一種全自動無人值守多功能大棚農業機器人

1.本發明涉及電子技術和智能農業領域，涉及一種應用于大棚、園藝等領域的全自動無人值守多功能農業機器人。


背景技術：

2.隨著互聯網產業以及農業的日益發展，農業機械化、智能化發展是大勢所趨。到2020年我國主要農作物耕種綜合機械化水平超過65％，糧食作物生產基本實現機械化。針對現代農業生產中普遍存在的農藥污染、土壤侵蝕和基因退化等問題，世界各國越來越重視現代農業的永續化和生態化，精準農業這一新的農業發展方向成為當今農業的熱門話題。精準農業一般通過自動化方法對田間植物進行檢測，并根據它們的標簽和位置除草或施肥，自動調整局部生態環境，在盡量不使用化學制劑的前提下提高農業產量。但傳統檢測方法在部署前一般需要專業人員進行選型和調試，且無法同時滿足精準農業高精度和低誤苗率(將作物檢測為雜草的概率)的需求。與其它發達國家相比，中國的耕地面積廣、種類多且地形復雜，發展精準農業擁有一定的環境基礎。甘肅具有獨特的地形氣候且機械化程度低，研究面向甘肅地理環境的小型無人除草與作物智能監測裝備具有廣闊的應用前景。
3.本發明基于甘肅省獨有的地理環境提出，嘗試設計一種可以與規?；r業機械互補的新式農耕設備，以期解決在大棚中大規模農業機械無法應用或效率低下的痛點?；谶@些原因本發明主要針對解決小型化智能農業機械方面的相關難題，設計了一種適用于大棚中的多功能農業機器人，實現定位播種、精準除草、按需澆水撒藥和收割作物等功能。


技術實現要素：

4.為解決上述技術問題，本發明提供一種小型全自動無人值守多功能大棚農業機器人。
5.其中，無線通訊模塊，用于與終端設備，以及圖像采集模塊和傳感器模塊與終端的連接。
6.電源模塊包括給can電機供電的12v電源，以及給樹莓派、stm32供電的5v以及3v3電源，給水位傳感器供電的太陽能電池板等。
7.傳感器數據采集模塊，由一系列傳感器構成，與通信模塊鏈接，用于采集各項數據并傳遞給終端設備進行分析，是否需要補水或者給藥等。
8.圖像識別模塊，包括一個單目相機，用于識別植物位置，植物是否正在或將遭受蟲害，以及植物處于何種生長階段。
9.操作模塊，與無線通訊模塊連接，包括定點澆水的水槍，撒藥的藥箱，以及用于剪除雜草的機械臂。用于通過無線通訊模塊接收終端設備發送的操作指示，根據所述操作指示對機械臂進行操作，并通過無線連接向終端設備發送操作結果信息。
10.本發明的構造流程為：農業機器人定時進入地里巡視，向終端傳遞收集到的信息，傳感器模塊收集植物生長的各項環境數據，圖像采集模塊收集植物生長數據，并將傳感器
數據和圖像采集模塊數據傳送給終端進行分析，繼而給機械臂操作模塊下達動作指令，完成指定功能。
11.本發明的效果為：
12.1、提供了一種全自動無人值守多功能大棚農業機器人方法，小巧靈活便于移動，以實現山地丘陵、梯田等地大型農機無法進入大棚作業的問題。
13.2、提供了一種全自動無人值守多功能大棚農業機器人方法，通過各模塊協調作業，實現精準作業。
附圖說明
14.附圖1為本發明提供的農業機器人的模塊化系統示意圖。圖中包括終端處理設備，無線通訊模塊，傳感器模塊，圖像采集模塊，操作模塊，電源模塊。
15.附圖2為本發明提供的農業機器人的外部結構示意圖。圖中，1為3030工業鋁型材四面凹槽框架，2為加寬穩固可適應多地形輪胎，3為三軸滑臺，4為滑臺電機，5為控制機器人行進的can電機，6為控制終端，7為圖像采集單目相機，8為多功能機械臂，9為澆水給藥通道。
具體實施方式
16.圖2為本發明提供的農業機器人的結構示意圖。如圖2所示，農業機器人包括控制終端、三軸滑臺、can電機、單目相機、以及多功能機械臂等組成部分。
17.控制終端，由stm32f7作為主控，連接樹莓派4b，并通過樹莓派pico控制下屬各傳感器模塊，并將其數據傳給k32w061。
18.其中結構方面，3030工業鋁型材四面凹槽框架保證了機器人整體架構的穩定性，且便于在機器人上固定各個模塊。加寬穩固可適應多地形輪胎保證了農業機器人在耕地中依然可以保持穩定。
19.三軸滑臺可控制機械臂移動到需要操作的植物位置，并且輔助機械別的操作；也可以控制澆水撒藥通道移動到其對應位置，實現精準澆水和給藥。
20.無線通訊模塊，包括wifi模塊、藍牙模塊和thread網絡等，用于與終端設備，以及圖像采集模塊、傳感器模塊和操作模塊與終端的互相連接。
21.傳感器模塊包括環境溫度傳感器、空氣濕度傳感器、土壤濕度傳感器、光照強度傳感器、二氧化碳濃度傳感器、水位傳感器等。其中溫濕度傳感器、光照強度傳感器、二氧化碳濃度傳感器位于機器人上，對植物生長所處的環境溫濕度、光照強度、二氧化碳濃度進行監測。土壤濕度傳感器位于作物根系附近，并實時檢測土壤濕度，判定植物是否缺水，若缺水，則機器人前往對應位置進行澆水。同時在水箱中設置了水箱水位傳感器，判斷水箱的水是否充足，若不足則及時為水箱加水。
22.圖像識別模塊，包括一個單目相機，用于識別植物位置，植物是否正在或將遭受蟲害，以及植物處于何種生長階段。為精準播種、澆水、施肥以及撒藥提供了視野，并結合植物所處生長時期，確定其所需澆水施肥量，給作物提供最適宜的生長環境。
23.操作模塊，與無線通訊模塊連接，包括定點澆水的水槍，撒藥的藥箱，以及用于拔除雜草和收割作物的機械臂。通過無線通訊模塊接收終端設備發送的操作指示，根據所述
操作指示對機械臂進行操作，當終端設備識別到雜草，會發出指令給機械臂拔除雜草，當終端設備判定植物缺水/缺少營養/正在遭受蟲害，也會向操作模塊發送指令，通過滑臺調節機械臂的操作位置，以實現進行定點播種、澆水、給肥、撒藥和收割的操作，并通過無線通訊模塊向終端設備發送操作結果信息。
24.本發明中的小型農業機器人，可以通過傳感器數據采集模塊和圖像采集模塊收集到的信息分析環境和植物當前狀態，并作出相應的操作，在實際操作中實現了去人工、去污染，實現了精準作業，滿足了精準農業的高精度和低誤苗率的要求。
25.多功能大棚機器人的具體操作流程如下：
26.1、規定時間讓機器人在大棚的軌道上進行巡視。
27.2、巡視過程中檢查大棚中的各個植物生長狀態。
28.3、每隔一定時間收集傳感器模塊和圖像識別模塊的各項數據，分析環境數據。
29.4、依據收到的各項數據，對多功能農業機器人下達指令，使其前往指定地點執行指定動作。


技術特征：
1.一種全自動無人值守多功能大棚農業機器人，它包括終端設備、通信模塊、電源模塊、傳感器數據采集模塊、圖像識別模塊、機械臂操作模塊，其特征在于：終端設備，用于分析各模塊傳回的數據，并下達指令使機器人行進，并使操作模塊工作；無線通訊模塊，用于與終端設備和其他模塊之間建立無線連接；電源模塊，與無線通訊模塊、傳感器模塊和操作模塊連接，用于為無線通訊模塊、傳感器模塊和操作模塊提供電源；傳感器數據采集模塊，用于收集植物生長環境的各項數據；圖像識別模塊，與終端設備連接，用于收集植物生長狀態和健康狀態，并傳回中斷進行分析；操作模塊，與無線通訊模塊連接，用于通過無線通訊模塊連接接收終端設備發送的操作指示，并向終端設備發送操作結果信息；全自動無人值守，通過各個模塊反饋協調作業，實現無人值守的精準農業。2.根據權利要求1所述的全自動無人值守多功能大棚農業機器人，其特征在于框架的穩定性，及其實用性，3030工業鋁型材四面凹槽框架保證了機器人整體架構的穩定性，且便于在機器人上固定各個模塊，可按照需求添加任意模塊。3.根據權利要求1所述的全自動無人值守多功能大棚農業機器人，其特征在于三軸滑臺可控制機械臂移動到西藥操作的植物位置，并且輔助機械別的操作；也可以控制澆水撒藥通道移動到其對應位置，實現精準澆水和給藥。4.根據權利要求1所述的全自動無人值守多功能大棚農業機器人，其特征在于無線通訊模塊，包括wifi模塊、藍牙模塊、thread網絡等，用于與終端設備，以及圖像采集模塊、傳感器模塊和操作模塊與終端的互相連接。5.根據權利要求1所述的全自動無人值守多功能大棚農業機器人，其特征在于傳感器模塊，包括環境溫度傳感器、空氣濕度傳感器、土壤濕度傳感器、光照強度傳感器、二氧化碳濃度傳感器、水位傳感器等。其中溫濕度傳感器、光照強度傳感器、二氧化碳濃度傳感器位于機器人上，對植物生長所處的環境溫濕度、光照強度、二氧化碳濃度進行監測。6.根據權利要求1所述的全自動無人值守多功能大棚農業機器人，其特征在于圖像識別模塊，包括一個單目相機，用于識別植物位置，植物是否正在或將遭受蟲害，以及植物處于何種生長階段；為精準播種、澆水、施肥以及撒藥提供了視野，并結合植物所處生長時期，確定其所需澆水施肥量，給作物提供最適宜的生長環境。7.根據權利要求1所述的全自動無人值守多功能大棚農業機器人，其特征在于操作模塊，包括定點澆水的水槍，撒藥的藥箱，以及用于拔除雜草的機械臂；通過無線通訊模塊接收終端設備發送的操作指示，根據所述操作指示對機械臂進行操作，通過三軸滑臺調節機械臂的操作位置，以實現進行定點澆水、給肥和撒藥的操作，并通過無線通訊模塊向終端設備發送操作結果信息。

技術總結
本發明提出了一種用于大棚的全自動無人值守多功能農業機器人解決辦法，涉及電子技術和智能農業領域。主要包括，無線通訊模塊、傳感器數據采集模塊、圖像識別模塊、操作模塊。本發明實現了無人值守全自動智能農業機器人，定時進入地里巡視，向終端傳遞傳感器模塊收集的植物生長各項環境數據，以及圖像采集模塊收集的植物生長數據，并將傳感器數據和圖像采集模塊數據傳送給終端進行分析，繼而給機械臂操作模塊下達動作指令，完成指定功能。本發明中的小型農業機器人，可以通過分析環境和植物當前狀態，實現精準作業，滿足了精準農業的高精度和低誤苗率的要求。低誤苗率的要求。


技術研發人員：周慶國 陳越 茍煜春 姜雪濤 江梅雨 白鵬宇
受保護的技術使用者：蘭州大學
技術研發日：2022.06.11
技術公布日：2022/8/12