一种可多区域自动除草的机器人及其控制方法

本发明涉及除草机器人，具体涉及一种可多区域自动除草的机器人及其控制方法。

背景技术：

1、中药材（如白芍、牡丹）等，属于多年生药材，在不同生长期高度会在一定范围内（小于70mm）变化，因此，中药材种植基地在中药材生长过程中，在不同生长周期的药材都需要除草。中药材通常呈矩阵方式种植的，相邻行之间留有行间区域，在每一行中，相邻植株之间留有株间区域。杂草的生长没有规律可循，在行间区域和株间区域都有可能出现。

2、现有的除草机器人，多适用于大面积除草操作，无法同时进行行间区域和株间区域的除草作业。对于行间区域和株间区域都有杂草的情况，现有的除草机器人除草效率低下，无法保证各个区域中的杂草都能被高效去除。现有的除草机器人的刀头，没有考虑到行间区域和株间区域的地理特点，在除草操作时容易伤害到正常的中药材作物。而且，中药材种植田地地面凹凸不平，存在很多凹坑，现有的机器人在中药材种植田地中行驶时，容易卡住，影响除草效率，对除草机器人造成损伤。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种可多区域自动除草的机器人及其控制方法，该除草机器人不仅能够适用于不同高度的植株，有效去除行间区域和株间区域的杂草，保证作物的安全，还能够适用于中药材种植田地的地理特性，在中药材种植田地中稳定行驶，保证除草的作业速度和稳定性。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

3、一种可多区域自动除草的机器人，该机器人包括机器人主体以及安装在所述机器人主体上的行间除草机构、株间除草机构、行走机构和控制机构；

4、所述行间除草机构包括除草臂、除草刀组件和调节组件；所述除草刀组件包括除草支架、除草绳刀和行间除草电机；所述除草臂的一端与所述机器人主体转动相连，另一端与所述除草支架转动相连；所述行间除草电机安装在所述除草支架上；所述除草绳刀安装在所述行间除草电机的输出轴上；所述调节组件，用于通过带动除草臂运动，调整除草绳刀的位置，在不进行除草作业时收起行间除草刀组件，使机器人快速行驶。

5、所述株间除草机构包括安装在所述机器人主体上的横向移动模组、与所述横向移动模组的滑动部分相连的竖向移动模组、安装在所述竖向移动模组的滑动部分上的株间除草电机以及安装在所述株间除草电机的输出轴上的除草刀片。

6、所述行走机构包括安装在所述机器人主体底部的多个升降支腿以及安装在所述升降支腿底部的车轮；所述机器人主体上还安装有支腿电机和行走电机，在所述支腿电机的驱动下，实现升降支腿高度的调节，在行走电机的驱动下，实现车轮的移动。

7、所述控制机构包括安装在所述机器人主体上的姿态传感器、毫米波雷达、相机、天线和控制器；所述姿态传感器、所述毫米波雷达、所述相机、所述天线的输出端均与所述控制器的输入端相连。

8、进一步的，所述除草臂包括可拆卸相连的第一臂和第二臂；所述第一臂和所述第二臂上均开设有多个连接孔；通过改变第一臂和第二臂的连接位置，实现除草臂长度的调整，在不进行除草作业时收起行间除草刀组件，使机器人快速行驶。

9、进一步的，所述行间除草机构还包括安装在所述机器人主体底部的两根横梁；其中一根横梁上设有支座，另一根横梁上设有升降卷轴组件；所述支座上安装有第一轴承，所述除草臂通过所述第一轴承与所述横梁转动配合。

10、所述升降卷轴组件包括安装在其中一根横梁上的卷轴安装座、安装在所述卷轴安装座上的升降卷轴、缠绕在所述升降卷轴上的升降索以及驱动所述升降卷轴转动的升降电机；所述升降索的一端固定在所述升降卷轴上，另一端固定在所述除草臂上。

11、进一步的，所述除草支架包括除草架、安装在所述除草架下方的除草盘和安装在所述除草架上的多个脚轮；所述行间除草电机安装在所述除草盘上，所述除草绳刀位于所述除草盘的下方；所述除草架通过第二轴承与所述除草臂转动相连。

12、进一步的，所述机器人主体上设置有固定板；所述横向移动模组安装在所述固定板上。所述固定板包括第一固定板和第二固定板。

13、进一步的，所述横向移动模组和所述竖向移动模组的数量均为三个，且所述横向移动模组与所述竖向移动模组一一对应设置。

14、所述横向移动模组和所述竖向移动模组均采用滚珠丝杠模组。

15、进一步的，所述横向移动模组的滑动部分上设置有电机安装架；所述株间除草电机安装在所述电机安装架上。

16、进一步的，所述机器人主体包括底盘和安装在所述机器人主体上方的壳体；所述机器人主体上安装有电池；所述壳体具有可开合的检修门；所述壳体上设置有操作面板、工作指示灯、前照灯、后向行驶指示灯和散热风扇。

17、进一步的，所述机器人主体采用铝合金材质。

18、本发明还包括一种上述可多区域自动除草的机器人的控制方法，该方法包括以下步骤：

19、s1、设置机器人的行驶路线，利用天线实时采集机器人的位置信息，机器人根据规划的行驶路线行驶。

20、s2、利用毫米波雷达获取作物高度信息，根据所述作物高度信息，调整各个升降支腿的高度，从而实现机器人行驶高度的调节。

21、s3、在机器人行驶过程中，利用姿态传感器获取机器人主体的姿态数据，根据所述姿态数据，调整升降支腿的高度，使机器人主体呈水平状态。

22、s4、利用调节组件带动除草臂运动，使除草绳刀与地面之间的距离达到设定阈值；行间除草电机工作，带动除草绳刀转动，对行间区域中的杂草进行清除。

23、s5、利用相机采集株间区域的图像数据，根据所述图像数据，判定株间区域内是否存在杂草；若株间区域内存在杂草，则启动株间除草机构，通过横向移动模组和竖向移动模组，驱动除草刀片移动到相应的位置处，进行除草操作。

24、和现有技术相比，本发明的优点为：

25、（1）本发明所述的自动除草机器人，具备自动循迹行驶、视觉识别旱田常见杂草并自动清除功能，尤其适用于中草药种植田地的杂草清除。该除草机器人不仅能够适用于不同高度的植株，有效去除行间区域和株间区域的杂草，保证作物的安全，还能够适用于中药材种植田地的地理特性，在中药材种植田地中稳定行驶，保证除草的作业速度和稳定性。

26、（2）本发明通过设置可自适应调节的机器人主体，可以根据现场作业条件（如作物高度，地面平整度等）自动升降机器人主体和调整机器人主体的水平度，有利于提高杂草的识别度和提高除草效率。本发明可以根据作物高度进行机器人主体调节，一般作物矮小时，因为枝叶稀疏，周边容易长出更多杂草，此时降低机器人主体高度，相当于降低了整个机器人的工作重心，机器人行驶会更加平稳和快速，视觉相机可以离地更近，更容易识别较小的杂草，提高了杂草的识别率，同时随着机器人工作高度的降低减少了除草机构的工作行程，使得除草的工作效率得到了提升。另外农田旱地作物种植时都会起垄，自适应机器人主体可以根据陇的高度来进行机器人主体调节，保证机器人行驶过程的平稳性，提高除草效率。

27、（3）通常情况下作物的行间杂草都会比较多，株间相对较少，但是行间杂草长大后也会影响作物的光照和与作物争夺养分，目前常规用于行间除草的无法实现株间除草，能用于株间除草的，因为除草效率相对较低（株间需要定点除草），无法满足行间大量杂草的除草需求。所以常需要进行两轮的除草作业，提高了设备投入成本。本发明通过设置行间除草机构和株间除草机构，可以同时实现行间和株间的除草功能，减少了除草作业次数，具有更好的经济效益。本发明可实现一次作业同时实现行间和株间杂草的清除，提高了工作效率，降低设备的投入和维护成本。