[发明专利]自动除草机器人及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种水田自动除草机器人及其控制方法。

背景技术

水田除草具有促进水稻生长和节省肥料的效果，可以充分利用光能，其经济与社会效益均非常可观。现有的水田除草装置需要工作人员的扶持跟随，且只能清除行间的杂草，株间的杂草不能被清除，工作效率低且除草效果较差。因此，设计一种能够同时清理水田行间杂草和株间杂草的自动除草装置十分重要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种能够同时清理水田行间杂草和株间杂草的自动除草机器人及其控制方法。

本发明自动除草机器人，包括行进机构、行间除草机构、株间除草机构、机架、摄像头和红外传感器组。所述机架的前端呈圆弧状；机架的底部包括一体成型的前底板、第一连接板、中底板、第二连接板和后底板。所述的前底板与中底板通过第一连接板连接；所述的中底板与后底板通过第二连接板连接；前底板与后底板封闭且均低于中底板；后底板为平板。所述的摄像头固定在机架前端，摄像头中心轴线的高度为300～400mm。

所述的行进机构包括第一步进电机、电机座、第一齿轮、第二齿轮、第一轴套、轮轴和行进轮。所述的电机座和两个第一轴套均固定在机架上。两个第一步进电机均固定在电机座上；两个第一步进电机的输出轴上均固定有第一齿轮。两根轮轴与两个第一轴套分别构成转动副。两根轮轴同轴设置，相对端与两个第二齿轮分别固定，相背端与两个行进轮分别固定。行进轮外圈沿周向均布有n块行进板，3≤n≤8。两个第一齿轮与两个第二齿轮分别啮合。

所述的行间除草机构包括第一直流电机、齿轮箱、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮、第七齿轮、第八齿轮、第九齿轮、第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、第二轴套、行间除草轴和行间除草爪。所述的齿轮箱和两个第二轴套均固定在机架上。第一直流电机固定在齿轮箱上。两根行间除草轴与两个第二轴套分别构成转动副；两根行间除草轴的上端均固定有第九齿轮，下端均固定有行间除草爪。所述的第一传动轴、第二传动轴和第三传动轴均与齿轮箱构成转动副。所述的第四齿轮及第五齿轮均固定在第一传动轴上。所述的第六齿轮及第七齿轮均固定在第二传动轴上；所述的第八齿轮固定在第三传动轴上。所述第一直流电机的输出轴上固定有第三齿轮。第三齿轮与第四齿轮啮合；第五齿轮与第六齿轮啮合；第八齿轮及一个第九齿轮均与第七齿轮啮合；另一个第九齿轮与第八齿轮啮合。

所述的株间除草机构包括第二直流电机、第十齿轮、第十一齿轮、第四传动轴、第一带轮、支承盒、摆动中心轴、第二步进电机、第十二齿轮、第十三齿轮、支座、摆动臂、第二带轮、摆动盒、传动带、株间除草轴和株间除草爪。所述的第二步进电机和支座均固定在机架上。第二步进电机的输出轴上固定有第十二齿轮；所述的摆动中心轴与支座构成转动副；所述的第十三齿轮及支承盒均与摆动中心轴固定。第十二齿轮与第十三齿轮啮合。所述的第二直流电机固定在支承盒上；第二直流电机的输出轴上固定有第十齿轮；第四传动轴与支承盒构成转动副；第四传动轴上固定有第十一齿轮及第一带轮；第十齿轮与第十一齿轮啮合；所述的摆动臂的一端与支承盒固定，另一端与摆动盒固定；株间除草轴与摆动盒构成转动副；株间除草轴的上端固定有第二带轮，下端固定有株间除草爪。传动带套在第一带轮与第二带轮上。

所述的红外传感器组由第一红外传感器、第二红外传感器、第三红外传感器和第四红外传感器组成。所述的第一红外传感器固定在机架的左侧；所述的第二红外传感器固定在机架的右侧。所述的第三红外传感器及第四红外传感器均固定在摆动盒上。第一红外传感器、第二红外传感器、第三红外传感器和第四红外传感器中心轴线的高度均为x毫米，100≤x≤300，红外光发射方向均与机架的直线行进方向垂直。第一红外传感器与第三红外传感器位于同侧，中心轴线的距离为y毫米，200≤y≤400；第二红外传感器与第四红外传感器位于同侧，中心轴线的距离为y毫米。第一红外传感器与第二红外传感器发射的红外光在同一直线上。

所述的行间除草爪与株间除草爪外形相同，均包括一体成型的固定环和沿固定环周向均布的六根弯杆，弯杆自由端向下弯曲。

所述第七齿轮和第八齿轮的齿数相等。

所述的传动带为同步带，第一带轮及第二带轮均为同步带轮。

所述的第一红外传感器、第二红外传感器、第三红外传感器和第四红外传感器的型号均为E18-D80NK。

所述行进轮外圈上的行进板为平板，且宽度比行进轮外圈宽度大20mm。

该自动除草机器人的控制方法如下：