一种液压驱动型四轮独立驱动四轮独立转向除草机器人

摘要

本发明公开了一种液压驱动型四轮独立驱动四轮独立转向除草机器人，包括动力舱系统、多功能底盘系统、智能除草结构系统、控制系统、导航系统；动力舱系统为除草机器人的转向、行走、调距以及限深等功能提供清洁能源动力，并保证机器人的低速运动性能；多功能底盘系统实现四轮独立驱动行走、轮距调节以及360°独立转向功能，以适应田间各种工况；智能除草结构系统实现智能除草；本发明结构简单合理、低速运动性能良好，利用液压驱动，减重的同时增强车辆的工作性能，本车辆相对其他大、重型车辆，降低了车辆重量对土壤的压实性的影响，降低了除草装置对农作物的影响，更好的适应了田间复杂路况。

权利要求

1.一种液压驱动型四轮独立驱动四轮独立转向除草机器人，其特征在于：包括车辆本体，车辆本体内置液压泵（3）、直流伺服电机（4）、油箱（20）、电池箱（6），车辆本体的前端设有横梁架（5），横梁架（5）上设置有连杆机构（8）；所述连杆机构（8）包括上连杆（81）、下连杆（82）、除草装置横梁（21）、限深油缸（13），纵向连杆（83），所述上连杆（81）和下连杆（82）平行于车辆行驶方向 ，上连杆（81）一端铰接于横梁架（5）上部，下连杆（82）一端铰接于横梁架（5）下部，上连杆（81）另一端铰接于纵向连杆（83）上端，下连杆（82）另一端铰接于除草装置横梁（21），纵向连杆（83）下端铰接于除草装置横梁（21）；所述限深油缸（13）一端铰接于横梁架（5）中部，限深油缸（13）另一端铰接于上连杆（81）中间位置；除草装置横梁（21）上安装有前架，前架上 安装有除草刀具（14）和导向轮（15）；

所述车辆本体的前后各设有两个车架（18），车架（18）长条结构，车架（18）的中间位置与车辆本体通过转轴连接，该转轴上安装有调距固定齿轮（22），调距固定齿轮（22）与车辆本体固定连接，所述调距固定齿轮（22）的内侧端固定设有调距马达（19），调距马达（19）的动力输出端具有齿轮，该齿轮与调距固定齿轮（22）啮合，所述调距固定齿轮（22）的外侧端安装有车轮机构；

所述调距固定齿轮（22）的外侧端设有转向调节马达（9）、大齿轮（11）、小齿轮（10），转向调节马达（9）的动力输出端具有齿轮，该齿轮与大齿轮（11）啮合，小齿轮（10）也与大齿轮（11）啮合，小齿轮（10）的下部中心位置固定设有车轮安装板  ，车轮安装板上具有轮胎（17）。

2.根据权利要求1所述的一种液压驱动型四轮独立驱动四轮独立转向除草机器人，其特征在于：所述车轮安装板的侧部具有用于驱动轮胎（17）转动的轮边行走马达（16）。

3.根据权利要求1所述的一种液压驱动型四轮独立驱动四轮独立转向除草机器人，其特征在于：所述纵向连杆（83）上安装有用于检测与地面距离的距离检测装置（12）。

4.根据权利要求1所述的一种液压驱动型四轮独立驱动四轮独立转向除草机器人，其特征在于：所述横梁架（5）上设有土壤收集供检测装置（7），土壤收集供检测装置（7）包括立式的导轨，导轨上端具有电机，电机输出端具有平行于导轨的丝杠，导轨上还设有滑座，滑座具有贯穿的螺纹孔，丝杠贯穿该螺纹孔并相互配合，滑座下部具有用于抓取土壤的爪子。

5.根据权利要求1所述的一种液压驱动型四轮独立驱动四轮独立转向除草机器人，其特征在于：所述车辆本体上具有护罩（2）以及GPS天线（1）。

说明书

一种液压驱动型四轮独立驱动四轮独立转向除草机器人

技术领域

[0001] 本发明涉及一种液压驱动型四轮独立驱动四轮独立转向除草机器人，属于智能除草设备技术领域，尤其涉及一种液压驱动型四轮独立驱动、四轮独立转向、轮距可调节以及智能除草装置多功能集一身的除草机器人。

背景技术

[0002] 杂草的防除是保证农业增产增收的一项重要措施，全世界早在1972年曾经因杂草而造成的农作物减产高达204亿美元。以美国为例，每年由于病、虫、草害所造成的损失可达120亿美元以上，其中病害占27%，虫害占28%，线虫占3%，而杂草则占42%。在我国每年因草害所造成的作物产量损失几乎是以亿斤计算，农田杂草是指生长在农田中非意识栽培的植物。它们的生存是长期适应的结果。农田杂草的危害：1）吸收大量水分；2）杂草根部吸肥力很强；3）干扰农作物生长：杂草生长不仅占据地上空间，而且也占据地下空间，严重地阻碍了作物根系的下扎和扩展；4）增加了病害的繁殖和传播：田间许多杂草都是作物病虫害的中间寄主；5）增加管理用工和生产成本；6）降低产量和质量；7）直接对人畜造成危害。所以，要对有危害的农田杂草进行有效预防和治理对降低损失有着至关重要的作用。

发明内容

[0003] 为了克服现有技术的不足，尤其是针对复杂的田间路况及其窄小地头，本发明涉及一种液压驱动型四轮独立驱动四轮独立转向除草机器人，尤其涉及一种液压驱动型四轮独立驱动、四轮独立转向、轮距可调节以及智能除草装置多功能集一身的除草机器人。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

[0005] 一种液压驱动型四轮独立驱动四轮独立转向除草机器人，包括车辆本体，车辆本体内置液压泵、直流伺服电机、油箱、电池箱，车辆本体的前端设有横梁架，横梁架上设置有连杆机构；

[0006] 连杆机构包括上连杆、下连杆、除草装置横梁、限深油缸，纵向连杆，所述上连杆和下连杆平行于车辆行驶方向 ，上连杆一端铰接于横梁架上部，下连杆一端铰接于横梁架下部，上连杆另一端铰接于纵向连杆上端，下连杆另一端铰接于除草装置横梁，纵向连杆下端铰接于除草装置横梁；所述限深油缸一端铰接于横梁架中部，限深油缸另一端铰接于上连杆中间位置；除草装置横梁上安装有前架，前架上 安装有除草刀具和导向轮。

[0007] 作为更进一步的优选方案，车辆本体的前后各设有两个车架，车架长条结构，车架的中间位置与车辆本体通过转轴连接，该转轴上安装有调距固定齿轮，调距固定齿轮与车辆本体固定连接，所述调距固定齿轮的内侧端固定设有调距马达，调距马达的动力输出端具有齿轮，该齿轮与调距固定齿轮啮合，所述调距固定齿轮的外侧端安装有车轮机构。

[0008] 作为更进一步的优选方案，调距固定齿轮的外侧端设有转向调节马达、大齿轮、小齿轮，转向调节马达的的动力输出端具有齿轮，该齿轮与大齿轮啮合，小齿轮也与大齿轮啮合，小齿轮的下部中心位置固定设有车轮安装板 ，安装板上具有轮胎。

[0009] 作为更进一步的优选方案，车轮安装板的侧部具有用于驱动轮胎转动的轮边行走马达。

[0010] 作为更进一步的优选方案，纵向连杆上安装有用于检测与地面距离的距离检测装置。

[0011] 作为更进一步的优选方案，横梁架上设有土壤收集供检测装置，土壤收集供检测装置包括立式的导轨，导轨上端具有电机，电机输出端具有平行于导轨的丝杠，导轨上还设有滑座，滑座具有贯穿的螺纹孔，丝杠贯穿该螺纹孔并相互配合，滑座下部具有用于抓取土壤的爪子。

[0012] 作为更进一步的优选方案，车辆本体上具有护罩以及GPS天线。

[0013] 与现有技术相比，本发明是一种液压驱动型四轮独立驱动四轮独立转向除草机器人，其结构简单合理、低速运动性能良好；利用液压驱动，减重的同时增强车辆的工作性能，本车辆相对其他大、重型车辆，降低了车辆重量对土壤的压实性的影响，降低了除草装置对农作物的影响，更好的适应了田间复杂路况。

附图说明

[0014] 图1为本发明的整体结构示意图；

[0015] 图2为本发明的侧视图；

[0016] 图3为本发明的正视图；

[0017] 在上述附图中，1、GPS天线，2、护罩，3、液压泵，4、直流伺服电机，5、横梁架，6、电池箱，7、土壤收集供检测装置，8、连杆机构，9、转向调节马达10、小齿轮，11、大齿轮，12、距离检测装置，13、限深油缸，14、除草刀具，15、导向轮，16、轮边行走马达，17、轮胎，18、车架，19、调距马达，20、油箱，21、除草装置横梁。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图详细说明本发明的优选技术方案。

[0019] 参考图1、图2、图3，本发明包括动力舱系统、多功能底盘系统、智能除草结构系统、控制系统、导航系统。

[0020] 动力舱系统包括护罩2、电池箱6、直流伺服电机4、电源管理系统、液压泵3、电液比例控制阀、小齿轮10、大齿轮11。

[0021] 多功能底盘系统包括车架18、轮距调节装置、四轮独立转向装置、四轮独立驱动装置。

[0022] 智能除草结构系统包括支撑架、智能限深装置、限深油缸13、除草刀具14、导向轮15。

[0023] 控制系统包括控制器、控制箱、倾角传感器、距离检测装置12、软件。

[0024] 导航系统包括卫星接收机、天线、移动基站。

[0025] 动力舱系统包括护罩2、电池、直流伺服电机4、电源管理系统、液压泵3、电液比例控制阀、液压马达、液压缸、小齿轮10、大齿轮11；动力舱系统利用电池为直流伺服电机4提供绿色能源，直流伺服电机4带动驱动液压泵3为整个液压系统提供油源，为除草机器人的转向、行走、调距以及限深等功能提供清洁能源动力，并保证机器人的低速运动性能。

[0026] 多功能底盘系统包括车架18、轮距调节装置、四轮独立转向装置、四轮独立驱动装置；其特征在于所述的多功能底盘系统为利用比例控制阀控制行走、转向以及调距液压马达，以实现四轮独立驱动行走、轮距调节以及360°独立转向功能，以适应田间各种工况。四轮独立转向功能的实现可以为除草机器人在狭窄的田间地头工作时减小车辆的转弯半径，解决除草机器人田间地头转向难的问题，以及减少对农作物的损害；各种农作物因其行间距不同，需要不同间距的车辆来工作，调距功能可以适应不同行距的农田，可以实现一车多用，且可以大大降低了购车成本；在农田这种复杂的地形中，对于车辆的驱动性能要求更高，与传统的前驱或者后驱车辆相比具有更强悍的田间行走能力。

[0027] 车辆本体的前后各设有两个车架18，车架18的中间位置与车辆本体通过转轴连接，该转轴上安装有调距固定齿轮22，调距固定齿轮22与车辆本体固定连接，调距固定齿轮22的内侧端固定设有调距马达19，调距马达19的动力输出端具有齿轮，该齿轮与调距固定齿轮22啮合，所述调距固定齿轮22的外侧端安装有车轮机构；调距马达19转动，调距马达19动力输出端的齿轮绕调距固定齿轮22活动，从而可带动车架18转动，使外侧端车轮机构的位置发生改变，调节两个车轮机构之间的间距，适应不同的路宽。

[0028] 调距固定齿轮22的外侧端设有转向调节马达9、大齿轮11、小齿轮10，转向调节马达9的的动力输出端具有齿轮，该齿轮与大齿轮11啮合，小齿轮10也与大齿轮11啮合，小齿轮10的下部中心位置固定设有车轮安装板，车轮安装板上具有轮胎17；转向调节马达9驱动大齿轮11转动，大齿轮11带动小齿轮10转动，小齿轮10带动车轮安装板调节角度，即实现车轮的转向。

[0029] 智能除草结构系统包括支撑架、智能限深装置、限深油缸13、除草刀具14、导向轮15、土壤收集供检测装置7；智能除草结构系统为利用电液比例液压阀控制限深油缸13实现智能除草装置遇到不同土质、不同农作物时达到减少对不同农作物根系生长的伤害；集成在智能除草装置上的土壤收集供检测装置7到不同的农作物田为实验室对土质检测以及为限深机构提供土壤相关参数提供数据。传统的锄草装置一般利用其装置的自重来完成刀具的如图深度，其深度不可调节，在遇到复杂的田间地形时，会有很差的锄草能力，智能限深装置可以为增强除草机器人锄草的的田间适应能力；土壤收集检测装置可以为科研人员取回预研究或者未研究且需研究的农田当中的土壤，为研究农作物的适应性以及土壤对于农作物的好坏影响等方面提供不可或缺的功能。

[0030] 连杆机构8包括两幅上连杆81、下连杆82、纵向连杆83的组合机构，稳定性更强，上连杆81一端铰接于横梁架5上部，下连杆82一端铰接于横梁架5下部，上连杆81另一端铰接于纵向连杆83上端，下连杆82另一端铰接于除草装置横梁21，纵向连杆83下端铰接于除草装置横梁21；

[0031] 其中，两根上连杆81之间具有连接杆，限深油缸13一端铰接于横梁架5中部，另一端铰接于连接杆。

[0032] 控制系统包括操作控制器、控制箱、倾角传感器、距离检测装置12、软件。

[0033] 针对本设备的动力源支配方案：本除草机器人是由电池提供动力到电机，由电机带动液压泵从而液压泵可以从液压油箱中吸油之后利用液压泵将液压油通过液压管道传输到各个执行元件当中。其中，除草机器人的行走驱动功能靠将液压油传输到行走液压马达将液压能转换为机械能来实现轮组驱动；除草机器人的转向和调距功能均是通过将液压油传输到转向液压马达和调距液压马达将液压能转换为机械能以实现各自的功能；限深功能是通过将液压油传输到限深油缸中，在通过油缸的伸缩带动连杆机构来实现出除草装置的上下位移调节。

[0034] 在本除草机器人中将控制器安装于控制箱内，依据控制软件对除草机器人的各种动作发出控制指令；软件为依据除草机器人的功能编写的程序代码，利用控制器对机器人进行控制。

[0035] 导航系统包括卫星接收机、天线、移动基站。卫星接收机接收卫星定位系统的定位信息，解码运算确定机器人的位置，也可同时将车辆的偏航角得以计算实现车辆在行驶时调整车辆姿态，减少车辆对农作物的伤害；天线用于增强卫星定位系统的定位信号强度，便于卫星接收机准确接受定位信息；移动基站用于为定位系统提供修订后的定位基准。

[0036] 本发明的工作原理：本发明的液压驱动型除草机器人，可以适应复杂的田间路况；可以四轮独立转向从而使除草机器人能够以更小的转向半径来解决田间地头转向难得问题；降低了车辆重量对土壤的压实性的影响。除草机器人主要分为两大部分，第一部分是多功能底盘部分，利用比例控制阀控制行走、转向以及调距液压马达，以实现四轮独立驱动行走、轮距调节以及360°独立转向功能，以适应田间各种工况；第二部分是智能除草机构部分，利用电液比例液压阀控制限深油缸13实现智能除草装置遇到不同土质、不同农作物时达到减少对不同农作物根系生长的伤害；集成在智能除草装置上的土壤收集供检测装置7到不同的农作物田为实验室对土质检测以及为限深机构提供土壤相关参数提供数据。

[0037] 以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。