具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本实施例提供了一种除草机器人，如图1所示，其包括移动底盘1、回转机构2、升降机构3、执行单元4、割刀组件5及监测系统。具体地，回转机构2设置于移动底盘1上；升降机构3设置于回转机构2的输出端，回转机构2能够驱动升降机构3绕平行于竖直方向的第一轴线转动；执行单元4包括横摆机构41和连杆机构42，横摆机构41设置于升降机构3的输出端，连杆机构42设置于横摆机构41的输出端，横摆机构41能够驱动连杆机构42绕平行于竖直方向的第二轴线转动，升降机构3能够驱动执行单元4沿竖直方向移动；割刀组件5铰接于连杆机构42的输出端，连杆机构42能够驱动割刀组件5在水平面内移动；监测系统能够识别农作物100的行簇信息、能够识别农作物100的位置信息和杂草200的位置信息，移动底盘1能够根据监测系统反馈的农作物100的行簇信息进行行走，回转机构2、升降机构3、执行单元4及割刀组件5能够根据监测系统反馈的农作物100的位置信息和杂草200的位置信息调节割刀组件5的位置并切割杂草200。

除草时，监测系统能够识别农作物100的行簇，移动底盘1根据监测系统反馈的信息沿着农作物100行簇行驶；在行簇中行驶过程中，监测系统能够调用相关模型进行杂草200与农作物100的识别，根据监测系统反馈的信息，分别通过调整回转机构2、升降机构3、执行单元4及割刀组件5的位置，以使割刀组件5能够切割杂草200。具体地，可以根据割刀组件5与杂草200的相对位置和移动底盘1的运动速度，通过控制算法预测触发时间，通过调节割刀组件5的位置以进行精准除草，具体的控制算法可采用现有技术，不再赘述。

具体地，通过设置回转机构2，用于调节执行单元4的横摆角度，使执行单元4及割刀组件5位于两垄作物的中间，或者位于一垄作物的左右两侧，能够根据具体情况进行调节，避免伤苗，提高了适用性。

由于不同的移动底盘1高度不同，通过设置升降机构3，以调节执行单元4高度，安装割刀组件5后，能够调整到最佳的作业高度，提高了适用性。

执行单元4包括横摆机构41和连杆机构42，横摆机构41能够根据监测系统反馈的信息带动连杆机构42和割刀组件5进行摆动，连杆机构42能够根据监测系统反馈的信息带动割刀组件5沿水平方向进行移动，即移动底盘1移动过程中割刀组件5能够前后左右调节位置，提高了运行灵活性，当监测系统检测到杂草200位置信息时，割刀组件5能够准确到达杂草200位置的状况，能够精确清除杂草200且能够避免伤到农作物100，提高了除草效果。另外，由于割刀组件5铰接于连杆机构42的输出端，在重力作用下，割刀组件5能够贴在地面上，起伏的底面能够通过割刀组件5作用于连杆机构42，使连杆机构42上下摆动，从而实现割刀组件5随连杆机构42沿竖直方向浮动，且割刀组件5铰接于连杆机构42上，能够自动调节角度，使其始终贴合地面，防止由于地面起伏而折断、损坏刀盘521，延长了割刀组件5的使用寿命。具体地，如图10所示，使用时，通过回转机构2和升降机构3粗调割刀组件5的位置，避免伤苗；通过执行单元4微调割刀组件5的位置，在横摆机构41和连杆机构42共同驱动作用下使带动割刀组件在作物之间前后左右往复摆动，以进行精准割草；通过以上机构配合，提高了割草效果。

可选地，监测系统包括第一检测组件和第二检测组件，其中，第一检测组件设置于移动底盘1的前端，移动底盘1根据第一检测组件检测的农作物100行簇的中心线信息进行行走；第二检测组件设置于移动底盘1中部，回转机构2、升降机构3、执行单元4及割刀组件5能够根据第二检测组件识别农作物100和杂草200的位置信息调节割刀组件5的位置以切割杂草200。第一检测组件和第二检测组件分开设置于不同位置，以获取不同信息，提高运行精度。

具体地，如图1所示，第一检测组件可以包括第一相机61和雷达系统，以保证移动底盘1沿着目标轨迹进行行走，避免压苗，保证除草效果。第二检测组件包括架体11中部的第二相机62，通过第二相机62检测杂草200与农作物100位置信息，回转机构2、升降机构3、执行单元4、割刀组件5进行调节，以进行割草。进一步可选地，第二检测组件还包括架体11后部的第三相机63，通过第二相机62和第三相机63进行反复跟踪和比对杂草200与农作物100位置，提高了杂草200与农作物100的区分精度，提高了除草效果，防止误伤农作物100。具体地，监测系统还包括设置在架体11上的第一工业计算机64，第一相机61、第二相机62及第三相机63均与第一工业计算机64通讯连接，第一工业计算机64能够接收第一相机61、第二相机62及第三相机63反馈的信息，且能够根据反馈信息，控制移动底盘1、回转机构2、升降机构3、执行单元4、割刀组件5进行调节。

具体地，如图2-图4所示，监测系统还包括设置于割刀组件5上的表型探测模组53，表型探测模组53包括激光雷达531、第四相机533、惯性测量单元532以及第二工业计算机534，连杆机构42根据惯性测量单元532检测到的割刀组件5倾角信息进行调节，以使割刀组件5调节至预设位置，以使割刀组件5具有较好的切割角度，提高切割效果；具体地，当惯性测量单元532检测到割刀组件5上的刀盘521倾斜时，连杆机构42进行调节，调整割刀组件5使其始终保持垂直向下的姿态，提高切割效果。具体地，表型探测模组53能够在作业过程中使用紧耦合的激光视觉惯导融合建图算法（LVI-SAM）重构出农作物100和地面的3D点云，实时存储于第二工业计算机534，提供给育种人员便于开展作物表型信息的研究，具体地，激光视觉惯导融合建图算法（LVI-SAM）为现有技术，不再赘述。通过设置表型探测模组53能够实现边除杂草200边获取农作物100信息。

本实施例中，如图1所示，移动底盘1包括架体11和驱动轮12，回转机构2及监测系统均设置在架体11上。

具体地，回转机构2包括回转驱动件、沿竖直方向设置的回转主轴22和回转悬臂23，回转驱动件设置于移动底盘1；回转驱动件能够驱动回转主轴22转动，具体地，回转主轴22的轴线为竖直方向的第一轴线；回转悬臂23设置于回转主轴22背离回转驱动件的一端，横摆机构41设置于回转悬臂23，回转驱动件通过回转主轴22和回转悬臂23驱动执行单元4转动。具体地，如图6所示，回转驱动件包括伺服电机和减速机，回转机构2还包括回转底座21，回转底座21固定于架体11上，伺服电机、减速机通过回转底座21固定于架体11上，回转主轴22通过联轴器连接于减速机的输出端，回转底座21上固定有主轴套筒24，回转主轴22通过轴承转动连接于主轴套筒24上，主轴套筒24能够保护回转主轴22。

可选地，升降机构3包括升降驱动件31和传动组件32，升降驱动件31设置于回转机构2的输出端；横摆机构41设置于传动组件32的输出端，升降驱动件31能够驱动传动组件32，以使横摆机构41沿竖直方向移动，通过驱动执行单元4带动割刀组件5沿竖直方向进行调整，从而增加了割刀组件5对高度的适用性。

具体地，如图7所示，升降驱动件31为伺服电机，提高了调整精度。具体地，传动组件32包括丝杠322和与丝杠322配合的螺母，伺服电机通过联轴器与丝杠322连接，L型托板33安装在螺母上，伺服电机驱动丝杠322转动时，使L型托板33沿丝杠322延伸方向移动，具体地，还包括导轨323和与导轨323配合的滑块321，导轨323与丝杠322平行设置，L型托板33连接于滑块321，提高了L型托板33的滑动精度。具体地，升降机构3还包括桁架34，传动组件32安装于桁架34上，伺服电机通过电机座安装于桁架34上。

本实施例中，桁架34安装于回转机构2的回转悬臂23上，执行单元4安装于L型托板33上；具体地，包括两个L型托板33和两个L型托板33上分别安装执行单元4，执行单元4上分别安装割刀组件5，通过增加割刀组件5数量，提高了除草的作业效率。

具体地，回转悬臂23由一对凹凸连接块组成，中间有2个通孔，使用铰制孔螺栓固定在一起，使回转机构2和升降机构3便于拆装，也可以快速换装其他作业装置，例如喷药装置、播种装置等。

横摆机构41用于调节割刀组件5的方位角。可选地，如图2和图3所示，横摆机构41包括设置于升降机构3输出端的横摆驱动件411和固定设置于横摆驱动件411输出端的横摆转盘412，连杆机构42固定设置于横摆转盘412，横摆驱动件411能够通过驱动横摆转盘412带动连杆机构42绕平行于竖直方向的第二轴线转动；具体地，横摆驱动件411可以是伺服电机加减速机，横摆转盘412连接于减速机的输出轴上，伺服电机的转动带动横摆转盘412的转动，进而驱动了割刀组件5的摆动；伺服电机的精度高，提高了割刀组件5摆动的精度。

可选地，如图2和图3所示，连杆机构42包括支撑臂421、第一连杆422、第二连杆423、第三连杆424和伸缩驱动件425，其中，支撑臂421固定设置于横摆机构41的输出端，本实施例中，支撑臂421固定于横摆装盘上；第一连杆422的一端铰接于支撑臂421；第二连杆423的一端铰接于支撑臂421，且第二连杆423与第一连杆422沿竖直方向设置，本实施例中，第二连杆423设置于第一连杆422下方；第三连杆424的一端铰接于割刀组件5，第二连杆423铰接于第三连杆424的中部；伸缩驱动件425的输出端固定设置于第一连杆422的另一端，伸缩驱动件425的固定端铰接于第三连杆424的另一端。

第一连杆422、第二连杆423、第三连杆424及支撑臂421形成了四连杆机构，割刀组件5铰接在第三连杆424上，当地面起伏变化时，通过割刀组件5能够作用于第三连杆424，使四连杆机构摆动，从而使割刀组件5随四连杆机构上下浮动，且割刀组件5铰接于第三连杆424上，根据起伏能够被动调整角度，从而适应了地面起伏变化，避免刀盘521受损。伸缩驱动件425的输出端固定设置于第一连杆422的一端，固定端铰接与第三连杆424上，伸缩驱动件425的输出端能够进行伸缩，作用于第三连杆424的一端，四连杆机构发生变形，第三连杆424的两端向相反方向移动；具体地，当伸缩驱动件425的输出端伸出时，第三连杆424铰接伸缩驱动件425的一端背离支撑臂421移动，第三连杆424铰接割刀组件5的一端朝向支撑臂421移动，从而使割刀组件5向支撑臂421移动；反之，缩回时，第三连杆424铰接伸缩驱动件425的一端朝向支撑臂421移动，第三连杆424铰接割刀组件5的一端背离支撑臂421移动，从而使割刀组件5背离支撑臂421移动，从而实现了连杆机构42驱动割刀组件5沿水平方向移动。

具体地，如图3所示，横摆转盘412上安装有两个支撑臂421，两个支撑臂421上分别安装有第一连杆422，两个第一连杆422通过横杆连接，并通过一个伸缩驱动件425铰接于第三连杆424上，提高了安装稳定性，且减少使用伸缩驱动件425的数量，简化结构，降低成本；具体地，伸缩驱动件425可以是电动缸或者其他结构，不进行限定。

可选地，连杆机构42还包括推拉力传感器，推拉力传感器的两端分别与第一连杆422的另一端和伸缩驱动件425的输出端固定连接，当推拉力传感器检测到的力超过设定阈值时，推拉力传感器向控制系统反馈信号，控制系统控制伸缩驱动件425调整伸缩量，以防止执行单元4或割刀组件5受到损伤。

可选地，如图2和图3所示，割刀组件5包括铰接于连杆机构42的输出端的旋转驱动件51和固定设置于旋转驱动件51的输出端的刀具52，旋转驱动件51驱动刀具52绕平行于竖直方向的第三轴线转动；刀具52包括刀盘521、多个副刀刃522和多个主刀刃523，刀盘521设置于旋转驱动件51的输出端；多个副刀刃522分别沿刀盘521的径向延伸设置；多个主刀刃523和多个副刀刃522交替间隔设置于刀盘521的外周，通过设置多个主刀刃523和多个副刀刃522旋转进行切割，提高了切割效率。可选地，旋转驱动件51可以采用伺服电机，能够根据监测系统反馈信息，调节转动角度以及转速等。具体地，刀盘521的中部开设有安装孔，刀盘521通过安装孔安装于伺服电机的输出轴上。

进一步具体地，如图5所示，通过设置主刀刃523和副刀刃522交替间隔设置，且副刀刃522为刀盘521向径向延伸设置，主刀刃523与刀盘521呈夹角设置，夹角为20°-30°，主刀刃523的长度大于副刀刃522的长度，防止高速旋转时，刀盘521旋入泥土太深，增加除草机器人向前移动的阻力。具体地，夹角角度越大，杂草200根部剔除越干净，但刀盘521旋转阻力矩越大，优选地，主刀刃523与刀盘521之间的夹角角度为25°。具体地，伺服电机上固定设置有上支架54和下支架55，上支架54与限位连杆432铰接，下支架55与第三连杆424铰接，从而实现了割刀组件5与执行单元4的连接。

可选地，如图2和图3所示，执行单元4还包括限位组件43，限位组件43设置于支撑臂421上，能够限制连杆机构42的最低位置，以防割刀组件5触碰到硬地面而损坏。

本实施例中，如图2和图3所示，限位组件43包括限位驱动件431和限位连杆432，限位驱动件431设置于支撑臂421上，限位驱动件431的输出端能够沿水平方向伸缩；限位连杆432的一端铰接于支撑臂421，另一端铰接于割刀组件5，限位驱动件431的输出端能够驱动限位连杆432绕限位连杆432与支撑臂421的铰接点转动，限位驱动件431通过限位连杆432能够使割刀组件5抬起，以限制割刀组件5的最低位置；限位驱动件431可根据具体情况进行调整，进而可根据需求调节割刀组件5的最低位置。具体地，限位驱动件431可以是电动推杆，调整电动推杆的伸缩尺寸，电动推杆伸出时能够使限位连杆432转动后铰接有割刀组件5的一端抬起至一定位置，进而调节了割刀组件5的最低位置。

本实施例中，电动推杆的固定端固定于横摆转盘412上，电动推杆的输出端抵接于限位连杆432的底部，电动推杆伸出时，推动限位连杆432向上摆动，带动割刀组件5整体上移；电动推杆缩回时，限位连杆432在重力作用下向下摆动，带动割刀组件5整体下移。本实施例中，限位连杆432与支撑臂421的铰接点设置于第二连杆423与支撑臂421的铰接点下方。

可选地，限位驱动件431的输出端设置有电磁铁件，电磁铁件能够吸附于限位连杆432上；除草运行过程中，利用电磁铁将限位连杆432锁住，避免地面颠簸导致割刀组件5损坏，具体地，电磁铁件的结构及原理采用现有技术，不再赘述。

具体地，当除草发生故障时，例如推拉力传感器测得的力超过设定阈值，或者割刀组件5上的伺服电机堵转时，限位组件43上的电动推杆伸出将割刀组件5整体抬起，防止割刀组件5损坏。

本实施例中，如图8和图9所示，移动底盘1行驶过程中沿行簇中心线行走并朝向x向行走，避免伤苗。

除草时，除草机器人行驶到田间，根据监测系统反馈信息，移动底盘1自动沿农作物100行簇中心线移动；根据监测系统反馈信息，升降机构3和回转机构2自动调节，使割刀组件5调节至指定的作业方位和高度；调节限位组件43，解除对连杆机构42最低位置限制；移动底盘1前行，根据监测系统反馈的信息，执行单元4进行微调，使割刀组件5除草。

除草完成后或接收到完成指令后，执行单元4和割刀组件5停止运行，限位组件43、升降机构3及回转机构2分别复位。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。