(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 202210402576.5 (22)申请日 2022.04.18 (71)申请人 江苏科技大学 地址 212003 江苏省镇江市京口区梦溪路2 号 (72)发明人 李冲　马永鑫　邹永臻　谢政谕　 魏浩　唐益坤　陈秋璇　 (74)专利代理 机构 南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204 专利代理师 柏尚春 (51)Int.Cl. B25J 11/00(2006.01) B25J 5/00(2006.01) B25J 9/16(2006.01) A01G 23/04(2006.01)A01C 5/04(2006.01) (54)发明名称 一种多功能定植机 器人的控制系统及方法 (57)摘要 本发明公开了一种多功能定植机器人的控 制系统及方法， 包括定植机器人和控制系统， 所 述定植机器人包括机械覆土模块、 钻孔模块、 机 械臂模块、 滚筒传送模块、 履带移动平台模块、 电 机； 所述控制系统包括单片机模块、 外设模块、 控 制模块、 电源， 所述多功能定植机器人的控制方 法， 包括以下步骤： (1)执行移动任 务； (2)执行定 洞任务； (3)执行供给任务； (4)执行定值任务； (5)执行埋土任务； (6)执行返航任务。 本发明可 以在多种特定条件下使基于机械创新定向植树 机器人迅速可靠的完成定向植树任务， 在不同的 场景中， 执 行不同的植 树方案。 权利要求书2页 说明书4页 附图5页 CN 115401701 A 2022.11.29 CN 115401701 A 1.一种多功能定植机器人的控制系统及方法， 其特征在于， 包括定植机器人和控制系 统， 所述定植机器人包括机械覆土模块、 钻孔模块、 机械臂模块、 滚筒传送模块、 履带移动平 台模块、 电机； 所述控制系统包括单片机模块、 外设模块、 控制 模块、 电源， 单片机上分布多 种多个不同的电源接口和信号接口， 所述外 设模块包括定位模块、 通信模块、 运动模块和反 馈模块； 所述定位模块通过SLAM， UWB， 里程计， IMU进行定位； 所述通信模块通过蓝牙、 Wi ‑Fi 方式， SUBS进行通信； 所述 运动模块和反馈模块 通过CAN总线和霍尔元件进行运动控制； 所述多功能定植机器人的控制方法， 包括以下步骤： (1)执行移动任务： 指从定植机器人投放点运动到树苗定洞点的不同运动状态的运动 过程； (2)执行定洞任务： 指定植机器人在定洞点上 方控制钻头挖洞的过程； (3)执行供给任务： 指定植机器人将贮藏圆筒内的树 苗运送到机械臂的供 给过程； (4)执行定值任务： 指定植机器人工作转盘上的机械臂接过树苗并将树苗垂直放入植 树洞的过程； (5)执行埋土任务： 指定植机器人通过底盘上固定的推土装置给树 苗埋土的过程； (6)执行返航任务： 指定植机器人通过里程计， LINUX的路径规划返回机器人投放点的 过程。 2.根据权利要求1所述的一种 多功能定植机器人的控制系统及方法， 其特征在于， 所述 控制方法的步骤(1)具体为： 所述运动过程由履带转动完成， 所述不同运动状态由差速履带 转动完成， 所述履带转动的控制由电机控制 完成， 所述电机控制通过所述嵌入式单片机中 的CAN1总线发送并接受数据； 单片 机将目标速度作为输入、 底盘实时速度作为反馈、 输出底 盘电机输出电流形成PID闭环， 用PID算法控制底盘电机 输出电流。 3.根据权利要求1所述的一种 多功能定植机器人的控制系统及方法， 其特征在于， 所述 控制方法的步骤(2)具体为： 所述挖洞过程分为控制钻头下降和控制钻头旋转两部 分， 所述 钻头下降和钻头旋转经过机械 设计， 使下降丝杆高度圈数和钻头钻速比例为 1:3， 所述机械 设计与电机输出轴链接， 所述电机控制通过所述嵌入式单片 机中的CA N2总线发送并接受数 据； 单片机将目标转速作为输入、 钻头实时速度经过TD滤波器作为反馈、 输出底盘电机输出 电流形成NLPID闭环， 使用NLPID算法控制电机速度； 所述钻头旋转过程的堵转检测， 目的是 防止遇到坚硬物体堵转造成钻头损坏； 所述堵转检测的方案是在CA N2总线的数据包中实时 检测电机电流和速度变化， 通过kalman滤波 进行加权比例运 算在大幅值震荡时反转。 4.根据权利要求1所述的一种 多功能定植机器人的控制系统及方法， 其特征在于， 所述 控制方法的步骤(3)具体为： 所述供给过程分为贮藏圆筒内转盘旋转和工作转盘旋转两部 分， 所述的贮藏圆筒转盘旋转和工作转盘旋转同时由含有棘轮的齿轮组转盘控制， 所述含 有棘轮的齿轮组将工作转盘旋转和棘轮带动的贮藏圆筒转盘呈比例转动， 保证工作转盘旋 转一周， 供给转盘供给一颗树苗所述含有棘轮的齿轮组转盘的输入端链接到电机的输出轴 中； 所述电机控制通过 所述嵌入式单片机中的CAN2总线发送并接受数据； 单片机将目标角度作为输入、 转盘实时角度作为反馈、 输出转盘电机理想速度形成PID 角度外闭环， 将经过TD滤波器， 即低通滤波的转盘电机理想速度作为输入、 转盘实时角度作 为ESO扩张观测器反馈、 经过NLSEF非线性组合的PD组合方案输出转盘电机电流， 形成ADRC 闭环， 使用ADRC算法精确控制转盘部 分电机角度， 与陀螺仪数据进 行比较， 保证转盘上机械权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115401701 A 2臂的相对角度准确， 保证定洞参数准确。 5.根据权利要求1所述的一种 多功能定植机器人的控制系统及方法， 其特征在于， 所述 控制方法 的步骤(4)具体为： 所述机械臂是由4个大扭矩舵机控制， 所述大扭矩舵机控制是 指通过所述 嵌入式单片机中将高频率PWM方波输入机械臂各舵机中， 通过D EBUG连接上位机 中进行姿态模拟， 确定PWM占空比后通过优 先级排序算法， 将各个PWM占空比依次赋值， 达到 机械臂依次运动的效果。 6.根据权利要求1所述的一种 多功能定植机器人的控制系统及方法， 其特征在于， 所述 控制方法的步骤(5)具体为： 所述的推土装置是固定在底盘前端的推土装置； 所述埋土任务 的实现通过， 前后移动底盘来 埋土。 7.根据权利要求1所述的一种 多功能定植机器人的控制系统及方法， 其特征在于， 所述 控制方法的步骤(6)具体为： 所述的里程计是通过记录电机累计圈数经过运动学累加后将 数据混入LINU X路径规划的一种方式,通过所述的路径 规划， 所述的定植机器人通过底盘移 动任务返回投放 点。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115401701 A 3