一种温室大棚多功能作业平台及其控制方法

文档序号:848145 发布日期:2021-03-16 浏览:34次 >En<

阅读说明:本技术 一种温室大棚多功能作业平台及其控制方法 (Greenhouse multifunctional operation platform and control method thereof ) 是由 穆元杰 尚明华 王富军 胡树冉 于 2020-11-26 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种温室大棚多功能作业平台及其控制方法,所述的作业平台包括运行轨道、移动装置、位置定位装置、控制系统、无线通讯系统、电机控制器和能源系统;所述的控制方法包括遥控模式、学习模式、自主导航模式。具有运行通畅、不妨碍棚内农事作业的优点,且悬挂不同的作业装置,可实现温室大棚中喷药、采摘、运输等多种作业。(The invention discloses a greenhouse multifunctional operation platform and a control method thereof, wherein the operation platform comprises an operation track, a mobile device, a position positioning device, a control system, a wireless communication system, a motor controller and an energy system; the control method comprises a remote control mode, a learning mode and an autonomous navigation mode. The greenhouse has the advantages of smooth operation and no interference to farm work in the greenhouse, and different operation devices are hung, so that various operations such as spraying, picking, transporting and the like in the greenhouse can be realized.)

一种温室大棚多功能作业平台及其控制方法

技术领域

本发明涉及温室大棚智能装置技术领域,尤其涉及一种温室大棚多功能作业平台及其控制方法。

背景技术

蔬菜产业属于劳动密集型产业,设施蔬菜生产中种植、修剪、施肥、施药、采摘、运输等都离不开人的参与。我国设施蔬菜面积、产量不断扩大,预计2021年将达6200万亩,产业不断发展的背后却面临诸多问题:①农业劳动力老龄化、从业人员结构失衡:以山东省为例,2010至2018年15-64岁人口占比由74.4%下降至66.9%,65岁及以上人口占比由9.9%上升至15%(数据来源于山东省统计年鉴—2019),人口老龄化趋势明显;农业从业人数下降且从业人员年龄结构失衡,山东省第一产业就业人数由2010年2273.1万人下降至2018年1718.2万人;第三次全国农业普查数据显示,农业生产经营人员数量中东部地区年龄在35岁及以下为1537万人,36-54岁为3894万人,年龄在55岁及以上为3315万人。②劳动力成本大幅增加,农业劳动力成本不断增加,有调查显示,劳动力成本已经成为设施蔬菜经营的主要成本,在蔬菜生产企业能占到总支出的40%~60%,有的甚至更高。“机器换人”是推动蔬菜产业转型升级的重要举措,有利于蔬菜产业的持续发展。国内在温室大棚用机器人技术研究及装备研制方面,已有相关研究:一种温室大棚用无轨道自主移动平台(专利公开号:CN206156246U)提出了一种温室大棚用无轨道自主移动平台,能够实现温室内灵活的移动,并具有升降功能,可用于施药、采摘、作物整理等作业,但其不足在于需在温室内建设半结构化的路面,该路面不利于后期翻地等农业作业,对农业生产产生一定影响。用于温室大棚智能喷洒轨道式行走装置(专利公开号:CN205865353U)提供了一种用于温室大棚的智能喷洒的轨道式行走装置,该装置运行于大棚顶部的运行轨道,采用高架轨道方式不影响农业生产,但不足之处在于该装置功能单一仅用于喷药,且高度调整方式采用调节丝杠调整,效率低下。一种喷杆系统及其悬挂自走式温室大棚专用多功能变形喷雾装置(专利公开号:CN205389739U)提出了一种喷杆系统及其悬挂自走式温室大棚专用多功能变形喷雾装置,能够根据靶标作物的不同形态结构来调节装置,以提高喷雾的穿透性,该装置仅搭建一行轨道,节约空间及成本,但其不足之处在于:功能单一,虽提及多功能但仅可用于喷雾;其结构决定了喷雾仅可自上而下喷,此喷雾方式对叶面的穿透性差,不能有效的喷至叶面底部,影响喷雾效果。一种温室多功能作业车(专利公开号:CN205011337U)提供了一种带有升降装置的多功能轨道作业车,其不足之处在于该装置轨道布设于温室的过道,影响农业生产,通过控制台控制作业车前后及上下移动,智能化程度低。一种用于果园作业的自主导航喷药机器人及其控制方法(专利公开号:CN109892311A)公开了控制系统接收和处理来自卫星定位装置、惯性导航装置等发来的数据,实现机器人的驱动控制、路径学习、自主导航、喷药控制、远程通信等功能,但是该系统只能依赖于卫星定位来实现定位,在温室大棚内,卫星天线受到遮挡,覆被时温室大棚内没有卫星定位信号,且通过卫星定位成本很高。

发明内容

本发明针对上述问题,提供了一种温室大棚多功能作业平台及其控制方法,具有运行通畅、不妨碍田间作业的优点,且具有易操作、控制方便,位置精准的优势。

本发明解决技术问题的技术方案为:

一种温室大棚多功能作业平台包括运行轨道、移动装置、位置定位装置、控制系统、无线通讯系统、遥控器、电机控制器和能源系统,所述的运行轨道悬挂设置于温室大棚内的种植垄间,所述的移动装置设置于运行轨道上且可在运行轨道上移动,所述的移动装置包括电机、主动轮和挂载平台,所述的主动轮与运行轨道配合,所述的电机驱动主动轮转动,所述的挂载平台上安装有作业装置,所述的位置定位装置包括识别设备和多个标识卡,所述的识别设备设置于移动装置上,所述的标识卡设置于运行轨道上,所述的控制系统、电机控制器、无线通讯系统与能源系统均设置于移动装置上,所述的控制系统通过无线通讯系统与遥控器无线连接,且所述的控制系统分别与电机控制器、识别设备、作业装置连接,所述的电机与电机控制器连接。

进一步地,所述的运行轨道为工字钢轨道,采用高架的方式安装于种植垄间。

进一步地,所述的挂载平台设置于升降装置上,所述的升降装置安装于移动装置上,所述的升降装置与升降控制器连接,所述的升降控制器与控制系统连接。

进一步地,所述的标识卡为ID卡,所述标识卡识别设备为NFC读卡器。

一种温室大棚多功能作业平台的控制方法,包括遥控模式:

操作遥控器,遥控器无线遥控控制系统,控制系统通过电机控制器控制移动装置的电机动作,从而实现移动装置的行进动作,通过升降控制器控制升降装置动作,从而实现挂载平台上的作业装置的升降动作,通过控制系统控制作业装置的启停。

进一步地,所述控制方法还包括学习模式:

进入学习模式后,通过遥控器控制移动装置动作,所述的学习模式获取布设轨道的路径信息,所述的路径信息包括标识卡的排列次序以及移动装置行进两个相邻的标识卡间的路段过程中电机的旋转圈数信息,形成路径信息后通过无线通讯系统将该路径信息发送至遥控器。

进一步地,所述的学习模式获取路径信息的方法包括:

在运行轨道上预设起始点与终点;

从起始点到终点分别正转运行、倒转运行各多次,每运行一次控制系统生成一条临时路径信息,所述的控制系统生成的临时路径信息达到预设的条数后,控制系统将多条临时路径信息中记录的两相同标识卡间的数据利用中位值平均滤波法进行运算处理,最终形成一条确定路径信息,并将确定路径信息发送至遥控器。所述中位值平均滤波法为将多条临时路径信息中记录的两相同标识卡间的数据去除最大值与最小值,取剩下数据的平均值作为该标识卡间的最终数据。

进一步地,所述控制方法还包括导航模式:

进入导航模式后,所述的控制系统接受目标路径信息并控制移动装置按照目标路径行进,直至按照目标路径运行完整后停止,所述目标路径由遥控器设定并通过无线通讯系统下发至控制系统,所述的目标路径包括两种类型,类型一包括多个按照次序排列的标识卡,类型二包括多个按照次序排列的标识卡以及越过最后一个标识卡后的电机旋转圈数。

所述目标路径中的每个标识卡及越过最后一个标识卡后的电机旋转圈数中均包含作业装置工作属性和升降装置升降属性,所述的作业装置工作属性包括工作、不工作两种,所述的升降装置升降属性包括顶部、中部、底部三种。在控制系统内将作业装置工作属性中的工作属性设置为1,不工作属性设置为0;升降装置升降属性中,升降装置上升至最顶部属性设置为0,升降装置下降至中部属性设置为1,升降装置下降至底部属性设置为2。移动装置按照目标路径行进过程中,同时根据作业装置工作属性及升降装置升降属性进行作业。

所述的越过最后一个标识卡后的电机旋转圈数是通过目标点距离该最后一个标识卡的距离占该最后一个标识卡与下一个标识卡之间距离的比例,再乘以移动装置行进该最后一个标识卡与下一个标识卡间的路段其电机的旋转圈数得出。遥控器端建有地图,在图中一条线段是有固定像素点的,假设“目标点距离该最后一个标识卡的距离”有a个像素点,“最后一个标识卡与下一个标识卡间的路段”为b个像素点,则“比例”为a/b。

进一步地,所述的导航模式还包括断点恢复方法:

所述的断点恢复是指移动装置在导航模式作业过程中,因外部挂载作业装置原因(例如,挂载的农药箱无农药)而导致导航模式工作中断出现断点,移动装置自行返回至起始点,待外部挂载作业装置原因消除后(再次将农药箱加装农药),移动装置直接再次运行至断点(在断点前运行时,挂载作业装置不与导航模式协调工作,即只导航运行,不喷洒农药);在断点后运行时,导航模式协同挂载作业装置一起工作;

断点通过以下方式确定:

通过遥控器实时确定断点位置,或者在控制系统内设定断点条件,达到断点条件后自动确定断点位置;

所述的断点条件如,作业设备出现故障或作业设备需要补充物料(如农药)。

所述移动装置运行到所述断点位置时,返回至起始点,控制系统自动记录断点位置;

中断恢复后,移动装置自动移动至断点位置继续执行作业,直至完成整个导航模式设置的目标路径。

进一步地,所述的断点位置为标识卡的排列次序和越过最后一个标识卡后的电机旋转圈数。

进一步地,所述的中断恢复指令是由遥控器控制。

进一步地,所述的工作模式的切换通过遥控器控制。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果,而不是发明所有的全部效果,上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果:

1、本发明通过运行轨道悬挂设置的方式,具有运行通畅、不妨碍棚内农事作业的优点,通过无线通讯系统与遥控器配合,可无线遥控,且具有易操作、控制方便的优点。

2、本发明通过学习模式,利用识别设备和多个标识卡配合的方式,再搭配上记录电机的转动圈数可精准地控制移动设备的移动轨迹与位置,自动生成路径数据,为多功能移动平台自主导航作业提供精确的路径信息,且通过标识卡将整段的路程分割为多个小的路径,减小了误差,提高了精准度。

3、本发明通过自主导航模式可根据预设目标路径自主行进,并根据目标路径中标识卡的作业属性自动控制作业装置开始/停止作业,降低了人工成本,同时设有断点功能,可根据实际作业需要由遥控器设置或控制系统自行生成工作断点,中断作业,待中断原因消除后,可自行移动至断点处继续作业,智能化程度高。

4、本发明通过作业装置挂载平台可悬挂不同的作业装置,可实现温室大棚中喷药、采摘、运输等多种作业,一机多用,同时通过升降装置可调整挂载平台的高度,从而调整作业设备的高度,适应性更强。

附图说明

图1为本发明移动装置结构示意图;

图2为主动轮纵截面结构示意图;

图3为从动轮纵截面结构示意图;

图4为本发明移动装置组成部分逻辑结构图;

图5为本发明轨道结构示意图;

图中:1.电机,2.主动轮,3.运行轨道,4.标识卡,5.识别设备,6.从动轮,7.控制系统,8.升降控制器,9.升降装置,10.挂载平台,11.能源系统,12.无线通讯系统,13.电机控制器,14.种植垄,15.起点。

具体实施方式

为了能清楚说明本方案的技术特点,下面通过具体实施方式,并结合其附图,对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开,下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外,本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的,其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意,在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

一种温室大棚多功能作业平台包括运行轨道3、移动装置、位置定位装置、控制系统7、无线通讯系统12、遥控器、电机控制器13和能源系统11,所述的运行轨道3悬挂设置于种植垄2-3间,具体的,所述的运行轨道3为工字钢轨道,采用高架的方式安装于种植垄2-3间。所述的移动装置设置于运行轨道3上且可在运行轨道上移动,所述的移动装置包括电机1、主动轮2和挂载平台10,具体的,所述的移动装置上转动设置有主动轮2和从动轮6,所述的主动轮2与从动轮6均与运行轨道3配合,所述的电机1驱动主动轮2转动,所述的挂载平台10上安装有作业装置,所述的作业装置的启停可通过遥控器与控制系统7来控制,所述的位置定位装置包括识别设备5和多个标识卡4,具体的,所述的标识卡4为ID卡,所述标识卡4识别设备5为NFC读卡器。所述ID卡安装于所述运行轨道3上,安装点为温室大棚入口处及垄间弯曲轨道的入口及出口处,所述的识别设备5设置于移动装置上,所述NFC读卡器安装于移动装置一侧,所述的控制系统7、电机控制器13、无线通讯系统12与能源系统11均设置于移动装置上,所述的能源系统为锂电池,为移动装置上的各部分提供能源,且所述的控制系统分别与电机控制器13、识别设备5、作业装置连接,具体的,所述的作业装置的控制器与控制系统连接,所述控制系统通过无线通讯系统与遥控器无线连接,具体的,无线通讯系统采用NRF24L01,所述的电机1与电机控制器连接。

所述的挂载平台10设置于升降装置9上,所述的升降装置9安装于移动装置上,所述的升降装置与升降控制器8连接,所述的升降控制器与控制系统连接,具体的,所述的升降装置为液压升降器。

所述控制系统用于获取所述标识卡4识别设备5识别的标识卡信息,获取所述电机控制器中电机1旋转圈数信息,获取所述升降装置升降状态信息;用于与所述无线通讯系统进行数据通讯,获取作业装置的工作状态信息;同时,所述控制系统用于数据分析处理,并控制所述电机控制器、所述液压控制系统进行相应的动作,并对所述挂载平台中挂载的作业装置进行作业控制;优选的,所述控制系统采用cortex A53及以上处理器。

一种温室大棚多功能作业平台的控制方法:

实施例一:包括遥控模式,操作遥控器,遥控器无线遥控控制系统,控制系统通过电机控制器控制移动装置的电机1动作,从而实现移动装置的行进动作,其中行进动作包括沿运行轨道的前进与后退,通过遥控器无线控制升降装置动作,从而实现挂载平台上的作业装置的升降动作,通过遥控器无线控制作业装置的启停。

实施例二:与实施例一的区别在于,控制方法还包括学习模式,进入学习模式后,通过遥控器控制移动装置动作,所述的学习模式获取布设轨道的路径信息,所述的路径信息包括标识卡的排列次序以及移动装置行进两个相邻的标识卡间的路段过程中电机1的旋转圈数信息,路径信息的排列次序为标识卡1、电机旋转圈数1、标识卡2、电机旋转圈数2、标识卡3、电机旋转圈数3……,形成路径信息后通过无线通讯系统将该路径信息发送至遥控器。

优化地,所述的学习模式获取路径信息的方法包括:在运行轨道上预设起始点与终点,从起始点处分别正转运行、倒转运行各多次,每运行一次控制系统生成一条临时路径信息,所述的控制系统生成的临时路径信息达到预设的条数后,控制系统将多条路径信息中记录的两相同标识卡间的数据利用中位值平均滤波法进行运算处理,最终形成一条确定路径信息,并将确定路径信息发送至遥控器。所述中位值平均滤波法为将多条临时路径信息中记录的两相同标识卡间的数据去除最大值与最小值,取剩下数据的平均值作为该标识卡间的最终数据。

对于新的运行轨道,学习模式只运行一次即可,最终路径在遥控器及控制系统中均有存储,无需重复运行此模式。

具体的工作例:如图5所示,控制器内预设4条临时路径信息,本设备将大棚入口处设定为起点2-4,以大棚入口顺指针运行一周后经过的最后一个标识卡为终点,操控遥控器,控制移动装置动作驱动本设备沿运行轨道顺时针运行,依次经过第一个标识卡、第二个标识卡……最后一个标识卡后,至此形成第一条临时路径信息,顺时针运行一周后继续顺时针运行,本设备再次经过第一个标识卡、第二个标识卡……最后一个标识卡后,操控遥控器停止移动装置工作,至此形成了第二条临时路径信息,再操控遥控器使移动装置的电机1反向转动,驱动本设备沿运行轨道逆时针转动两周,分别形成了第三条、第四条临时路径信息,控制系统将四条临时路径信息中的所有两相同标识卡间的电机旋转圈数按照中位值平均滤波法计算最终数值,将该最终数值形成一条确定路径信息,并将确定路径信息发送至遥控器。

实施例三,与实施例二的区别在于,所述的控制方法还包括导航模式,进入导航模式后,所述的控制系统接收目标路径信息并控制移动装置按照目标路径行进,直至按照目标路径运行完整后停止,所述目标路径由遥控器设定并通过无线通讯系统下发至控制系统,所述的目标路径包括两种类型,类型一包括多个按照次序排列的标识卡,并且包含作业装置工作属性和升降装置升降属性,如目标路径为:{(标识卡1,工作属性,升降属性),(标识卡2,工作属性,升降属性),(标识卡3,工作属性,升降属性)……},类型一的目标路径的最终停止点为某个标识卡的位置,类型二包括多个按照次序排列的标识卡以及越过最后一个标识卡后的电机旋转圈数,并且包含作业装置工作属性和升降装置升降属性,如目标路径为:{(标识卡1,工作属性,升降属性),(标识卡2,工作属性,升降属性),……(标识卡n,工作属性,升降属性),(电机旋转圈数,工作属性,升降属性)},类型二的目标路径的最终停止点为越过设定的最后一个标识卡后电机1再旋转设定的圈数后的移动装置到达的位置。

具体的,所述的作业装置工作属性包括工作、不工作两种,所述的升降装置升降属性包括顶部、中部、底部三种。在控制系统内将作业装置工作属性中的工作属性设置为1,不工作属性设置为0;升降装置升降属性中,升降装置上升至最顶部属性设置为0,升降装置下降至中部属性设置为1,升降装置下降至底部属性设置为2。移动装置按照目标路径行进过程中,同时根据作业装置工作属性及升降装置升降属性进行作业。

所述的越过最后一个标识卡后的电机旋转圈数是通过目标点距离该最后一个标识卡的距离占该最后一个标识卡与下一个标识卡之间距离的比例,再乘以移动装置行进该最后一个标识卡与下一个标识卡间的路段其电机的旋转圈数得出。遥控器端建有地图,在图中一条线段是有固定像素点的,假设“目标点距离该最后一个标识卡的距离”有a个像素点,“最后一个标识卡与下一个标识卡间的路段”为b个像素点,则“比例”为a/b。

实施例四,与实施例三的区别在于,所述的导航模式还包括断点恢复方法,所述的断点恢复是指移动装置在导航模式作业过程中,因外部挂载作业装置原因,如挂载的农药箱无农药,需要补充药液,而导致导航模式工作中断出现断点,移动装置自行返回至起始点,待外部作业装置原因消除后(再次将农药箱加装农药),移动装置直接再次运行至断点(在断点前运行时,挂载作业装置不与导航模式协调工作,即只导航运行,不喷洒农药);在断点后运行时,导航模式协同挂载作业装置一起工作;

断点通过以下方式确定:

通过遥控器实时确定断点位置,或者在控制系统内设定断点条件,达到断点条件后自动确定断点位置;

所述的断点条件如,作业设备出现故障或作业设备需要补充物料(如农药)。

所述移动装置运行到所述断点位置时,返回至起始点,控制系统自动记录断点位置;

中断恢复后,移动装置自动移动至断点位置继续执行作业,直至完成整个导航模式设置的目标路径。

所述的断点位置是根据标识卡与经过的最后一个标识卡后电机旋转圈数确定。

所述的中断恢复指令是由遥控器控制。

所述的工作模式的切换通过遥控器控制。

导航模式的具体的工作例:在遥控器中选择进入导航模式,并设定路径信息为标识卡1,不工作,中部),(标识卡2,不工作,中部),(标识卡3,工作,顶部),(标识卡4,工作,顶部),(标识卡5,工作,底部),(10圈,工作,底部),则本设备按照顺时针的方向从表示卡1开始运行,且在标识卡1至标识卡3之间运行时作业装置不工作,在标识卡3至标识卡5之间作业装置处于工作状态且位于顶部,在标识卡5至越过标识卡5后电机旋转10圈作业装置处于工作状态且位于底部;

在控制器内设定断点条件为挂载设备内的药液不足一升,在此过程中,设备运行至越过标识卡4后电机旋转了20圈时药液不足一升,触发了断点条件,则控制系统自动控制作业装置停止工作,并控制移动装置驱动设备运行至起点,工作人员补充药液后通过遥控器发送中断恢复指令,控制系统控制移动装置运行至越过标识卡4后电机旋转20圈处继续工作。

上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

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