CN205311599U - 一种设施农业用精确定位的单轨物流车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种设施农业用精确定位的单轨物流车，包括导向轨道、驱动系统、控制系统和蓄电池。所述的导向轨道用于支撑物流车并实现物流车的导向和辅助定位功能；所述的驱动系统用于驱动物流车沿单轨轨道前进、后退和停止；所述的控制系统用于物流车的精确定位并上传电子地图、控制物流车自动避障并报警、控制物流车自动运行至指定工作地。所述的蓄电池为驱动系统和控制系统提供动力能源。本实用新型底盘结构紧凑，体积小，工作环境为单轨道，占用温室种植面积少，在运输过程中通过智能手机设定工作位置，单轨物流车在轨道上自主运动，遇障自动停止并报警，操作简单、自动化程度高、运输效率高。

Description

一种设施农业用精确定位的单轨物流车

技术领域

本实用新型涉及设施农业机械领域，尤其是一种设施农业用精确定位的单轨物流车，用于日光温室内物流车精确定位与物料自动化运输作业。

背景技术

我国是设施农业生产大国，面积和产量稳居世界第一。我国特有的日光温室能充分利用太阳光热资源、节约能源和投入成本、减少环境污染，已成为我国设施农业产业中的主体，是农业种植中效益最高的产业之一。现有物流车大多采用人力推动或驾驶掌握行进方向、速度和停靠位置，因此需人工干预，生产效率低，浪费劳动力，没有合适的专用运输工具，物料运输已成为温室中最耗工费力的生产环节之一。

经对现有技术的文献检索发现，现有的日光温室运输机械种类少、功能少、效率低，如中国发明专利“冬暖式大棚用轨道电动运输车”专利申请号201310023085.0，提供了一种自行沿着导轨前进的适合冬暖式大棚使用的运输车辆，该专利实现了温室内物料自动运输，但是只能单向自动行驶，难以实现不同条件下温室内运输需要物流车来回行驶的目的，而且智能化程度低，无法实现物流车在轨道上的精确定位和自动行驶。

受限于现阶段我国设施农业发展特点，在温室内工作的物流车技术一直未得到很好的创新，特别是温室地面不平整，可用于运输作业的空间狭小，目前国内并没有太多适合自动运输物料的物流车。因此，迫切需要发明一种轻便化、高效化、精确化和自动化的轨道物流车以完成日光温室内的运输工作，对减少日光温室物流作业的工作量，降低生产成本，降低劳动力的使用，提高温室作物的品质，具有重大的经济和社会意义。

发明内容

本实用新型针对现有技术的缺陷，解决日光温室自动运输系统缺乏、现有物流车工作方式单一且低效的问题而发明了一种设施农业用精确定位的单轨物流车，具有在单轨轨道导引下准确定位物流车所在位置并标示在电子地图，遇障自动停止并报警，依据电子地图发出控制指令，自动运行至指定工作地点等多种复合功能。

本实用新型所采用的技术方案：

一种基于温室内精确定位的单轨物流车，包括导向轨道、驱动系统、控制系统和蓄电池。所述的导向轨道用于支撑物流车并实现物流车的导向和辅助定位功能；所述的驱动系统用于驱动物流车沿单轨轨道前进、后退和停止；所述的控制系统用于物流车的精确定位并上传电子地图、控制物流车自动避障并报警、控制物流车自动运行至指定工作地。所述的蓄电池为驱动系统和控制系统提供动力能源。

所述的导向轨道是通过多段角铁和多个固定定位锚组成的单轨轨道。所述的角铁选用等边角铁，其几何形状为直线形和四分之一圆形两种。通过组合不同形状的角铁形成直线型、弯道型，甚至是封闭型单轨轨道；所述的固定定位锚由中间固定定位锚、角铁联接定位锚和端部固定定位锚组成。所述的中间固定定位锚是通过角铁两边下缘沿垂直于角铁长度方向将角铁固定锚片上，进而通过两侧锚片固定在温室地面上。所述的角铁联接定位锚是通过角铁两边下缘将两段角铁沿垂直于角铁长度方向将角铁固定锚片上，进而通过两侧锚片固定在温室地面上。所述的端部固定定位锚是通过角铁两边下缘和端部在角铁长度方向和垂直于长度方向将角铁固定锚片上，进而通过两侧锚片固定在温室地面上。

所述的驱动系统包括底盘、驱动轮、行走电机、差速桥、鼓式制动器、继电器开关、U型螺栓和随动导向轮装置。所述的底盘分上下两层用于固定和支撑控制系统和蓄电池；所述的差速桥为鼓式制动差速桥，通过U型螺栓固定在底盘下层底部的中间位置，差速桥两端分别安装有鼓式制动器；所述的鼓式制动器两端的外壳上分别安装有驱动轮；所述的行走电机固定在差速桥中央；所述的继电器开关固定在底盘下层底部，控制鼓式制动器紧急制动；所述的随动导向轮装置为两个并分别布置在底盘前后部，随动导向轮装置由导向轮、固定架、连接螺栓、锁紧螺母、减震弹簧、滚珠轴承和固定轴组成；所述的固定架为两个并通过连接螺栓和锁紧螺母分别固定在底盘下部前后两端的支撑管下方；所述的支撑管内部安装有减震弹簧，支撑管的上下两端分别安装有滚珠轴承；所述的滚珠轴承为两个并固定在连接螺栓上；所述的固定轴安装在固定架内，固定轴下端安装有导向轮。所述的导向轮设计有三角形内凹结构，依靠自重压在导向轨道上。

所述的控制系统包括控制箱、无线路由器、单片机、Wi-Fi模块、行走电机控制器、超声波传感器、接近开关、光电编码器、警示灯、支架和智能手机；所述的控制箱固定安装在底盘内部，用于放置单片机、Wi-Fi模块和行走电机控制器；无线路由器固定在温室后墙上；所述的行走电机控制器接收单片机PWM信号控制行走电机的启动、停止和运转速度；所述的超声波传感器为两个并分别固定在底盘前后沿两侧，超声波传感器串接到单片机的模拟量信号输入接口，检测物流车行进前方是否有障碍信号，若有障碍时，单片机输出高电平将警示灯打开；所述的接近开关为两个并分别安装在底盘左右两侧对应于固定定位锚的锚片位置，接近开关串接到单片机上，用于检测固定定位锚锚片的金属信号；所述的光电编码器为两个并分别安装在两个驱动轮轮毂内侧，光电编码器串接到单片机上，用于确定驱动轮的转动角度，进而计算物流车的当前位置；所述的警示灯布置在底盘前端的支架上；所述的Wi-Fi模块串接到单片机，与无线路由器进行通讯，实现与智能手机信号的收发功能。

本实用新型的精确定位方法如下：

1)温室单轨物流车直线运行时精确室内定位：物流车在轨运动过程中，接近开关一直检测轨道两侧固定定位锚的金属锚片信号，将检测到的信号发送到单片机进行处理并记录检测到的信号数n；当物流车正向行走时，一侧接近开关检测金属锚片信号的上升沿，反向行走时检测金属锚片信号的下降沿。此时，单片机记录光电编码器的旋转角度作为物流车的当前位置，再利用光电编码器记录物流车行走产生的脉冲增量，以获得角位移θ，从而可得物流车在单位时间内行走的距离，计算出物流车的当前位置的坐标X_直道：

式中，r为驱动轮半径，L为固定定位锚的间距；单片机将该坐标通过Wi-Fi模块与智能手机通信，标示在智能手机显示的温室平面电子地图上。

2)温室单轨物流车弯道运行时精确室内定位：温室内轨道在四分之一圆弧起点和终点处各设有固定定位锚和金属锚片；温室单轨物流车在轨运动过程中，当接近开关检测到圆弧起点处的金属锚片信号时，单片机控制光电编码器开始工作，光电编码器记录下两个驱动轮上光电编码器在弯道的转弯角度与行走距离，计算获得单轨物流车中心在弯道位置的坐标(X_弯道，Y_弯道)：

式中，r₁、r₂分别为转弯近侧和远侧驱动轮的转弯半径，θ₁、θ₂分别为转弯近侧和远侧驱动轮的转弯角度；单片机将该坐标通过Wi-Fi模块与智能手机通信，标示在智能手机显示的温室平面电子地图上。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型采用接近开关和光电编码器共同工作收集信号传送到单片机进行处理，实现温室单轨物流车在轨道上的精确定位，在温室电子地图上显示位置坐标。

2、本实用新型在运输过程中通过智能手机设定工作位置，温室单轨物流车自动在轨道上运动，操作简单、自动化程度高、运输效率高、节省劳动力。

3、本实用新型采用超声波传感器检测轨道前方是否有障碍物，温室单轨物流车能够自行避障并发出障碍警报。

4、本实用新型底盘车轮为类菱形布置，结构紧凑，体积小，而且温室单轨物流车的工作环境为单轨道，节约温室内运输占用面积。

附图说明

图1为本实用新型一种设施农业用精确定位的单轨物流车结构示意图；

图2为本实用新型的正视图；

图3为本实用新型的俯视图；

图4为本实用新型的控制流程图；

图5为本实用新型的导向轨道结构示意图；

图6为本实用新型温室内单轨物流车精确定位实施例示意图；

图中：1、底盘2、导向轮3、驱动轮4、光电编码器5、超声波传感器6、接近开关7、导向轨道8、支架9、固定架10、蓄电池11、控制箱12、行走电机13、差速桥14、Wi-Fi模块15、鼓式制动器16、继电器开关17、中间固定定位锚18、角铁联接定位锚19、端部固定定位锚

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型专利进行进一步的说明。本实施例如图6所示，所标记的A、F两处为起点和终点，经过B、C、D、E四点，以此6个位置为例详细说明温室单轨物流车的精确定位方法。

本实用新型所述一种设施农业用精确定位的单轨物流车，如图1、2、3、4、5、6所示。一种设施农业用精确定位的单轨物流车包括导向轨道7、驱动系统、控制系统和蓄电池10。所述的导向轨道7用于支撑物流车并实现物流车的导向和辅助定位功能；所述的驱动系统用于驱动物流车沿单轨轨道前进、后退和停止；所述的控制系统用于物流车的精确定位并上传电子地图、控制物流车自动避障并报警、控制物流车自动化运动至指定工作地。所述的蓄电池10为驱动系统和控制系统提供动力能源。

所述的导向轨道7是通过多段角铁和多个固定定位锚组成的单轨轨道。所述的角铁选用等边角铁，其几何形状为直线形和四分之一圆形两种。通过组合不同形状的角铁形成直线型、弯道型，甚至是封闭型单轨轨道；所述的固定定位锚由中间固定定位锚17、角铁联接定位锚18和端部固定定位锚19组成。所述的中间固定定位锚17是通过角铁两边下缘沿垂直于角铁长度方向将角铁固定锚片上，进而通过两侧锚片固定在温室地面上。所述的角铁联接定位锚18是通过角铁两边下缘将两段角铁沿垂直于角铁长度方向将角铁固定锚片上，进而通过两侧锚片固定在温室地面上。所述的端部固定定位锚19是通过角铁两边下缘和端部在角铁长度方向和垂直于长度方向将角铁固定锚片上，进而通过两侧锚片固定在温室地面上。

所述的驱动系统包括底盘1、驱动轮3、行走电机12、差速桥13、鼓式制动器15、继电器开关16、U型螺栓和随动导向轮装置。所述的底盘1分上下两层用于固定和支撑控制系统和蓄电池10；所述的差速桥13为鼓式制动差速桥，通过U型螺栓固定在底盘1下层底部的中间位置，差速桥13两端分别安装有鼓式制动器15；所述的鼓式制动器15两端的外壳上分别安装有驱动轮3；所述的行走电机12固定在差速桥13中央；所述的继电器开关16固定在底盘1下层底部，控制鼓式制动器15紧急制动；所述的两个随动导向轮装置分别布置在底盘1前后部，随动导向轮装置由导向轮2、固定架9、连接螺栓、锁紧螺母、减震弹簧、滚珠轴承和固定轴组成；所述的固定架9两个通过连接螺栓和锁紧螺母分别固定在底盘1下部前后两端的支撑管下方；所述的支撑管内部安装有减震弹簧，支撑管的上下两端分别安装有滚珠轴承；所述的滚珠轴承两个固定在连接螺栓上；所述的固定轴安装在固定架9内，固定轴下端安装有导向轮2。所述的导向轮2设计有三角形内凹结构，依靠自重压在导向轨道7上。

所述的控制系统包括控制箱11、无线路由器、单片机、Wi-Fi模块12、行走电机控制器、超声波传感器5、接近开关6、光电编码器4、警示灯、支架8和智能手机；所述的控制箱11固定安装在底盘1内部，用于放置单片机、Wi-Fi模块14和行走电机控制器；所述的无线路由器固定在温室后墙上；所述的行走电机控制器接收单片机PWM信号控制行走电机的启动、停止和运转速度；所述的两个超声波传感器5分别固定在底盘1前后沿两侧，超声波传感器5串接到单片机的模拟量信号输入接口，检测物流车行进前方是否有障碍信号，若有障碍时，单片机输出高电平将警示灯打开；所述的两个接近开关6分别安装在底盘1左右两侧对应于固定定位锚的锚片位置，接近开关6串接到单片机上，用于检测固定定位锚锚片的金属信号；所述的两个光电编码器4分别安装在两个驱动轮3轮毂内侧，光电编码器4串接到单片机上，用于确定驱动轮3的转动角度，进而计算物流车的当前位置；所述的警示灯布置在底盘1前端的支架8上；所述的Wi-Fi模块14串接到单片机，与无线路由器进行通讯，实现与智能手机信号的收发功能。

本实用新型一种设施农业用单轨物流车的精确定位方法，包括如下步骤：

1)温室物流车直线运行时精确距离(分别以A到B点和A到C点为例)：物流车在轨运动过程中，接近开关6一直检测轨道两侧固定定位锚的金属锚片信号，将检测到的方波信号发送到单片机进行处理并记录，由A点到B点过程中检测到的金属锚片信号数为3个，固定定位锚间隔距离为1米，所以物流车行走的距离为3×1米，相对A位置，B的坐标为(3,0)。当接近开关6检测到的金属信号为上升沿时，单片机记录光电编码器4的旋转角度作为物流车的当前位置，再利用光电编码器4记录物流车行走产生的脉冲增量，通过计算获得角位移θ为2.5，从而测得物流车从离开固定锚片在一个间距内行走的距离为2.5×0.2米，0.2米是驱动轮3半径；所以2.5×0.2+3×1米为物流车直线行走的精确距离，相对A位置，C的坐标为(3.5,0)。

2)温室物流车弯道运行时精确距离(以A到D和A到E为例)：温室内轨道在四分之一圆弧起点和终点处各设有固定定位锚和金属锚片；温室单轨物流车在轨运动过程中，当接近开关6检测到圆弧起点处的金属锚片信号时，单片机控制光电编码器4开始工作，光电编码器记录下两个驱动轮3上光电编码器4在弯道的转弯角度与行走距离，计算获得单轨物流车中心在弯道位置的坐标。A到D刚好经历了一段直线距离和一段完整的圆弧曲线，所以行驶距离是5×1+1×1，相对A位置，D的坐标为(5.6,0.6)；A到E经历了三段直线、三段完整圆弧和1段不完整圆弧，所以行驶距离是5×1+2.5×0.2+2×1+2×1+3×1+2.5×0.2，相对A位置，E的坐标为(7.9,3.4)。

Claims (1)

1.一种设施农业用精确定位的单轨物流车，其特征在于包括导向轨道、驱动系统、控制系统和蓄电池；所述的导向轨道用于支撑物流车并实现物流车的导向和辅助定位功能；所述的驱动系统用于驱动物流车沿单轨轨道前进、后退和停止；所述的控制系统用于物流车的精确定位并上传电子地图、控制物流车自动避障并报警、控制物流车自动运行至指定工作地；所述的蓄电池为驱动系统和控制系统提供动力能源；

所述的导向轨道是通过多段角铁和多个固定定位锚组成的单轨轨道；所述的角铁选用等边角铁，其几何形状为直线形和四分之一圆形两种；通过组合不同形状的角铁形成直线型、弯道型或封闭型单轨轨道；所述的固定定位锚由中间固定定位锚、角铁联接定位锚和端部固定定位锚组成；所述的中间固定定位锚是通过角铁两边下缘沿垂直于角铁长度方向将角铁固定锚片上，进而通过两侧锚片固定在温室地面上；所述的角铁联接定位锚是通过角铁两边下缘将两段角铁沿垂直于角铁长度方向将角铁固定锚片上，进而通过两侧锚片固定在温室地面上；所述的端部固定定位锚是通过角铁两边下缘和端部在角铁长度方向和垂直于长度方向将角铁固定锚片上，进而通过两侧锚片固定在温室地面上；

所述的驱动系统包括底盘、驱动轮、行走电机、差速桥、鼓式制动器、继电器开关、U型螺栓和随动导向轮装置；所述的底盘分上下两层用于固定和支撑控制系统和蓄电池；所述的差速桥为鼓式制动差速桥，通过U型螺栓固定在底盘下层底部的中间位置，差速桥两端分别安装有鼓式制动器；所述的鼓式制动器两端的外壳上分别安装有驱动轮；所述的行走电机固定在差速桥中央；所述的继电器开关固定在底盘下层底部，控制鼓式制动器紧急制动；所述的随动导向轮装置为两个并分别布置在底盘前后部，随动导向轮装置由导向轮、固定架、连接螺栓、锁紧螺母、减震弹簧、滚珠轴承和固定轴组成；所述的固定架为两个并通过连接螺栓和锁紧螺母分别固定在底盘下部前后两端的支撑管下方；所述的支撑管内部安装有减震弹簧，支撑管的上下两端分别安装有滚珠轴承；所述的滚珠轴承为两个并固定在连接螺栓上；所述的固定轴安装在固定架内，固定轴下端安装有导向轮；所述的导向轮设计有三角形内凹结构，依靠自重压在导向轨道上；

所述的控制系统包括控制箱、无线路由器、单片机、Wi-Fi模块、行走电机控制器、超声波传感器、接近开关、光电编码器、警示灯、支架和智能手机；所述的控制箱固定安装在底盘内部，用于放置单片机、Wi-Fi模块和行走电机控制器；无线路由器固定在温室后墙上；所述的行走电机控制器接收单片机PWM信号控制行走电机的启动、停止和运转速度；所述的超声波传感器为两个并分别固定在底盘前后沿两侧，超声波传感器串接到单片机的模拟量信号输入接口，检测物流车行进前方是否有障碍信号，若有障碍时，单片机输出高电平将警示灯打开；所述的接近开关为两个并分别安装在底盘左右两侧对应于固定定位锚的锚片位置，接近开关串接到单片机上，用于检测固定定位锚锚片的金属信号；所述的光电编码器为两个并分别安装在两个驱动轮轮毂内侧，光电编码器串接到单片机上，用于确定驱动轮的转动角度，进而计算物流车的当前位置；所述的警示灯布置在底盘前端的支架上；所述的Wi-Fi模块串接到单片机，与无线路由器进行通讯，实现与智能手机信号的收发功能。