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1、(10)授权公告号 CN 102550202 B (45)授权公告日 2014.04.09 CN 102550202 B (21)申请号 201210052394.6 (22)申请日 2012.03.02 A01D 34/01(2006.01) A01D 69/00(2006.01) (73)专利权人 江苏大学 地址 212013 江苏省镇江市京口区学府路 301 号 (72)发明人 陈树人 韩红阳 陈姗姗 陈刚 (74)专利代理机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 代理人 楼高潮 JP 2000354416 A,2000.12.26, 全文 . CN 101238805 A,20。
2、08.08.13, 全文 . CN 101485302 A,2009.07.22, 全文 . CN 101589705 A,2009.12.02, 全文 . CN 101961003 A,2011.02.02, 全文 . (54) 发明名称 一种水田小型行间除草机器人 (57) 摘要 本发明属于农业机器人领域， 特指一种水田 小型除草机器人。所述机器人包括底盘、 驱动系 统、 控制系统、 感应系统、 除草装置和电源。 驱动电 机带动主轴转动驱动桨轮， 转弯靠左右桨轮的转 速差实现 ； 直流电机带动除草圆盘刃转动， 切断 水田行间杂草 ； 桨轮行走时产生的淤泥覆盖在植 株间的杂草上， 可以抑制株。
3、间杂草 ； 限位开关碰 撞到水稻植株后， 单片机控制左右电机差速转动， 实现除草机器人转向避开植株。压力传感器触及 田埂时， 单片机控制驱动电机反转， 除草机器人反 方向继续工作 ； 感应系统可测得水田水温、 植株 数目等信息。 本发明采用机械除草方式工作， 减少 了农药用量和除草劳动力， 减轻了农药的环境污 染， 节约了成本 ； 本发明结构体积小、 重量轻。 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 郭显杰 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书1页 说明书3页 附图4页 (10)授权公告号 CN 1025。
4、50202 B CN 102550202 B 1/1 页 2 1. 一种水田小型除草机器人， 其特征在于 ： 所述机器人包括底盘、 驱动系统、 控制系 统、 感应系统、 除草装置和电源 ； 驱动系统、 控制系统和除草装置安装在底盘里， 电源安装在 底盘尾部 ； 驱动系统位于底盘中部， 包括四个方形直流电机和四个桨轮 ； 方形直流电机固 定在底盘上， 方形直流电机的输出轴分别与安装于底盘侧壁的桨轮连接 ； 控制系统包括嵌 有 LCD 显示屏的单片机、 红外接收端和遥控器， 单片机固定在方形直流电机上方， 红外接收 端安装在单片机上 ； 感应系统包括漫反射型光电传感器、 温度传感器、 限位开关和压。
5、力传 感器 ； 压力传感器安装在底盘前、 后两端， 温度传感器安装在单片机上， 漫反射型光电传感 器和限位开关安装在底盘侧壁 ； 温度传感器用于测量大气温度 ； 除草装置位于底盘前部， 包括两个圆形直流电机、 两个圆盘刃和软钢丝 ； 圆形直流电机垂直固定于底盘上， 软钢丝焊 接在圆盘刃上， 圆形直流电机的输出轴分别与安装在底盘底端的圆盘刃连接。 2. 如权利要求 1 所述的一种水田小型除草机器人， 其特征在于 ： 限位开关、 漫反射型光 电传感器与桨轮之间固定有挡泥板。 3. 如权利要求 1 所述的一种水田小型除草机器人， 其特征在于 ： 方形直流电机和圆形 直流电机分别通过驱动电机固定板和除。
6、草电机固定板与底盘固定。 4. 如权利要求 1 所述的一种水田小型除草机器人， 其特征在于 ： 底盘两侧壁前端设有 弧形弹性片， 弧形弹性片与限位开关的弹片相接触。 5. 如权利要求 1 所述的一种水田小型除草机器人， 其特征在于 ： 漫反射型光电传感器、 限位开关、 压力传感器通过导线与单片机相连， 温度传感器和红外接收端与单片机相连。 6. 如权利要求 1 所述的一种水田小型除草机器人， 其特征在于 ： 方形直流电机和圆形 直流电机通过导线与单片机相连， 单片机通过导线与电源相连。 权 利 要 求 书 CN 102550202 B 2 1/3 页 3 一种水田小型行间除草机器人 技术领域 。
7、0001 本发明涉及农业机器人领域， 特别涉及一种水田小型除草机器人。 背景技术 0002 水稻是主要的粮食作物之一， 水稻生产的质量安全和饮食健康问题越来越受到人 们的重视， 国内兴起了种植 “绿色大米” 的热潮 ； 机械除草被视为 “绿色大米” 种植过程中最 佳的除草方式， 是农业可持续发展的一项关键性技术 ； 国外从20世纪50年代开始研究机械 除草技术， Tillett 等设计了基于视觉导航的中耕机械除草机器人， 该机器人可以通过摄 像头采集数据， 经过图像处理后， 得到导航路径并实行自动导航除草 ； 日本富士重工研究的 割草机器人利用 RTK-GPS 确定自己位置， 误差半径小于 2。
8、0cm ； 中国的陈勇等研究了基于直 接施药方法的除草机器人 ； 田间和温室的化学除草试验表明 , 利用直接施药方法 , 极其微 量的药物即可除掉杂草 ； 中国专利 CN 201957651U 提供了一种水田跨越式除草机器人的机 构， 包括辅助支撑装置、 踩踏式除草装置、 跨越式移动装置 ； 踩踏式除草装置通过履带式移 动机构在秧苗间行走， 对行间的杂草进行踩踏， 实现杂草的拔出和切断 ； 辅助支撑装置和跨 越式移动装置协调动作， 实现跨越式换行动作 ； 该机构的缺点是换行时会造成压苗， 对植株 造成损伤， 影响粮食产量 ； 0003 由上可知， 国内外的水田除草方式以杂草后期处理和化学除草方。
9、式居多， 国内缺 少一种针对水田植株幼苗期的杂草的除草机器人。 发明内容 0004 为克服上述现有技术存在的缺点和不足， 本发明专利的目的在于提供一种水田小 型除草机器人， 解决现有水田早期杂草的防控问题， 通过圆盘刃搅动土层， 实现水田植株行 间的去除 ； 桨轮行走时产生的淤泥覆盖在植株根部， 抑制杂草的生长， 可去除行内杂草， 满 足机器人智能化除草的目的。 0005 为解决以上技术问题， 本发明的技术方案为 ： 一种水田小型除草机器人， 包括底 盘、 驱动系统、 控制系统、 感应系统、 除草装置和电源 ； 驱动系统、 控制系统和除草装置安装 在底盘里， 电源安装在底盘尾部。 0006 驱。
10、动系统位于底盘中部， 包括四个方形直流电机和四个桨轮 ； 方形直流电机固定 在底盘上， 方形直流电机的输出轴分别与安装于底盘侧壁的桨轮连接。 0007 控制系统包括嵌有 LCD 显示屏的单片机、 红外接收端和遥控器， 单片机固定在方 形直流电机上方， 红外接收端安装在单片机上 ； 单片机用于控制驱动系统、 感应系统和除草 装置 ； LCD 显示屏嵌入在单片机上， 用于显示光电传感器和温度传感器测得的信息， 红外接 收装置用于接收遥控器发出的控制信号， 遥控器用于随时控制机器人的工作。 0008 感应系统包括漫反射型光电传感器、 温度传感器、 限位开关和压力传感器 ； 压力传 感器安装在底盘前、。
11、 后两端， 温度传感器安装在单片机上， 漫反射型光电传感器和限位开关 安装在底盘侧壁 ； 温度传感器用于测量大气温度 ； 漫反射型光电传感器可检测出发射光线 说 明 书 CN 102550202 B 3 2/3 页 4 的植株， 调整灵敏度可以用于检测近距离植株， 单片机中的计数器根据光电传感器遮光次 数来累加植株数目 ； 限位开关用于检测机器人是否与植株发生碰撞， 压力传感器用于检测 机器人是否到达田埂处 ； 感应系统将感应到的信息实时传送到单片机， 单片机控制机器人 实现转向、 倒退等工况。 0009 除草装置位于底盘前部， 包括两个圆形直流电机、 两个圆盘刃和软钢丝 ； 圆形直流 电机垂。
12、直固定于底盘上， 软钢丝焊接在圆盘刃上， 圆形直流电机的输出轴分别与安装在底 盘底端的圆盘刃连接 ； 圆形直流电机旋转时， 带动圆盘刃转动， 软钢丝可以割断直径较小的 杂草， 圆盘刃可以割除直径较大的杂草。 0010 所述的一种水田小型除草机器人， 其特征在于 ： 限位开关、 漫反射型光电传感器与 桨轮之间固定有挡泥板。 0011 所述的一种水田小型除草机器人， 其特征在于 ： 方形直流电机和圆形直流电机分 别通过驱动电机固定板和除草电机固定板与底盘固定。 0012 所述的一种水田小型除草机器人， 其特征在于 ： 底盘两侧壁前端设有弧形弹性片， 弧形弹性片与限位开关的弹片相接触。 0013 所。
13、述的一种水田小型除草机器人， 其特征在于 ： 漫反射型光电传感器、 限位开关、 压力传感器通过导线与单片机相连， 温度传感器和红外接收端与单片机相连。 0014 所述的一种水田小型除草机器人， 其特征在于 ： 方形直流电机和圆形直流电机通 过导线与单片机相连， 单片机通过导线与电源相连。 0015 本发明的水田小型除草机器人对于行间杂草， 采用旋转的圆盘刃和安装在圆盘刃 上的软钢丝去除 ； 对于株间杂草， 桨轮行走时产生的淤泥覆盖在植株根部， 抑制杂草的生 长， 达到去除行内杂草的目的 ； 驱动系统驱动机器人在植株行间直线行走， 当限位开关碰触 到植株时， 说明机器人偏离了方向， 单片机收到限。
14、位开关发出的信号， 发出控制信号给后轮 驱动系统， 调整左、 右电机转速， 实现机器人自主转向 ； 当压力传感器碰撞到田埂时， 单片机 控制所有驱动电机反转， 机器人反向行走继续工作 ； 机器人作业完一行时， LCD 显示屏会显 示该行植株数目及水田土壤温度 ； 由此循环往复， 可以完成行间和行内杂草的清除， 从而实 现智能化除草。 0016 本发明采用以上技术方案， 具有以下特点 ： 0017 1、 适合在植株幼苗前期进行机械式除草， 通过光电传感器和限位开关检测水稻植 株， 确定行走路线， 实现自主行走， 减少了除草剂的使用， 减少了对生态环境的污染。 0018 2、 在锄去杂草的同时疏松。
15、土壤， 增加土壤透气性， 提高肥料利用率， 释放土壤中有 害气体 , 提高水稻产量和品质。 0019 3、 可在水田进行微耕除草， 有效地去除了稗草等危害性大的杂草， 且无传统喷雾 机的大型水箱， 减轻了机器人负载， 不会因负载过重而压坏水田植株。 附图说明 0020 图 1 是水田小型除草机器人的结构示意图 ； 0021 图 2 是底盘的结构示意图 ； 0022 图 3 是除草装置的结构示意图 ； 0023 图 4 是控制系统的结构示意图 ； 说 明 书 CN 102550202 B 4 3/3 页 5 0024 图中 ： 1、 压力传感器 ； 2、 除草电机固定板 ； 3、 圆形直流电机 。
16、； 4、 限位开关 ； 5、 单片 机 ； 6、 电源 ； 7、 桨轮 ； 8、 漫反射型光电传感器 ； 9、 方形直流电机 ； 10、 驱动电机固定板 ； 11、 圆盘刃 ； 12、 遥控器 ； 13、 弧形弹性片 ； 14、 底盘 ； 15、 挡泥板 ； 16、 平键 ； 17、 软钢丝 ； 18、 温度 传感器 ； 19、 LCD 显示屏 ； 20、 红外接收端。 具体实施方式 0025 下面结合附图和实例进一步说明本发明的技术方案。 0026 如图 1、 2、 3、 4 所示， 本发明所述的水田小型除草机器人， 包括底盘、 驱动系统、 控 制系统、 感应系统、 除草装置和电源 ； 压力。
17、传感器 1 固定在底盘 14 的前端和后端， 压力传感 器 1 通过导线连接到单片机 5 ； 挡泥板 15 固定在底盘 14 的左右两侧， 弧形弹性片 13 固定 在底盘 14 前端左右两侧 ； 圆形直流电机 3 由电机固定板 2 固定在底盘 14 上， 圆形直流电机 3 通过导线连接到单片机 5， 圆形直流电机 3 和圆盘刃 11 相连， 圆盘刃 11 通过平键 16 与圆 形直流电机 3 联接， 软钢丝 17 焊接固定在圆盘刃 11 上 ； 方形直流电机 9 固定在底盘上， 其 输出轴和桨轮 7 连接， 方形直流电机 9 由驱动电机固定板 10 固定 ； 单片机 5 固定在底盘 14 中部。
18、， 单片机 5 的输入端接电源 6 的输出端， LCD 显示屏 19 嵌入在单片机 5 上， 温度传感器 18和红外接收端20分别固定在单片机5上 ； 电源6固定在底盘14尾部 ； 限位开关4固定在 底盘 14 左、 右两侧， 限位开关 4 通过导线和单片机 5 相连， 弧形弹性片 13 和限位开关 4 上 的弹片相接触 ； 漫反射型光电传感器 8 固定在底盘 14 的左右两侧， 通过导线和单片机 5 相 连 ； 遥控器 12 用于发送控制指令给红外接收端 20， 红外接收端 20 将指令传送给单片机 5， 由单片机控制方形直流电机 9 正传、 反转和停止。 0027 如图1、 4所示， 本发。
19、明的工作过程是 ： 手动按下遥控器12上的启动键， 红外接收端 20 接收到遥控器 12 发射的信号， 单片机启动驱动系统， 方形直流电机 9 正传带动除草机器 人在植株行间直线行走， 同时圆形直流电机3启动带动圆盘刃11旋转， 由于离心力的作用， 电机旋转时， 软钢丝 17 可以割断杂草， 圆盘刃 11 可以割除直径较大的杂草 ； 当弧形弹性片 13 碰触到植株时， 产生的力会传递到限位开关 4 上， 说明此时除草机器人偏离了直线方向， 限位开关 4 发送信号至单片机 5， 单片机 5 处理后发出控制信号调整后轮左、 右方形直流电 机 9 的转速， 机器人调整方向后继续直线行走 ； 当压力传。
20、感器 1 碰撞到田埂时， 压力传感器 1 发送信号至单片机 5， 单片机 5 控制方形直流电机 9 反转， 除草机器人反向行走继续工作 ； 除草机器人在行间开始行走时， 温度传感器 18 会实时测量田间大气温度， 同时漫反射型光 电传感器 8 的发光元件会发出光线， 若发出的光线被遮断， 说明机器人经过了一颗植株， 此 时单片机5上的计数器开始累加计数， 当压力传感器1碰撞到田埂时， 计数器停止计数并将 结果发送至 LCD 显示屏 19。 0028 除草机器人作业完一行时， LCD 显示屏 19 会显示该行植株数目及水田大气温度。 对于行间杂草， 采用旋转的圆盘刃 11 和安装在圆盘刃 11 上的软钢丝 17 切除 ； 对于行内杂 草， 桨轮 7 行走时产生的淤泥覆盖在植株根部， 抑制杂草的生长， 达到了去除行内杂草的目 的。由此循环往复， 可以完成行间和行内杂草的清除， 从而实现智能化除草。 说 明 书 CN 102550202 B 5 1/4 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 102550202 B 6 2/4 页 7 图 2 说 明 书 附 图 CN 102550202 B 7 3/4 页 8 图 3 说 明 书 附 图 CN 102550202 B 8 4/4 页 9 图 4 说 明 书 附 图 CN 102550202 B 9 。