专利名称：一种水田用重心可调式除草机器人的制作方法目前，农田除草方式有人工除草、化学除草、机械除草等，人工除草和化学除草仍然是国内外农业除草的主要方式，其中化学除草有人工喷雾式除草和智能喷雾式精确除草。随着科学技术的进步，除草装置的机械化和智能化越来越受到重视。现阶段化学除草方式受到普及，但是这种除草方式中使用的除草剂污染环境，破坏土壤，甚至威胁到人们的健康。而除草机器人则利用人工智能技术控制相关机构自动清除农田杂草，在国内外已经 有相关的研究。 农业除草机器人在国内尚未得到普及，目前国内外研究和开发的农业机器人多用于农田采摘、智能喷雾除草、旱地除草等。涉及的技术和机构包括自主导航技术、杂草识别技术、机械臂及专用末端执行器、除草机构等。很多农业除草机器人都采用人工辅助驾驶，而自动化程度很高的农业除草机器人多用于旱地除草。在我国，水稻生产面积大，目前在国内已有相关水田除草机器人的研发，如激光除草机器人，利用激光的热效应将草烧死；高效除草机器人，能够同时清除农作物行间和行内杂草；一种除草机器人的六爪执行机构，水田动力除草中耕机等，这些除草机器人都能达到除草目的，但均存在除草机械在水田等恶劣环境行走不稳定，换行操作时损害农作物，需要专门的杂草识别摄像装置，控制系统复杂，体积也较大，成本高，不利于在水稻秧田中的普及。因此，开发一种体积小，换行方便，在水田内能实现自恢复的水田用重心可调式除草机器人将有利于在水田中广泛推广。
为了克服上述现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种体积小、行走自平衡和自恢复、自主换行并且实现零转弯半径的重心可调式水田除草机器人，解决现有除草机器人体积大，成本高，恶劣环境行走不稳定以及不利普及的难题。本发明通过下述技术方案实现 一种水田用重心可调式除草机器人，其特征在于包括轮毂驱动式履带装置、履带提升装置、伸缩移动装置、滑块平衡装置和机体；所述轮毂驱动式履带装置通过左右支撑腿与履带提升装置连接；所述履带提升装置通过两根带电机丝杆分别与伸缩移动装置的左右滑块螺纹连接；所述机体腔内安装有前后布置的两条滑轨；所述左右滑块通过自身前后两侧的滑槽安装在所述两条滑轨上；所述滑块平衡装置通过四根支撑杆与机体连接。进一步的，所述轮毂驱动式履带装置包括左驱动单元和右驱动单元；所述左驱动单元包括左履带、左轮毂电机、左轮毂、左滑轮组、左轮组连接杆和左张紧机构；所述右驱动单元包括右履带、右轮毂电机、右轮毂、右滑轮组、右轮组连接杆和右张紧机构；所述左轮毂电机安装在左轮组连接杆上；所述左轮毂安装在左轮毂电机转子上，与左履带配合；所述左轮组连接杆下部与左滑轮组连接；所述左滑轮组包括12个滑轮；所述左张紧机构包括左张紧调节件、左张紧螺母和左转动件；所述左张紧调节件头部通过左固定螺柱和左固定螺母与左连接杆固定，尾部通过左转动件与左轮组连接杆连接；所述左张紧螺母与左张紧调节件通过螺纹配合；所述右轮毂电机安装在右轮组连接杆上；所述右轮毂安装在右轮毂电机转子上，与右履带配合；所述右轮组连接杆下部与右滑轮组连接；所述右滑轮组包括12个滑轮；所述右张紧机构包括右张紧调节件、右张紧螺母、右转动件；所述右张紧调节件头部通过右固定螺柱和右固定螺母与右连接杆固定，尾部通过右转动件与右轮组连接杆连接；所述右张紧螺母与右张紧调节件螺纹配合。进一步的，所述右轮毂电机、右轮毂、右滑轮组、右轮组连接杆和右张紧机构安装在右履带内部；所述左履带和右履带外表面布满间隔排列的履刺，内表面设有与左右轮毂相配合的齿。 进一步的，所述履带提升装置包括左提升单元和右提升单元；所述左提升单元包括左丝杆、左支撑腿、第一导杆和第二导杆；所述左支撑腿下端安装在左轮毂电机轴上；所述左支撑腿左侧与第一导杆滑动配合，右侧与第二导杆滑动配合；所述第一导杆和第二导杆安装在左滑块上；所述左丝杆的驱动电机安装在左支撑腿上端；所述左丝杆的驱动电机通过电机联轴器与左丝杆连接；所述左丝杆与左滑块螺纹连接；所述右提升单元包括右丝杆、右支撑腿、第三导杆和第四导杆；所述右支撑腿下端安装在右轮毂电机轴上；所述右支撑腿左侧与第三导杆滑动配合，右侧与第四导杆滑动配合；所述第三导杆和第四导杆安装在右滑块上；所述右丝杆的驱动电机安装在右支撑腿上端；所述右丝杆的驱动电机通过电机联轴器与右丝杆连接；所述右丝杆与右滑块螺纹连接。进一步的，所述伸缩移动装置包括左滑块、右滑块、左直线电机和右直线电机；所述左滑块与机体通过机体腔内的滑轨滑动配合；所述右滑块与机体通过机体腔内的滑轨滑动配合；所述左直线电机和右直线电机分别固定在机体上端中部；所述左直线电机的推杆末端与左滑块通过固定件固定连接；所述右直线电机的推杆末端与右滑块通过固定件固定连接。进一步的，所述左直线电机与右直线电机左右对称布置。进一步的，所述滑块平衡装置包括平衡滑块、电机、钢丝绳、绕线轮、前滑轨、后滑轨、第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆、第四支撑杆、摄像头、摄像头支撑杆和摄像头支座；所述前滑轨和后滑轨通过第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆和第四支撑杆与机体固定连接；所述平衡滑块与前滑轨和后滑轨滑动配合；所述电机通过绕线轮驱动钢丝绳；所述绕线轮安装在电机轴上；所述钢丝绳绕过前滑轨两端的小滑轮与平衡滑块连接；所述平衡滑块内置有电池、主控板及平衡重物；所述摄像头安装在摄像头支撑杆上；所述摄像头支撑杆安装在摄像头支座内嵌电机轴上；所述摄像头支座固定在平衡滑块上。进一步的，所述电机安装在机体上部；所述第二支撑杆和第三支撑杆分别设置一个小孔；所述前滑轨两端各安装一个小滑轮；所述钢丝绳通过小孔和小滑轮连接电机上的绕线轮和平衡滑块；所述前滑轨通过第二支撑杆和第三支撑杆固定在机体上端；所述后滑轨通过第一支撑杆和第四支撑杆固定在机体上端。进一步的，所述前滑轨与后滑轨的长度相等且左右对称；所述左轮毂电机与右轮毂电机离地距离相等；所述左滑块与右滑块移动导程相等；所述轮毂驱动式履带装置通过左右轮毂电机和带外齿的左右轮毂驱动左右履带；所述履带提升装置通过电机驱动左右丝杆实现左右履带的提升和下降；所述伸缩移动装置通过左直线电机和右直线电机推动左右滑块实现伸缩；所述滑块平衡装置通过钢丝绳与电机连接，实现平衡滑块左右移动；所述摄像头支座内嵌电机驱动摄像头支撑杆转动，实现摄像头转动。所述履带提升装置包括左提升单元和右提升单元；所述左提升单元包括左丝杆、左支撑腿、第一导杆和第二导杆；所述左支撑腿下端安装在左轮毂电机轴上；所述左支撑腿左侧与第一导杆滑动配合，右侧与第二导杆滑动配合；所述第一导杆和第二导杆安装在左滑块上；所述左丝杆的驱动电机安装在左支撑腿上端；所述左丝杆的驱动电机通过电机联轴器与左丝杆连接；所述左丝杆与左滑块螺纹连接；所述右提升单元包括右丝杆、右支撑腿、第三导杆和第四导杆；所述右支撑腿下端安装在右轮毂电机轴上；所述右支撑腿左侧与第三导杆滑动配合，右侧与第四导杆滑动配合；所述第三导杆和第四导杆安装在右滑块上；所述右丝杆的驱动电机安装在右支撑腿上端；所述右丝杆的驱动电机通过电机联轴器与右丝杆连接；所述右丝杆与右滑块螺纹连接。本发明相对现有技术具有如下优点及有益效果 轮毂驱动式履带装置通过履带在水田秧苗行间行走，对行间杂草进行碾压，能将杂草压入泥里，甚至切断其根系破坏其生长，同时履带行走时搅动泥浆造成的浑浊环境能抑制水下杂草的光合作用，阻碍其正常生长，而污泥沉积下来则能将没能碾压到的株间杂草覆盖，同样可以达到株间除草的目的。这个方法有效地克服了现有的机械除草技术实施机构复杂、作业效率低以及控制系统繁琐的缺点。采用履带行走，多滑轮内嵌于履带，既使得机械行走平稳，不会打滑，也增大了碾压面积；履带内的履带张紧机构可调节履带的松紧程度，便于拆卸履带；履带表面的履刺能增加机器人的抓地力，并起到碾压杂草的作用。通过履带提升装置、伸缩移动装置和滑块平衡装置实现零转弯半径换行，解决了现有除草机械换行操作时转弯半径大，损害农作物的缺点。用两根丝杆提升履带，巧妙利用了空间，使装置结构紧凑，通过合理控制，不仅可降低机器人在正常行走过程中的整体重心，而且不会产生机构干涉。摄像头支座固定在平衡滑块上端，摄像头支撑杆安装在摄像头支座内嵌电机上，使摄像头能实时监测秧苗分布情况，利用机器视觉调节机器人的行进路线，以适应水田稻株种植线条排列的特点，防止在稻苗生长位置不规则的地方出现碾压到稻苗的现象，同时也能根据前方场景对是否换行做出判断。与摄像头连接的平衡滑块在滑轨上横向移动，能调节机器人的重心，使机器人在换行期间提升和伸缩履带时不会侧翻，并能实现机器人跨越田垄和侧倾时的自平衡和自恢复功能，使机器人适合于水田行走。主控板和电池置于平衡滑块内部，巧妙地利用平衡滑块的空间，既节省了空间又增大了平衡滑块的重量。通过钢丝绳驱动平衡滑块，可使电机固定在机体上部，省去复杂的传动机构。整个机器人的机构简单，操作简便，体积较小，重量较轻，对环境适应性强。
图I为实施方式中水田用重心可调式除草机器人的前视图。图2为图I所示除草机器人的左视图。图3为图I所示除草机器人的右视图。图4为图I所示除草机器人的俯视图。
图5a 5h为图I所示除草机器人的的换行策略示意图。

所述滑块平衡装置IV通过电机驱动钢丝绳30带动平衡滑块6沿着前后滑轨(21、23)左右移动，在换行时起平衡稳定的作用；平衡滑块6上有视觉识别系统，摄像机将拍摄下来的图像传输给图像处理系统进行识别处理，控制系统将控制指令传送给各个电机，实现轮毂驱动式履带装置I上下运动、伸缩移动装置III左右运动以及平衡滑块6的辅助运动。所述伸缩移动装置III的左右滑块(3、8)与机体4滑动配合，并与左右丝杆(5、7)通过螺纹配合。进行换行时，伸缩移动装置III接收控制系统的指令开始工作。以机器人向左换行为例。机器人初始状态如图5a所示。首先，以右履带10作支撑，左履带I换行。左丝杆电机接到控制系统的指令，驱动左丝杆5转动，左丝杆5沿着左滑块3的螺纹向上运动，带动左边的左支撑腿2和左边的轮毂驱动式履带装置一起向上运动到一定高度，第一导杆25和第二导杆26可以限制左履带I提升的路径。左履带提升到一定的高度后，在指令控制下左丝杆电机停止工作，左直线电机22推动左滑块3向左横向移动一定的距离，左滑块3通过第一导杆25和第二导杆26带动左履带I做横向移动，如图5b所示。在左履带提升和伸缩移动的过程中，控制系统通过传感器感知机器人平衡状态，实时调整平衡滑块6的位置，实现动平衡。横向移动结束，左丝杆电机在指令控制下又开始工作，使左履带I跟随左丝杆5向下降低直至左履带I与地面接触，左边履带I换行结束。左履带I与地面接触后，左直线电机22收缩，右直线电机24伸长，推动主体4向左横向移动，直到左直线电机22完全收缩，主体4停止移动。同时，平衡滑块6也在控制系统控制下向左移动。接着，以左履带I为支撑，右履带10开始换行，如图5c所示，工作过程同上类似。
右履带10换行完成后的状态如图5d所示。接着，如图5e至图5h所示，在经过左履带I换行和右履带10换行后，机器人完成从已除草的行换行到未除草的行。换行后，机器人沿原前进方向反方向前进，继续除草作业。机器人向右换行的工作过程与向左换行的类似。如上所述可较好地实现本发明。上述实施例为本发明的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施 例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。


本发明公开了一种水田用重心可调式除草机器人，包括轮毂驱动式履带装置、履带提升装置、伸缩移动装置和滑块平衡装置。轮毂驱动式履带装置通过轮毂电机驱动轮毂，从而带动履带运转，使机器人在秧苗行间行走，将杂草压入泥里，甚至将其切断或拔出；履带提升装置和伸缩移动装置，实现履带装置的提升和伸缩，进行换行行走和跨越田垄行走；滑块平衡装置配合履带提升装置和伸缩移动装置，调节机器人的重心，实现换行过程和跨越田垄过程中机器人的整体自平衡以及在有凹坑的水田环境下机器人陷入凹坑后自行恢复的功能；本发明结构简单、体积小、质量轻、携带方便、普及性高。