[0001] 本实用新型属于农业机械技术领域，尤其涉及一种小型多功能果树施肥机。

[0002] 随着现代社会农业的不断发展，新技术、新模式的不断应用，劳动人民的双手逐渐解放，走向了智能机械化时代，农业生产效率得到了有效促进，农业因此发生了根本性的改变。智能机械应用于农业生产方面，不仅大大解放了劳动力，还促进了规模化科学化的有效生产，意义重大。农业机器人是指可以像人一样感知信息和行动的农业生产机械设备，在农业生产中应用农业机器人除了能大大减轻人的劳动作业强度，提升劳动生产效率，促进生产质量提高，还能有效避免化肥农药等化学物品对人体的危害。

[0003] 目前，相关研究学者已经设计了一些肥料的抛送筒结构。例如，中国发明专利“施肥机器(申请号202010909884.8)”公开了一种松土和施肥集成在一体的施肥机器，针对山区农业种植模式下山路崎岖而只能使用人工施肥的情况，发明了这款省力的松施集成机器，松完土后送料装置输送肥料，减少人工施肥工序并且减轻了劳动强度，提高了使用者的施肥工作效率；中国发明专利“一种多功能施肥机器(申请号201810286389.9)”公开了一种包括牵引拖拉机在内的可以先松土后施肥，然后完成掩埋压平功能的施肥机器，其播撒孔形状匹配输料管且适合均匀播撒化肥，配合合适的松土犁锹，可以提高施肥的有效性，减少资源的浪费。

[0004] 但上述的施肥机器，在施肥的过程中不够智能，无法实现根据作物的生长情况智能控制施肥量，不能在脱离驾驶员或操纵人员的情况下自动施肥，不能根据作物的排布情况自动行走，需要人员辅助控制方向；在施肥过程中不够灵活，无法自由的前进后退和换垄施肥，这大大降低了施肥的效率。实用新型内容

[0005] 为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本实用新型的目的在于针对上述问题，提供一种小型多功能果树施肥机，包括分料机构6、分料机构舵机7、输料机构14、输料机构舵机15、传感器单元、供能电池和底盘17，所述底盘17的上方设置有二层板28，所述底盘17与所述二层板28通过二层板支架30相连接，所述二层板支架30上安装有Arduino控制板、降压模块和继电器；所述分料机构6通过分料机构支架29安装到所述底盘17上，所述输料机构舵机15正对分料机构6的出料口以完成分料作业与输料作业的配合；所述传感器单元包括超声波距离传感器2、光电开关20、图像识别传感器3和色标传感器13；所述供能电池为所述多功能果树施肥机提供电能。

[0006] 优选的，所述分料机构6包括分料仓、储料仓和带孔的分料底板10，所述分料仓设置于所述储料仓中，带孔的分料底板10设置于所述储料仓的下方，所述分料仓包括呈环形等间距设置的多个小仓；所述分料仓和所述储料仓之间采用过盈配合，所述储料仓的底部通过内外齿轮与所述分料机构舵机7的舵盘24连接，所述分料机构舵机7驱动所述分料机构6做旋转运动以将肥料从所述分料仓传送到所述输料机构14中。

[0007] 优选的，所述输料机构14的底部通过内外齿轮与所述输料机构舵机15的舵盘24相连，所述输料机构14的中部通过输料机构上连接件8与输料机构下连接件12箍在所述分料机构支架29上，所述输料机构舵机15驱动所述输料机构14做旋转运动以实现所述输料机构14伸展和收回。

[0008] 优选的，所述输料机构14采用三角形构造，所述输料机构14在整体上为空心形式。

[0009] 优选的，所述Arduino控制板的数据接口放置外侧以方便数据传输和电线的归置，所述Arduino控制板分别与步进电机驱动器、分料机构舵机7、输料机构舵机15以及超声波距离传感器2相连接。

[0010] 优选的，所述色标传感器13通过色标传感器支架25安装在所述输料机构14的尾部；所述超声波距离传感器2均通过超声波传感器支架22和超声波传感器角架16均匀分布在所述底盘17的周向上；所述光电开关20通过光电开关支架21安装在所述底盘17的下侧；所述图像识别传感器3通过图像识别传感器支架4安装在所述分料机构支架29的前侧壁上。

[0011] 优选的，所述供能电池为24V锂电池，所述供能电池通过与降压模块和接线端子配合分别输出5V、12V与24V电压。

[0012] 优选的，所述二层板支架30上通过螺栓连接有多个不同颜色的LED灯。

[0013] 优选的，所述二层板支架30上留有电池仓27和线路孔。

[0014] 优选的，所述多功能果树施肥机还包括驱动机构，所述驱动机构设置有四组，每组驱动机构均包括步进电机19、步进电机驱动器和全向轮1，所述全向轮1均通过联轴器23与所述步进电机19的输出轴连接，所述步进电机19与所述步进电机驱动器的截面大小相同，所述步进电机19与所述步进电机驱动器通过螺栓连接为一个整体并通过步进电机支架18固定连接到所述底盘17上。

[0015] 与现有技术相比，本实用新型具备以下有益效果：

[0016] 本实用新型所提供的一种果树施肥机，可以实现输料机构的展开和收起，节省空间，配合其采用的全向轮和全向轮布置方式，可以在垄间实现灵活的施肥作业；分料机构可以快速地完成肥料的分组，在施肥时快速漏料，完成施肥；输料机构也可根据不同的作物进行更换，不仅应用于果树施肥；机器根据色标传感器识别颜色可以判别果树的成熟状态，智能选择施肥的量，节约肥料资源；施肥机器通过距离传感器的配合，可以实现自动的贴垄行走施肥，不需要人员的控制，大大提高了施肥效率，减少了人力成本；本实用新型选择电驱，起步快，行走灵活，配合步进电机特性，可以快速启动，稳定行走。

[0029] 为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

[0030] 基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

[0031] 下面通过参考附图描述的实施例以及方位性的词语均是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

[0032] 在本实用新型的一个宽泛实施例中，一种小型多功能果树施肥机，包括分料机构6、分料机构舵机7、输料机构14、输料机构舵机15、传感器单元、供能电池和底盘17，所述底盘17的上方设置有二层板28，所述底盘17与所述二层板28通过二层板支架30相连接，所述二层板支架30上安装有Arduino控制板、降压模块和继电器；所述分料机构6通过分料机构支架29安装到所述底盘17上，所述输料机构舵机15正对分料机构6的出料口以完成分料作业与输料作业的配合；所述传感器单元包括超声波距离传感器2、光电开关20、图像识别传感器3和色标传感器13；所述供能电池为所述多功能果树施肥机提供电能。

[0033] 优选的，所述分料机构6包括分料仓、储料仓和带孔的分料底板10，所述分料仓设置于所述储料仓中，带孔的分料底板10设置于所述储料仓的下方，所述分料仓包括呈环形等间距设置的多个小仓；所述分料仓和所述储料仓之间采用过盈配合，所述储料仓的底部通过内外齿轮与所述分料机构舵机7的舵盘24连接，所述分料机构舵机7驱动所述分料机构6做旋转运动以将肥料从所述分料仓传送到所述输料机构14中。

[0034] 优选的，所述输料机构14的底部通过内外齿轮与所述输料机构舵机15的舵盘24相连，所述输料机构14的中部通过输料机构上连接件8与输料机构下连接件12箍在所述分料机构支架29上，所述输料机构舵机15驱动所述输料机构14做旋转运动以实现所述输料机构14伸展和收回。

[0035] 优选的，所述输料机构14采用三角形构造，所述输料机构14在整体上为空心形式。

[0036] 优选的，所述Arduino控制板的数据接口放置外侧以方便数据传输和电线的归置，所述Arduino控制板分别与步进电机驱动器、分料机构舵机7、输料机构舵机15以及超声波距离传感器2相连接。

[0037] 优选的，所述色标传感器13通过色标传感器支架25安装在所述输料机构14的尾部；所述超声波距离传感器2均通过超声波传感器支架22和超声波传感器角架16均匀分布在所述底盘17的周向上；所述光电开关20通过光电开关支架21安装在所述底盘17的下侧；所述图像识别传感器3通过图像识别传感器支架4安装在所述分料机构支架29的前侧壁上。

[0038] 优选的，所述供能电池为24V锂电池，所述供能电池通过与降压模块和接线端子配合分别输出5V、12V与24V电压。

[0039] 优选的，所述二层板支架30上通过螺栓连接有多个不同颜色的LED灯。

[0040] 优选的，所述二层板支架30上留有电池仓27和线路孔。

[0041] 优选的，所述多功能果树施肥机还包括驱动机构，所述驱动机构设置有四组，每组驱动机构均包括步进电机19、步进电机驱动器和全向轮1，所述全向轮1均通过联轴器23与所述步进电机19的输出轴连接，所述步进电机19与所述步进电机驱动器的截面大小相同，所述步进电机19与所述步进电机驱动器通过螺栓连接为一个整体并通过步进电机支架18固定连接到所述底盘17上。

[0042] 下面结合附图，列举本实用新型的优选实施例，对本实用新型作进一步的详细说明。

[0043] 如图1所示，本实施例所述的一种小型多功能果树施肥机，包括分料机构6、输料机构14、输料机构舵机15、驱动机构119、Arduino控制板、超声波距离传感器2、光电开关20、图像识别传感器3、色标传感器13、供能电池；步进电机19、步进电机驱动器和全向轮1通过步进电机支架18与底盘17螺栓连接；超声波距离传感器2通过超声波传感器支架22和超声波传感器角架16连接到底盘17上，其连接电线都置于底盘17和二层板28之间的空间中；Arduino控制板及降压模块、继电器等硬件安装在二层板支架30上面；光电开关20通过光电开关支架21安装在底盘17的下侧；分料机构6和输料机构14安装在分料机构支架29上面，输料机构14通过输料机构上连接件8以及输料机构下连接件12分料机构6形成配合，分料机构舵机7和输料机构舵机15分别驱动分料机构6和输料机构14做旋转运动。

[0044] 所述电池为24V锂电池，其与降压模块和接线端子配合可以并联出来给步进电机19和步进电机驱动器提供24V的电能，带动全向轮1转动；给Arduino控制板提供12V的电能，结合多传感器融合信息，智能选择工作模式，完成施肥；给传感器单元提供5V的电能，以采集距离、颜色、图像数据，完成工作环境的识别，为后续作业做好准备。

[0045] 所述分料机构6由圆柱形的分料仓、储料仓和带孔的分料底板10组成，如图3所示。肥料放置于储料仓之后，在锥形截面和重力作用下它们会均匀地滑进分料仓，每一个小仓可以放置固定量的肥料，分料机构舵机7通过分料机构舵机支架5和分料机构舵机固定架9连接到分料机构支架29上。

[0046] 当需要施肥时，分料机构舵机7驱动分料仓旋转，肥料从分料底板10的孔中漏下，传送到输料机构14中，进行施肥。其中，分料仓和储料仓不承受冲击载荷，所以他们之间采用过盈配合，其整体通过内外齿轮与分料机构舵机7的舵盘24连接，运动时分料机构6的分料底板10不随之转动。

[0047] 所述输料机构14采用三角形构造，具有很好的稳定性，除输料管道之外，其它部分也选择空心形式，这样在保证输料机构14耐扭转的前提下，可以降低材料成本并实现零部件轻量化，如图4所示。输料沟槽上侧有输料机构盖板11，防止肥料因为弹射外溅出去，输料机构14的底部通过内外齿轮与输料机构舵机15的舵盘24相连，中部通过输料机构上连接件8与输料机构下连接件12箍在分料机构支架29上，输料机构舵机15可以驱动输料机构14进行旋转运动，将其展开或者收回，在施肥时展开，不作业时收回可减小机器的体积，提高灵活性。输料机构舵机15先与输料机构舵机支架26固定在一起再一起与底盘17螺栓连接。输料管道的大小与肥料的大小进行匹配，在保证肥料可以均匀散开的同时不会造成堵塞。输料机构14的高度经过设计，其末端上部安装有色标传感器支架25，色标传感器13可以向上进行扫描，而播撒孔对应着往下施肥，在色标传感器13检测到作物之后，分料机构6内部的肥料通过输料机构14从播撒孔撒到土壤之中完成施肥。

[0048] 所述驱动机构由供能电池供能，Arduino控制板控制步进电机驱动器，选择合适的转向和转速，驱动步进电机19并带动全向轮1转动，全向轮1通过联轴器23与步进电机19的轴连接。步进电机19和步进电机驱动器截面大小相同，直接通过螺栓连接为一个整体并通过步进电机支架18固定连接到底盘17上，步进电机支架18通过六角螺栓紧贴在底盘17的下面，如图6所示。施肥机器四轮驱动，四个全向轮1成中心对称布置，在进行横摆矫正时，左侧两个全向轮1为一组，右侧两个全向轮1为一组，若车身横摆，则一侧的全向轮1减速，另一侧的全向轮1提速，实现车身矫正。在进行贴边距离矫正时，左前方的全向轮1和右后方的全向轮1为一组，左后方的全向轮1和右前方的全向轮1为一组，若距离不合规范，则一组全向轮1提速，另一组全向轮1减速，以保持合适的距垄距离，全向轮1的布置形式如图7所示。

[0049] 所述Arduino控制板为mega2560开发板，其编程基于C++语言，通过PC上的Arduino IDE进行代码的编写和测试。基于超声波距离传感器2输入的距离信息，编写了机器的行驶避障系统，其逻辑如图8所示。基于位置式离散PID，编写了机器行走调直系统，根据超声波距离传感器2和光电开关20测得距离数据判断当前机器的横摆角和距垄信息，然后调整全向轮1的速度以完成机器贴垄直线行走。为了应对不同的行走环境，设计了两个PID控制程序，针对不同的行驶速度，匹配了不同的Kp、Ki、Kd参数，以完成直线行走。同时PID控制程序分为两级，在机器偏转情况较好时，直接调整轮子的速度以完成调直，如果遭遇突发情况，机器突然偏转很大，此时机器会先降低行驶速度，然后快速调整轮速完成车辆的调直，其逻辑如图9所示。

[0050] 位置式PID计算公式如下所示：

[0051] ERROR＝setpoint‑input

[0052] SUMERROR+＝ERROR

[0053] OUT＝KP*ERROR+KI*SUMERROR+KD*(LASTERROR‑PREVERROR)input

[0054] PREVERROR＝LASTERROR

[0055] LASTERROR＝ERROR

[0056] 传感器单元包括超声波距离传感器2、光电开关20、图像识别传感器3和色标传感器13。考虑到超声波距离传感器2的测距原理，将超声波距离传感器2均匀的置于小车的中心部位和边角位置，尽可能拉大间距，以减少互相干扰，测得准确的数据；考虑到测距模块量程的问题，采用光电开关20完成障碍物的判断，超声波距离传感器2用来测量详细的距离信息。调整合适的测距阈值，可实现在大于阈值时超声波距离传感器2不工作，即认为前方无障碍物，小于阈值时超声波距离传感器2工作，即认为前方有障碍物；在实际机器施肥作业过程中，遇到黄色植株或者红色植株就会按照程序要求旋转相应舵机，而且根据植株颜色不同舵机旋转不同角度以调节针对果树的施肥量，达到不同的施肥效果。图10为依据果树颜色施肥控制流程图；图像识别传感器3安装在分料机构支架29的侧面，在开始前进行作物识别，选择合适的运行模式作业；LED灯安装在二层板支架30上，除夜间照明用外，也起对应不同的施肥模式和施肥量亮起不同颜色的灯珠示意的用途。

[0057] 所述供能电池放置在专用的电池仓27里面，电源线路和通信线路置于底盘17和二层板28之间保护起来，其他硬件安装在二层板28上面，方便数据传输和设备的拓展。

[0058] 最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。