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一种全自动家庭阳台花卉植物种植管理智能系统的制作方法

花匠小妙招
2024-10-04 17:44

本实用新型涉及智能机器人及机械领域，尤其是涉及一种适合在家庭阳台上使用的花卉种植管理智能系统。

背景技术：

阳台园艺是最近发展起来的一种新兴蔬菜种植形式，其实质是利用都市楼房的阳台、天台以及院子中种植蔬菜，为了在狭小的环境中高度利用空间，以及保持家庭的整洁卫生，结合了立体种植和无土栽培技术的一类种植技术。阳台园艺融合了设计、装饰、娱乐、健身、休闲、欣赏、教育等多方面因素，正成为我国越来越多现代人所提倡的时尚休闲活动。阳台园艺的果蔬种植不但可以让室内的人欣赏、取食，阳台园艺还可以帮助控制湿度、温度的平衡，吸收、分解甲醛等有害物质及气体，净化室内的空气。现在市民们对阳台园艺的认可度非常高，发展前景良好。甚至一些大城市的地产开发商开始纷纷迎合人们的心理需求，退出各种花园户型吸引顾客，转而将庭院绿化作为一个新亮点营运而生。

据调查报告显示，在进行阳台园艺的过程中，有66.67％的人认为阳台园艺首要解决的问题是管理问题。现代都市生活的快节奏，让人们工作后身心俱疲，若拥有一套管理方便的家居园艺设备，人们不需要花费大量的时间和精力就可以达到陶冶情操、放松身心的目的。但是截止当前，市场上还并未出现能对阳台花卉植物进行全自动种植和智能管理的机器人，甚至并未检索到有关家庭阳台花卉种植管理相关的机器人。

然而，当前与阳台花卉植物种植有关的机械或系统大多功能单一，仅能实现对固定的花卉植物进行简单的浇水或环境参数测量等功能：

Ⅰ.例如申请号为201520219800.2的实用新型专利公布了一种花卉移栽机器人，包括机架和控制箱，所述机架分为两部分，左机架和右机架，所述左机架上设置有传送装置，用于传输花盆，还设置有开沟器和光电传感器，所述光电传感器设置在传送装置的侧面，开沟器位于传送装置的正上方；所述右机架上设置有育苗盘和机械手，机械手连接有舵机，育苗盘下方设置有育苗盘传送装置，可带动育苗盘移动，所述机械手位于育苗盘的上方；所述光电传感器、开沟器和机械手三者位于同一竖直平面内，光电传感器、开沟器、舵机均与控制箱相连。该花卉智能移栽机器人的应用减少了人工劳作，移栽效果均匀一致，提高花卉的移栽效率和质量。但是该技术仅局限于对大批量花卉进行移栽却不具备其它家庭花卉植物种植的功能。相似的还有申请号为201410274007.2的实用新型专利一种立体式多功能旋转栽培机。

Ⅱ.例如专利申请号为201210353475.X的实用新型专利公布了一种家庭蔬菜或花卉种植机，所述种植机包括种植盆、营养液供给盆、营养液进流管、营养液回流管、过滤器、控制器、加液口、循环电机，所述种植盆通过营养液进流管、营养液回流管与营养液供给盆相连；所述过滤器安装在种植盆下端与营养液回流管连接，所述营养供给盆上端设有加液口和控制器；所述过滤器置于种植盆底部与营养液进流管相连；所述循环电机装于营养供给盆底部与营养液进流管相；所述控制器包括时间控制器和液位报警器；所述时间控制器与循环电机相连。该设备操作简单，非专业种植人员使用本机器都达到专业技术人员的种植水平，极大的满足了人们对于手工种植的热情，使得家庭种植得到了普及，为国家节约了更多的种植用地。但是该技术仅可使用在固定花卉种植盆中，若花卉位置进行变换则不适用；另外，该技术并不具备对花卉自动修剪及对环境参数测量等功能。相似的还有申请号为201310372949.X的实用新型专利家庭园艺种植用自动水肥一体化机。

Ⅲ.申请号为200420051999.4的实用新型专利公布了一种移动式智能浇灌机器人，包括电源、单片机IC、探测器、电动机、机械手臂、左右驱动轮、以及遥控接收器，探测器安装在机器人的外壳前端和两侧，单片机IC分别于探测器、电动机、机械手臂、遥控接收器相连，左右驱动轮安装在机器人的外壳底部。实现了对花卉或植物的养殖全自动化智能化管理，特别是在家人外出、商家为吸引顾客而养殖的花草、在人类无法涉足的外太空或外星球进行养殖试验花卉。但是该技术需要依赖于遥控器操作并不能实现全自动的花卉种植管理，且该技术并不具备对花卉自动修剪或果实采摘功能，另外也无法实现自动光照调节等功能。更重要的是，使用机械手臂会大大增加该系统的成本，使得花卉自动种植管理机器人的推广变得困难。

Ⅵ.专利申请号为201610670528.9的实用新型专利公布了一种家庭花卉种植检测系统，包括一个或多个用于检测种植花卉所处环境参数的家庭花卉种植检测仪，还包括与家庭花卉种植检测仪无线连接的家庭主机，和与家庭主机无线连接的一个或多个用户终端。采用该实用新型方案可以对家里每种花卉实时的光照度、温湿度、土壤养分、水分等数据进行采集并分析，判断其是否在最适合的生长环境中，并通过系统给用户提供最佳种植建议。但是该技术同样存在缺点。例如仅实现了对花卉植物的环境参数测量功能，但不具备自动光照调节、自动灌溉、自动施肥、自动修剪等功能，无法实现家庭阳台花卉植物的全自动智能种植管理。相似的还有申请号为201610670576.8的实用新型专利一种花卉种植环境参数检测方法；申请号为201510474226.X的实用新型专利一种全自动家庭植物工厂。

Ⅴ.例如专利申请号为201310197401.6的实用新型专利公布了一种基于Kinect的花卉自动培育系统，包括Kinect设备、带湿度传感器的花盆、营养液储存箱、集成控制器、上位机，营养液储存箱下部通过第三电磁阀与分流管相连，供水管通过第二电磁阀与分流管相连，分流管各支管上分别装有第一电磁阀，集成控制器通过导线与带湿度传感器的花盆、第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀连接，Kinect设备与集成控制器通过数据传输线与上位机通讯。该实用新型既能对花卉的长势形态进行实时监测，又能实现花卉的自动培育。适用于家庭小规模花卉培养，也适用于大规模的花卉种植。不需要大量的资金投入，易于制造，可靠性高，实用性强。但是该技术同样也不能实现对花卉的全自动修剪和采摘等功能，智能化和全自动化有待提高。相似的还有申请号为200620105976.6的实用新型专利双螺旋立柱有机栽培系统。

总之，根据检索材料可以归纳出，当前的家庭阳台种植技术基本上局限于单一技术方案，例如具备自动移栽、自动浇灌、自动松土、环境参数测量等功能，或者对上述几种功能的简单组合；另外，当前的技术也不具备全自动的对花卉接受阳光进行位置变换功能，更不具备对花卉的全自动修剪和果实采摘功能等功能。

技术实现要素：

为解决上述中现有技术存在的不足，本实用新型提供一种全自动家庭阳台花卉植物种植管理智能系统，满足阳台园艺全自动化种植管理的需求，以达到省时省力、陶冶情操、放松身心的目的。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种全自动家庭阳台花卉植物种植管理智能系统，包括：种植架、智能种植管理机器人、上位机监控系统，种植架、智能种植管理机器人和上位机监控系统通过无线网络连接，所述种植架包括：支撑架、支撑板、姿态变换驱动电机、位置变换驱动电机、从控制箱、移动轮系、环境参数采集模块、灯光补偿机构、湿度调节模块、温度调节模块；所述智能种植管理机器人包括：智能移动底盘、自动升降系统、图像采集模块、可拆装功能模块、主控制箱、工作模块切换机构；所述上位机监控系统为家庭计算机；

所述支撑架为双平行四边形机构，中间设置有横杆从而将该机构隔断为三层，支撑架的上端、中间和下端分别连接支撑板，姿态变换驱动电机安装在支撑架的中间侧面位置，位置变换驱动电机安装在支撑架底部，且位置变换驱动电机连接移动轮系，从控制箱安装在种植架的侧面底部位置，环境参数采集模块安装在支撑板上，灯光补偿机构安装在支撑板的正上方，湿度调节模块、温度调节模块分别安装在灯光补偿机构的支架两侧；自动升降系统安装在智能移动底盘的中间正前方，图像采集模块安装在自动升降系统上，可拆装功能模块通过工作模块切换机构安装在自动升降系统的最前端，主控制箱安装在智能移动底盘上。

具体地，所述支撑板为四层平板结构，包括上支撑板、中支撑板、下支撑板、底板，支撑架为双平行四边形结构，支撑架的上端连接上支撑板，中间横杆连接中支撑板，下端连接下支撑板；每个支撑板的两侧中间位置均设置有垂向支柱，垂向支柱上安装固定灯光补偿机构；在所述上支撑板的灯光补偿机构中间两侧均设置有横向支架，横向支架与灯光补偿机构垂直设置，横向支架的两端分别安装有湿度调节模块和温度调节模块；底板为方形结构，安装固定在下支撑板的下方，为整套种植架提供载体平台。

具体地，所述姿态变换驱动电机为步进驱动电机，安装在支撑架的中间横杆处，与支撑架通过转轴连接,通过转轴转动来带动支撑板上双平行四边形机构的形状微动，进而带动所述上支撑板、中支撑板和下支撑板相对位置的变化，从而使得支撑板上的花卉植物接收阳光的角度位置及支撑板由于相互遮挡而使得植物受光面发生变化，适应不同花卉植物不同的光照需求。

具体地，所述位置变换驱动电机为四个，安装在底板的下方，位置变换驱动电机通过转轴连接移动轮系，通过驱动位置变换驱动电机，带动移动轮系转动，从而带动整套种植架实施位置变换，实现阳台花卉种植的可移动性，并且还可以通过种植架的移动实现趋光和避光功能，适应花卉植物的光照需求。

所述从控制箱内安装有从控制器、从无线通讯模块、电源模块、姿态电机驱动器、位置电机驱动器，从控制器分别连接电源模块、姿态电机驱动器、位置电机驱动器和从无线通讯模块，电源模块主要实现电源的稳定和电压的转换功能，从控制器可通过所述从无线通讯模块发送和接收数据、控制信息和视频信息，通过从无线通讯模块连接互联网，将数据发送至网络服务器上，供上位机监控系统使用；姿态电机驱动器、位置电机驱动器分别连接姿态变换驱动电机和位置变换驱动电机，从控制器还可通过姿态电机驱动器、位置电机驱动器分别驱动姿态变换驱动电机和位置变换驱动电机；所述移动轮系为四轮移动平台，安装固定在底板的底部，主要实现整个种植架的移动功能，包括前进、后退和转弯功能。

具体地，所述环境参数采集模块包含温度传感器、湿度传感器、光照传感器；所述温度传感器包括土壤温度传感器A和空气温度传感器B，土壤温度传感器A和空气温度传感器B均设置有多套多节点，所述土壤温度传感器A安装在花盆中，所述空气温度传感器B安装在支撑板上；所述湿度传感器包括土壤湿度传感器A和空气湿度传感器B，土壤湿度传感器A和空气湿度传感器B均设置有多套多节点，所述土壤湿度传感器A安装在花盆中，所述空气湿度传感器B安装在支撑板上；所述光照传感器安装固定在支撑板上，主要实现光照强度的检测功能，为确定花卉植物的光照强度和光照时间提供种植参考；所述温度传感器、湿度传感器和光照传感器均与从控制器连接，将采集的温度、湿度和光照信息上传控制器供显示、分析和决策。所述灯光补偿机构为长条状白炽灯，数量与支撑板的数量一致，灯光补偿机构分别安装在每个支撑板上的两个垂向支柱之间，用以实现当外界光照不足或无光照时的补偿功能；所述湿度调节模块为湿度调节器，用以调节空气中的湿度范围，土壤中的湿度主要通过灌溉机构进行调节；所述温度调节模块为温度调节器，用以调节花卉植物周边空气中的温度范围。

具体地，所述智能移动底盘为轮系底盘，可以实现前进、后退和转弯功能。所述自动升降系统包含垂向升降机构和横向伸缩机构，垂向升降机构和横向伸缩机构均为直线滑台结构，垂向升降机构垂直安装在智能移动底盘上，垂向升降机构的移动滑块连接横向伸缩机构的主体，所述横向伸缩机构为水平放置，方向与智能移动底盘的前进方向一致，横向伸缩机构的滑块上连接有工作模块切换机构，通过驱动垂向升降机构和横向伸缩机构的水平和垂向运动，从而带动工作模块切换机构前后运动和上下运动。

所述图像采集模块包括双目视觉定位摄像机和环境状况采集摄像机、二维云台，双目视觉定位摄像机为经过双目校正后的摄像机，可实现对空间物体的定位和三维重建功能，从而确定空间物体的三维坐标位置及外形信息，双目视觉定位摄像机通过支架固定在横向伸缩机构前端，并且连接主控制模块；环境状况采集摄像机主要实现对环境视频和图像信息的采集，同时通过所述主通讯模块发送至网络，供上位机监控系统显示、存储等，环境状况采集摄像机安装在二维云台上，二维云台为两个自由度的普通云台，可以实现水平和垂向旋转，便于带动所述环境状况采集摄像机改变视角，扩大观测范围，环境状况采集摄像机和二维云台均与主控制模块连接。

所述可拆装功能模块包括采摘机构、修剪机构、除草机构、松土机构、灌溉机构；所述采摘机构为仿生机械爪，用以实现果实采摘的功能；所述修剪机构、除草机构、松土机构分别为仿生的修剪机械手、除草机械手、松土机械手，分别实现对花卉植物的修剪功能、除草功能、松土功能。所述灌溉机构为灌溉喷头，所述采摘机构、修剪机构、除草机构、松土机构、灌溉机构均固定在模块安装支架上，且电气上均与主控制模块连接。

所述主控制箱包括主控制模块、主通讯模块、底盘驱动器、升降系统驱动器、可拆装功能模块驱动器、动力电源模块、模块切换电机驱动器，所述主控制模块为系统的CPU，连接主通讯模块、底盘驱动器、升降系统驱动器、可拆装功能模块驱动器、动力电源模块、模块切换电机驱动器，主控制模块通过主通讯模块与从控制器和从无线通讯模块进行通讯和信息交换，并且还可与网络进行数据传输，将采集的数据参数、视频等上传至上位机监控系统，当然也可执行上位机监控系统发出的控制命令等。底盘驱动器连接智能移动底盘的电机，实现对智能移动底盘的运动驱动功能。升降系统驱动器连接自动升降系统，实现对垂向升降机构和横向伸缩机构的驱动。可拆装功能模块驱动器为多个，数量与可拆装功能模块中的各分支功能模块数量一致，例如对于采摘机构、修剪机构、除草机构和松土机构，分别对应舵机驱动器，实现对采摘机构、修剪机构、除草机构和松土机构中仿生机械手关节的驱动控制；而对于灌溉机构，则对应水泵驱动器，通过驱动水泵实现喷头的喷灌功能。动力电源模块为可充电锂离子电池，主要实现对整套机器人的供电。所述模块切换电机驱动器主要实现对工作模块切换机构的驱动，从而实现不同的种植管理功能。

具体地，所述工作模块切换机构包括模块安装支架、模块切换驱动电机、模块切换转盘；所述模块安装支架为弯曲的长管结构，数量与可拆装功能模块的数量一致，所述模块安装支架的头部分别安装可拆装功能模块中的采摘机构、修剪机构、除草机构、松土机构、灌溉机构，所述模块安装支架的尾部安装固定在模块切换转盘的前端，所述模块切换转盘的后端连接模块切换驱动电机的转轴，所述模块切换驱动电机的本体连接横向伸缩机构的滑块。通过模块切换驱动电机的转动，带动模块切换转盘上的模块安装支架转动和切换，最终实现对可拆装功能模块中的采摘机构、修剪机构、除草机构、松土机构、灌溉机构进行工位切换，从而实现不同的功能。

所述上位机监控系统为家庭计算机，所述家庭计算机为接入互联网的普通计算机，自带数据库，安装配套监控软件。通过监控软件可以将花卉土壤、周边空气中参数(温度、湿度、光照强度等)实时显示出来，并且将花卉植物周边的环境信息视频实时显示并存储，供后续查看。另外，人们还可通过监控软件实现对机器人控制，实现相应的花卉种植管理功能。

本实用新型所达到的有益效果为：

1)本实用新型实现了花卉植物的全自动种植管理功能，包含位置变换(调节光照接收量)、自动灌溉、自动松土、自动采摘、自动修剪、自动光照补偿、环境参数测量等功能，大大降低了人们对花卉植物的管理工作量，使人们更易达到陶冶情操、放松身心的目的。

2)本实用新型通过设置可移动、可进行姿态变换的种植架，既满足了不同花卉对光照需求的不同，也可以方便人们移动种植架，节省空间和体力。

3)本实用新型通过分别设置温度调节模块和湿度调节模块，使不同位置的花卉植物周边的环境参数不同，更容易获得自身成长所需的环境，使得植物生长更加科学化。

4)本实用新型通过双目视觉定位技术来获取花卉植物的空间位置及外形，从而实现了自动修剪和自动采摘等功能，大大提高了阳台园艺种植的自动化水平，解放人们的双手，更加迎合市场需求。

5)本实用新型还设计了上位机监控系统，不仅可将植物生长的环境参数等实时监控记录，并且还可通过摄像机及云台将植物周边视频和图像信息实时显示，使得阳台园艺的种植管理更加便利和高效。

附图说明

图1是本实用新型整体立体结构示意图。

图2是本实用新型整体俯视结构示意图。

图3是本实用新型中智能种植管理机器人的立体结构示意图。

图4是本实用新型中智能种植管理机器人的主视结构示意图。

图5是本实用新型中智能种植管理机器人的左视结构示意图。

图6是本实用新型中智能种植管理机器人的俯视结构示意图。

图7是本实用新型中种植架的立体结构示意图。

图8是本实用新型中种植架的主视结构示意图。

图9是本实用新型中种植架的左视结构示意图。

图10是本实用新型中种植架的俯视结构示意图。

其中，1、种植架，2、智能种植管理机器人，3、上位机监控系统；1-1、支撑架，1-2、支撑板，1-3、姿态变换驱动电机，1-4、位置变换驱动电机，1-5、从控制箱，1-6、移动轮系，1-7、环境参数采集模块，1-8、灯光补偿机构，1-9、湿度调节模块，1-10、温度调节模块；1-2-1、上支撑板，1-2-2、中支撑板，1-2-3、下支撑板，1-2-4、底板，1-2-5、垂向支柱，1-2-6、横向支架；1-5-1、从控制器，1-5-2、从无线通讯模块，1-5-3、电源模块，1-5-4、姿态电机驱动器，1-5-5、位置电机驱动器；1-7-1、温度传感器，1-7-2、湿度传感器，1-7-3、光照传感器，1-7-1A、土壤温度传感器，1-7-1B、空气温度传感器，1-7-2A、土壤湿度传感器，1-7-2B、空气湿度传感器；2-1、智能移动底盘，2-2、自动升降系统，2-3、图像采集模块，2-4、可拆装功能模块，2-5、主控制箱，2-6、工作模块切换机构，2-2-1、垂向升降机构，2-2-2、横向伸缩机构；2-3-1、双目视觉定位摄像机，2-3-2、环境状况采集摄像机，2-3-3、二维云台，2-4-1、采摘机构，2-4-2、修剪机构，2-4-3、除草机构，2-4-4、松土机构，2-4-5、灌溉机构；2-5-1、主控制模块，2-5-2、主通讯模块，2-5-3、底盘驱动器，2-5-4、升降系统驱动器，2-5-5、可拆装功能模块驱动器，2-5-6、动力电源模块，2-5-7、模块切换电机驱动器；2-6-1、模块安装支架，2-6-2、模块切换驱动电机，2-6-3、模块切换转盘；3-1、家庭计算机，3-2、监控软件。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例，对本实用新型的技术方案做进一步描述，但是本实用新型的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本实用新型构思的改变或等同替代均包括在本实用新型的保护范围之内。

如图1-10所示，一种全自动家庭阳台花卉植物种植管理智能系统，包括：种植架1、智能种植管理机器人2、上位机监控系统3，种植架1、智能种植管理机器人2和上位机监控系统3通过无线网络连接，所述种植架1包括：支撑架1-1、支撑板1-2、姿态变换驱动电机1-3、位置变换驱动电机1-4、从控制箱1-5、移动轮系1-6、环境参数采集模块1-7、灯光补偿机构1-8、湿度调节模块1-9、温度调节模块1-10；所述智能种植管理机器人2包括：智能移动底盘2-1、自动升降系统2-2、图像采集模块2-3、可拆装功能模块2-4、主控制箱2-5、工作模块切换机构2-6；所述上位机监控系统3为家庭计算机3-1；

所述支撑架1-1为双平行四边形机构，中间设置有横杆从而将该机构隔断为三层，支撑架1-1的上端、中间和下端分别连接支撑板1-2，姿态变换驱动电机1-3安装在支撑架1-1的中间侧面位置，位置变换驱动电机1-4安装在支撑架1-1底部，且位置变换驱动电机1-4连接移动轮系1-6，从控制箱1-5安装在种植架1的侧面底部位置，环境参数采集模块1-7安装在支撑板1-2上，灯光补偿机构1-8安装在支撑板1-2的正上方，湿度调节模块1-9、温度调节模块1-10分别安装在灯光补偿机构1-8的支架两侧；自动升降系统2-2安装在智能移动底盘2-1的中间正前方，图像采集模块2-3安装在自动升降系统2-2上，可拆装功能模块2-4通过工作模块切换机构2-6安装在自动升降系统2-2的最前端，主控制箱2-5安装在智能移动底盘2-1上。

具体地，所述支撑板1-2为四层平板结构，包括上支撑板1-2-1、中支撑板1-2-2、下支撑板1-2-3、底板1-2-4，支撑架1-1为双平行四边形结构，支撑架1-1的上端连接上支撑板1-2-1，中间横杆连接中支撑板1-2-2，下端连接下支撑板1-2-3；每个支撑板的两侧中间位置均设置有垂向支柱1-2-5，垂向支柱1-2-5上安装固定灯光补偿机构1-8；在所述上支撑板1-2-1的灯光补偿机构1-8中间两侧均设置有横向支架1-2-6，横向支架1-2-6与灯光补偿机构1-8垂直设置，横向支架1-2-6的两端分别安装有湿度调节模块1-9和温度调节模块1-10；底板1-2-4为方形结构，安装固定在下支撑板1-2-3的下方，为整套种植架1提供载体平台。

具体地，所述姿态变换驱动电机1-3为步进驱动电机，安装在支撑架1-1的中间横杆处，与支撑架1-1通过转轴连接,通过转轴转动来带动支撑板1-2上双平行四边形机构的形状微动，进而带动所述上支撑板1-2-1、中支撑板1-2-2和下支撑板1-2-3相对位置的变化，从而使得支撑板上的花卉植物接收阳光的角度位置及支撑板由于相互遮挡而使得植物受光面发生变化，适应不同花卉植物不同的光照需求。

具体地，所述位置变换驱动电机1-4为四个，安装在底板1-2-4的下方，位置变换驱动电机1-4通过转轴连接移动轮系1-6，通过驱动位置变换驱动电机1-4，带动移动轮系1-6转动，从而带动整套种植架1实施位置变换，实现阳台花卉种植的可移动性，并且还可以通过种植架1的移动实现趋光和避光功能，适应花卉植物的光照需求。

所述从控制箱1-5内安装有从控制器1-5-1、从无线通讯模块1-5-2、电源模块1-5-3、姿态电机驱动器1-5-4、位置电机驱动器1-5-5，从控制器1-5-1分别连接电源模块1-5-3、姿态电机驱动器1-5-4、位置电机驱动器1-5-5和从无线通讯模块1-5-2，电源模块1-5-3主要实现电源的稳定和电压的转换功能，从控制器1-5-1可通过所述从无线通讯模块1-5-2发送和接收数据、控制信息和视频信息，通过从无线通讯模块1-5-2连接互联网，将数据发送至网络服务器上，供上位机监控系统3使用；姿态电机驱动器1-5-4、位置电机驱动器1-5-5分别连接姿态变换驱动电机1-3和位置变换驱动电机1-4，从控制器1-5-1还可通过姿态电机驱动器1-5-4、位置电机驱动器1-5-5分别驱动姿态变换驱动电机1-3和位置变换驱动电机1-4；所述移动轮系1-6为四轮移动平台，安装固定在底板1-2-4的底部，主要实现整个种植架1的移动功能，包括前进、后退和转弯功能。

具体地，所述环境参数采集模块1-7包含温度传感器1-7-1、湿度传感器1-7-2、光照传感器1-7-3；所述温度传感器1-7-1包括土壤温度传感器1-7-1A和空气温度传感器1-7-1B，土壤温度传感器1-7-1A和空气温度传感器1-7-1B均设置有多套多节点，所述土壤温度传感器1-7-1A安装在花盆中，所述空气温度传感器1-7-1B安装在支撑板1-2上；所述湿度传感器1-7-2包括土壤湿度传感器1-7-2A和空气湿度传感器1-7-2B，土壤湿度传感器1-7-2A和空气湿度传感器1-7-2B均设置有多套多节点，所述土壤湿度传感器1-7-2A安装在花盆中，所述空气湿度传感器1-7-2B安装在支撑板1-2上；所述光照传感器1-7-3安装固定在支撑板1-2上，主要实现光照强度的检测功能，为确定花卉植物的光照强度和光照时间提供种植参考；所述温度传感器1-7-1、湿度传感器1-7-2和光照传感器1-7-3均与从控制器1-5-1连接，将采集的温度、湿度和光照信息上传控制器供显示、分析和决策。所述灯光补偿机构1-8为长条状白炽灯，数量与支撑板1-2的数量一致，灯光补偿机构1-8分别安装在每个支撑板1-2上的两个垂向支柱1-2-5之间，用以实现当外界光照不足或无光照时的补偿功能；所述湿度调节模块1-9为湿度调节器，用以调节空气中的湿度范围，土壤中的湿度主要通过灌溉机构2-4-5进行调节；所述温度调节模块1-10为温度调节器，用以调节花卉植物周边空气中的温度范围。

具体地，所述智能移动底盘2-1为轮系底盘，可以实现前进、后退和转弯功能。所述自动升降系统2-2包含垂向升降机构2-2-1和横向伸缩机构2-2-2，垂向升降机构2-2-1和横向伸缩机构2-2-2均为直线滑台结构，垂向升降机构2-2-1垂直安装在智能移动底盘2-1上，垂向升降机构2-2-1的移动滑块连接横向伸缩机构2-2-2的主体，所述横向伸缩机构2-2-2为水平放置，方向与智能移动底盘2-1的前进方向一致，横向伸缩机构2-2-2的滑块上连接有工作模块切换机构2-6，通过驱动垂向升降机构2-2-1和横向伸缩机构2-2-2的水平和垂向运动，从而带动工作模块切换机构2-6前后运动和上下运动。

所述图像采集模块2-3包括双目视觉定位摄像机2-3-1和环境状况采集摄像机2-3-2、二维云台2-3-3，双目视觉定位摄像机2-3-1为经过双目校正后的摄像机，可实现对空间物体的定位和三维重建功能，从而确定空间物体的三维坐标位置及外形信息，双目视觉定位摄像机2-3-1通过支架固定在横向伸缩机构2-2-2前端，并且连接主控制模块2-5-1；环境状况采集摄像机2-3-2主要实现对环境视频和图像信息的采集，同时通过所述主通讯模块2-5-2发送至网络，供上位机监控系统3显示、存储等，环境状况采集摄像机2-3-2安装在二维云台2-3-3上，二维云台2-3-3为两个自由度的普通云台，可以实现水平和垂向旋转，便于带动所述环境状况采集摄像机2-3-2改变视角，扩大观测范围，环境状况采集摄像机2-3-2和二维云台2-3-3均与主控制模块2-5-1连接。

所述可拆装功能模块2-4包括采摘机构2-4-1、修剪机构2-4-2、除草机构2-4-3、松土机构2-4-4、灌溉机构2-4-5；所述采摘机构2-4-1为仿生机械爪，用以实现果实采摘的功能；所述修剪机构2-4-2、除草机构2-4-3、松土机构2-4-4分别为仿生的修剪机械手、除草机械手、松土机械手，分别实现对花卉植物的修剪功能、除草功能、松土功能。所述灌溉机构2-4-5为灌溉喷头，所述采摘机构2-4-1、修剪机构2-4-2、除草机构2-4-3、松土机构2-4-4、灌溉机构2-4-5均固定在模块安装支架2-6-1上，且电气上均与主控制模块2-5-1连接。

所述主控制箱2-5包括主控制模块2-5-1、主通讯模块2-5-2、底盘驱动器2-5-3、升降系统驱动器2-5-4、可拆装功能模块驱动器2-5-5、动力电源模块2-5-6、模块切换电机驱动器2-5-7，所述主控制模块2-5-1为系统的CPU，连接主通讯模块2-5-2、底盘驱动器2-5-3、升降系统驱动器2-5-4、可拆装功能模块驱动器2-5-5、动力电源模块2-5-6、模块切换电机驱动器2-5-7，主控制模块2-5-1通过主通讯模块2-5-2与从控制器1-5-1和从无线通讯模块1-5-2进行通讯和信息交换，并且还可与网络进行数据传输，将采集的数据参数、视频等上传至上位机监控系统3，当然也可执行上位机监控系统3发出的控制命令等。底盘驱动器2-5-3连接智能移动底盘2-1的电机，实现对智能移动底盘2-1的运动驱动功能。升降系统驱动器2-5-4连接自动升降系统2-2，实现对垂向升降机构2-2-1和横向伸缩机构2-2-2的驱动。可拆装功能模块驱动器2-5-5为多个，数量与可拆装功能模块2-4中的各分支功能模块数量一致，例如对于采摘机构2-4-1、修剪机构2-4-2、除草机构2-4-3和松土机构2-4-4，分别对应舵机驱动器，实现对采摘机构2-4-1、修剪机构2-4-2、除草机构2-4-3和松土机构2-4-4中仿生机械手关节的驱动控制；而对于灌溉机构2-4-5，则对应水泵驱动器，通过驱动水泵实现喷头的喷灌功能。动力电源模块2-5-6为可充电锂离子电池，主要实现对整套机器人的供电。所述模块切换电机驱动器2-5-7主要实现对工作模块切换机构2-6的驱动，从而实现不同的种植管理功能。

具体地，所述工作模块切换机构2-6包括模块安装支架2-6-1、模块切换驱动电机2-6-2、模块切换转盘2-6-3；所述模块安装支架2-6-1为弯曲的长管结构，数量与可拆装功能模块2-4的数量一致，所述模块安装支架2-6-1的头部分别安装可拆装功能模块2-4中的采摘机构2-4-1、修剪机构2-4-2、除草机构2-4-3、松土机构2-4-4、灌溉机构2-4-5，所述模块安装支架2-6-1的尾部安装固定在模块切换转盘2-6-3的前端，所述模块切换转盘2-6-3的后端连接模块切换驱动电机2-6-2的转轴，所述模块切换驱动电机2-6-2的本体连接横向伸缩机构2-2-2的滑块。通过模块切换驱动电机2-6-2的转动，带动模块切换转盘2-6-3上的模块安装支架2-6-1转动和切换，最终实现对可拆装功能模块2-4中的采摘机构2-4-1、修剪机构2-4-2、除草机构2-4-3、松土机构2-4-4、灌溉机构2-4-5进行工位切换，从而实现不同的功能。

所述上位机监控系统3为家庭计算机3-1，所述家庭计算机3-1为接入互联网的普通计算机，自带数据库，安装配套监控软件3-2。通过监控软件3-2可以将花卉土壤、周边空气中参数(温度、湿度、光照强度等)实时显示出来，并且将花卉植物周边的环境信息视频实时显示并存储，供后续查看。另外，人们还可通过监控软件3-2实现对机器人控制，实现相应的花卉种植管理功能。

本实用新型全自动家庭阳台花卉植物种植管理智能系统工作步骤为：

1)使用所述上位机监控系统3的家庭计算机3-1和监控软件3-2通过互联网将控制指令发送至主通讯模块2-5-2上，主通讯模块2-5-2将控制指令传送至主控制模块2-5-1上。

2)主控制模块2-5-1将指令解析并决策，通过发出控制命令实现下述几个主要功能：

①控制智能种植管理机器人实施作业：

主控制模块2-5-1通过控制智能移动底盘2-1到合适位置，然后控制自动升降系统2-2进行位置调节，带动工作模块切换机构2-6上的可拆装功能模块2-4到达指定位置，然后控制图像采集模块2-3中的双目视觉定位摄像机2-3-1采集花卉植物空间位置及外形信息，从而控制所述各个可拆装功能模块2-4进行相应的作业。

主控制模块2-5-1还可通过控制环境状况采集摄像机2-3-2和二维云台2-3-3实现对花卉植物周边环境的视频监控功能。

②控制种植架实施相应功能：

从无线通讯模块1-5-2接收到来自主通讯模块2-5-2的指令信息，然后传送至所述从控制器1-5-1，从控制器1-5-1控制所述姿态变换驱动电机1-3实现对种植架1的形状姿态变换，从而改变不同支撑板1-2上花卉植物的受光面积及强度；同时从控制器1-5-1控制位置变换驱动电机1-4驱动种植架1移动，实现位置变换。

从控制器1-5-1还可以采集来自1-7-1、温度传感器，1-7-2、湿度传感器，1-7-3、光照传感器，1-7-1A、土壤温度传感器，1-7-1B、空气温度传感器，1-7-2A、土壤湿度传感器，1-7-2B、空气湿度传感器等环境参数信息并进行处理，发送至主通讯模块2-5-2上，最终可在上位机监控系统3中实时显示和存储。

从控制器1-5-1通过控制灯光补偿机构1-8、湿度调节模块1-9、和温度调节模块1-10实现对相应支撑板上植物周边环境参数的光照、温度和温度进行补偿调节。

③与上位机监控系统进行数据等信息交互：

主通讯模块2-5-2不仅可以将智能种植管理机器人2上采集的各个参数信息和状态信息等实时传输至上位机监控系统3中，而且还可将从控制器1-5-1中采集的各个参数及状态信息实时传输至上位机监控系统3中，供数据显示、分析和存储。另外，主通讯模块2-5-2还可将图像采集模块2-3中环境状况采集摄像机2-3-2采集的花卉植物周边环境图像和视频信息实时通过网络传输至家庭计算机3-1，供人们监控使用。

本实用新型不局限于上述实施方式，任何人应得知在本实用新型的启示下作出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。

本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

技术特征：

1.一种全自动家庭阳台花卉植物种植管理智能系统，其特征在于，包括：种植架、智能种植管理机器人、上位机监控系统，种植架、智能种植管理机器人和上位机监控系统通过无线网络连接，所述种植架包括：支撑架、支撑板、姿态变换驱动电机、位置变换驱动电机、从控制箱、移动轮系、环境参数采集模块、灯光补偿机构、湿度调节模块、温度调节模块；所述智能种植管理机器人包括：智能移动底盘、自动升降系统、图像采集模块、可拆装功能模块、主控制箱、工作模块切换机构；所述上位机监控系统为家庭计算机；

所述支撑架的上端、中间和下端分别连接支撑板，姿态变换驱动电机安装在支撑架的中间侧面位置，位置变换驱动电机安装在支撑架底部，且位置变换驱动电机连接移动轮系，从控制箱安装在种植架的侧面底部位置，环境参数采集模块安装在支撑板上，灯光补偿机构安装在支撑板的正上方，湿度调节模块、温度调节模块分别安装在灯光补偿机构的支架两侧；自动升降系统安装在智能移动底盘的中间正前方，图像采集模块安装在自动升降系统上，可拆装功能模块通过工作模块切换机构安装在自动升降系统的最前端，主控制箱安装在智能移动底盘上。

2.如权利要求1所述的全自动家庭阳台花卉植物种植管理智能系统，其特征在于，所述支撑板包括上支撑板、中支撑板、下支撑板、底板，支撑架为双平行四边形结构，支撑架的上端连接上支撑板，中间横杆连接中支撑板，下端连接下支撑板；每个支撑板的两侧中间位置均设置有垂向支柱，垂向支柱上安装固定灯光补偿机构；在所述上支撑板的灯光补偿机构中间两侧均设置有横向支架，横向支架与灯光补偿机构垂直设置，横向支架的两端分别安装有湿度调节模块和温度调节模块；底板为方形结构，安装固定在下支撑板的下方。

3.如权利要求1所述的全自动家庭阳台花卉植物种植管理智能系统，其特征在于，所述姿态变换驱动电机为步进驱动电机，安装在支撑架的中间横杆处，与支撑架通过转轴连接。

4.如权利要求1所述的全自动家庭阳台花卉植物种植管理智能系统，其特征在于，所述位置变换驱动电机为四个，安装在底板的下方，位置变换驱动电机通过转轴连接移动轮系；所述从控制箱内安装有从控制器、从无线通讯模块、电源模块、姿态电机驱动器、位置电机驱动器，从控制器分别连接电源模块、姿态电机驱动器、位置电机驱动器和从无线通讯模块，姿态电机驱动器、位置电机驱动器分别连接姿态变换驱动电机和位置变换驱动电机；所述移动轮系为四轮移动平台，安装固定在底板的底部。

5.如权利要求1所述的全自动家庭阳台花卉植物种植管理智能系统，其特征在于，所述环境参数采集模块包含温度传感器、湿度传感器、光照传感器；所述温度传感器包括土壤温度传感器A和空气温度传感器B，土壤温度传感器A和空气温度传感器B均设置有多套多节点，所述土壤温度传感器A安装在花盆中，所述空气温度传感器B安装在支撑板上；所述湿度传感器包括土壤湿度传感器A和空气湿度传感器B，土壤湿度传感器A和空气湿度传感器B均设置有多套多节点，所述土壤湿度传感器A安装在花盆中，所述空气湿度传感器B安装在支撑板上；所述光照传感器安装固定在支撑板上；所述温度传感器、湿度传感器和光照传感器均与从控制器连接；所述灯光补偿机构为长条状白炽灯，数量与支撑板的数量一致，灯光补偿机构分别安装在每个支撑板上的两个垂向支柱之间；所述湿度调节模块为湿度调节器，所述温度调节模块为温度调节器。

6.如权利要求1所述的全自动家庭阳台花卉植物种植管理智能系统，其特征在于，所述自动升降系统包含垂向升降机构和横向伸缩机构，垂向升降机构和横向伸缩机构均为直线滑台结构，垂向升降机构垂直安装在智能移动底盘上，垂向升降机构的移动滑块连接横向伸缩机构的主体，所述横向伸缩机构为水平放置，方向与智能移动底盘的前进方向一致，横向伸缩机构的滑块上连接有工作模块切换机构；

所述图像采集模块包括双目视觉定位摄像机和环境状况采集摄像机、二维云台，双目视觉定位摄像机通过支架固定在横向伸缩机构前端，并且连接主控制模块，环境状况采集摄像机安装在二维云台上，二维云台为两个自由度的普通云台，环境状况采集摄像机和二维云台均与主控制模块连接；

所述可拆装功能模块包括采摘机构、修剪机构、除草机构、松土机构、灌溉机构；所述采摘机构为仿生机械爪，所述修剪机构、除草机构、松土机构分别为仿生的修剪机械手、除草机械手、松土机械手，所述灌溉机构为灌溉喷头，所述采摘机构、修剪机构、除草机构、松土机构、灌溉机构均固定在模块安装支架上，且电气上均与主控制模块连接；

7.如权利要求1所述的全自动家庭阳台花卉植物种植管理智能系统，其特征在于，所述工作模块切换机构包括模块安装支架、模块切换驱动电机、模块切换转盘；所述模块安装支架为弯曲的长管结构，数量与可拆装功能模块的数量一致，所述模块安装支架的头部分别安装可拆装功能模块中的采摘机构、修剪机构、除草机构、松土机构、灌溉机构，所述模块安装支架的尾部安装固定在模块切换转盘的前端，所述模块切换转盘的后端连接模块切换驱动电机的转轴，所述模块切换驱动电机的本体连接横向伸缩机构的滑块。

技术总结
本实用新型涉及一种全自动家庭阳台花卉植物种植管理智能系统，包括种植架、智能种植管理机器人、上位机监控系统，种植架上设置姿态变换驱动电机和位置变换驱动电机实现种植架的形状变换和位置变换，达到对花卉受光时间和受光大小的调节，通过设置灯光、温度湿度补偿调节模块实现相应参数的调控。智能种植管理机器人上设置智能移动底盘和自动升降系统实现智能机器人的位置变换，通过图像采集模块实现对花卉空间定位和三维建模，通过自带的可拆装功能模块配合工作模块切换机构实现对花卉的自动灌溉、松土、采摘、修剪、光照补偿、环境参数测量等功能。另外还可以通过上位机监控系统实现对花卉等参数监控功能。

技术研发人员：王钟瑞
受保护的技术使用者：王钟瑞
文档号码：201720817456
技术研发日：2017.07.07
技术公布日：2018.01.12