一种全面护理家居绿植的智能机器人

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1.本发明涉及一种全面护理家居绿植的智能机器人。

背景技术：

2.家居绿植是家庭用栽种在盆里植物的总称，将植物和花盆融为一个整体，成为一种迷你的景致；一直以来，人们都十分重视居家环境，种类繁多的家居绿植更是受到青睐，不仅能美化空间，更是能为人们带来清新生活，从而提升了人们的生活品质。
3.目前，由于家庭用户缺乏相应的专业种植知识和植物养护技术，导致家居绿植“养不活、养不美”的情况一直存在，尤其在无人看管的假期期间，家居绿植经常在缺水情况下或是冬天阳台没有取暖设施而造成枯萎甚至死亡；而现有的日常护理方式不仅成本较高，而且工作效率低下，自动化程度低，从而不能保证家居绿植的正常生长状态；同时，现有护理装置功能较为单一，缺乏集成控制组件，只具有简单的灌溉调节功能，不能满足多样性家居绿植的种植护理需求。

技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种全面护理家居绿植的智能机器人，结构设计合理，基于单片机控制器的集成控制作用，配合多类型的电气元件和机械组件，可以应用于家庭植物护理方面，对土壤湿度、环境温度、植物获光强度等影响植物生长的生理数据分别设置相应的监测范围，当监测数据超出设置的阈值时，能够自动规划整体的行进路径，根据植物生长的状态及温湿度条件自动启动喷射装置、修剪装置工作，确保了植物的健康茁壮成长，从而实现了对室内盆栽植物的全自动养护，解决了现有技术中存在的问题。
5.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
6.一种全面护理家居绿植的智能机器人，包括机体，在机体内设有主控板，在主控板上连接有识别组件、语音播报组件、检测组件、执行驱动组件、收集组件和通讯组件，所述识别组件用于识别判定出不同种类的植物，并进行植物生长位置定位和生长信息接收；所述语音播报组件用于向用户传输语音信息以提示对应种类植物的生长习性并智能推荐植物的放置位置，而且当储液箱中的液位传感器检测到某种液体耗尽时可以通过播报来提醒用户及时补充液体；所述检测组件用于检测获取多项植物护理相关的信息参数；所述执行驱动组件用于执行驱动对应的功能装置来完成植物的全面护理；所述收集组件用于回收放置植物枯黄变色的叶片或分叉的枝条；所述通讯组件用于主控板与用户移动端设备建立无线通讯连接以控制主控板传输驱动指令。
7.所述识别组件包括雷达探测器、openmv模块、双目摄像头和cmos摄像头；所述雷达探测器设置在机体的前端，用于规划室内基本路径，所述openmv模块用于识别不同种类的植物，所述双目摄像头设置在机体顶部的支撑板上，用于识别确定垃圾箱的准确位置，所述cmos摄像头用于识别植物枝叶枯黄或者分叉。
8.所述检测组件包括超声波传感器、气体传感器、光敏传感器、温湿度传感器、水位
传感器和红外线传感器，所述超声波传感器设置在收集组件的收集箱口，用于检测感应收集箱是否填满；所述气体传感器设置在机体前端上部，用于检测空气中的二氧化碳浓度并使机器人通过手机通讯组件提示用户是否需要打开窗户通风；所述光敏传感器设置在机体顶部的支撑板上，用于检测植物获光强度，所述温湿度传感器用于检测环境温度和土壤湿度；所述水位传感器设置在旋转储液箱内，用于实时检测旋转储液箱的实际水量；所述红外线传感器用于获取植物生长信息。
9.所述执行驱动组件包括调节装置、修剪装置、喷射装置、移动装置、补光装置和倾倒装置，所述调节装置设置在机体的前端，用于调节植物在竖直方向的高度位置，包括搬运固定架，所述搬运固定架用于搬运放置固定植物花盆，所述搬运固定架通过升降滑块、丝杠和调节电机与机体相连，以使调节电机带动搬运固定架完成升降动作；所述修剪装置用于对植物枯萎的枝叶进行修剪，包括设置在机体顶部的右机械手和左机械手，所述右机械手和左机械手分别通过折叠式机械臂与机体顶部相连，在右机械手上设有剪刀和伸缩式喷液管，在左机械手上设有收集夹和与温湿度传感器相配合的伸缩式湿度探测插针，所述主控板通过舵机与折叠式机械臂相连，以控制右机械手和左机械手动作；所述喷射装置包括设置在机体内部的由步进电机带动的旋转储液箱，在旋转储液箱内通过隔板均布有三个放置区域，所述放置区域包括清水区域、营养液区域和杀虫剂区域，每个放置区域上分别设有与伸缩式喷液管相连通的液体喷射泵；所述移动装置包括设置在机体底部的动力轮，所述动力轮通过直流电机和电机驱动器与主控板相连，所述补光装置用于为植物提供光照，所述倾倒装置用于倾倒垃圾或枯萎的枝叶。
10.在升降滑块的两端分别设有第一旋转电机，所述第一旋转电机用于控制搬运固定架的开合程度来适应不同规格的花盆直径；所述调节电机通过传动皮带带动丝杠同步转动。
11.在搬运固定架上通过转轴和第二旋转电机连接有旋转灯架，在旋转灯架上设有环形补光灯，以为植物提供光照。
12.所述收集组件包括设置在机体后端的收集箱，所述机体通过抬升电机、旋转舵机和升降导轨来带动收集箱旋转和升降。
13.在收集箱上设有导向挡板，以在收集箱下沉或倾倒垃圾时防止收集箱内的枝叶飘出。
14.所述主控板的型号为stm32f103zet6，在主控板上设有64个引脚，所述主控板通过八号引脚、九号引脚、十号引脚和十一号引脚与识别组件相连，所述主控板通过十五号引脚与语音播报组件相连，所述主控板通过二十号引脚和二十一号引脚与检测组件相连，所述主控板通过三十三号引脚与通讯组件相连，所述主控板通过三十八号引脚与执行驱动组件相连。
15.所述主控板通过一号引脚与供电电源相连。
16.本发明采用上述结构，通过识别组件来识别植物品种将实际外表数据与匹配数据进行比对，并进行植物生长位置定位和生长信息接收；通过语音播报组件向用户传输语音信息以提示对应种类植物的生长习性并智能推荐植物的放置位置；通过检测组件来检测获取多项植物护理相关的信息参数，以此为基础来实现植物全面护理；通过执行驱动组件来执行驱动对应的功能装置来完成植物全面护理；通过收集组件来回收放置植物枯黄变色的
叶片或分叉的枝条，具有智能高效、安全实用的优点。
附图说明：
17.图1为本发明的结构框图。
18.图2为本发明的识别组件的结构示意图。
19.图3为本发明的检测组件的结构示意图。
20.图4为本发明的执行驱动组件的结构示意图。
21.图5为本发明机体的结构示意图。
22.图6为本发明的调节装置的结构示意图。
23.图7为本发明的修剪装置的结构示意图。
24.图8为本发明的机体的后视图。
25.图9为本发明的机体底部结构示意图。
26.图10为本发明的旋转储液箱的结构示意图。
27.图11为本发明的旋转储液箱的内部结构示意图。
28.图12为本发明的主控板的电气原理图。
29.图中，1、机体，2、支撑板，3、双目摄像头，4、雷达探测器，5、收集箱，6、旋转储液箱，7、搬运固定架，8、升降滑块，9、右机械手，10、左机械手，11、剪刀，12、伸缩式喷液管，13、收集夹，14、液体喷射泵，15、旋转灯架，16、环形补光灯，17、升降导轨，18、导向挡板，19、动力轮，20、语音播报组件，21、cmos摄像头，22、抬升电机，23、第一旋转电机，24、第二旋转电机，25、调节电机，26、旋转舵机。
具体实施方式：
30.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。
31.如图1-12中所示，一种全面护理家居绿植的智能机器人，包括机体1，在机体1内设有主控板，在主控板上连接有识别组件、语音播报组件、检测组件、执行驱动组件、收集组件和通讯组件，所述识别组件用于识别判定出不同种类的植物，并进行植物生长位置定位和生长信息接收；所述语音播报组件20用于向用户传输语音信息以提示对应种类植物的生长习性并智能推荐植物的放置位置，而且当储液箱中的液位传感器检测到某种液体耗尽时可以通过播报来提醒用户及时补充液体，例如当营养液耗尽时，机器人会发出“营养液已耗尽，请及时补充”的语音提醒；所述检测组件用于检测获取多项植物护理相关的信息参数；所述执行驱动组件用于执行驱动对应的功能装置来完成植物全面护理；所述收集组件用于回收放置植物枯黄变色的叶片或分叉的枝条；所述通讯组件用于主控板与用户移动端设备建立无线通讯连接以控制主控板传输驱动指令。
32.所述识别组件包括雷达探测器4、openmv模块、双目摄像头3和cmos摄像头21；所述雷达探测器4设置在机体1的前端，用于规划室内基本路径，所述openmv模块用于识别不同种类的植物，所述双目摄像头3设置在机体1顶部的支撑板2上，用于识别确定垃圾箱的准确位置，所述cmos摄像头21用于识别植物枝叶枯黄或者分叉。
33.所述检测组件包括超声波传感器、气体传感器、光敏传感器、温湿度传感器、水位
传感器和红外线传感器，所述超声波传感器设置在收集组件的收集箱口，用于检测感应收集箱5是否填满；所述气体传感器设置在机体1前端上部，用于检测空气中的二氧化碳浓度；所述光敏传感器设置在机体1顶部的支撑板2上，用于检测植物获光强度，所述温湿度传感器用于检测环境温度和土壤湿度；所述水位传感器设置在旋转储液箱6内，用于实时检测旋转储液箱6的实际水量；所述红外线传感器用于获取植物生长信息。
34.所述执行驱动组件包括调节装置、修剪装置、喷射装置和移动装置，所述调节装置设置在机体1的前端，用于调节植物在竖直方向的高度位置，包括搬运固定架7，所述搬运固定架7用于搬运放置固定植物花盆，所述搬运固定架7通过升降滑块8、丝杠和调节电机与机体1相连，以使调节电机带动搬运固定架7完成升降动作；所述修剪装置用于对植物枯萎的枝叶进行修剪，包括设置在机体1顶部的右机械手9和左机械手10，所述右机械手9和左机械手10分别通过折叠式机械臂与机体1顶部相连，在右机械手上设有剪刀11和伸缩式喷液管12，在左机械手10上设有收集夹13和与温湿度传感器相配合的伸缩式湿度探测插针；所述喷射装置包括设置在机体1内部的由步进电机带动的旋转储液箱6，在旋转储液箱6内通过隔板均布有三个放置区域，所述放置区域包括清水区域、营养液区域和杀虫剂区域，每个放置区域上分别设有与伸缩式喷液管相连通的液体喷射泵14；所述移动装置包括设置在机体1底部的动力轮19，所述动力轮19通过直流电机和电机驱动器与主控板相连，所述主控板通过舵机与折叠式机械臂相连，以控制右机械手9和左机械手10动作。
35.在升降滑块8的两端分别设有第一旋转电机23，所述第一旋转电机23用于控制搬运固定架7的开合程度来适应不同规格的花盆直径；所述调节电机25通过传动皮带带动丝杠同步转动。
36.在搬运固定架7上通过转轴和第二旋转电机24连接有旋转灯架15，在旋转灯架15上设有环形补光灯16，以为植物提供光照。
37.所述收集组件包括设置在机体1后端的收集箱5，所述机体1通过抬升电机22、旋转舵机26和升降导轨17来带动收集箱5旋转和升降。
38.在收集箱5上设有导向挡板18，以在收集箱5下沉或倾倒垃圾时防止收集箱5内的枝叶飘出。
39.所述主控板的型号为stm32f103zet6，在主控板上设有64个引脚，所述主控板通过八号引脚、九号引脚、十号引脚和十一号引脚与识别组件相连，所述主控板通过十五号引脚与语音播报组件相连，所述主控板通过二十号引脚和二十一号引脚与检测组件相连，所述主控板通过三十三号引脚与通讯组件相连，所述主控板通过三十八号引脚与执行驱动组件相连。
40.所述主控板通过一号引脚与供电电源相连。
41.本发明实施例中的一种全面护理家居绿植的智能机器人的工作原理为：基于单片机控制器的集成控制作用，配合多类型的电气元件和机械组件，可以应用于家庭植物护理方面，对土壤湿度、环境温度、植物获光强度等影响植物生长的生理数据分别设置相应的监测范围，当监测数据超出设置的阈值时，能够自动规划整体的行进路径，根据植物生长的状态及温湿度条件自动启动喷射装置、修剪装置、补光装置工作，确保了植物的健康茁壮成长，从而实现了对室内盆栽植物的全自动养护，结合超声波传感器、红外线传感器来获取植物生长信息，包括温湿度、光照等数据，并采用360
°
旋转轮为动力轮及减速电机为动力轮控
制全方位移动，由主控板集中控制，整体护理过程自动、精准、高效。
42.在整体方案中，主要包括机体，在机体内设有主控板，在主控板上连接有识别组件、语音播报组件、检测组件、执行驱动组件、收集组件和通讯组件，所述识别组件用于识别判定出不同种类的植物，并进行植物生长位置定位和生长信息接收；所述语音播报组件用于向用户传输语音信息以提示对应种类植物的生长习性并智能推荐植物的放置位置；所述检测组件用于检测获取多项植物护理相关的信息参数；所述执行驱动组件用于执行驱动对应的功能装置来完成植物全面护理；所述收集组件用于回收放置植物枯黄变色的叶片或分叉的枝条；所述通讯组件用于主控板与用户移动端设备建立无线通讯连接以控制主控板传输驱动指令。
43.对于识别组件，包括雷达探测器、openmv模块、双目摄像头和cmos摄像头；所述雷达探测器设置在机体的前端，用于规划室内基本路径，所述openmv模块用于识别不同种类的植物，所述双目摄像头设置在机体顶部的支撑板上，用于识别确定垃圾箱的准确位置，所述cmos摄像头用于识别植物枝叶枯黄或者分叉；首先采用雷达探测器来进行室内路径的规划，再经过双目摄像头对护理的植物进行位置定位，从而为机器人的移动和护理操作提供基础和支撑，同时还可以依托超声波传感器和雷达探测器进行实时微调和修正。
44.对于检测组件，包括超声波传感器、气体传感器、光敏传感器、温湿度传感器、水位传感器和红外线传感器，所述超声波传感器设置在收集组件的收集箱口，用于检测感应收集箱是否填满；所述气体传感器设置在机体前端上部，用于检测空气中的二氧化碳浓度并使机器人通过手机通讯组件提示用户是否需要打开窗户通风；所述光敏传感器设置在机体顶部的支撑板上，用于检测植物获光强度，所述温湿度传感器用于检测环境温度和土壤湿度；所述水位传感器设置在旋转储液箱内，用于实时检测旋转储液箱的实际水量；所述红外线传感器用于获取植物生长信息；不同类型的传感器设置在对应的位置，可以充分发挥每种传感器的特性和优势，提升植物护理的精准度和便利性。
45.针对不同种类的植物，主控板会实行不同的护理方案，每天到设定好的时间后，机器人会进入智能护理模式，通过主控板控制，摄像头可提供保障，根据摄像头采集到的植物的生长信息，主控板会下达不同指令。
46.对于执行驱动组件，包括调节装置、修剪装置、喷射装置、移动装置、补光装置和倾倒装置，所述调节装置设置在机体的前端，用于调节植物在竖直方向的高度位置，包括搬运固定架，所述搬运固定架用于搬运放置植物花盆，根据温度传感器所检测到的环境温度，驱动搬运固定架将植物搬运至温度适宜如有暖气的房间，所述搬运固定架通过升降滑块、丝杠和调节电机与机体相连，以使调节电机带动搬运固定架完成升降动作；所述修剪装置用于对植物枯萎的枝叶进行修剪，包括设置在机体顶部的右机械手和左机械手，所述右机械手和左机械手分别通过折叠式机械臂与机体顶部相连，在右机械手上设有剪刀和伸缩式喷液管，在左机械手上设有收集夹和与温湿度传感器相配合的伸缩式湿度探测插针，所述主控板通过舵机与折叠式机械臂相连，以控制右机械手和左机械手动作；所述喷射装置包括设置在机体内部的由步进电机带动的旋转储液箱，在旋转储液箱内通过隔板均布有三个放置区域，所述放置区域包括清水区域、营养液区域和杀虫剂区域，每个放置区域上分别设有与伸缩式喷液管相连通的液体喷射泵；所述移动装置包括设置在机体底部的动力轮，所述动力轮通过直流电机和电机驱动器与主控板相连，所述补光装置用于为植物提供光照，所
述倾倒装置用于倾倒垃圾或枯萎的枝叶。
47.机器人进入工作状态时，当摄像头识别出植物枝叶枯黄变色或枝条有分叉，左机械手上的收集夹抓住枯叶或枝条，由右机械手的剪刀剪去枝条，进一步的，左机械手上的收集夹可以在机器人修剪枝叶的时候，夹住枝叶放回收集箱以保证环境整洁；当机器人通过安装在收集箱口的超声波传感器会感应到收集箱已被填满，机器人会自主移动到垃圾箱附近，再通过双目摄像头来识别并确定垃圾箱的准确位置；此时，旋转灯架旋转到机器人前方，抬升电机开始旋转带动齿轮在链条内转动，带动收集箱上升，同时收集箱口处的导向挡板打开，旋转舵机开始工作，带动收集箱向后方倾倒，使收集箱口对准垃圾箱，导向挡板的存在使得收集箱的口部小于垃圾箱开口，由此可以确保垃圾顺利进入垃圾箱而不飘撒出来；收集箱底部的推板开始向收集箱口部移动，将垃圾推向收集箱口部确保垃圾全部倒出；垃圾倾倒完毕后，导向挡板下沉到原位置，旋转舵机回转带动收集箱回到起始位置，抬升电机反方向旋转使收集箱恢复原位置，垃圾倾倒任务结束。
48.对于喷射装置，可以根据主控板下达的控制指令对植物喷洒不同液体，步进电机带动旋转储液箱旋转，如果摄像头所捕捉到的信息是需要杀虫，将信息传到单片机中，控制机器人右机械手通过伸缩式喷液管喷射杀虫剂，根据湿度探测插针感知植物土壤的水分以及不同植物的所需水量的特有信息传递到主控板上，对植物进行浇水；旋转储液箱内部分为a、b、c三个区域，其中a区域盛放杀虫剂，b区域盛放营养液，c区域盛放清水，工作时，主控板根据实际需要控制水箱区域对应的抽水机工作。
49.进一步的，机器人根据程序指令，分别控制打开储液箱a、b、c三个区域的与伸缩式喷液管相连通的喷射泵，并根据植物的需要进行施肥、杀虫或浇水；利用水位传感器实时检测旋转储液箱的实际水量，水位传感器通过电位器调节控制相应阈值，当检测到水位时，输出高电平；未检测到水位时，输出低电平。
50.在机器人移动过程中，机器人采用差速转向方式，四个动力轮安装在机体底座下，由两个双路直流电机驱动器来进行驱动，保证动力轮动作同步。
51.优选的，在升降滑块的两端分别设有旋转电机，所述旋转电机用于控制搬运固定架的开合程度来适应不同规格的花盆直径；所述调节电机通过传动皮带带动丝杠同步转动，从而提升机器人的护理的通用性和适用范围；在搬运固定架上通过转轴和旋转电机连接有旋转灯架，在旋转灯架上设有环形补光灯，以为植物提供光照。
52.综上所述，本发明实施例中的一种全面护理家居绿植的智能机器人基于单片机控制器的集成控制作用，配合多类型的电气元件和机械组件，可以应用于家庭植物护理方面，对土壤湿度、环境温度、植物获光强度等影响植物生长的生理数据分别设置相应的监测范围，当监测数据超出设置的阈值时，能够自动规划整体的行进路径，根据植物生长的状态及温湿度条件自动启动喷射装置、修剪装置、补光装置工作，确保了植物的健康茁壮成长，从而实现了对室内盆栽植物的全自动养护，结合超声波传感器、红外线传感器来获取植物生长信息，包括温湿度、光照等数据，并采用360
°
旋转轮为动力轮及减速电机为动力轮控制全方位移动，由主控板集中控制，整体护理过程智能、精准、高效。
53.上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
54.本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

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