本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)智能裝備，具體是指一種履帶式噴藥機(jī)器人充電補(bǔ)藥系統(tǒng)、方法及控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、病蟲(chóng)害問(wèn)題是影響農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量的重要因素，化學(xué)防治手段因其作用快、效果好、使用方便、不受地區(qū)季節(jié)性限制的特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用，是防治病蟲(chóng)害的重要手段。其中以噴霧的形式使用農(nóng)藥是現(xiàn)階段最常用的一種方式。

2、隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平的提高和農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合的加強(qiáng)，各種自動(dòng)化噴藥設(shè)備開(kāi)始嶄露頭角并逐漸取代傳統(tǒng)的手動(dòng)式噴藥設(shè)備。在眾多自動(dòng)化噴藥設(shè)備中，自走式噴藥機(jī)器人具有農(nóng)藥利用率高、施藥均勻性好、對(duì)靶性強(qiáng)、作業(yè)效率高等優(yōu)勢(shì)，成為現(xiàn)階段主流的研究方向。由于大田、果園、溫室等作業(yè)環(huán)境具有地面土質(zhì)疏松、易變形的特點(diǎn)，噴藥機(jī)器人常采用履帶式行走機(jī)構(gòu)來(lái)增強(qiáng)移動(dòng)過(guò)程中的穩(wěn)定性和安全性，進(jìn)而提高噴藥的均勻性和作業(yè)精度。此外，由于傳統(tǒng)油動(dòng)機(jī)械存在能源利用率低、尾氣污染嚴(yán)重、噪音大、速度控制靈活度不高等問(wèn)題，噴藥機(jī)器人常采用電力驅(qū)動(dòng)。尤其是在面對(duì)履帶式行走機(jī)構(gòu)時(shí)，通過(guò)雙電機(jī)差速驅(qū)動(dòng)能夠更靈活的實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向、換行作業(yè)等操作。

3、然而，履帶式電動(dòng)噴藥機(jī)器人在遇到大面積農(nóng)田、果園、溫室園區(qū)時(shí)，由于電池容量和載藥量有限，需要頻繁充電與補(bǔ)充藥液。這不僅嚴(yán)重影響了作業(yè)連貫性，降低整體作業(yè)效率，同時(shí)也增加了額外的人工管理成本。雖然目前部分噴藥機(jī)器人具備一定的智能化水平，但依舊無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充電與自動(dòng)補(bǔ)藥。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種履帶式噴藥機(jī)器人充電補(bǔ)藥系統(tǒng)、方法及控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)噴藥機(jī)器人自動(dòng)檢測(cè)電量、藥量耗盡，自動(dòng)完成充電、補(bǔ)藥并返回繼續(xù)作業(yè)。

2、本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，提供一種履帶式噴藥機(jī)器人充電補(bǔ)藥系統(tǒng)，包括自動(dòng)充電裝置與自動(dòng)補(bǔ)藥裝置；所述自動(dòng)充電裝置包括固定的導(dǎo)向架以及固接在導(dǎo)向架上的充電樁，所述導(dǎo)向架的一側(cè)開(kāi)有履帶導(dǎo)向槽，所述導(dǎo)向架上裝有位于履帶導(dǎo)向槽底部的彈性限位擋板，所述彈性限位擋板上裝有接近開(kāi)關(guān)，所述充電樁上裝有朝向履帶導(dǎo)向槽開(kāi)口方向的充電插頭，噴藥機(jī)器人上裝有充電插座；所述自動(dòng)補(bǔ)藥裝置包括儲(chǔ)液罐，所述儲(chǔ)液罐上連接有輸送管道，輸送管道的出液口設(shè)置在自動(dòng)充電裝置上方。

3、本方案中的履帶導(dǎo)向槽對(duì)噴藥機(jī)器人的履帶進(jìn)行導(dǎo)向，從而對(duì)噴藥機(jī)器人進(jìn)行位姿修正，通過(guò)彈性限位擋板對(duì)噴藥機(jī)器人進(jìn)行緩沖與限位，通過(guò)接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)噴藥機(jī)器人到達(dá)指定位置后，充電樁的充電插頭插入噴藥機(jī)器人上的充電插座，對(duì)噴藥機(jī)器人進(jìn)行充電，儲(chǔ)液罐通過(guò)輸送管道對(duì)噴藥機(jī)器人進(jìn)行補(bǔ)藥。

4、作為優(yōu)化，所述儲(chǔ)液罐頂部裝有攪拌電機(jī)，所述攪拌電機(jī)輸出軸上固接有延伸至儲(chǔ)液罐內(nèi)部的攪拌桿。本方案中的攪拌電機(jī)驅(qū)動(dòng)攪拌桿實(shí)現(xiàn)自動(dòng)混合藥劑，并在每次補(bǔ)藥前自動(dòng)攪拌藥液，防止農(nóng)藥沉淀。

5、作為優(yōu)化，所述儲(chǔ)液罐底部與輸送管道連接，所述輸送管道上連接有電動(dòng)水泵。本方案中的電動(dòng)水泵用于從儲(chǔ)液罐底部抽吸藥液進(jìn)行補(bǔ)藥。

6、作為優(yōu)化，所述自動(dòng)補(bǔ)藥裝置還包括上下分布在噴藥機(jī)器人的藥桶上的上部液位傳感器和下部液位傳感器。本方案通過(guò)上下分布的兩個(gè)液位傳感器檢測(cè)噴藥機(jī)器人藥桶中藥液的含量，當(dāng)上下兩液位傳感器均檢測(cè)不到藥液時(shí)，判斷為藥液耗盡；當(dāng)上下兩液位傳感器均檢測(cè)到藥液時(shí)，判斷為藥液加滿。

7、作為優(yōu)化，所述履帶導(dǎo)向槽設(shè)置有兩個(gè)且平行設(shè)置，兩個(gè)履帶導(dǎo)向槽分別與履帶式噴藥機(jī)器人的兩個(gè)履帶適配。本方案中通過(guò)兩個(gè)履帶導(dǎo)向槽對(duì)噴藥機(jī)器人的兩個(gè)履帶進(jìn)行導(dǎo)向，從而對(duì)噴藥機(jī)器人進(jìn)行位姿修正，使得充電插座對(duì)齊充電樁。

8、作為優(yōu)化，所述充電樁上裝有舵機(jī)，所述舵機(jī)的轉(zhuǎn)軸上固接有管狀的圓柱凸輪，所述充電插頭位于圓柱凸輪內(nèi)且與充電樁前后滑接，圓柱凸輪上開(kāi)有螺紋線凹槽，所述充電插頭側(cè)面固接有插入螺紋線凹槽的圓柱狀從動(dòng)件。本方案中的舵機(jī)帶動(dòng)圓柱凸輪旋轉(zhuǎn)，充電插頭與充電樁前后滑接只能前后移動(dòng)，當(dāng)螺紋線凹槽旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)圓柱狀從動(dòng)件帶動(dòng)充電插頭前后移動(dòng)。

9、作為優(yōu)化，所述充電樁上固接有位于圓柱凸輪側(cè)面的充電頭限位片，所述充電頭限位片上開(kāi)有前后延伸的溝槽，所述圓柱狀從動(dòng)件插入所述溝槽內(nèi)。本方案中的溝槽與圓柱狀從動(dòng)件配合，實(shí)現(xiàn)了充電插頭與充電樁的前后滑接。

10、一種履帶式噴藥機(jī)器人的充電方法，包括如下步驟：

11、s1、當(dāng)噴藥機(jī)器人檢測(cè)到自身電池電量低于設(shè)定值時(shí)，判斷當(dāng)前是否有補(bǔ)藥指令發(fā)布；若否，則發(fā)布充電指令；若是，則等待補(bǔ)藥指令結(jié)束后發(fā)布充電指令；發(fā)布充電指令后，噴藥機(jī)器人記錄當(dāng)前工作狀態(tài)并停止作業(yè)，同時(shí)標(biāo)記當(dāng)前位置為充電復(fù)位點(diǎn)；

12、s2、噴藥機(jī)器人導(dǎo)航至充電點(diǎn)，并調(diào)整朝向使設(shè)有充電插座的一端面對(duì)充電樁；

13、s3、噴藥機(jī)器人進(jìn)行位姿修正后進(jìn)入履帶導(dǎo)向槽，實(shí)現(xiàn)充電插座與充電插頭對(duì)齊；

14、s4、噴藥機(jī)器人沿履帶導(dǎo)向槽移動(dòng)固定距離后停止移動(dòng)，利用彈性限位擋板對(duì)履帶進(jìn)行緩沖與限位；

15、s5、接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到履帶到達(dá)指定位置時(shí)，舵機(jī)控制圓柱凸輪旋轉(zhuǎn)一定角度，充電插頭伸出并插入到充電插座中，噴藥機(jī)器人開(kāi)始充電；

16、s6、充電過(guò)程中，噴藥機(jī)器人實(shí)時(shí)檢測(cè)電池電量，當(dāng)檢測(cè)到電池電量充滿后，噴藥機(jī)器人開(kāi)始移動(dòng)，退出履帶導(dǎo)向槽；同時(shí)接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到履帶遠(yuǎn)離，舵機(jī)控制圓柱凸輪反向旋轉(zhuǎn)，充電插頭收回；

17、s7、噴藥機(jī)器人退出履帶導(dǎo)向槽后，導(dǎo)航至充電復(fù)位點(diǎn)并讀取上次記錄的工作狀態(tài)，結(jié)束充電指令，噴藥機(jī)器人繼續(xù)作業(yè)。

18、一種履帶式噴藥機(jī)器人的補(bǔ)藥方法，包括以下步驟：

19、a、當(dāng)噴藥機(jī)器人的上部液位傳感器和下部液位傳感器均檢測(cè)不到藥液時(shí)，判斷當(dāng)前是否有充電指令發(fā)布；若否，則發(fā)布補(bǔ)藥指令；若是，則等待充電指令結(jié)束后發(fā)布補(bǔ)藥指令；發(fā)布補(bǔ)藥指令后，噴藥機(jī)器人記錄當(dāng)前工作狀態(tài)并停止作業(yè)，同時(shí)標(biāo)記當(dāng)前位置為補(bǔ)藥復(fù)位點(diǎn)；

20、b、噴藥機(jī)器人導(dǎo)航至補(bǔ)藥點(diǎn)并調(diào)整朝向使履帶初步對(duì)齊履帶導(dǎo)向槽；

21、c、噴藥機(jī)器人進(jìn)行位姿修正后進(jìn)入履帶導(dǎo)向槽；

22、d、噴藥機(jī)器人沿履帶導(dǎo)向槽移動(dòng)固定距離后停止移動(dòng)，利用彈性限位擋板對(duì)履帶進(jìn)行緩沖與限位；

23、e、接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到履帶到達(dá)指定位置時(shí)，攪拌電機(jī)先開(kāi)始工作，使儲(chǔ)液罐中的藥劑均勻混合，隨后電動(dòng)水泵開(kāi)始工作，藥液自儲(chǔ)液罐經(jīng)輸送管道從上方注入噴藥機(jī)器人藥桶中；

24、f、當(dāng)上部液位傳感器和下部液位傳感器均檢測(cè)到藥液時(shí)，噴藥機(jī)器人開(kāi)始移動(dòng)，退出履帶導(dǎo)向槽；同時(shí)接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到履帶遠(yuǎn)離，電動(dòng)水泵立即停止工作；

25、g、噴藥機(jī)器人退出履帶導(dǎo)向槽后，導(dǎo)航至補(bǔ)藥復(fù)位點(diǎn)并讀取上次記錄的工作狀態(tài)；結(jié)束補(bǔ)藥指令，噴藥機(jī)器人繼續(xù)作業(yè)。

26、一種履帶式噴藥機(jī)器人充電補(bǔ)藥控制系統(tǒng)，包括導(dǎo)航模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、電量檢測(cè)模塊、液位檢測(cè)模塊、狀態(tài)記錄模塊、指令發(fā)布模塊、充電控制模塊和補(bǔ)藥控制模塊；

27、所述導(dǎo)航模塊，設(shè)置于噴藥機(jī)器人中，用于接收充電點(diǎn)、補(bǔ)藥點(diǎn)、充電復(fù)位點(diǎn)和補(bǔ)藥復(fù)位點(diǎn)的位置信息，計(jì)算并發(fā)布導(dǎo)航信息；

28、所述驅(qū)動(dòng)模塊，設(shè)置于噴藥機(jī)器人中，用于接收與噴藥機(jī)器人移動(dòng)相關(guān)的信息并控制噴藥機(jī)器人移動(dòng)；

29、所述電量檢測(cè)模塊，設(shè)置于噴藥機(jī)器人中，用于檢測(cè)并發(fā)布噴藥機(jī)器人電池當(dāng)前電量信息；

30、所述液位檢測(cè)模塊，設(shè)置于噴藥機(jī)器人中，用于接收液位傳感器信號(hào)并發(fā)布噴藥機(jī)器人藥桶當(dāng)前液位信息；

31、所述狀態(tài)記錄模塊，設(shè)置于噴藥機(jī)器人中，用于記錄噴藥機(jī)器人當(dāng)前工作狀態(tài)與位置信息；

32、所述指令發(fā)布模塊，設(shè)置于噴藥機(jī)器人中，用于發(fā)布和結(jié)束充電指令、補(bǔ)藥指令；

33、所述充電控制模塊，設(shè)置于自動(dòng)充電裝置中，用于接收接近開(kāi)關(guān)信號(hào)并控制舵機(jī)工作；

34、所述補(bǔ)藥控制模塊，設(shè)置于自動(dòng)補(bǔ)藥裝置中，用于接收接近開(kāi)關(guān)信號(hào)并控制攪拌電機(jī)與電動(dòng)水泵工作。

35、本發(fā)明的有益效果為：

36、（1）本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)噴藥機(jī)器人自動(dòng)檢測(cè)電量與藥量，在電量或藥量即將耗盡時(shí)，噴藥機(jī)器人能夠到達(dá)指定位置自動(dòng)完成充電或補(bǔ)藥并返回繼續(xù)作業(yè)，有效提高了作業(yè)連貫性和整體作業(yè)效率，同時(shí)節(jié)省了額外的人工管理成本，進(jìn)一步提升了農(nóng)業(yè)無(wú)人化水平。

37、（2）本發(fā)明提供了一種履帶式行走機(jī)構(gòu)用的輔助定位裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)履帶式行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行引導(dǎo)與精確定位，解決了因現(xiàn)階段導(dǎo)航技術(shù)精度有限無(wú)法滿足自動(dòng)充電、補(bǔ)藥高精度位姿對(duì)齊要求的難題。

38、（3）本發(fā)明提供了一種插拔式充電機(jī)構(gòu)，對(duì)接過(guò)程容錯(cuò)高，連接穩(wěn)定，可適用于大多數(shù)自走式噴藥機(jī)器人。