本實用新型屬于農(nóng)業(yè)機器人技術領域，具體來說涉及一種智能球體農(nóng)田機器人。

背景技術：

農(nóng)業(yè)機器人出現(xiàn)后，發(fā)展迅速，如今在許多國家出現(xiàn)了多種類型農(nóng)業(yè)機器人。在20世紀70年代后期，各國對農(nóng)業(yè)機器人的研究工作逐漸啟動，研制出多種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機器人，如嫁接機器人、育苗機器人、農(nóng)藥噴灑機器人等已投入使用。但現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)機器人大多都體形比較龐大，在移動作業(yè)過程中容易毀壞農(nóng)作物和壓實土壤，不利于農(nóng)作物的生長。本文提出一種用于精準農(nóng)業(yè)上的機器人，與其他農(nóng)業(yè)機器人所不同的是它不像飛機撒藥式的噴灑殺蟲劑、施肥等大范圍的對農(nóng)作物進行作業(yè)，而是更傾向于園丁的方式，針對性的服務于小范圍的農(nóng)作物。機器人外表采用球型外殼，在移動中不會對農(nóng)作物造成傷害；所有的控制電路和機械驅動全部封裝在球體內部，有效避免農(nóng)田中露水和灰塵對機器人造成影響。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種智能球體農(nóng)田機器人，

本實用新型是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種智能球體農(nóng)田機器人，包括主傳動軸、支撐軸、連接件、直齒輪傳動輪系、直齒-錐齒輪傳動輪系、用于驅動機器人行進的第一步進電機、用于驅動機器人轉向的第二步進電機，以及一個球形殼體，所述主傳動軸、支撐軸、連接件、直齒輪傳動輪系、直齒-錐齒輪傳動輪系、用于驅動機器人行進的第一步進電機、用于驅動機器人轉向的第二步進電機均設置在球形殼體內部。

主傳動軸通過軸承可旋轉的水平設置在連接件中，第一步進電機和第二步進電機分別固定在主傳動軸的兩端；

所述支撐軸由完全相同的兩個光軸組成，兩個光軸成一直線豎直設置，光軸相鄰的兩端通過軸承可旋轉的固定在連接件的上下兩端；光軸另外兩端分別與球殼進行剛性連接，將整套驅動支撐起來；

所述直齒輪傳動輪系包括相互嚙合的第一直齒輪和第二直齒輪，其中，第一直齒輪固定在第一步進電機的輸出軸上，第二直齒輪通過軸承可旋轉的設置在主傳動軸上，且第二直齒輪與連接件固定連接；

所述直齒-錐齒輪傳動輪系包括第三直齒輪、與第三直齒輪相嚙合的第四直齒輪、第一錐齒輪、與第一錐齒輪相嚙合的第二錐齒輪，其中，第三直齒輪固定在第二步進電機的輸出軸上，第四直齒輪和第一錐齒輪通過軸承同步設置在主傳動軸上，第二錐齒輪固定在支撐軸上；

在智能球體農(nóng)田機器人的球形殼體內還設置有溫濕度檢測單元、GPS定位單元、電源模塊單元、無線數(shù)據(jù)傳輸單元、步進電機驅動單元、核心控制單元，所述核心控制單元分別與連接溫濕度檢測單元、GPS定位單元、電源模塊單元、無線數(shù)據(jù)傳輸單元、步進電機驅動單元連接。

在上述技術方案中，第一直齒輪7和第二直齒輪8具有相同的模數(shù)1.5，齒數(shù)分別是20和40，傳動比為1:2；第三直齒輪9和第四直齒輪10具有相同的模數(shù)1.5，齒數(shù)分別是20和40，傳動比為1:2；第一錐齒輪11和第二錐齒輪12具有相同的模數(shù)1.5，齒數(shù)分別為20，40，傳動比也為1：2。

在上述技術方案中，采用STC15F2K61S2單片機作為核心控制單元。

在上述技術方案中，所述無線數(shù)據(jù)傳輸單元采用無線通用芯片NRF2401。

在上述技術方案中，所述溫濕度檢測單元采用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器。

在上述技術方案中，所述GPS定位單元采用ATK-NEO-6M-V2.3GPS定位模塊。

在上述技術方案中，步進電機驅動單元采用A4988電機驅動模塊。

本實用新型的優(yōu)點和有益效果為：

本實用新型公開了一種智能球體農(nóng)田機器人，其外形為球形殼體，在球形殼體內設置有驅動球形殼體行進和轉向的驅動機構。本實用新型利用球體表面圓潤的特點，改變了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機械工作時會傷害到農(nóng)作物的現(xiàn)狀；并在此基礎上將一系列傳感器集結在球殼內部，實現(xiàn)了對農(nóng)田信息的采集。

附圖說明

圖1是本實用新型的機械結構示意圖。

圖2是本實用新型的機械結構簡圖。

圖3是本實用新型的控制系統(tǒng)的模塊連接圖。

圖4是實施例中核心控制單元的電路圖。

圖5是實施例中無線數(shù)據(jù)傳輸單元的電路圖。

圖6是實施例中溫濕度檢測單元的電路圖。

圖7是實施例中GPS定位單元的電路圖。

圖8是實施例中步進電機驅動單元的電路圖。

圖9是實施例中電源模塊單元的電路圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例進一步說明本實用新型的技術方案。

一種智能球體農(nóng)田機器人，參見附圖1和圖2，智能球體農(nóng)田機器人包括主傳動軸1、支撐軸2、連接件3、直齒輪傳動輪系、直齒-錐齒輪傳動輪系、用于驅動機器人行進的第一步進電機4、用于驅動機器人轉向的第二步進電機5，以及一個球形殼體6，所述主傳動軸1、支撐軸2、連接件3、直齒輪傳動輪系、直齒-錐齒輪傳動輪系、用于驅動機器人行進的第一步進電機4、用于驅動機器人轉向的第二步進電機5均設置在球形殼體6內部。

所述主傳動軸1由8mm的中空不銹鋼鋁管構成，主傳動軸1通過軸承可旋轉的水平設置在連接件3中，第一步進電機4和第二步進電機5分別固定在主傳動軸1的左右兩端(為避免線路影響整體機械的轉動，故將進電機的連線穿插在鋁管中心)；

所述支撐軸2由完全相同的兩個6mm光軸組成，兩個6mm光軸成一直線豎直設置，光軸相鄰的兩端通過軸承可旋轉的固定在連接件3的上下兩端；光軸另外兩端分別與球殼進行剛性連接，將整套驅動支撐起來；

所述直齒輪傳動輪系包括相互嚙合的第一直齒輪7和第二直齒輪8，其中，第一直齒輪7固定在第一步進電機4的輸出軸上，第二直齒輪8通過軸承可旋轉的設置在主傳動軸1上，且第二直齒輪8與連接件3固定連接；

所述直齒-錐齒輪傳動輪系包括第三直齒輪9、與第三直齒輪9相嚙合的第四直齒輪10、第一錐齒輪11、與第一錐齒輪11相嚙合的第二錐齒輪12，其中，第三直齒輪9固定在第二步進電機5的輸出軸上，第四直齒輪10和第一錐齒輪11通過軸承13同步設置在主傳動軸1上，第二錐齒輪12固定在支撐軸2上；

第一直齒輪7和第二直齒輪8具有相同的模數(shù)1.5，齒數(shù)分別是20和40，傳動比為1:2；第三直齒輪9和第四直齒輪10具有相同的模數(shù)1.5，齒數(shù)分別是20和40，傳動比為1:2；第一錐齒輪11和第二錐齒輪12具有相同的模數(shù)1.5，齒數(shù)分別為20，40，傳動比也為1：2；

兩側的步進電機分別具有不同的功能。當左側的第一步進電機4轉動時，直齒輪傳動輪系之間的相對運動使得兩步進電機繞X軸(即主傳動軸1)轉動，改變小球中心位置，實現(xiàn)機器人的前后移動；當右側的第二步進電機5轉動時，通過直齒-錐齒輪傳動輪系能夠將第二步進電機的扭力傳遞到Y軸(即支撐軸2)上，使整個機械驅動部分繞Y軸轉動，實現(xiàn)機器人的左右轉動。

在智能球體農(nóng)田機器人的球形殼體6內還設置有溫濕度檢測單元、GPS定位單元、電源模塊單元、無線數(shù)據(jù)傳輸單元、步進電機驅動單元、核心控制單元，參見附圖3，核心控制單元分別與連接溫濕度檢測單元、GPS定位單元、電源模塊單元、無線數(shù)據(jù)傳輸單元、步進電機驅動單元連接，溫濕度檢測單元用于采集農(nóng)田溫濕度數(shù)據(jù)，GPS定位單元用于采集機器人的位置數(shù)據(jù)，核心控制單元通過步進電機驅動單元與第一步進電機4和第二步進電機5連接，以驅動第一步進電機4和第二步進電機5，從而控制機器人運動，通過無線數(shù)據(jù)傳輸單元實現(xiàn)核心控制單元與遠程控制器的數(shù)據(jù)傳輸(一方面，核心控制單元通過無線數(shù)據(jù)傳輸單元將溫濕度檢測單元和GPS定位單元采集的溫濕度數(shù)據(jù)和機器人位置信息傳輸給遠程控制器，另一方面遠程控制器通過無線數(shù)據(jù)傳輸單元將控制機器人運動的指令發(fā)送給核心控制單元)。

本系統(tǒng)采用STC15F2K61S2單片機作為核心控制單元，它是STC生產(chǎn)的單時鐘/機器周期的單片機，內部集成高精度R/C時鐘，可省掉外部昂貴的晶振和外部復位電路，此單片機工作速度快，集成晶振復位電路減少成本且增加穩(wěn)定性，可滿足本系統(tǒng)的要求，其電路圖如圖4所示；

所述無線數(shù)據(jù)傳輸單元采用無線通用芯片NRF2401，它是一款基于通訊在ISM頻段的無線芯片，NRF2401通過SPI接口與單片機進行通信，NRF2401工作電壓范圍為1.9V～3.6V，與STC15F2K61S2單片機連接時需要電平轉換芯片將5V與3.3V電平匹配，電路圖如圖5所示；

所述溫濕度檢測單元采用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，它是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器，其電路圖6如圖所示；

所述GPS定位單元采用ATK-NEO-6M-V2.3高性能GPS定位模塊，該模塊采用U-BLOX NEO-6M模組，模塊自帶MAXIM公司高增益(20.5dB)LNA芯片與高性能陶瓷天線結合，組成接收天線，該模塊通過串口與核心控制單元連接進行通信，其電路圖如圖7所示；

步進電機驅動單元采用A4988電機驅動模塊，A4988是一款帶轉換器和過流保護的DMOS微步驅動器，該產(chǎn)品可在全、半、1/4、1/8及1/16步進模式時操作雙極步進電動機，輸出驅動性能可達35V，只要在“步進”輸入中輸入一個脈沖，即可驅動電動機產(chǎn)生微步。在使用當中無須按照相位順序表編寫程序，簡化操作提高效率。系統(tǒng)采用的35電機最大電流為700mA，可通過調節(jié)模塊上的電位器來確定驅動的最大輸出電流。如果電流太小，則電機扭力不夠，如果電流太大則會造成電機在抱死狀態(tài)下嚴重發(fā)熱，而且發(fā)出尖銳的嘯叫聲，通過實際測試調節(jié)，我們將其調節(jié)至650mA。此時步進電機正常工作。其電路圖如圖8所示；

電源模塊單元采用7.4V鋰電池為整個系統(tǒng)進行供電，電池電壓一路直接供給步進電機，另一路直接通過線性電源轉換芯片ASM1117-5V將電壓降至5V，為單片機和溫濕度傳感器供電，其電路圖如圖9所示。

以上對本實用新型做了示例性的描述，應該說明的是，在不脫離本實用新型的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領域技術人員能夠不花費創(chuàng)造性勞動的等同替換均落入本實用新型的保護范圍。