[发明专利]一种具有跳跃避障功能的作物底层茎秆巡检球形机器人

摘要

本发明公开了一种可实现跳跃避障的农作物生长状况球形探测器，半球壳Ⅰ(16A)、半球壳Ⅱ(16B)通过空心球缺Ⅰ(1A)、空心球缺Ⅱ(1B)固定，微型舵机Ⅰ(2A)输出轴通过定位螺栓(17)与空心球缺Ⅰ(1A)固连，微型舵机Ⅰ(2A)嵌入纵向框架(3)顶部凹槽内，纵向框架(3)与横向框架(5)通过十字型连接板(4)固连，硬件电路、减速直流电机(13)、配重块(9)固定在横向框架(5)上，云台摄像机(11)通过微型法兰连体轴承(12)安装在纵向框架(3)上，弹跳装置通过螺栓固连在纵向框架(3)底部。该设备适用于个体农户，可以实现农作物生长环境参数的显示以及判断植株是否感染缺素症和病虫害，可帮助使用者制定合理的栽培措施，有利于农作物产品质量与产量的提高。 1

主权项

1.一种可实现跳跃避障的农作物生长状况球形探测器，其特征在于：由球形移动巡视设备和远程客户端软件两部分组成；

球形移动巡视设备包括半球壳Ⅰ(16A)、半球壳Ⅱ(16B)，二者通过空心球缺Ⅰ(1A)、空心球缺Ⅱ(1B)固定，空心球缺Ⅰ(1A)外表面与半球壳Ⅰ(16A)、半球壳Ⅱ(16B)内表面紧密贴合，并用螺栓旋紧；空心球缺Ⅰ(1A)底面有五个螺孔，分布在长为30mm、宽为15mm矩形的四个顶点与中心，螺钉穿过位于矩形中心的螺孔将微型舵机Ⅰ(2A)的输出端与空心球缺Ⅰ(1A)进行轴向固定，安装在矩形四个顶点的定位螺栓(17)限制微型舵机Ⅰ(2A)相对于空心球缺Ⅰ(1A)的径向转动，微型舵机Ⅰ(2A)嵌入纵向框架(3)顶部凹槽内，并且保证微型舵机Ⅰ(2A)输出轴的中心线与纵向框架(3)的中心线重合，空心球缺Ⅱ(1B)的安装方式与空心球缺Ⅰ(1A)相同；横向框架(5)两侧的中间位置留有矩形凹槽，纵向框架(3)嵌入凹槽中，二者外表面相平，并通过十字型连接板(4)连接；横向框架(5)上固定有减速直流电机(13)、硬件电路及供电设备(25)，配重块(9)通过刚性联轴器(10)与减速直流电机(13)相连；纵向框架(3)两侧的中间位置开有圆孔，圆孔与微型法兰连体轴承(12)中空轴过盈配合，云台摄像机(11)通过螺栓与微型法兰连体轴承(12)的法兰盘固定，云台摄像机(11)底部加装配重铁；在纵向框架(3)底部距其中心线左右各50mm处安装有弹跳装置，包括底板(27)、电解电容(8)、发射线圈(28)、发射导管(7)、顶升机构(6)；远程客户端软件指基于MATLAB GUI的上位机软件，可以实现对探测器运动状态的控制、农作物生长环境参数的显示以及判断植株是否感染缺素症和病虫害。

2.根据权利要求1所述的可实现跳跃避障的农作物生长状况球形探测器，其特征是：硬件电路包括主控制模块(19)及其外围控制模块，其中电机控制模块(22)包括减速直流电机控制电路、微型舵机控制电路；弹跳控制模块(18)包括逆变电路、升压整流电路；数据采集模块(21)包括超声波距离传感器、光传感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、二氧化碳传感器；数据传输模块包括ZigBee无线透传模块(24)、无线图传模块(20)，上述所有硬件电路均安装于球形探测器横向框架(5)上。

3.根据权利要求1所述的可实现跳跃避障的农作物生长状况球形探测器，其特征是：微型法兰连体轴承(12)中空轴超出法兰盘外壳10mm，超出部分与纵向框架(3)中间位置的圆孔过盈配合，云台摄像机(11)通过螺栓与微型法兰连体轴承(12)的法兰盘固定，云台摄像机(11)底部加装配重铁，云台摄像机(11)可在竖直平面内转动，其视线与水平线夹角的范围为‑90°～90°。

4.根据权利要求1所述的可实现跳跃避障的农作物生长状况球形探测器，其特征是：半球壳Ⅰ(16A)在竖直方向上分布着三列直径为3mm的圆形透气孔(14)，透气孔圆心所在球面小圆与球面大圆在水平方向分别相距94mm、100mm、106mm，每列相邻的两个透气孔圆心相距6mm，半球壳Ⅱ(16B)上透气孔(14)与半球壳Ⅰ(16A)上透气孔(14)关于球面大圆所在平面呈对称分布，此外，球壳内部贴有无纺布(15)，覆盖了透气孔(14)的分布范围。

5.根据权利要求1所述的可实现跳跃避障的农作物生长状况球形探测器，其特征是：在纵向框架(3)底部距其中心线左右各50mm处安装有弹跳装置，包括底板(27)、电解电容(8)、发射线圈(28)、发射导管(7)、顶升机构(6)，其中漆包线紧密缠绕在线箍上，二者组成发射线圈(28)；发射导管(7)嵌入线箍中间的空腔内，二者过盈配合；顶升机构(6)由金属材料制成，套入发射导管(7)内；发射线圈(28)、电解电容(8)焊接在底板(27)上，底板(27)通过螺栓固连在纵向框架(3)上。