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申请/专利权人：山东农业大学

摘要：本发明涉及一种小拱棚内部智能除草疏苗机及使用方法，智能除草疏苗机包括安装有行走装置的移动平台，及安装在移动平台上的总控制器和机械臂装置，所述机械臂装置的活动端安装有除疏电机、距离传感器和高清摄像头，除疏电机的输出轴固接有螺纹钻头。本发明通过行走装置带动设备在小拱棚内移动，实现自走作业，通过两段式支撑臂可以进行移动平台的高度调节，满足不同的小拱棚使用，通过距离传感器和高清摄像头的配合使用，实现了对目标幼苗和杂草的精准定位，利用除疏电机带动螺纹钻头高速转动多目标幼苗和杂草进行剔除，减小了对幼苗的损伤，降低了劳动强度，提高了除草疏苗的自动化和智能化水平。

主权项：1.一种小拱棚内部智能除草疏苗机，其特征在于：包括安装有行走装置的移动平台（5），及安装在移动平台（5）上的总控制器（16）和机械臂装置，所述机械臂装置的活动端安装有除疏电机（12）、距离传感器（10）和高清摄像头（11），除疏电机的输出轴固接有螺纹钻头（13），所述距离传感器（10）、高清摄像头（11）、机械臂装置和行走装置均与总控制器（16）电性连接；所述行走装置包括至少四个分别通过支撑臂（3）与移动平台连接的驱动电机（7），所述驱动电机（7）的输出轴连接有驱动轮（1）；所述支撑臂（3）包括与移动平台铰接的上臂、与所述上臂铰接的下臂，以及两端分别与上臂、下臂铰接的液压杆（2）；所述小拱棚内部智能除草疏苗机的使用方法，包括如下过程：1）通过太阳能电池板接受阳光照射为整个智能除草疏苗机提供电力，并将剩余的电力存储到锂电池组中，为智能除草疏苗机夜晚工作提供电力；2）通过驱动电机驱动移动平台到达工作地点，通过移动平台四个边角上端与前端的红外避障传感器检测小拱棚的高度，并将信息传输至总控制器，总控制器进行信息处理，然后驱动液压控制器工作，液压控制器驱动液压杆动作，使整个移动平台的高度可以进入小拱棚内部；3）移动平台进入小拱棚内部后，距离传感器从蔬菜垄的一边开始测量各个蔬菜苗之间的距离，并将测得蔬菜苗之间的距离与设定的距离相比较，若测量的距离比设定的距离小，则除疏电机带动螺纹钻头旋转，δ机械臂带动除疏电机和螺纹钻头整体移动，将不满足设定距离的蔬菜苗剔除；在δ机械臂运动的过程中，高清摄像头捕捉图像，并将图像发送到总控制器，总控制器识别出杂草后确定杂草位置，总控制器控制δ机械臂移动到杂草上方，通过除疏电机带动螺纹钻头旋转，将杂草剔除；4）移动平台继续前进，重复上述工作。

全文数据：一种小拱棚内部智能除草疏苗机及使用方法技术领域本发明涉及农业装备领域，尤其涉及到拱棚内除草装置领域，具体是指一种小拱棚内部智能除草疏苗机及使用方法。背景技术中国在蔬菜生产上所利用的大棚源自廿世纪30年代。中国园艺学科的奠基人吴耕民先生在杭州览桥园艺场设置木框玻璃覆盖温床，开创了夏菜玻璃温床育苗技术，后来改木框为土墙。到了50年代后期，杭州市蔬菜研究所原杭州市蔬菜试验场采用玻璃士温室栽培番茄，辣椒。60年代，从日本引进塑料薄膜，开始应用塑料薄膜进行小拱棚栽培蔬菜。60年代后期、70年代初，塑料中小棚开始在各地推广，主要在冬春季育苗及蔬菜的早熟栽培。自上个世纪80年代以来，我国拱棚温室产业在迅速发展，全国建成和使用温室大棚面积己经超过17万公顷这些温室中绝大部分是塑料拱棚和日光温室设施。除去搭建的普通小型拱棚，塑料大棚中嵌套小型拱棚也较为常见。小拱棚与大拱棚最大的区别在于：小拱棚没有条件允许人工进入内部进行田间管理，但是在蔬菜幼苗时期的除草非常重要，而且蔬菜的密度是影响蔬菜的产量与质量的重要因素，传统方式的的人工除草疏苗比较费时、费工、费力，劳动强度大，而且传统的人工除草疏苗对于蔬菜幼苗的伤害比较大。发明内容本发明针对现有技术的不足，提供一种小拱棚内部智能除草疏苗机及使用方法，可以进入到小拱棚内部进行除草疏苗作业，能够自动识别出需要剔除的杂草与幼苗，大大降低了劳动强度，提高了劳动效率。本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种小拱棚内部智能除草疏苗机，包括安装有行走装置的移动平台，及安装在移动平台上的总控制器和机械臂装置，所述机械臂装置的活动端安装有除疏电机、距离传感器和高清摄像头，除疏电机的输出轴固接有螺纹钻头，所述距离传感器、高清摄像头、机械臂装置和行走装置均与总控制器电性连接。本方案在使用时，通过行走装置带动移动平台在小拱棚内移动，实现自走，通过距离传感器测量蔬菜幼苗之间的距离，并将测量距离传至总控制器，总控制器将接收到的测量距离与设定距离进行比较，如果测量距离小于设定距离，则总控制控制机械臂装置动作，将除疏电机移动至不符合距离要求的植株，通过除疏电机带动螺纹钻头旋转而将不符合距离要求的植株去除；同时高清摄像头将捕捉的图片传输到总控制器，总控制器对作物与杂草进行区别，并将GPS信息发送至机械臂装置的控制器中，机械臂装置将除疏电机移动到需要剔除的杂草或者作物幼苗正上方，利用除疏电机带动螺纹钻头高速旋转将目标作物或杂草剔除；高清摄像头和距离传感器的配合使用，实现了精准定位，达到点对点除草疏苗的目的。作为优化，所述机械臂装置包括固接于移动平台底面的机械臂基座和安装在机械臂基座上的δ机械臂，所述δ机械臂的前端安装所述的除疏电机、距离传感器和高清摄像头，且距离传感器和高清摄像头分别位于除疏电机的两侧。本优化方案采用并联三自由度的δ机械臂，拥有较高的灵活度，工作速度快，性能稳定，完全满足除草疏苗的要求，为了保证除疏效果，除疏电机可采用高扭矩直流电机，同时方便与太阳能电池板之间的连接；将距离传感器和高清摄像头分别设置于除疏电机的两侧，方便安装，避免安装时发生相互影响。作为优化，所述移动平台上安装有太阳能电池板，以及与太阳能电池板电性连接的锂电池组。本优化方案通过太阳能电池板进行发电，白昼时通过光照为整个智能除草疏苗机提供电力，并将多余的电力存储到锂电池组锂电池组为智能除草疏苗机夜晚工作提供电力，整个智能除草疏苗机环保、绿色、无污染，节省能源。作为优化，所述行走装置包括至少四个分别通过支撑臂与移动平台连接的驱动电机，所述驱动电机的输出轴连接有驱动轮。本优化方案中的行走装置，每个驱动轮均连接有驱动电机，保证了足够的动力，而且方便对各驱动轮进行单独控制，满足变向或转弯要求，提高灵活性。作为优化，所述移动平台的竖直投影位于各驱动轮形成的矩形内部。本优化方案的将驱动轮设置在移动平台竖直投影的外侧，增加了支撑面积，提高了整机的稳定性。作为优化，所述支撑臂包括与移动平台铰接的上臂、与所述上臂铰接的下臂，以及两端分别与上臂、下臂铰接的液压杆。本优化方案采用两段式的支撑臂，并通过液压杆提供支撑力，使得智能除草疏苗机可以自由调节高度，满足不同拱棚的尺寸高度，并有利于提高系统系统的稳定性。作为优化，上臂与下臂之间、上臂与移动平台之间均通过铰轴铰接，所述铰轴沿移动平台的移动方向布置。本优化方案的设置使移动平台沿竖向进行高度调整，避免发生摆动，提高了移动平台高度调节的快捷性和稳定性。作为优化，所述移动平台四角的前端与上端分别设有与总控制器电性连接的红外避障传感器。通过设置的红外避障传感器检测拱棚高度，并将高度信息传至总控制器，总控制器根据接收的高度信息控制液压杆的控制器，液压杆的控制器控制液压杆动作，使移动平台的高度能够进入小拱棚内。上述小拱棚内部智能除草疏苗机的使用方法，包括如下过程：1、通过太阳能电池板接受阳光照射为整个智能除草疏苗机提供电力，并将剩余的电力存储到锂电池组中，为智能除草疏苗机夜晚工作提供电力；2、通过驱动电机驱动移动平台到达工作地点，通过移动平台四个边角上端与前端的红外避障传感器检测小拱棚的高度，并将信息传输至总控制器，总控制器进行信息处理，然后驱动液压控制器工作，液压控制器驱动液压杆动作，使整个移动平台的高度可以进入小拱棚内部；3、移动平台进入小拱棚内部后，距离传感器从蔬菜垄的一边开始测量各个蔬菜苗之间的距离，并将测得蔬菜苗之间的距离与设定的距离相比较，若测量距离比设定的距离大，将不会采取措施，若测量的距离比设定的距离小，则除疏电机带动螺纹钻头高速旋转，δ机械臂带动除疏电机和螺纹钻头整体移动，将不满足设定距离的蔬菜苗剔除，达到疏苗的目的；在δ机械臂运动的过程中，高清摄像头捕捉图像，并将图像发送到总控制器，总控制器识别出杂草后确定杂草位置，总控制器控制δ机械臂移动到杂草上方，通过除疏电机带动螺纹钻头旋转，将杂草剔除；4、移动平台继续前进，重复上述工作。本发明的有益效果为：通过行走装置带动设备在小拱棚内移动，实现自走作业，通过两段式支撑臂可以进行移动平台的高度调节，满足不同的小拱棚使用，通过距离传感器和高清摄像头的配合使用，实现了对目标幼苗和杂草的精准定位，利用除疏电机带动螺纹钻头高速转动多目标幼苗和杂草进行剔除，减小了对幼苗的损伤，降低了劳动强度，提高了除草疏苗的自动化和智能化水平。附图说明图1是本发明智能除草疏苗机结构示意图；图2是本发明智能除草疏苗机仰视图；图3是本发明智能除草疏苗机侧视图；图4是本发明智能除草疏苗机中局部放大图；图中所示：1、驱动轮，2、液压杆，3、支撑臂，4、红外避障传感器，5、移动平台，6、太阳能电池板，7、驱动电机，8、机械臂基座，9、δ机械臂，10、距离传感器，11、高清摄像头，12、除疏电机，13、螺纹钻头，14、锂电池组，15、总开关，16、总控制器，17、液压控制系统。具体实施方式为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。如图1所示一种小拱棚内部智能除草疏苗机，包括安装有行走装置的移动平台5，及安装在移动平台5上的总开关15、总控制器16和机械臂装置，总开关15、总控制器16和机械臂装置均位于移动平台下方，移动平台5四角的前端与上端分别设有与总控制器电性连接的红外避障传感器4，移动平台末端安装有辅助走直装置，辅助走直装置主要由译码器构成。机械臂装置包括固接于移动平台底面的机械臂基座8和安装在机械臂基座8上的并联三自由度的δ机械臂9，所述δ机械臂9的前端安装有除疏电机12、距离传感器10和高清摄像头11，距离传感器和高清摄像头分别位于除疏电机的两侧，除疏电机为高扭矩直流电机，在高扭矩直流电机的输出轴固接有螺纹钻头13，高扭矩直流电机、距离传感器10、高清摄像头11、机械臂装置和行走装置均与总控制器16电性连接。行走装置包括四个分别通过支撑臂3与移动平台连接的驱动电机7，所述驱动电机7的输出轴连接有驱动轮1，四个驱动轮呈矩形分布，且移动平台5的竖直投影位于各驱动轮1形成的矩形内部。在四个支撑臂末端都装配有驱动电机，能够支持智能除草疏苗机实现原地360°掉头，也支持智能除草疏苗机前进后退的相互转换。支撑臂3包括上端与移动平台铰接的上臂、与所述上臂的下端铰接的下臂，以及两端分别与上臂、下臂铰接的液压杆2，液压杆连接液压控制系统17，液压控制系统与总控制器电性连接。通过液压杆提供支撑力，使得智能除草疏苗机可以自由调节高度，满足不同拱棚的尺寸高度，提高了系统的稳定性。作为优化方案，上臂与下臂之间、上臂与移动平台之间均通过铰轴铰接，所述铰轴沿移动平台的移动方向布置，在液压杆伸出或缩回时，移动平台只发生竖向位移，避免发生摆动，以保证移动品台的稳定性。移动平台上固定安装有太阳能电池板6，以及与太阳能电池板6电性连接的锂电池组14，太阳能电池板固定在移动平台上表面，锂电池组固定在移动平台下表面。太阳能电池板接受阳光照射为整个智能除草疏苗机提供电力，并将剩余的电力存储到锂电池组中，为智能除草疏苗机夜晚工作提供电力。上述小拱棚内部智能除草疏苗机的使用方法，包括如下过程：1、通过太阳能电池板接受阳光照射为整个智能除草疏苗机提供电力，并将剩余的电力存储到锂电池组中，为智能除草疏苗机夜晚工作提供电力。2、通过驱动电机驱动移动平台到达工作地点，通过移动平台四个边角上端与前端的红外避障传感器检测小拱棚的高度，并将信息传输至总控制器，总控制器进行信息处理，然后驱动液压控制器工作，液压控制器驱动液压杆动作，使得整个移动平台上升或者下降到适宜高度，使整个移动平台的高度可以进入小拱棚内部。3、移动平台进入小拱棚内部后，δ机械臂前端的高清摄像头与距离传感器开始工作，距离传感器从蔬菜垄的一边开始测量各个蔬菜苗之间的距离，并将测得蔬菜苗之间的距离与设定的距离相比较，若测量距离比设定的距离大，将不会采取措施，若测量的距离比设定的距离小，则高扭矩直流电机带动螺纹钻头高速旋转，δ机械臂带动高扭矩直流电机和螺纹钻头整体移动，将不满足设定距离的蔬菜苗剔除，达到疏苗的目的；在δ机械臂运动的过程中，高清摄像头捕捉图像，并将图像发送到总控制器，总控制器经过计算，识别出杂草后并确定杂草位置，总控制器控制δ机械臂移动到杂草上方，通过高扭矩直流电机带动螺纹钻头旋转，将杂草剔除；4、移动平台继续前进，重复上述工作。本发明采用灵活度较高的δ机械臂，能够保证实现全方位的遍历扫描，实现无死角除草疏苗；除草疏苗装置采用点对点设计，采用高扭矩直流电机提供动力，并配套装配螺纹钻头，配备上高清摄像头与距离传感器，实现精准定位，达到点对点除草疏苗的目的；利用太阳能提供能量，使整个智能除草疏苗机环保、绿色、无污染，节省能源。当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

权利要求：1.一种小拱棚内部智能除草疏苗机，其特征在于：包括安装有行走装置的移动平台（5），及安装在移动平台（5）上的总控制器（16）和机械臂装置，所述机械臂装置的活动端安装有除疏电机（12）、距离传感器（10）和高清摄像头（11），除疏电机的输出轴固接有螺纹钻头（13），所述距离传感器（10）、高清摄像头（11）、机械臂装置和行走装置均与总控制器（16）电性连接。2.根据权利要求1所述的一种小拱棚内部智能除草疏苗机，其特征在于：所述机械臂装置包括固接于移动平台底面的机械臂基座（8）和安装在机械臂基座（8）上的δ机械臂（9），所述δ机械臂（9）的前端安装所述的除疏电机、距离传感器和高清摄像头，且距离传感器和高清摄像头分别位于除疏电机的两侧。3.根据权利要求1所述的一种小拱棚内部智能除草疏苗机，其特征在于：所述移动平台上安装有太阳能电池板（6），以及与太阳能电池板（6）电性连接的锂电池组（14）。4.根据权利要求1所述的一种小拱棚内部智能除草疏苗机，其特征在于：所述行走装置包括至少四个分别通过支撑臂（3）与移动平台连接的驱动电机（7），所述驱动电机（7）的输出轴连接有驱动轮（1）。5.根据权利要求4所述的一种小拱棚内部智能除草疏苗机，其特征在于：所述移动平台（5）的竖直投影位于各驱动轮（1）形成的矩形内部。6.根据权利要求4所述的一种小拱棚内部智能除草疏苗机，其特征在于：所述支撑臂（3）包括与移动平台铰接的上臂、与所述上臂铰接的下臂，以及两端分别与上臂、下臂铰接的液压杆（2）。7.根据权利要求6所述的一种小拱棚内部智能除草疏苗机，其特征在于：上臂与下臂之间、上臂与移动平台之间均通过铰轴铰接，所述铰轴沿移动平台的移动方向布置。8.根据权利要求1所述的一种小拱棚内部智能除草疏苗机，其特征在于：所述移动平台（5）四角的前端与上端分别设有与总控制器电性连接的红外避障传感器（4）。9.一种小拱棚内部智能除草疏苗机的使用方法，其特征在于包括如下过程：（1）通过太阳能电池板接受阳光照射为整个智能除草疏苗机提供电力，并将剩余的电力存储到锂电池组中，为智能除草疏苗机夜晚工作提供电力；（2）通过驱动电机驱动移动平台到达工作地点，通过移动平台四个边角上端与前端的红外避障传感器检测小拱棚的高度，并将信息传输至总控制器，总控制器进行信息处理，然后驱动液压控制器工作，液压控制器驱动液压杆动作，使整个移动平台的高度可以进入小拱棚内部；（3）移动平台进入小拱棚内部后，距离传感器从蔬菜垄的一边开始测量各个蔬菜苗之间的距离，并将测得蔬菜苗之间的距离与设定的距离相比较，若测量的距离比设定的距离小，则除疏电机带动螺纹钻头旋转，δ机械臂带动除疏电机和螺纹钻头整体移动，将不满足设定距离的蔬菜苗剔除；在δ机械臂运动的过程中，高清摄像头捕捉图像，并将图像发送到总控制器，总控制器识别出杂草后确定杂草位置，总控制器控制δ机械臂移动到杂草上方，通过除疏电机带动螺纹钻头旋转，将杂草剔除；（4）移动平台继续前进，重复上述工作。

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