(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210410152.3 (22)申请日 2022.04.19 (71)申请人 浙江理工大 学 地址 310000 浙江省杭州市杭州经济技 术 开发区白杨街道 2号大街9 28号 (72)发明人 张艳超　张积烨　曾翊　黄成强　 王梓宇　高源　 (74)专利代理 机构 浙江侨悦专利代理有限公司 33470 专利代理师 尹洁芳 (51)Int.Cl. B25J 9/00(2006.01) B25J 9/10(2006.01) B25J 9/16(2006.01) A01D 34/00(2006.01)H02J 7/35(2006.01) (54)发明名称 并联机械臂与柔性机械手的组合式除草机 器人及控制方法 (57)摘要 本发明提供一种并联机械臂与柔性机械手 的组合式除草机器人及控制方法， 涉及智能农机 技术领域， 包括： 智能控制器、 装置搭载平台、 太 阳能储能供能系统、 编码电机、 麦克纳姆 轮、 平台 升降支架、 摄像头组、 执行器搭载平台、 并联机械 臂、 柔性角度调节机构、 光源组、 除草执行结构， 解决了现有大部分的除草机器人仅仅能拔除杂 草， 在自由度、 效率、 绕过植株等方面受限， 存在 无法实现精确除草的问题。 权利要求书2页 说明书7页 附图6页 CN 114700927 A 2022.07.05 CN 114700927 A 1.并联机械臂与柔性机械手的组合式除草机器人， 其特征在于， 包括： 智能控制器、 装 置搭载平台、 太阳能储能供能系统、 编码电机、 麦克纳姆轮、 平台升降支架、 摄像头组、 执行 器搭载平台、 并联机 械臂、 柔性角度调节机构、 光源组、 除草执 行结构； 所述智能控制器安装在所述装置搭 载平台前 方； 所述装置搭 载平台的四角底部分别安装有四根平台升降支 架； 所述每根平台升降支架底部安装有一个麦克纳姆轮， 每个麦克纳姆轮由一个编码电机 驱动控制； 所述摄像头组安装在所述智能控制器下 方以及所述除草执 行结构侧面； 所述光源组安装在所述装置搭 载平台底部； 所述太阳能储能供能系统安装在所述装置搭 载平台上 方； 所述并联机 械臂安装在所述装置搭 载平台下 方； 所述柔性角度调节机构通过 所述执行器搭载平台安装在所述并联机 械臂下方； 所述除草执 行机构， 安装于柔 性角度调节机构底部 。 2.根据权利要求1所述的并联机械臂与柔性机械手的组合式除草机器人， 其特征在于： 所述并联机械臂包括： 主轴旋转机构、 并联机构组装平台、 主传动轴、 副传动轴、 升降控制机 构、 姿态与角度调节装置、 主传动杆、 副传动杆、 执 行器搭载平台； 所述主轴旋转机构位于并联机构组装平台中心， 并与主传动轴相连， 所述主传动轴数 量为两根； 两根主传动轴位于中心旋转点两侧， 在其中段与末端分别安装有限位器， 以固定副传 动轴姿态； 使用滚珠丝杠副、 行程限位器与 液压式电器制动器组成的升降控制机构调节副传动轴 的升降， 同时副传动轴连接 于执行器搭载平台； 所述主轴旋转机构安装在所述并联机构组装平台下， 由三组步进电机与编 程逻辑控制 器组成的姿态与角度调节装置呈三 点分布， 关于主传动轴中心对称； 所述主传动杆与副传动杆通过转动副连接， 并于所述执 行器搭载平台连接 。 3.根据权利要求2所述的并联机械臂与柔性机械手的组合式除草机器人， 其特征在于： 所述并联机构组装平台安装在所述装置搭 载平台下 方； 所述主轴旋转机构， 安装在并联机构组装平台 中心的工作位上； 所述主轴旋转电机安装在所述并联机构组装平台； 所述主传动轴安装在所述主轴旋转电机下 方； 所述升降控制机构安装与所述主传动轴中段， 控制所述副传动轴升降运动。 4.根据权利要求3所述的并联机械臂与柔性机械手的组合式除草机器人， 其特征在于： 所述主传动轴通过限位器和升降控制机构与副传动轴相连。 5.根据权利要求4所述的并联机械臂与柔性机械手的组合式除草机器人， 其特征在于： 所述执行器姿态与角度调节装置由三组旋转电机驱动， 与所述主传动杆、 副传动杆相连， 并 与升降控制机构通过 执行器搭载平台相连， 由智能控制器控制。 6.根据权利要求5所述的并联机械臂与柔性机械手的组合式除草机器人， 其特征在于： 所述柔性角度调节机构， 安装在副传动轴底部； 所述执行器搭载平台， 安装在执 行器姿态与角度调节装置下端；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114700927 A 2所述柔性角度调节机构由三个结构相同位置交错的关节元件和两个终端固定元件组 成， 其关于中心对称的四点上均留有穿引绳通孔， 并由安装在执行机构搭载平台上 的四组 电机与电机转换装置驱动， 其末端与除草执 行机构相连。 7.根据权利要求1所述的并联机械臂与柔性机械手的组合式除草机器人， 其特征在于： 所述除草执 行结构， 包括： 刀头转向电机、 除草执 行装置、 刀具、 执 行器摄像头； 刀头转向电机控制刀具旋转 运动， 并调节刀面法向； 所述除草执 行装置固定安装刀具； 所述执行器摄像头与所述智能控制器通讯， 控制刀头转向电机转动。 8.根据权利要求1所述的并联机械臂与柔性机械手的组合式除草机器人， 其特征在于： 所述光源组包 含多个LED灯珠的光源组； LED灯珠 所述均匀分布在装置搭 载平台下 方。 9.根据权利要求1所述的并联机械臂与柔性机械手的组合式除草机器人， 其特征在于： 所述太阳能储能供能系统包括： 太阳能板、 光源转换器、 传感器、 升压稳压电路和透镜耦合 系统； 所述太阳能板 收集的电能经控制器向所述蓄电池充电； 所述蓄电池的电能通过逆变 器向除草机器人的各个部件提供电源。 10.一种并联机械臂与柔性机械手的组合式除草机器人控制方法， 基于如权利要求1 ‑9 任一所述的除草机器人， 其特征在于， 包括： 基于深度神经网络识别技术构建杂草识别系 统； 在除草机器人操作系统中开启实时定位和地图构建； 获取除草机器人的除草执 行部件当前的位置、 距离、 环境信息数据； 在除草机器人操作系统中绘制栅格地图， 并利用SLAM算法和RGB ‑D的深度摄像头的视 觉里程计进行环境感知， 融合 生成三维点云地图； 基于RTK‑GNSS技术在路径构成回路时对所述三维点云地图进行矫正， 计算所述机器人 路径； 计算除草机器人当前位置并匹配三维点云地图中的坐标， 根据给定的目标点位置， 控 制智能除草机器人运动至目标位置； 除草机器人在行走过程中， 所述摄像头组采集实时数据并传输到智能控制器， 智能控 制器捕捉到与所述杂草识别系统特征相符的杂草时， 确定杂草所在位置， 并将所述杂草所 在位置数据回传至智能控制器； 智能控制器发布控制 指令给所述并联机械臂、 柔性角度调节机构、 除草执行结构， 将所 述除草执行器移动到除草工作需要的工作位置， 并执行除草操作， 同时智能控制器控制所 述编码电机停止转动以使得麦克纳姆轮停止转动， 机器人静止， 至除草动作完成； 当一处的除草动作完成时， 所述并联机械臂、 柔性角度调节机构、 除草执行结构回到初 始位置， 除草机器人继续行进， 继续采集下一处杂草数据。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114700927 A 3