联机构组装平台中心，并与主传动轴相连，所述主传动轴数量为两根；
[0021]两根主传动轴位于中心旋转点两侧，在其中段与末端分别安装有限位器，以固定副传动轴姿态；
[0022]使用滚珠丝杠副、行程限位器与液压式电器制动器组成的升降控制机构调节副传动轴的升降，同时副传动轴连接于执行器搭载平台；
[0023]所述主轴旋转机构安装在所述并联机构组装平台下，由三组步进电机与编程逻辑控制器组成的姿态与角度调节装置呈三点分布，关于主传动轴中心对称；
[0024]所述主传动杆与副传动杆通过转动副连接，并于所述执行器搭载平台连接。
[0025]优选地，所述并联机构组装平台安装在所述装置搭载平台下方；
[0026]所述主轴旋转机构，安装在并联机构组装平台中心的工作位上；
[0027]所述主轴旋转电机安装在所述并联机构组装平台；
[0028]所述主传动轴安装在所述主轴旋转电机下方；
[0029]所述升降控制机构安装与所述主传动轴中段，控制所述副传动轴升降运动。
[0030]优选地，所述主传动轴通过限位器和升降控制机构与副传动轴相连。
[0031]优选地，所述执行器姿态与角度调节装置由三组旋转电机驱动，与所述主传动杆、副传动杆相连，并与升降控制机构通过执行器搭载平台相连，由智能控制器控制。
[0032]优选地，所述柔性角度调节机构，安装在副传动轴底部；
[0033]所述执行器搭载平台，安装在执行器姿态与角度调节装置下端；
[0034]所述柔性角度调节机构由三个结构相同位置交错的关节元件和两个终端固定元件组成，其关于中心对称的四点上均留有穿引绳通孔，并由安装在执行机构搭载平台上的四组电机与电机转换装置驱动，其末端与除草执行机构相连。
[0035]优选地，所述除草执行结构，包括：刀头转向电机、除草执行装置、刀具、执行器摄像头；
[0036]刀头转向电机控制刀具旋转运动，并调节刀面法向；
[0037]所述除草执行装置固定安装刀具；
[0038]所述执行器摄像头与所述智能控制器通讯，控制刀头转向电机转动。
[0039]优选地，所述光源组包含多个LED灯珠的光源组；LED灯珠所述均匀分布在装置搭
载平台下方。
[0040]优选地，所述太阳能储能供能系统包括：太阳能板、光源转换器、传感器、升压稳压电路和透镜耦合系统；所述太阳能板收集的电能经控制器向所述蓄电池充电；所述蓄电池的电能通过逆变器向除草机器人的各个部件提供电源。
[0041]本专利技术还提供一种并联机械臂与柔性机械手的组合式除草机器人控制方法，基于如前任一所述的除草机器人，包括：基于深度神经网络识别技术构建杂草识别系统；
[0042]在除草机器人操作系统中开启实时定位和地图构建；
[0043]获取除草机器人的除草执行部件当前的位置、距离、环境信息数据；
[0044]在除草机器人操作系统中绘制栅格地图，并利用SLAM算法和RGB
‑
D的深度摄像头的视觉里程计进行环境感知，融合生成三维点云地图；
[0045]基于RTK
‑
GNSS技术在路径构成回路时对所述三维点云地图进行矫正，计算所述机器人路径；
[0046]计算除草机器人当前位置并匹配三维点云地图中的坐标，根据给定的目标点位置，控制智能除草机器人运动至目标位置；
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.并联机械臂与柔性机械手的组合式除草机器人，其特征在于，包括：智能控制器、装置搭载平台、太阳能储能供能系统、编码电机、麦克纳姆轮、平台升降支架、摄像头组、执行器搭载平台、并联机械臂、柔性角度调节机构、光源组、除草执行结构；所述智能控制器安装在所述装置搭载平台前方；所述装置搭载平台的四角底部分别安装有四根平台升降支架；所述每根平台升降支架底部安装有一个麦克纳姆轮，每个麦克纳姆轮由一个编码电机驱动控制；所述摄像头组安装在所述智能控制器下方以及所述除草执行结构侧面；所述光源组安装在所述装置搭载平台底部；所述太阳能储能供能系统安装在所述装置搭载平台上方；所述并联机械臂安装在所述装置搭载平台下方；所述柔性角度调节机构通过所述执行器搭载平台安装在所述并联机械臂下方；所述除草执行机构，安装于柔性角度调节机构底部。2.根据权利要求1所述的并联机械臂与柔性机械手的组合式除草机器人，其特征在于：所述并联机械臂包括：主轴旋转机构、并联机构组装平台、主传动轴、副传动轴、升降控制机构、姿态与角度调节装置、主传动杆、副传动杆、执行器搭载平台；所述主轴旋转机构位于并联机构组装平台中心，并与主传动轴相连，所述主传动轴数量为两根；两根主传动轴位于中心旋转点两侧，在其中段与末端分别安装有限位器，以固定副传动轴姿态；使用滚珠丝杠副、行程限位器与液压式电器制动器组成的升降控制机构调节副传动轴的升降，同时副传动轴连接于执行器搭载平台；所述主轴旋转机构安装在所述并联机构组装平台下，由三组步进电机与编程逻辑控制器组成的姿态与角度调节装置呈三点分布，关于主传动轴中心对称；所述主传动杆与副传动杆通过转动副连接，并于所述执行器搭载平台连接。3.根据权利要求2所述的并联机械臂与柔性机械手的组合式除草机器人，其特征在于：所述并联机构组装平台安装在所述装置搭载平台下方；所述主轴旋转机构，安装在并联机构组装平台中心的工作位上；所述主轴旋转电机安装在所述并联机构组装平台；所述主传动轴安装在所述主轴旋转电机下方；所述升降控制机构安装与所述主传动轴中段，控制所述副传动轴升降运动。4.根据权利要求3所述的并联机械臂与柔性机械手的组合式除草机器人，其特征在于：所述主传动轴通过限位器和升降控制机构与副传动轴相连。5.根据权利要求4所述的并联机械臂与柔性机械手的组合式除草机器人，其特征在于：所述执行器姿态与角度调节装置由三组旋转电机驱动，与所述主传动杆、副传动杆相连，并与升降控制机构通过执行器搭载平台相连，由智能控制器控制。6.根据权利要求5所述的并联机械臂与柔性机械手的组合式除草机器人，其特征在于：所述柔性角度调节机构，安装在副传动轴底...

【专利技术属性】
技术研发人员：张艳超，张积烨，曾翊，黄成强，王梓宇，高源，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：