CN102893969B

CN102893969B - 包裹式对靶喷雾装置

Info

Publication number: CN102893969B
Application number: CN201210385540.7A
Authority: CN
Inventors: 蒋焕煜; 周鸣川; 童俊华; 周伟; 刘岩; 蒋卓华
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2032-10-12
Also published as: CN102893969A

Abstract

本发明公开了一种包裹式对靶喷雾装置。包括丝杠升降平台、对靶机构和DSP控制器。丝杠升降平台上两根连接杆与喷雾架中部连接；四个结构相同的对靶机构的圆柱齿条的一端分别嵌入在各自滑槽内，滑槽侧面装有步进电机，步进电机轴上的齿轮与圆柱齿条上的齿相啮合，圆柱齿条的另一端焊接在雾臂的一端，雾臂的另一端为舵机支承板，舵机支承板的一侧安装舵机，舵机轴穿过舵机支承板后，与装有喷头的喷头固定座固接，四个对靶机构分别通过各自的滑槽伸出臂均布在喷雾架上，DSP控制器固定在下支板上，五个步进电机和四个舵机与DSP控制器电连接。本发明有望进一步提高喷雾雾滴沉积率，缓解由于过量施用化学药剂所带来的环境及食品安全问题。

Description

包裹式对靶喷雾装置

技术领域

本发明涉及一种喷雾装置，尤其是涉及农业工程领域中的一种包裹式对靶喷雾装置。

背景技术

传统粗犷式喷雾方式使大量雾滴被误喷到作物周围土壤的表层，致使土壤板结和“3s”即残留residuce、害物再猖獗resurgence和害物的抗药性resistance等环境问题日益加剧，同时过量的农药化肥残留在农作物上又会引发食品安全问题，然而为了保证粮食稳产、增产又不得不施用化学药剂。对靶技术能够有效的解决这一冲突，主要通过图像处理技术依据目标对象的有无而选择性的喷施。该技术的引入不仅能减少喷施药剂使用量，同时结合机器视觉标定方法能尽可能的提高雾滴有效沉积率。

在对靶技术上还有通过静电喷雾等雾滴处理方法来进一步提高喷雾效率。静电喷雾装置能够有效提高雾滴有效沉积率，但该方法在施药过程中雾滴穿透性能较差，因此未能得到广泛推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种包裹式对靶喷雾装置，旨在进一步提高喷雾雾滴沉积率，缓解由于过量施用化学药剂所带来的环境及食品安全问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明包括丝杠升降平台、对靶机构和DSP控制器，其中：

1）丝杠升降平台：包括电机支撑板、第一步进电机、联轴器、上固定丝杠支撑座、上支板、导向轴、滚珠丝杠、连接板、下支板、下固定丝杠支撑座、喷雾架和两根连接杆；上支板通过螺栓连接上固定丝杠支撑座，电机支撑板固定支撑第一步进电机，联轴器一端连接第一步进电机，联轴器另一端与滚珠丝杠的一端连接，滚珠丝杠穿过上固定丝杠支撑座后，滚珠丝杠的另一端安装在下固定丝杠支撑座孔中，下固定丝杠支撑座安装在下支板上，位于滚珠丝杠两侧的上支板和下支板间对称装有导向轴，连接板中部与滚珠丝杠螺旋副连接，连接板两侧孔与导向轴滑动配合，两根连接杆的一端固定在滚珠丝杠两侧的连接板上，两根连接杆的另一端与喷雾架中部连接；

2）四个结构相同的对靶机构：均包括第二步进电机、齿轮、滑槽、圆柱齿条、雾臂、喷头固定座、喷头和舵机；每个对靶机构的圆柱齿条的一端分别嵌入在各自滑槽内，滑槽侧面装有第二步进电机，第二步进电机轴上的齿轮与圆柱齿条上的齿相啮合，圆柱齿条的另一端焊接在雾臂的一端，雾臂的另一端为舵机支承板，舵机支承板的一侧安装舵机，舵机轴穿过舵机支承板后，与装有喷头的喷头固定座固接，四个对靶机构分别通过各自的滑槽伸出臂均布在喷雾架上；

3）DSP控制器固定在下支板上，五个步进电机和四个舵机与DSP控制器电连接。

本发明具有的有益效果是：

本发明是通过改进对靶机构结构及调整喷头运动轨迹实现的。在喷施过程中将目标对象近似成空间几何体，结合株距信息计算出喷头对靶运动轨迹，同时使用对靶性能优良的扇形喷雾喷头，通过控制喷头逼近对靶运动轨迹完成对该植株的包裹喷雾，从而提高了雾滴的有效沉积率，缓解由于过量施用化学药剂所带来的环境及食品安全问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为对靶机构示意图。

图3为植株主要参数测量。

图4为几何包络模型生成示意图。

图5为包裹式对靶喷雾示工作意图。

图6为DSP控制器程序流程图。

图中：1.电机支撑板，2.第一步进电机，3.联轴器，4.上固定丝杠支撑座，5.上支板，6.导向轴，7.滚珠丝杠，8.丝杠轴承，9.直线轴承，10.连接板，11.控制器，12.下支板，13.支持座，14.下固定丝杠支撑座，15.喷雾架，16.第二步进电机，17.齿轮，18.滑槽，19.圆柱齿条，20.雾臂，21.喷头固定座，22.喷头，23.舵机，24.连接杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2所示，本发明包括丝杠升降平台、对靶机构和DSP控制器；其中：

1）丝杠升降平台：包括电机支撑板1、第一步进电机2、联轴器3、上固定丝杠支撑座4、上支板5、导向轴6、滚珠丝杠7、丝杠轴承8、直线轴承9、连接板10、下支板12、支持座13、下固定丝杠支撑座14、喷雾架15和两根连接杆24。上支板5通过螺栓连接上固定丝杠支撑座4，电机支撑板1固定支撑第一步进电机2，联轴器3一端连接第一步进电机2，联轴器3另一端与滚珠丝杠7的一端连接，滚珠丝杠7穿过上固定丝杠支撑座4后，滚珠丝杠7的另一端安装在下固定丝杠支撑座14孔中，下固定丝杠支撑座14安装在下支板12上，位于滚珠丝杠7两侧的上支板5和下支板12间对称装有导向轴6，导向轴6通过支持座13与上支板5和下支板12固结，连接板10中部与滚珠丝杠7螺旋副连接，连接板10两侧孔与导向轴6滑动配合，主要实现方式为：丝杠轴承8与珠丝杠7配合，直线轴承9与导向轴6配合，连接板10通过螺栓与丝杠轴承8及直线轴承9连接。两根连接杆24的一端固定在滚珠丝杠7两侧的连接板10上，两根连接杆24的另一端与喷雾架15中部连接，为尽量减少导向轴6与滚珠丝杠7所受到的弯矩，喷雾架15和两根连接杆24采用铝合金型材通过螺钉连接。

2）四个结构相同的对靶机构：均包括步进电机16、齿轮17、滑槽18、圆柱齿条19、雾臂20、喷头固定座21、喷头22和舵机23；每个对靶机构的圆柱齿条19的一端分别嵌入在各自滑槽18内，滑槽18侧面装有第二步进电机16，第二步进电机16轴上的齿轮17与圆柱齿条19上的齿相啮合，从而实现圆柱齿条19的上下移动。圆柱齿条19的另一端焊接在雾臂20的一端，雾臂20的另一端为舵机支承板，舵机支承板的一侧安装舵机23，舵机23轴穿过舵机支承板后，与装有喷头22的喷头固定座21固接，通过对舵机23的控制实现对喷头22的角度控制，四个对靶机构分别通过各自的滑槽伸出臂均布在喷雾架15上。

3）市售DSP控制器11固定在下支板12上，五个步进电机和四个舵机与DSP控制器电连接。

使用时将本装置安装在具有测速传感器的行走底盘上，将测速传感器输出信号接入到控制器11的速度采集接口上。对靶机构控制的喷头轨迹，是以茎杆类作物实际几何外形和构建过程快速简便为原则，选用椭球体作为植株包络模型，因此喷头轨迹为椭圆弧形包裹轨迹。采样测量田中作业对象植株空间几何外观数据：植株叶片与地面最小距离L，株高H，植株最大直径D以及株距M，测量主要参数见图3。将采样测量后做各参数数据做平均后作为轨迹控制输入参数输入到主控制器中，主控制器进行模型解算，解算过程如图4，以株距M及植株最大直径D为椭圆轴1控制参数，L与株高H作为椭圆轴2控制参数，比较椭圆轴1与椭圆轴2大小生成椭圆长轴与短轴，结合舵机响应动作时间生成椭圆弧形包裹轨迹。

设计的DSP控制器程序流程图如图6所示，首先由控制器11控制步进电机2驱动滚珠丝杠轴7带动喷雾架15使所有喷头22达到一定离地高度，启动行走底盘，速度传感器将速度信息传至控制器11，由DSP进行积分运算得到位移信息，控制器11结合包络轨迹运算得到喷头22当前理论离地高度，并以喷头当前理论离地高度为控制目标，控制步进电机驱动齿轮17带动圆柱齿条19完成对喷头22实际离地高度的控制。由轨迹点与椭圆圆心的连线的几何夹角得到喷头22理论对靶角度，由控制器11完成相应脉宽计算并控制舵机带动喷头到达相应角度，具体对靶工作过程如图5所示，当运喷头运动至A点时即完成对一靶植株的对靶喷施，由A点到B点过程中，控制器11对舵机进行归位控制以便完成下一次对靶控制。

Claims

1.一种包裹式对靶喷雾装置，其特征在于：包括丝杠升降平台、对靶机构和DSP控制器；其中：

1）丝杠升降平台：包括电机支撑板（1）、第一步进电机（2）、联轴器（3）、上固定丝杠支撑座（4）、上支板（5）、导向轴（6）、滚珠丝杠（7）、连接板（10）、下支板（12）、下固定丝杠支撑座（14）、喷雾架（15）和两根连接杆（24）；上支板（5）通过螺栓连接上固定丝杠支撑座（4），电机支撑板（1）固定支撑第一步进电机（2），联轴器（3）一端连接第一步进电机（2），联轴器（3）另一端与滚珠丝杠（7）的一端连接，滚珠丝杠（7）穿过上固定丝杠支撑座（4）后，滚珠丝杠（7）的另一端安装在下固定丝杠支撑座（14）孔中，下固定丝杠支撑座（14）安装在下支板（12）上，位于滚珠丝杠（7）两侧的上支板（5）和下支板（12）间对称装有导向轴（6），连接板（10）中部与滚珠丝杠（7）螺旋副连接，连接板（10）两侧孔与导向轴（6）滑动配合，两根连接杆（24）的一端固定在滚珠丝杠（7）两侧的连接板（10）上，两根连接杆（24）的另一端与喷雾架（15）中部连接；

2）四个结构相同的对靶机构：均包括第二步进电机（16）、齿轮（17）、滑槽（18）、圆柱齿条（19）、雾臂（20）、喷头固定座（21）、喷头（22）和舵机（23）；每个对靶机构的圆柱齿条（19）的一端分别嵌入在各自滑槽（18）内，滑槽（18）侧面装有第二步进电机（16），第二步进电机（16）轴上的齿轮（17）与圆柱齿条（19）上的齿相啮合，圆柱齿条（19）的另一端焊接在雾臂（20）的一端，雾臂（20）的另一端为舵机支承板，舵机支承板的一侧安装舵机（23），舵机（23）轴穿过舵机支承板后，与装有喷头（22）的喷头固定座（21）固接，四个对靶机构分别通过各自的滑槽伸出臂均布在喷雾架（15）上；

3）DSP控制器（11）固定在下支板（12）上，五个步进电机和四个舵机与DSP控制器（11）电连接。