折叠式行走装置、田间行走架及无人机的制作方法

本实用新型涉及一种田间行走架，尤其是一种折叠式行走装置、田间行走架及无人机，属于农业智能装备领域。

背景技术：

目前，农用无人机对于大面积农田的粮食或经济作物进行喷施药物作业，大部分是对整片农田进行无差别施药处理，但即使是同一生存条件下的作物，也因获取外界养分的不同而造成区域间的生长情况和病虫草害的情况不同，对此要进行精准定量施药处理之前需要对整片农田的农情进行检测。由于无人机于农作物上方飞行所带来的风场影响，无人机在田间调查采样植株样品、近距离观察病虫害、遥感等作业中，存在比较大的检测准确度问题，以无人机遥感为例，无人机风场加大了后期对图像处理的难度及准确度，致使精准定量施药的药量难以确定，从而带来生态环境问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种折叠式行走装置、田间行走架及无人机。

本实用新型的第一个目的在于提供一种折叠式行走装置，该装置能够缩小田间行走架的体积，提高了田间行走架的空间利用率。

本实用新型的第二个目的在于提供一种包含上述折叠式行走装置的折叠式田间行走架，该行走架具有适用无人机广、展开行走稳定、折叠之后尺寸小、所占用空间小、可任意调节无人机离地高度的特点，解决了无人机的定点降落以及无风场作业问题。

本实用新型的第三个目的在于提供一种包含上述折叠式田间行走架的无人机。

本实用新型的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种折叠式行走装置，包括四个行走单元，其中两个行走单元中心对称，构成第一组行走单元，另外两个行走单元中心对称，构成第二组行走单元；

每个行走单元包括第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构、第一旋转机构、第二旋转机构和第三旋转机构，所述第一驱动机构与第一旋转机构连接，所述第二驱动机构设置在第一旋转机构上，并与第二旋转机构连接，所述第三驱动机构设置在第二旋转机构上，并与第三旋转机构连接；所述第一旋转机构、第二旋转机构和第三旋转机构依次转动连接；

所述第一组行走单元中第一旋转机构的旋转方向垂直于第二组行走单元中第一旋转机构的旋转方向。

进一步的，所述第一驱动机构包括第一舵机和第一u形支架，所述第一u形支架与第一旋转机构的第一端固定连接，所述第一舵机的两边舵盘分别与第一u形支架的两侧连接，第一舵机用于带动第一u形支架旋转，从而使第一旋转机构旋转。

进一步的，所述第一驱动机构还包括第一侧面支架，第一舵机的输出轴通过两边舵盘分别与第一侧面支架固定连接。

进一步的，所述第二驱动机构包括第二舵机、第一驱动杆、第一连杆和第一副连杆，所述第一驱动杆的第二端通过第一连杆与第二旋转机构转动连接，第一驱动杆的中部通过第一副连杆与第二旋转机构转动连接，所述第二舵机设置在第一旋转机构上，且第二舵机与第一驱动杆的第一端连接，第二舵机用于带动第一驱动杆旋转，从而带动第一连杆和第一副连杆摆动，使第二旋转机构旋转。

进一步的，所述第三驱动机构包括第三舵机、第二驱动杆和传动杆，所述第二驱动杆的第二端通过传动杆与第三旋转机构转动连接，所述第三舵机设置在第二旋转机构上，且第三舵机与第二驱动杆的第一端连接，第三舵机用于带动第二驱动杆旋转，从而带动传动杆摆动，使第三旋转机构旋转。

进一步的，所述第一旋转机构包括第一支撑杆，所述第一支撑杆与第一驱动机构连接，由第一驱动机构驱动旋转，所述第二驱动机构设置在第一支撑杆上；

所述第二旋转机构包括第二支撑杆，所述第二支撑杆与第二驱动机构连接，由第二驱动机构驱动旋转，所述第三驱动机构设置在第二支撑杆上；

所述第三旋转机构包括第三支撑杆、螺纹连接杆、弹性件和圆头触地支撑脚，第三支撑杆与第三驱动机构连接，由第三驱动机构驱动旋转，所述螺纹连接杆的第一端与第三支撑杆的螺纹孔连接，螺纹连接杆的第二端设置在圆头触地支撑脚的内部，所述弹性件套设在螺纹连接杆上；

所述第一支撑杆、第二支撑杆和第三支撑杆依次转动连接。

本实用新型的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种折叠式田间行走架，包括底座、滑动可调连接装置、农情摄像装置、控制装置以及上述的折叠式行走装置，所述底座下部形成凹槽，底座上部设有滑槽，所述农情摄像装置设置在底座下部中央，所述折叠式行走装置与底座下部连接，并在折叠时收入底座下部的凹槽，所述第一组行走单元的第一旋转机构垂直于底座侧面，所述第二组行走单元的第一旋转机构平行于底座侧面，所述滑动可调连接装置与底座上部的滑槽连接，所述控制装置分别与农情摄像装置、折叠式行走装置连接。

进一步的，所述滑动可调连接装置为多个，每个滑动可调连接装置包括卡扣、卡扣限位板、把手、限位卡、连接螺丝和滑块，所述卡扣通过卡扣限位板固定在滑块上，所述限位卡位于滑块下方，并与底座上的滑槽连接，所述连接螺丝穿过把手和滑块与限位卡进行连接。

进一步的，所述农情摄像装置包括三轴云台和摄像机，所述三轴云台固定在底座下部中央，所述摄像机与三轴云台的特定位置固定连接。

本实用新型的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种无人机，包括机体以及上述的折叠式田间行走架，所述机体底部设有支架，所述支架通过滑动可调连接装置与折叠式田间行走架连接。

本实用新型相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本实用新型的折叠式行走装置设置了四个可折叠的行走单元，每个行走单元利用了三段式的折叠方式，通过三个驱动机构，将具有三个关节的结构进行了折叠，从而缩小了整个田间行走架的体积，提高了田间行走架的空间利用率。

2、本实用新型的折叠式行走装置中，所有的驱动机构都采用舵机驱动，由于舵机本身自带自锁性和稳定性，在一定程度上提高了田间行走架的使用稳定性和准确性。

3、本实用新型的折叠式行走装置中，行走单元中的第二驱动机构和第三驱动机构分别驱动第二旋转机构和第三旋转机构，通过舵机传输动力给旋转机构，通过构建双曲柄平面四杆机构，实现第二支撑杆和第三支撑杆的同向同速圆周运动，从而将第二支撑杆和第三支撑杆旋转到设定好的位置，使每个行走单元的空间利用率得以提高，并且能保证运动的准确性。

4、本实用新型的折叠式行走装置的第三旋转机构设置了弹性件，在弹性件的作用下，无人机悬停后，田间行走架完全展开状态下或进行田间行走作业时，无论是行走的过程还是展开后落地的瞬间都能有一定的减震缓冲效果，从而提高了无人机在田间作业时的高效性，准确性以及稳定性。

5、本实用新型的折叠式行走装置的第三旋转机构设置了圆头触地支撑脚，是基于田间作业地面的复杂性而设计，圆头触底支撑脚可避免因地面不平整导致无人机落地后处于倾斜的状态而无法进行作业的意外情况，该设计可以使得与地面能保持一定的接触面积，并且通过调节第二旋转机构的第二支撑杆、第三旋转机构的第三支撑杆所设定的角度，可以使无人机一直处于水平状态，从而提高工作的效率和稳定。

6、本实用新型的滑动可调连接装置设置了卡扣，该设计前瞻性地考虑到普遍的植保无人机的底部都会设置支架，通过卡扣可以调节与不同直径的支架进行结合，卡紧之后不会发生晃动的问题，提高了无人机在携带本实用新型飞行时的稳定性，同时该四个卡扣是可以进行左右调节的，通过滑块在滑槽上的移动，可以调节到不同无人机支架的宽度，从而广泛提高了本实用新型的使用性。

7、本实用新型的农情摄像装置，通过使用三轴云台，可以实现对所需农情检测的植株进行多方位的观察与检测，从而收集更多的农情，达到更加直观和全面地收集农情。

附图说明

图1为本实用新型实施例的折叠式田间行走架折叠后的结构示意图。

图2为本实用新型实施例的底座结构示意图。

图3为本实用新型实施例的控制装置结构示意图。

图4为本实用新型实施例的折叠式田间行走架展开后的结构示意图。

图5为本实用新型实施例的折叠式行走装置结构示意图。

图6为本实用新型实施例的滑动可调连接装置结构示意图。

图7为本实用新型实施例的农情摄像装置结构示意图。

其中，1-折叠式行走装置，101-第一驱动机构，1011-第一舵机，1012-第一u形支架，1013-第一侧面支架，102-第二驱动机构，1021-第二舵机，1022-第一驱动杆，1023-第一连杆，1024-第一副连杆，1025-第一驱动螺丝，1026-第一传动螺丝，1027-第一副传动螺丝，1028-第一限位螺母，103-第三驱动机构，1031-第三舵机，1032-第二驱动杆，1033-传动杆，1034-第二驱动螺丝，1035-第二传动螺丝，1036-第二副传动螺丝，1037-第二限位螺母，104-第一旋转机构，1041-第一支撑杆，105-第二旋转机构，1051-第二支撑杆，1052-第一转动螺丝，1053-转动限位螺母，106-第三旋转机构，1061-第三支撑杆，1062-螺纹连接杆，1063-弹性件，1064-圆头触地支撑脚，1065-第三限位螺母，1066-第二转动螺丝，1067-第四限位螺母，1068-挡圈，2-底座，201-凹槽，202-滑槽，3-滑动可调连接装置，301-卡扣，302-卡扣限位板，303-把手，304-限位卡，305-连接螺丝，306-滑块，4-农情摄像装置，401-三轴云台，402-摄像头，5-控制装置。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例：

如图1～图3所示，本实施例提供了一种折叠式田间行走架，该行走架是可拆卸的，其包括折叠式行走装置1、底座2、滑动可调连接装置3、农情摄像装置4和控制装置5，底座2下部形成凹槽201，底座2上部设有滑槽202，农情摄像装置4设置在底座2下部中央，折叠式行走装置1与底座2下部连接，并在折叠时收入底座2下部的凹槽201，滑动可调连接装置3与底座2上部的滑槽202连接，控制装置5分别与折叠式行走装置1、农情摄像装置4电气连接，本实施例的控制装置5设置在底座2上部，可以理解，控制装置5也可以设置在底座2侧面等位置。

如图1、图4和图5所示，本实施例的折叠式行走装置1为四足行走装置，其包括四个行走单元，其中两个行走单元中心对称，构成第一组行走单元，另外两个行走单元中心对称，构成第二组行走单元，四个行走单元作为折叠式行走装置1的四足；每个行走单元包括第一驱动机构101、第二驱动机构102、第三驱动机构103、第一旋转机构104、第二旋转机构105和第三旋转机构106，第一驱动机构101与第一旋转机构104连接，第二驱动机构102设置在第一旋转机构104上，并与第二旋转机构105连接，第三驱动机构103设置在第二旋转机构105上，并与第三旋转机构106连接；第一旋转机构104、第二旋转机构105和第三旋转机构106依次转动连接。

进一步地，第一组行走单元的第一旋转机构101垂直于底座2侧面(外平面)，第二组行走单元的第一旋转机构101平行于底座2侧面(外平面)，即第一组行走单元中第一旋转机构101的旋转方向垂直于第二组行走单元中第一旋转机构101的旋转方向，从俯视方向看，第一组行走单元的两个行走单元分别位于左下方和右上方，第二组行走单元的两个行走单元分别位于左上方和右下方，主视图视角下，左下方的第一旋转机构101为顺时针旋转方向，右上方的第一旋转机构101为顺时针旋转方向，左视图视角下，左上方的第一旋转机构101为逆时针旋转方向，右下方的第一旋转机构101为逆时针旋转方向，这种设计使得凹槽201只需较小的空间，即可将折叠式行走装置1收入凹槽201；两组行走单元除了第一旋转机构101的旋转方向外，其余所有部件的结构都是相同的。

第一驱动机构101包括第一舵机1011和第一u形支架1012，第二驱动机构102包括第二舵机1021、第一驱动杆1022、第一连杆1023和第一副连杆1024，第三驱动机构103包括第三舵机1031、第二驱动杆1032和传动杆1033，第一旋转机构104包括第一支撑杆1041，第二旋转机构105包括第二支撑杆1051，第三旋转机构106包括第三支撑杆1061、连接杆1062、弹性件1063和圆头触地支撑脚1064，第一驱动杆1022、第一连杆1023、第一副连杆1024、第二驱动杆1032、传动杆1033、第一支撑杆1041、第二支撑杆1051和第三支撑杆1061均具有第一端以及与第一端相反的第二端，本实施例的第一端为前端，第二端为末端。

第一u形支架1012与第一支撑杆1041的第一端固定连接，第一舵机1011与控制装置5电气连接，且第一舵机1011的输出轴通过两边舵盘分别与第一u形支架1012的两侧固定连接，第一舵机1011用于带动第一u形支架1011旋转，从而使第一支撑杆1041旋转；为了方便将第一舵机1011安装在底座2下部，第一驱动机构101还包括第一侧面支架1013，第一舵机1011的两侧分别与第一侧面支架1013固定连接，第一侧面支架1013安装在底座2下部。

第一驱动杆1022的第二端和中部分别与第一连杆1023的第一端、第一副连杆1024的第一端转动连接，第一连杆1023的第二端、第一副连杆1024的第二端分别与第二支撑杆1051转动连接，第二舵机1021设置在第一支撑杆1041的第二端，具体通过m3螺丝设置在第一支撑杆1041的特定位置，且第二舵机1021与第一驱动杆1022的第一端连接，第二舵机1021与控制装置5电气连接，用于带动第一驱动杆1022旋转，从而带动第一连杆1023和第一副连杆1024摆动，使第二支撑杆1051旋转，可见第二驱动机构102为平面四连杆中的双曲柄结构。

进一步地，本实施例的第二驱动机构102还包括第一驱动螺丝1025、第一传动螺丝1026、第一副传动螺丝1027和第一限位螺母1028，第一驱动杆1022的第一端通过第一驱动螺丝1025与第二舵机1021连接，第一驱动杆1022的第二端通过第一传动螺丝1026与第一连杆1023的第一端连接，并使用第一限位螺母1028轴向限位，第一驱动杆1022的中部通过第一传动螺丝1026与第一副连杆1024的第一端连接，并使用第一限位螺母1028轴向限位，第一连杆1023的第二端通过第一副传动螺丝1027与第二支撑杆1051连接，并使用第一限位螺母1028轴向限位，第一副连杆1024的第二端通过第一副传动螺丝1027与第二支撑杆1051连接，并使用第一限位螺母1028轴向限位。

第二驱动杆1032的第二端与传动杆1033的第一端转动连接，传动杆1033的第二端与第三支撑杆1061转动连接，第三舵机1031设置在第二支撑杆1051的第二端，具体通过m3螺丝设置在第二支撑杆1051的特定位置，且第三舵机1031与第二驱动杆1032的第一端连接，第三舵机1031与控制装置5电气连接，用于带动第二驱动杆1032旋转，从而带动传动杆1033摆动，使第三支撑杆1061旋转，可见第三驱动机构103为平面四连杆中的双曲柄结构。

进一步地，本实施例的第三驱动机构103还包括第二驱动螺丝1034、第二传动螺丝1035、第二副传动螺丝1036和第二限位螺母1037，第二驱动杆1032的第一端通过第二驱动螺丝1034与第三舵机1031连接，第二驱动杆1032的第二端通过第二传动螺丝1035与传动杆1033的第一端连接，并使用第二限位螺母1037轴向限位，传动杆1033的第二端通过第二副传动螺丝1036与第三支撑杆1061连接，并使用第二限位螺母1037轴向限位。

第一支撑杆1041的第二端与第二支撑杆1051的第一端转动连接，第二支撑杆1051的第二端与第三支撑杆1061的第一端转动连接，螺纹连接杆1062的第一端与第三支撑杆1061的螺纹孔连接，螺纹连接杆1062的第二端设置在圆头触地支撑脚1064的内部，弹性件1063套设在螺纹连接杆1062上，本实施例的弹性件1063采用减震弹簧。

进一步地，第二旋转机构105还包括第一转动螺丝1052和转动限位螺母1053，第一支撑杆1041的第二端通过第一转动螺丝1052与第二支撑杆1051的第一端连接，并使用转动限位螺母1053轴向限位；第三旋转机构106还包括第三限位螺母1065、第二转动螺丝1066、第四限位螺母1067和挡圈1068，圆头触地支撑脚1064和挡圈1068通过m3螺丝连接，第三限位螺母1065能够固定螺纹连接杆1062与第三支撑杆1061的连接位置，第二支撑杆1051的第二端通过第二转动螺丝1066与第三支撑杆1061的第一端连接，并使用第四限位螺母1067轴向限位。

本实施例的折叠式行走装置1工作原理为：当第一舵机1011通电后，通过两边舵盘带动第一u形支架1012旋转，从而使第一支撑杆1041旋转，当旋转到设定的90°后，第二舵机1021通电，通过输出轴带动第一驱动杆1022旋转，并且第二驱动机构102为平面四连杆中的双曲柄结构，所以在第一驱动杆1022的旋转作用下，带动第一连杆1023和第一副连杆1024摆动，从而使第二支撑杆1051进行旋转，当第二支撑杆1051旋转到设定的角度时停止，第三舵机1031通电，通过输出轴带动第二驱动杆1032旋转，并且第三驱动机构103为平面四连杆中的双曲柄结构，所以在第三驱动杆1032的旋转作用下，带动传动杆1033摆动，从而使第三支撑杆1061进行旋转，当第三支撑杆1061旋转到设定的角度时停止。

在本实施例中，第一舵机1011、第二舵机1021和第三舵机1031分别为输出扭矩25kg的双轴舵机、输出扭矩为15kg的单轴舵机和输出扭矩为15kg的单轴舵机，且转动角度均为0°到180°，因此折叠式行走装置1完全展开后可以通过第二舵机1021和第三舵机1031调节不同的旋转角度，从而使得展开高度拥有3-8cm的可调节空间。

进一步地，第一驱动螺丝1025、第一传动螺丝1026、第一副传动螺丝1027、第二驱动螺丝1034、第二传动螺丝1035、第二副传动螺丝1036、第一转动螺丝1052和第二转动螺丝1066均用以实现转动副的功能，充当轴来使用，这样提高轴的使用强度和其使用寿命。

本实施例的折叠式行走装置1具有展开后可以维持的高度高，可以适应大部分田间的植株高度，并且采用舵机进行驱动，舵机的自锁性和稳定性可以保证该装置在运行时各个机构运动的稳定性，同时采用三段式折叠方式，可以节省更大空间，提高空间利用率。

如图1、图2和图6所示，本实施例的滑动可调连接装置3为四个，通过四个滑动可调连接装置3能够与无人机的底部支架连接，底座2上部的滑槽202为四条，可选择两条滑槽202，其中一条滑槽202与两个滑动可调连接装置3连接，另一条滑槽202与另外两个滑动可调连接装置3连接。

进一步地，每个滑动可调连接装置3包括卡扣301、卡扣限位板302、把手303、限位卡304、连接螺丝305和滑块306，卡扣301通过卡扣限位板302固定在滑块306上，具体地，卡扣301放在滑块306的凹槽中，并且使用卡扣限位板302进行固定，限位卡304位于滑块306下方，并与底座2上的滑槽202连接，连接螺丝305穿过把手303和滑块306与限位卡304进行连接。

如图1、图2和图7所示，农情摄像装置4包括三轴云台401和摄像机402，三轴云台401固定在底座2下部中央，摄像机402与三轴云台401的特定位置固定连接，摄像机402可以采集农情数据，可以采用g/pro摄像机，具有高清摄像的效果，同时使用三轴云台401不仅可以维持摄像机402的稳定，而且能更加直观、多方位地采集所需农情数据。

本实施例还提供了一种无人机，其包括机体以及上述的折叠式田间行走架，机体底部设有支架，支架通过滑动可调连接装置3与折叠式田间行走架连接，具体地，根据机体底部的支架直径，调节四个卡扣301的相对大小，然后通过卡扣301将支架与折叠式田间行走架进行连接，然后旋转把手303卡紧。

本实施例还提供了一种行走作业方法，该方法基于上述无人机实现，包括以下步骤：

s1、利用无人机的飞控系统上的gps模块对目标采样作业农田范围进行gps定位，并进行最简垄间行走路径规划。

s2、无人机根据gps定位信息飞行至目标采样作业农田的起始垄上方，悬停并根据设定离地高度将折叠式田间行走架展开，使折叠式田间行走架支撑在垄间地面，使无人机缓慢降落静止在植株上方。

s3、控制装置控制折叠式行走装置，将第一旋转机构旋转下至90°，将第二旋转机构和第三旋转机构旋转到设定的角度，使无人机随折叠式田间行走架在垄间地面行走。

s4、行走时，通过不断调节第二旋转机构、第三旋转机构的旋转角度，以实现行走作业；同时，控制装置控制农情摄像装置对目标植株进行光谱农情信息采样作业，并将光谱农情信息发送至地面信息处理站。

s5、当完成一定范围的光谱农情信息采样后，无人机起航，将折叠式田间行走架折叠收起，飞至下一个采样点，重复进行农情信息采集工作，直至光谱农情信息采样作业完成，无人机返航。

综上所述，本实用新型的折叠式田间行走架通过滑动可调连接装置与无人机的底部支架连接在一起，再通过控制装置与无人机的飞控系统对整个装置进行控制，开始作业时，无人机飞行到达待进行农情检测的植株上方后，折叠式行走装置展开，落地平稳之后，农情摄像装置对需要进行检测的植株进行拍照采样并同时上传到云端服务器，当该植株收集数据完毕后，折叠式行走装置便开始行走至下一株植株的所在位置，并且重复上述的步骤，在对本采样点所需的光谱农情数据采集完毕后，折叠式田间行走架折叠收起，飞去下一个采样点重复进行采集工作，重复工作直到采样作业完成，无人机返航；其功能全面，可以针对不同采样点的不同垄的距离进行改装，使其具有十分高的适用性，同时采用行走的方式代替无人机飞行，一方面能减少植保无人机飞行时下风场对摄像头采样的影响，另一方面也能有效保障收集到的信息更加稳定和清晰，同时还能解决无人机因长时间飞行而导致的损耗和工作时间不长的问题。并且对于高温，暴晒天气，工作人员可在阴凉处进行操作即可收集所需农作物生长状况数据，避免了人在恶劣环境下工作而导致的问题。因此本实用新型对于无人机收集农情具有广泛的应用前景。

以上所述，仅为本实用新型专利较佳的实施例，但本实用新型专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型专利所公开的范围内，根据本实用新型专利的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型专利的保护范围。