[發明專利]一種履帶自走式多功能果樹栽植機器人控制系統及方法

在審

• 申請號: 201910352002.X
• 申請日: 2019-04-28
• 公開（公告）號: CN109984009A
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 苑進;李揚;尹然光;毛志泉;劉雪美
• 申請（專利權）人: 山東農業大學
• 主分類號: A01G23/04
• 分類號: A01G23/04;A01C5/04;A01C15/00;A01G25/09;A01G25/16
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1.一種履帶自走式多功能果樹栽植機器人控制系統，其特征在于：包括智能控制系統、液壓傳動控制系統和檢測裝置；

所述的智能控制系統包括，控制器、多路繼電器、電源、水泵、排肥電機；所述的控制器包括但不限于單片機、PLC、DSP，作為智能控制系統和液壓傳動控制系統的控制單元，接收作業指令并發出相應指令；所述的多路繼電器具備光耦隔離，對控制器干擾較小，通過執行控制器的信號控制電磁閥、水泵、排肥電機的動作；所述的電源采用直流電源，經穩壓模塊多級調壓后為整個控制系統提供電能；所述的水泵和排肥電機采用直流電進行供電，通過繼電器控制其電源的通斷來實現作業的啟停；

所述的液壓傳動控制系統，包括液壓泵、三位四通電磁換向閥、二位四通電磁換向閥、液壓馬達、同步液壓缸、垂直升降液壓缸、液壓油箱、溢流閥、過濾器、冷卻器、調速閥、雙向液壓鎖；所述的液壓泵將動力源提供的機械能轉換為液體壓力能；所述的三位四通電磁換向閥為兩個，控制器通過繼電器控制電磁線圈的得電與失電實現閥芯的換向，三位四通電磁換向閥一實現了同步液壓缸的伸縮，當兩側電磁閥不通電時，換向閥處于中位機能，P口封閉，油液回油箱，液壓缸利用雙向液壓鎖保持活塞鎖住不動，當左側電磁閥得電時，P口與B口相通進油，右側單向閥打開，控制油口打開左側單向閥，A口與T口相通實現回油，同步液壓缸收縮，當右側電磁閥得電時，P口與A口相通進油，左側單向閥打開，控制油口打開右側單向閥，B口與T口相通實現回油，同步液壓缸伸展，三位四通電磁換向閥二同理可述；所述的二位四通電磁換向閥為一個，實現了液壓馬達的單向轉動，當右側電磁閥不通電時，油液經P口至T口回油箱，當右側電磁閥通電時，油液經P口至A口實現對液壓馬達的驅動；所述的液壓馬達在挖坑、混肥、回填時均為單向轉動；所述的同步液壓缸為兩個液壓缸，末端固定于機架，首端固定于平行四邊形一邊，液壓缸的同步伸縮實現了平行四邊形的角度變化，同步液壓缸的進出油口分別為并聯，實現了同步運動；所述的垂直升降液壓缸豎直上升下降，挖坑時隨深度變大阻力變大，采用點動下降的方式配合液壓馬達完成挖坑作業；所述的液壓油箱為油路提供工作介質，采用46號液壓油；所述的溢流閥旁接在液壓泵的出口處，起到保護油路的作用；所述的過濾器安裝在油箱與液壓泵之間，過濾油路中的雜質，保護各液壓元件；所述的冷卻器安裝在回油油路，起到降低液壓油溫度的作用；所述的調速閥安裝在液壓馬達的入口處，可以對其進行調速；所述的雙向液壓鎖對液壓缸活塞起到鎖定的作用，阻止了外界載荷的干擾；

所述的檢測裝置，包括運行狀態檢測裝置、行程檢測裝置；所述的運行狀態檢測裝置包括但不限于編碼器、激光對射傳感器、紅外光電開關傳感器，將其布置于履帶行走裝置的主動輪處，對機器人的運行狀態進行判斷，當機器人處于移動狀態時，向控制器發送運輸狀態信號，當機器人處于停止狀態時，向控制器發送作業狀態信號；所述的行程檢測裝置向控制器反饋各運動部件的行程信息，包括霍爾角度傳感器和微動開關傳感器；所述的霍爾角度傳感器布置于平行四邊形裝置的回轉軸上，當下筒與地面接觸以及下筒上升至最高位置時，回轉軸分別處于兩個極限角度位置，通過檢測角度信息反饋信號給控制器實現對同步液壓缸運行狀態以及水泵的控制；所述的微動開關傳感器有四個，其中三個皆布置于滑軌處，滑塊觸碰微動開關時會給控制器反饋不同的作業信號，從而實現對液壓執行元件的不同組合控制，第四個布置于擋板處，當提起擋板時微動開關被觸動使液壓馬達轉動實現卸料，放下擋板時微動開關復位使液壓馬達及水泵停止轉動。

2.根據權利要求1所述的一種履帶自走式多功能果樹栽植機器人控制系統的控制方法，其特征在于，其控制過程如下：

1)操作人員通過控制履帶行走裝置檔位使機器人到達作業位置，并對控制系統進行供電；

2)運行狀態檢測裝置對履帶行走裝置主動輪的運行狀態進行判斷，檢測到履帶行走裝置處于靜止狀態，發送作業信號至控制器；

3)三位四通電磁換向閥一右側電磁閥得電使同步液壓缸伸展，霍爾角度傳感器檢測極限角度位置使同步液壓缸停止伸展，下套筒與地面恰好接觸；

4)三位四通電磁換向閥二左側電磁閥得電使垂直升降液壓缸持續收縮，滑塊觸碰至微動開關傳感器二，二位四通電磁換向閥右側電磁閥通電使液壓馬達、排肥電機啟動，同時垂直升降液壓缸由持續收縮改為點動收縮，進行挖坑排肥混肥作業；

5)滑塊觸碰到微動開關傳感器三，排肥電機停止轉動，三位四通電磁換向閥二電磁閥失電，垂直升降液壓缸停止收縮，液壓馬達持續轉動，進行充分混肥作業。

6)三位四通電磁換向閥二右側電磁閥得電使垂直升降液壓缸持續伸展，當滑塊觸碰到微動開關傳感器一時垂直升降液壓缸停止伸展，三位四通電磁換向閥一左側電磁閥得電使同步液壓缸收縮，霍爾角度傳感器檢測極限角度位置使同步液壓缸停止收縮，水泵開啟；

7)提升擋板觸碰到微動開關傳感器四，液壓馬達旋轉使肥土回填至坑穴中，放下擋板，微動開關傳感器四復位，液壓馬達和水泵停止作業；

8)操作人員切換檔位使機器人開始行進，向前行進至下一個作業地點，期間運行狀態檢測裝置對履帶行走裝置的運行狀態判斷為運輸狀態，各作業元件不發生動作；

9)完成栽植作業后，關閉機器人電源，通過控制履帶行走裝置檔位使機器人回到原始位置。