本實用新型屬于農業機械領域，具體涉及一種立體無土栽培智能機器人。

背景技術：

隨著城市化進程的加快，土地流失嚴重，農業生產所承受的壓力越來越大，對大規模、高效率的生產模式的需求也日益明顯。立體無土栽培技術憑借其能在有限的土地上提高單位面積的資源產出率的特點在近年來興起。同時，科技的發展和技術的突破使得農業機械智能化成為可能。與傳統栽培方式相比，農業智能機器人具有其無疲勞、高效率的優勢。而現有技術中農業智能機器人無法實現循跡自動行走，也無法實現對立體式栽培的播種及采摘，在栽培過程中仍需要人力的作用。

技術實現要素：

本實用新型的針對現有技術中的不足，提供一種立體無土栽培智能機器人。

為實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案：

一種立體無土栽培智能機器人，其特征在于，包括：裝置盒、循跡小車、垂直絲杠、水平絲杠、垂直氣缸、機械手、菜籃、光電傳感器、支撐架和觸摸屏；所述裝置盒固定在循跡小車上，上部通過一可伸縮支撐桿與觸摸屏相連，裝置盒包括PLC控制器、蓄電池和氣閥，PLC控制器控制循跡小車、垂直絲杠和水平絲杠的運動；所述循跡小車車身兩側設有四個輪子，分別由四個電機驅動，車身上安裝有舵機，車身底部安裝有光電傳感器，使得循跡小車可沿著地面所貼的反光板運動；所述支撐架固定在循跡小車上，所述垂直絲杠底端固定在循跡小車上，頂端與支撐架相接；所述水平絲杠水平固定在垂直絲杠上，可沿著垂直絲杠上下移動，水平絲杠的底部與垂直氣缸和機械手相連，氣閥控制垂直氣缸的運動，從而驅動機械手的抓取和松開；所述菜籃固定在垂直絲杠上，位于水平絲杠的下方。

為優化上述技術方案，采取的具體措施還包括：

所述垂直絲杠和水平絲杠均為由螺桿、螺母、鋼球、預壓片、反向器、防塵器組成的滾珠絲杠，垂直絲杠和水平絲杠分別由各自的步進電機驅動；垂直絲杠的螺母上固定有滑塊，隨螺母進行垂直移動，水平絲杠的螺母上固定有中間滑塊，中間滑塊固定在垂直絲杠的滑塊上。

水平絲杠上安裝有光電傳感器，用于監測垂直絲杠滑塊的運動。

所述機械手為多個，與水平絲杠可拆卸地連接。

氣閥控制垂直氣缸向下運動，使機械手閉合；氣閥控制垂直氣缸向上運動，使機械手松開。

本實用新型的有益效果是：垂直絲杠的使用，使得抓取層定位精確，可用于立體多層物體栽培；水平絲杠的使用，能夠抓取位于深層的農作物；循跡小車實現了智能機器人的自動移動；多個機械手的設計可同時抓取多個農作物，節約時間，提高效率，機械手采用可拆卸設計，通過更換機械手，本機器人可實現對不同種類農作物的播種及采摘，適用性更廣；水平絲杠和菜籃分別固定在垂直絲杠兩側，垂直絲杠使用支撐架加固，增加了整個裝置的穩定性；模式自由切換，更具人性化。

附圖說明

圖1是本實用新型的正視圖。

圖2是本實用新型的俯視圖。

圖3是本實用新型的移動流程圖。

圖4是本實用新型的抓取流程圖。

附圖標記如下：裝置盒1、循跡小車2、垂直絲杠3、水平絲杠4、垂直氣缸5、機械手6、菜籃7、光電傳感器8、支撐架9、觸摸屏10。

具體實施方式

現在結合附圖對本實用新型作進一步詳細的說明。

如圖1-2所示，本實用新型的立體無土栽培智能機器人，包括裝置盒1、循跡小車2、垂直絲杠3、水平絲杠4、垂直氣缸5、機械手6、菜籃7、光電傳感器8、支撐架9和觸摸屏10。

裝置盒1底部用螺絲固定在循跡小車2上，上部通過一可伸縮支撐桿與觸摸屏10相連。裝置盒1中包括PLC控制器、蓄電池和氣閥，PLC控制器控制循跡小車2、垂直絲杠3、水平絲杠4的運動，以及氣閥的開閉，對整個智能機器人的工作進行控制。觸摸屏10可實現機器人自動摘取模式和自動播種模式之間的切換，并且還能進行手動模式與自動模式的切換，在手動模式時可以精確控制機器人的移動、抓取和播種。

循跡小車2車身兩側設有四個輪子，分別由四個電機驅動，車身整體結構采用可承重大、重心低的設計，車身上安裝有舵機，底部安裝有光電傳感器8，通過光電傳感器8的探測，使得循跡小車2可沿著地面所貼的反光板前進、停止以及自動調節方向。

支撐架9用螺絲固定在循跡小車2上，垂直絲杠4底端也用螺絲固定在循跡小車2上，頂端與支撐架9相接，使得垂直絲杠4的固定更加牢固。垂直絲杠4為由螺桿、螺母、鋼球、預壓片、反向器、防塵器組成的滾珠絲杠，由頂端的步進電機驅動，滾珠絲杠的螺母上還固定有滑塊，滑塊隨螺母上下移動。

水平絲杠4同樣為由螺桿、螺母、鋼球、預壓片、反向器、防塵器組成的滾珠絲杠，由固定在端部的步進電機驅動，螺母上固定有中間滑塊，中間滑塊可通過角鐵采用螺絲固定在垂直絲杠3的滑塊上，使得水平絲杠4可沿著垂直絲杠3上下移動。水平絲杠4上還安裝有光電傳感器8，通過檢測水平絲杠4的高度，并將高度信號發送給PLC控制器，然后控制垂直絲杠3滑塊的運動，使其停留在合適的高度，如采摘高度或播種高度。

水平絲杠4底部還連接有垂直氣缸5和機械手6，機械手6可設計為多個，與水平絲杠4可拆卸地連接，多個機械手6由螺絲固定吊在一塊鋼板下，鋼板則固定在垂直氣缸5的底端。氣閥控制垂直氣缸5向下運動，使機械手6閉合，用于農作物或種子的抓取；而氣閥控制垂直氣缸5向上運動，則機械手6松開，用于放置采集的農作物或播種。

菜籃7，可用螺絲固定在兩個角鐵上，固定部分在垂直絲杠3不與水平絲杠4相接的一側，而菜籃7通過穿過角鐵位于水平絲杠4滑塊的正下方。

如圖3-4所示，在采摘時，使用采摘機械手，通過觸摸屏10選擇自動摘取模式，觸摸屏10將信號發送給PLC控制器，PLC控制器控制循跡小車2的運動，循跡小車2通過光電傳感器8沿著地面反光板前進，并停在種植架邊。此時，垂直絲杠3上的步進電機帶動固定在垂直絲杠3滑塊上的水平絲杠4開始上升，并通過光電傳感器8的檢測停在恰當的采摘高度。水平絲杠4上的步進電機轉動，使得固定在水平絲杠4上的機械手6水平伸出至恰當位置。氣閥控制垂直氣缸5向下運動，使機械手6閉合抓住農作物。之后水平絲杠4上的步進電機帶動機械手6收回至恰當位置，即菜籃7所在的位置，氣閥控制垂直氣缸5向上運動，機械手6松開，采集到的農作物正好掉落到菜籃7中。之后，垂直絲杠3上的步進電機帶動固定在該絲杠滑塊上的水平絲杠4繼續上升，重復剛才的動作，直至該種植架所有層的農作物采集完畢。之后智能機器人繼續移動，重復抓取動作，直至所有種植架的農作物采摘完成。

在播種時，使用播種機械手，通過觸摸屏10選擇自動播種模式，智能機器人開始移動。循跡小車2通過光電傳感器8沿著地面反光板前進，并停在作物種植架邊。此時，垂直絲桿3上的步進電機帶動固定在該絲桿滑塊上的水平絲桿4開始上升，并通過光電傳感器8停在恰當高度，即抓取高度。氣閥控制垂直氣缸5向下運動，使機械手6閉合從菜籃7中抓取種子，然后水平絲桿4上的步進電機轉動，使得固定在水平絲桿4上的機械手6水平伸出至恰當位置，即播種的位置。氣閥控制垂直氣缸5向上運動，機械手6松開，種子掉入培養皿中。然后水平絲桿4上的步進電機帶動機械手6收回至恰當位置。垂直絲桿3上的步進電機帶動固定在該絲桿滑塊上的水平絲桿4繼續上升，重復剛才動作，直至該種植架的所有層播種完畢。之后智能機器人繼續移動，重復播種動作，直至所有種植架的農作物播種完成。

以上僅是本實用新型的優選實施方式，本實用新型的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本實用新型思路下的技術方案均屬于本實用新型的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理前提下的若干改進和潤飾，應視為本實用新型的保護范圍。