專利名稱：用于土壤測試的機器人車輛和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于土壤測試的機器人車輛和方法。
背景技術(shù)：
在農(nóng)業(yè)中土壤測試是普遍和必要的，以確定土壤類型和養(yǎng)分水平，從而使作物產(chǎn)量最大化。通常，土壤測試要求在田地中提取土壤樣本或標(biāo)本，接著運走以做實驗室分析。一般是由一個人操作土壤采樣機或車輛并記錄提取樣本的地點。由于要求人力操作該機器和從測試地點將樣本傳送到遠處的實驗室用于分析的延誤，這種現(xiàn)有技術(shù)土壤測試方法耗時且昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種用于收集和分析田地中的土壤樣本并把土壤分析的數(shù)據(jù)傳送到遠處的自動系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種無人駕駛的機器人車輛，可以使用GPS技術(shù)將該車輛移動通過田地，該車輛帶一個用于提取土壤樣本的土壤探針、一個分析樣本的實驗室、一個用于產(chǎn)生土壤數(shù)據(jù)的處理器和一個用于將數(shù)據(jù)傳送到遠處的發(fā)射器。
本發(fā)明的再一目的是提供一種使用機器人平臺的自動土壤取樣方法，該機器人平臺提取和分析土樣、產(chǎn)生土樣的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳送到遠處。
從下面對本發(fā)明的描述這些和其它目的將會變得明顯。
本發(fā)明的機器人車輛用于取樣和分析田地中的土壤。該機器人包括一個用于在地面上移動機器人的地面驅(qū)動系統(tǒng)，和一個用于控制地面驅(qū)動系統(tǒng)和操縱車輛的帶GPS的控制單元。該車輛包括一個用于提取土壤樣本的探針和一個用于分析土壤樣本的實驗室。在車輛上設(shè)有一個用于產(chǎn)生土壤分析的數(shù)據(jù)的處理器，和一個接著將數(shù)據(jù)傳送到遠處的發(fā)射器。
本發(fā)明的方法包括下述步驟在田地上移動機器人平臺或車輛，使用機器人上的土壤探針提取土壤樣本，在機器人上的實驗室中分析土壤樣本，產(chǎn)生土壤分析數(shù)據(jù)和將數(shù)據(jù)傳送到遠處。這些步驟是在不需要人介入的情況下自主進行的。


圖1是表示操作本發(fā)明的機器人車輛的各模塊的方框圖。
圖2是機器人車輛的示意立體圖。
具體實施例方式
本發(fā)明針對一種用于取樣和分析土壤的方法和機器人車輛。該車輛或平臺在圖2中由標(biāo)號10總體標(biāo)明。該機器人10包括由一個地面驅(qū)動系統(tǒng)14可轉(zhuǎn)動地驅(qū)動的多個輪子12或其它推進裝置，該驅(qū)動系統(tǒng)可以包括一個柴油機、汽油機、電動機或組合式發(fā)動機。該地面驅(qū)動系統(tǒng)14由一個控制單元16控制。該控制單元16包括一個可以和其它定位技術(shù)結(jié)合使用的全球定位系統(tǒng)(GPS)。
該機器人10包括一個具有一或多個土壤探針20的工具包18。該探針20可以是任何傳統(tǒng)構(gòu)造以便被插入土壤中提取樣本或標(biāo)本?？梢岳斫獾氖钱?dāng)為不同類型的土壤或分析操作需要時該工具包18可以和包括不同探針20的其它工具包互換。
由該探針20提取的各土壤樣本由一個輸送器22輸送到一個機器人10上的實驗室24。該實驗室24(最好是一個微型濕實驗室)自動進行土壤樣本的分析。
一個可編程處理器26可操作地連接到實驗室24以產(chǎn)生土壤樣本分析的數(shù)據(jù)。該處理器26還包括路徑計劃軟件，與GPS控制單元16運行以在田地上導(dǎo)航機器人10。可操作地連接到處理器26的一個發(fā)射器28接著使用無線電頻率(RF)將數(shù)據(jù)傳送到遠處的一個地方存儲和以后使用。
工具包18(包括探針20)的操作由處理器26控制。類似地，處理器26控制地面驅(qū)動系統(tǒng)14的啟動和停止。
處理器26的軟件程序包括如圖1所示的各模塊。更具體地，第一模塊30用于處理器26和控制單元16之間的相互作用以使用GPS或其它視象技術(shù)確定位置和區(qū)域。第二模塊32提供一個基于地圖的目標(biāo)以使土壤樣本在所需的地點被提取。土壤采樣模塊34在處理器26和工具包18之間相互作用以控制土壤采樣。土壤分析模塊在處理器26和實驗室24之間相互作用以生成土壤數(shù)據(jù)。通信模塊38在處理器26和發(fā)射器28之間相互作用以便土壤數(shù)據(jù)可以被傳送到遠處。轉(zhuǎn)向控制模塊40在處理器26和地面驅(qū)動系統(tǒng)14之間相互作用以在田地上轉(zhuǎn)向機器人10。
根據(jù)本發(fā)明的自動土壤取樣和分析方法包括下述步驟在土壤上移動機器人車輛或平臺10，使用土壤探針或工具包18的探針20提取一或多個土樣。土樣由輸送器22輸送到實驗室24并在那里被分析。土壤分析的數(shù)據(jù)由處理器26產(chǎn)生并由發(fā)射器28傳送到遠處。整個取樣和分析操作(包括數(shù)據(jù)產(chǎn)生和傳送)由無人駕駛的機器人車輛10自主進行，不需要人的介入。因而，與現(xiàn)有技術(shù)的人工土壤取樣操作相比節(jié)省成本。
機器人10的通信能力使得機器人可以在廣泛的區(qū)域進行土壤采樣和分析任務(wù)，并且在完成操作之后關(guān)閉和等著被撿回。
由上述可以看到本發(fā)明的設(shè)備和方法大大減小了土壤分析的成本，并且可以增加被分析的樣本的數(shù)目以改進所得數(shù)據(jù)的粒度?？梢詫㈩~外的軟件包加到機器人車輛10用于確定蟲害或真菌蔓延的類型和水平，以使得生產(chǎn)者以一種對蟲害治理更具針對性的方法更快速地反應(yīng)。
雖然對本發(fā)明已結(jié)合其優(yōu)選實施例進行了展示和描述，可以理解的是在后述權(quán)利要求書的預(yù)定寬廣范圍內(nèi)可以進行任何修改、替換和增加。從上述可以看到本發(fā)明至少可以實現(xiàn)所有預(yù)期的目的。
權(quán)利要求
1.一種自動土壤取樣和分析方法，包括a)在土壤上移動一個機器人平臺；b)使用在機器人平臺上的一個土壤探針提取土樣；c)在機器人平臺上的一個實驗室內(nèi)分析土樣；d)產(chǎn)生土壤分析的數(shù)據(jù)；和e)將數(shù)據(jù)傳送到遠處。
2.如權(quán)利要求1的方法還包括以一個全球定位系統(tǒng)或其它定位系統(tǒng)或幾種定位系統(tǒng)的組合控制機器人平臺的運動。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中步驟a-e是在不需要人介入的情況下自動地進行的。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中步驟a-e是自主地進行的。
5.一種用于取樣和分析土壤的機器人，包括一個用于在地面上移動機器人的地面驅(qū)動系統(tǒng)；一個用于控制該地面驅(qū)動系統(tǒng)的控制單元；一個用于提取土樣的探針；一個用于分析土樣的實驗室；一個用于產(chǎn)生土壤分析的數(shù)據(jù)處理器；和一個用于將數(shù)據(jù)傳送到遠處的發(fā)射器。
6.如權(quán)利要求5的機器人，其中該控制單元包括一個全球定位系統(tǒng)。
7.如權(quán)利要求5的機器人，其中該機器人是無人駕駛的。
8.如權(quán)利要求5的機器人，其中該控制單元轉(zhuǎn)向該機器人。
9.如權(quán)利要求5的機器人還包括一個用于將土樣輸送到實驗室的輸送器。
10.如權(quán)利要求5的機器人，其中該處理器可操作地連接到該地面驅(qū)動系統(tǒng)以啟動和停止該地面驅(qū)動系統(tǒng)。
11.如權(quán)利要求5的機器人，其中該處理器可操作地連接到該控制單元用于機器人的自動運動。
12.如權(quán)利要求5的機器人，其中該處理器可操作地連接到該實驗室用于土樣的自動分析。
13.如權(quán)利要求5的機器人，其中該處理器可操作地連接到該發(fā)射器用于數(shù)據(jù)的自動發(fā)射。
14.如權(quán)利要求5的機器人，其中該發(fā)射器使用無線電頻率或蜂窩電話技術(shù)傳送數(shù)據(jù)。
全文摘要
提供一種使用機器人車輛的土壤取樣和分析自動方法。該車輛包括一個在田地上移動機器人的地面驅(qū)動系統(tǒng)。一個控制單元控制機器人的轉(zhuǎn)向和定位。在機器人上的一個工具包具有一或多個用于提取土樣的探針，土樣被輸送到機器人上的一個微實驗室用于分析該土樣。一個處理器產(chǎn)生土壤分析的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)被傳送到遠處儲存和用于將來使用。該處理器包括用于移動該機器人、在所需目標(biāo)取樣土壤、分析土壤和將數(shù)據(jù)通訊到遠處的軟件。
文檔編號G01N1/08GK1427262SQ02157038
公開日2003年7月2日 申請日期2002年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月19日
發(fā)明者T·D·皮克特 申請人:迪爾公司