一种农业机械设备及其作业方法

    专利2026-06-14  23


    本发明涉及机器人,尤其涉及一种农业机械设备及其作业方法。


    背景技术:

    1、高质量农作物(例如,草莓、葡萄、樱桃、番茄)的种植需要严格的环境检测,以确保温度、湿度、光照等因素均处于最佳状态;同时,在农作物的采摘时,要求果实处于最佳的成熟状态,需要在合适的时机进行采摘,以确定果实的口感和品质,因此传统的农业生产方式在农作物的生长和收获过程中需要大量的人力和物力,而这一系列的操作依赖于农民的努力和时间,也容易受到天气气候或其他不可控因素的影响,由此增加的生产过程中的不确定性。

    2、具体而言,由于农产品生长成熟位置的未知性和随机性,在面对复杂的作业需求时,传统的农业机械设备存在无法灵活更新和变换工作模式与工作路径的问题,进而无法准确地重构作业任务与作业对象。同时,由于农产品成熟进度存在偏差,所需养护要求不同,而传统的农业机械设备缺乏在线感知检测能力,无法针对实时的环境感知数据与农作物状态数据按需定制开展精细化养护和择时采摘。另外,由于高价值高品质农产品对外观的严格要求,而传统农业机械装备的执行器件多采用硬质金属材料,直接刚性接触农产品,存在容易破坏农产品表面的问题。

    3、有鉴于此,有必要对现有技术中的农业机械设备予以改进,以解决上述问题。


    技术实现思路

    1、本发明的目的在于解决现有技术中的农业机械设备无法灵活更新和变换工作模式与工作路径的问题,进而无法准确地重构作业任务与作业对象的问题;无法针对实时的环境感知数据与农作物状态数据按需定制开展精细化养护和择时采摘的问题;以及在采摘高价值高品质农产品时,存在容易破坏农产品表面的问题。

    2、为实现上述目的,本发明提供了一种农业机械设备,包括:

    3、用于驱动所述农业机械设备移动的运动行驶模组;

    4、用于承载多个模组且与所述运动行驶模组形成可拆卸连接的可重构基座模组;

    5、用于检测地面数据的导航探路模组;

    6、用于检测环境数据的环境检测模组;

    7、用于检测果实数据的视觉检测模组;

    8、用于检测土壤数据并执行灌溉任务的定量灌溉模组;

    9、用于根据所述果实数据执行采摘任务的柔性采摘模组;

    10、其中,所述可重构基座模组包括快拆式底盘组件与模组化控制组件,所述快拆式底盘组件包括阵列式快拆夹具机构以及与所述阵列式快拆夹具机构固定连接的固定底盘,所述阵列式快拆夹具机构由至少四组压紧装置构成,所述压紧装置所包含的压头与所述柔性采摘模组所开设的孔位相互配合,以通过所述压紧装置的打开与闭合实现所述可重构基座模组与所述柔性采摘模组的拆卸与安装。

    11、作为本发明的进一步改进,所述农业机械设备受控于设置于农业机械设备外部的远程监控模组;

    12、所述远程监控模组包括:云端工作站、机械学习数据库以及动态神经网络,以接收所述农业机械设备所输送的地面数据、环境数据、果实数据、土壤数据并形成决策并发送至所述农业机械设备。

    13、作为本发明的进一步改进,所述运动行驶模组设置于所述可重构基座模组底部以驱动所述可重构基座模组移动,所述运动行驶模组包括至少两组轮组机构与驱动所述轮组机构移动的步进电机。

    14、作为本发明的进一步改进,所述导航探路模组设置于所述可重构基座模组前端,所述导航探路模组包括:相对于水平面呈倾斜设置的连接板与设置于所述连接板以检测所述地面数据的电磁传感器。

    15、作为本发明的进一步改进,所述环境检测模组设置于所述可重构基座模组后端,所述环境检测模组包括:固定设置于所述可重构基座模组后端用于检测环境温度、环境湿度的温湿度传感器与用于检测环境光照强度的光敏电阻传感器,以基于所述环境温度、所述环境湿度以及所述环境光照强度形成所述环境数据。

    16、作为本发明的进一步改进,所述视觉检测模组设置于所述可重构基座模组顶部,所述视觉检测模组包括:摄像头与双自由度相机云台机构,以检测果实于当前状态下的果实数据。

    17、作为本发明的进一步改进,所述定量灌溉模组设置于所述可重构基座模组后端,所述定量灌溉模组包括:用于检测土壤湿度的土壤湿度传感器与用于执行灌溉任务的隔膜泵,且由所述土壤湿度形成所述土壤数据。

    18、作为本发明的进一步改进,所述柔性采摘模组设置于所述可重构基座模组前端,所述柔性采摘模组包括:柔性抓手机构与五自由度机械臂机构,以根据所述视觉检测模组所检测的所述果实数据对果实执行采摘任务。

    19、作为本发明的进一步改进,所述农业机械设备还包括:用于控制所述农业机械设备的控制系统;

    20、所述控制系统包括核心控制板、混合传感信号输入板、驱动执行信号控制板以及无线通讯传输板;

    21、所述核心控制板包括嵌入式单片机与外围最小系统电路,所述混合传感信号输入板设置有多组信号输入接口且包括电磁感应信号、温湿度信号、光照强度信号以及实时图像信号,所述驱动执行信号控制板设置多组执行信号输出接口且包括高扭矩步进电机驱动器信号、相机高精度云台舵机驱动器信号、隔膜泵电磁阀执行器信号以及机械臂大转角舵机驱动器信号,所述无线通讯传输板包括射频模组以基于所述射频模组所发出的射频信号与所述远程监控模组实现通信。

    22、基于相同发明思想,本发明还揭示了一种农业机械设备的作业方法,包括:

    23、步骤s1、获取作业区域,通过导航探路模组检测地面数据,根据作业区域与地面数据计算偏转角信息,由运动行驶模组根据偏转角信息确定农业机械设备的行驶方向,并行驶至作业区域。

    24、步骤s2、通过环境检测模组检测作业区域的环境数据,并通过定量灌溉模组检测作业区域的土壤数据,由定量灌溉模组根据土壤数据对作业区域执行灌溉任务。

    25、步骤s3、通过视觉检测模组检测作业区域的果实数据,并由柔性采摘模组根据果实数据对果实执行采摘任务。

    26、与现有技术相比,本发明的有益效果是:

    27、通过配置视觉检测模组实时监测果实对应的果实数据,以根据果实数据灵活地更新和变化作业模式和作业路径,准确地重构作业任务和作业对象,进而解决农业机械设备无法灵活更新和变换工作模式与工作路径的问题,进而无法准确地重构作业任务与作业对象的问题;通过配置环境监测模组实时监测农田对应的环境数据,并可基于环境数据按需定制化开展精细化养护,同时根据果实数据择时采摘,进而解决无法针对实时的环境感知数据与农作物状态数据按需定制开展精细化养护和择时采摘的问题;通过将柔性采摘模组所包含的柔性抓手机构配置为六指结构,且配置为柔软接触面,能够适应不同形状和大小的农作物,可以轻松地包围、抓取以及操控农作物,进而提高农作物采摘的成功率;同时,柔性结构还有助于减少对水果的损伤,确保水果的质量,以解决现有技术在采摘高价值高品质农产品时,存在容易破坏农产品表面的问题。



    技术特征:

    1.一种农业机械设备,其特征在于,包括:

    2.根据权利要求1所述的农业机械设备,其特征在于,所述农业机械设备受控于设置于农业机械设备外部的远程监控模组;

    3.根据权利要求1所述的农业机械设备,其特征在于,所述运动行驶模组设置于所述可重构基座模组底部以驱动所述可重构基座模组移动,所述运动行驶模组包括至少两组轮组机构与驱动所述轮组机构移动的步进电机。

    4.根据权利要求2所述的农业机械设备,其特征在于,所述导航探路模组设置于所述可重构基座模组前端,所述导航探路模组包括:相对于水平面呈倾斜设置的连接板与设置于所述连接板以检测所述地面数据的电磁传感器。

    5.根据权利要求2所述的农业机械设备,其特征在于,所述环境检测模组设置于所述可重构基座模组后端,所述环境检测模组包括:固定设置于所述可重构基座模组后端用于检测环境温度、环境湿度的温湿度传感器与用于检测环境光照强度的光敏电阻传感器,以基于所述环境温度、所述环境湿度以及所述环境光照强度形成所述环境数据。

    6.根据权利要求2所述的农业机械设备,其特征在于,所述视觉检测模组设置于所述可重构基座模组顶部,所述视觉检测模组包括:摄像头与双自由度相机云台机构,以检测果实于当前状态下的果实数据。

    7.根据权利要求2所述的农业机械设备,其特征在于,所述定量灌溉模组设置于所述可重构基座模组后端,所述定量灌溉模组包括:用于检测土壤湿度的土壤湿度传感器与用于执行灌溉任务的隔膜泵,且由所述土壤湿度形成所述土壤数据。

    8.根据权利要求6所述的农业机械设备,其特征在于,所述柔性采摘模组设置于所述可重构基座模组前端,所述柔性采摘模组包括:柔性抓手机构与五自由度机械臂机构,以根据所述视觉检测模组所检测的所述果实数据对果实执行采摘任务。

    9.根据权利要求2所述的农业机械设备,其特征在于,所述农业机械设备还包括:用于控制所述农业机械设备的控制系统;

    10.一种农业机械设备的作业方法,其特征在于,包括:


    技术总结
    本发明提供了一种农业机械设备及其作业方法,该农业机械设备包括:运动行驶模组、可重构基座模组、导航探路模组、环境检测模组、视觉检测模组、定量灌溉模组、柔性采摘模组,可重构基座模组包括快拆式底盘组件与模组化控制组件,快拆式底盘组件包括阵列式快拆夹具机构与固定底盘,阵列式快拆夹具机构由至少四组压紧装置构成,压紧装置的压头与柔性采摘模组的孔位相互配合,以通过压紧装置的打开与闭合实现可重构基座模组与柔性采摘模组的拆卸与安装。通过本发明,可根据不同农业作业实现对柔性采摘模组的快速更换,不需要依赖于安装工具农业机械设备的升级与维护提供了便利。

    技术研发人员:周梅,魏魏,张国新,刘媛媛,张春伟
    受保护的技术使用者:无锡科技职业学院
    技术研发日:
    技术公布日:2024/4/29
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