麦田巡检机器人制造技术

本实用新型专利技术公开了一种麦田巡检机器人，其特征在于它包括机器人底盘(1)，机器人底盘(1)的顶部前端装置激光雷达(2)、第二深度相机(3)、GNSS主天线(4)，机器人底盘(1)的顶部后端装置GNSS定向天线(5)，机器人底盘(1)的顶部中部装置双轴直线导轨(6)；机器人底盘(1)的尾部设置充电口(7)、2.4G天线(8)。设计采用双轴直线导轨和相机集成箱作为传感器搭载平台，可以对小麦生长动态进行多高度多行距多角度的信息采集，扩大长势信息采集范围，可满足对小麦全生育期进行监测的需求，便于对机器人进行远程控制，提高了麦田巡检机器人的自动化程度。提高了麦田巡检机器人的自动化程度。提高了麦田巡检机器人的自动化程度。

【技术实现步骤摘要】
麦田巡检机器人


[0001]本技术属于作物信息采集平台领域，具体是一种麦田巡检机器人。

技术介绍

[0002]小麦长势信息反映小麦生长的状况和趋势，与小麦产量和品质息息相关。小麦长势受到光、温、土壤、水、气(CO2)、肥、病虫害、灾害性天气、管理措施等诸多因素的影响，是多因素综合作用的结果。小麦的长势可以用个体与群体特征来描述，发育健壮的个体所构成的合理群体才是长势良好的小麦区，比如冬小麦的个体特征可以用株高、分蘖数、形状、颜色等来描述，群体特征可以用群体密度、叶面积指数来描述。在小麦生长早期，小麦长势信息可以反应小麦的苗情好坏；在小麦生长发育中后期，小麦长势信息可以反应小麦植株发育形势及其在产量丰欠方面的指定性特征。所以准确快速地获取小麦长势信息对改善小麦品质增加小麦产量非常重要。
[0003]随着计算机技术、传感器技术、自动化技术、机器视觉技术的快速发展，各类作物信息采集平台应运而生并取得了很大突破，运用这些信息采集平台可以准确快速地获取作物长势信息，大幅提高了工作效率。目前用于作物长势信息采集的平台主要有固定式、轨道式、高空机载式、大型车载式等，但这些信息采集设备灵活性较差、投资成本及维护费用高、稳定性安全性难以保障、受天气因素影响较大、易损伤作物，而小型自走式平台小巧灵活，成本低，成为了作物长势信息采集平台研究领域的热点。其中以轮式移动机器人为载体的作物长势信息采集平台具有良好的通过性、泛用性、扩展性，因此具有非常可观的前景，其可以代替人们完成繁琐的信息采集工作，也可以有效避免人们在高温高湿环境下的长时间作业，能够提升劳动效率和工作质量，提高机械化与自动化水平。
[0004]现有方案存在以下问题：
[0005]一、用于作物长势信息采集的机器人根据移动方式主要分为轮式、履带式等。轮式机器人以车轮为运动机构或采用轮式底盘，轮式结构灵活性较强，可以配置到多种形式的机器人载体平台上，以适应各种应用场景的需求，具有很好的泛用性，且轮式底盘自动化集成度高，具有较好的扩展性。履带式机器人以履带式底盘为行走机构，履带式底盘载重量大，牵引力大，不易打滑，越野性能好，可适用于野外、城市环境等，能在各类复杂地面运动，但其速度相对较低，且运动噪声较大，成本高。
[0006]二、作物长势信息采集机器人主要以铝型材框架作为传感器的搭载平台，框架的结构大致分为U形结构、T形结构等。比如巴西William S.Barbosa等人开发的差速驱动移动机器人可以在大豆和棉花等行栽作物中自主导航并执行监测和检查任务。机器人整体框架呈倒U形，可以手动调整其高度和宽度以适应不同行栽作物的行距及作物高度，框架上安装高清摄像头和测距传感器用于对作物的监测。上述U形结构可以调整传感器框架的高度和宽度，但其调节方式为手动调节，操作步骤繁琐，增加使用人员的操作难度，且难以实现远程控制，降低机器人的自动化程度。另外，T形固定式结构，不可调节，缩小了传感设备采集信息的范围。传感器搭载平台的结构同时限制了传感器的安装方式，由于手动调节结构及
固定式结构存在的缺陷使得传感器多以固定高度固定角度的方式安装，使机器人只能采集某一高度或角度的作物生长动态影像，不能实现多行距多高度多角度的数据获取，数据量少不具代表性，也不能满足对作物全生育期进行监测的需求。
[0007]三、目前用于作物长势信息采集的机器人所用到的定位导航技术主要有视觉导航定位技术、SLAM技术、UWB技术等。视觉定位导航主要借助视觉传感器完成，机器人借助单目、双目摄像头、深度摄像机、视频信号数字化设备或基于DSP的快速信号处理器等其他外部设备获取图像，然后对周围的环境进行光学处理，将采集到的图像信息进行压缩，反馈到由神经网络和统计学方法构成的学习子系统，然后由子系统将采集到的图像信息与机器人的实际位置联系起来，完成定位。视觉导航定位技术虽然成本低，但计算量大，需要一定计算能力的主机处理视觉数据，技术难度大，实时性较差，且受光线条件限制较大。SLAM技术，即时定位与地图构建，对于完全未知的室内环境，配备激光雷达等核心传感器后，SLAM技术可以帮助机器人构建室内环境地图，助力机器人的自主行走。SLAM问题可以描述为：机器人在未知环境中从一个未知位置开始移动，在移动过程中根据位置估计和传感器数据进行自身定位，同时建造增量式地图。SLAM技术存在的缺点是工业领域激光雷达成本昂贵，且在野外环境中性能较差。超宽带无线通信技术(UWB)是一种无载波通信技术，UWB不使用载波，而是使用短的能量脉冲序列，并通过正交频分调制或直接排序将脉冲扩展到一个频率范围内。超宽带定位系统包括UWB接收器、UWB参考标签和主动UWB标签，定位过程中由UWB接收器接收标签发射的UWB信号，通过过滤电磁波传输过程中夹杂的各种噪声干扰，得到含有效信息的信号，再通过中央处理单元进行测距定位计算分析。UWB技术成本低，通信速度快，功耗低，但通信距离短，频带利用率低，多用于室内定位。

技术实现思路

[0008]本技术针对现有技术的不足，提供一种用于小麦长势信息采集的移动机器人，本技术能够实现对小麦长势信息多高度多行距多角度的采集；进一步的，能够实现机器人在田间的自主行驶与导航；能够方便高效地获取与小麦生长状态、产量、品质等相关的数据。
[0009]本技术具体采用如下技术方案：
[0010]技术方案：
[0011]本技术公开了一种麦田巡检机器人，它包括机器人底盘，机器人底盘的顶部前端装置激光雷达、第二深度相机、GNSS主天线，机器人底盘的顶部后端装置GNSS定向天线，机器人底盘的顶部中部装置双轴直线导轨；机器人底盘的尾部设置充电口、2.4G天线；所述双轴直线导轨包括：
[0012]纵向的Z轴导轨、横向的Y轴导轨，Z轴导轨的底部装置于机器人底盘的顶部，Z轴导轨上设置伺服电机Z，伺服电机Z控制Y轴导轨整体在在Z轴导轨的轨道中做上下移动；Y轴导轨上设置伺服电机Y，伺服电机Y控制相机集成箱在Y轴导轨的轨道上做左右移动；
[0013]所述相机集成箱中集成第一深度相机。
[0014]优选的，Z轴导轨的底端设置Z轴导轨零位传感器，Y轴导轨的一侧端部设置Y轴导轨零位传感器。
[0015]优选的，所述双轴直线导轨还包括导轨控制中继箱，用于控制伺服电机Y的工作以
及相机集成箱的数据转发。
[0016]优选的，Y轴导轨上设置Y轴导轨固定座对导轨进行加固。
[0017]优选的，所述相机集成箱还包括：RGB相机、舵机、多光谱相机和集成箱风扇，RGB相机通过舵机安装于相机集成箱上。
[0018]优选的，所述机器人底盘的四个轮胎为橡胶轮胎，伺服电机的输出轴连接延长轴，延长轴与橡胶轮胎的轮毂法兰零间隙固定；增加止退法兰使轮毂法兰与延长轴复锁；延长轴和轴承座之间设置密封圈、水封；所述轴承座内部装有深沟球轴承。
[0019]优选的，所述机器人底盘的车体四周设置防撞杆，包括前防撞杆、侧防撞杆、尾防撞杆。
[0020]优选的，所述机器人底本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种麦田巡检机器人，其特征在于它包括机器人底盘(1)，机器人底盘(1)的顶部前端装置激光雷达(2)、第二深度相机(3)、GNSS主天线(4)，机器人底盘(1)的顶部后端装置GNSS定向天线(5)，机器人底盘(1)的顶部中部装置双轴直线导轨(6)；机器人底盘(1)的尾部设置充电口(7)、2.4G天线(8)；所述双轴直线导轨(6)包括：纵向的Z轴导轨(6
‑
1)、横向的Y轴导轨(6
‑
2)，Z轴导轨(6
‑
1)的底部装置于机器人底盘(1)的顶部，Z轴导轨(6
‑
1)上设置伺服电机Z(6
‑
3)，伺服电机Z(6
‑
3)控制Y轴导轨(6
‑
2)整体在Z轴导轨(6
‑
1)的轨道中做上下移动；Y轴导轨(6
‑
2)上设置伺服电机Y(6
‑
4)，伺服电机Y(6
‑
4)控制相机集成箱(6
‑
5)在Y轴导轨(6
‑
2)的轨道上做左右移动；所述相机集成箱(6
‑
5)中集成第一深度相机(6
‑
51)。2.根据权利要求1所述的一种麦田巡检机器人，其特征在于Z轴导轨(6
‑
1)的底端设置Z轴导轨零位传感器(6
‑
6)，Y轴导轨(6
‑
2)的一侧端部设置Y轴导轨零位传感器(6
‑
7)。3.根据权利要求1所述的一种麦田巡检机器人，其特征在于所述双轴直线导轨(6)还包括导轨控制中继箱(6
‑
8)，用于控制伺服电机Y(6
‑
4)的工作以及相机集成箱(6
‑
5)的数据转发。4.根据权利要求1所述的一种麦田巡检机器人，其特征在于Y轴导轨(6
‑
2)上设置Y轴导轨固定座(6
‑
9)对导轨进行加固。5.根据权利要求1所述的一种麦田巡检机器人，其特征在于所述相机集成箱(6
‑
5)还包括：RGB相机(6
‑
52)、舵机(6
‑
53)、多光谱相机(6
‑
54)和集成箱风扇(6
‑
55)，RGB相机(6
‑
52)通过舵机(6
‑
53)安装于相机集成箱(6
‑
5)上。6.根据权利要求1所述的一种麦田巡...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小虎，闫腾飞，李彦，乔仲康，邱小雷，姚霞，倪军，朱艳，田永超，曹卫星，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：新型
国别省市：