CN103947631B - 一种履带式电动智能农药喷洒车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种履带式电动智能农药喷洒车，履带底盘两侧设有安装履带的履带驱动轮、导向轮、支重轮，所述行进直流电机、抽液泵和喷头固定在履带底盘上。喷洒车以蓄电池组为动力源，用遥控器输入农药稀释度参数及病虫害的严重程度参数作为控制器内模糊推理模块的输入，通过模糊推理决策产生最佳的喷洒车前进速度及喷头往复移动速度，作为PID控制算法的参考输入控制行进直流电机和喷头往复移动直流电机的速度。同时用轨迹传感器检测预先放置的轨迹引导电线进行自动循迹，控制喷洒车自动行进。本发明提供一种履带式电动智能农药喷洒车，适合一家一户，低成本、小面积农田农药喷洒。

Description

一种履带式电动智能农药喷洒车

技术领域

本发明涉及农业生产机械，尤其涉及一种履带式电动智能农药喷洒车。

背景技术

在农业生产过程中喷洒农药是必不可少的环节。人力背着喷雾机喷洒，费时费力效率低，且易引起操作人员中毒。因此采用自动化的农药喷洒设备代替人力十分必要。目前市场上自动化的农药喷洒设备以喷洒飞机和轮式喷洒车为主。

由于目前我国大部分地区，农业生产仍以家庭为单位，其农田拥有量较少，比较分散；相邻农田通常属于不同农户，作物种植不同，农药喷洒种类及时间不同。飞机喷洒设备飞行速度快适合于大面积同类农作农药喷洒。另外飞机喷洒设备对个体农户来说，购买、使用、维护成本都较高。飞机飞行需要申请且安全问题比较大，同飞机喷洒设备中的无人机喷洒设备负载能力较小。因此飞机喷洒设备不适合人均耕地面积较少的家庭农业生产。轮式喷洒车其轮式行进结构在农田中行进十分困难，且目前大多数无法自动导航，需要人员驾驶。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种履带式电动智能农药喷洒车，可自动在农田中行进喷洒农药，适合一家一户，低成本、小面积农田农药喷洒。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种履带式电动智能农药喷洒车，包括履带底盘、储存农药混合液的储液箱、连接软管、抽液泵、行进直流电机和喷头，所述履带底盘两侧设有若干安装有履带的履带驱动轮、导向轮、支重轮，所述行进直流电机、抽液泵和喷头固定在履带底盘上，所述行进直流电机转子驱动履带驱动轮转动，所述抽液泵通过连接软管抽取储液箱中的农药混合液，然后将农药混合液通过连接软管输送至喷头。

更进一步的，喷头沿着喷头移动导轨左右滑动喷洒农药，所述喷头移动导轨通过喷头导轨支撑臂固定在履带底盘上；所述喷头导轨支撑臂轴接与履带底盘，并且履带底盘上轴接调节喷头导轨支撑臂与水平面所成角度的调节臂，所述喷头导轨支撑臂对应调节臂接触端形状设有若干接触点；所述接触点为接触凹陷；所述抽液泵固定在喷头导轨支撑臂上。

更进一步的，喷头移动导轨两端各设有一个位置可调限位挡板，所述喷头两侧设有触碰开关；所述喷头导轨支撑臂与喷头移动导轨连接端固定有喷头往复移动直流电机，所述喷头往复移动直流电机转子带动与其相连的转轮、起支撑作用的从动轮及转轮上的三角带转动，进而带动与三角带相连的喷头移动；所述喷头往复移动直流电机和触碰开关通过导线与控制器相连。

更进一步的，喷头和喷头移动导轨数目为两个，对称设置于所述喷头导轨支撑臂与喷头移动导轨连接端两侧。

更进一步的，行进直流电机数目为两个，分别与履带底盘两侧履带驱动轮相连；所述行进直流电机设有电机速度传感器；所述电机速度传感器、抽液泵和行进直流电机通过导线与控制器相连。

更进一步的，该喷洒车还包括自动寻迹结构，自动寻迹结构包括轨迹引导电线和适配电源，所述轨迹引导电线布置在田间地面上，所述履带底盘底部以轨迹引导电线方向为中心线对称设有两个轨迹传感器，所述轨迹传感器检测轨迹引导电线产生的磁场；所述轨迹引导电线两端分别连接适配电源的输出端。

更进一步的，控制器设有无线接收端，所述无线接收端与喷洒车遥控器进行无线通信。控制器采用ARM处理器为核心控制整个系统的工作。控制器控制两个行进驱动电机的启停，并根据遥控器发送的农药稀释浓度及病虫害的严重程度计算整个喷洒车前进的速度，控制器还控制抽液泵的启停、喷头往复移动直流电机的启停及正反转的改变、接收喷头限位开关信号实现农药的喷洒。控制器运用PID算法控制电机调速部分电路，分别实现对行进驱动电机、喷头往复移动直流电机的调速，抽液泵在整个农药喷洒工作过程中保持恒速转动。

更进一步的，喷洒车遥控器向控制器输入农药稀释度参数及病虫害的严重程度参数，控制器设有模糊推理模块，所述模糊推理模块根据农药稀释度参数及病虫害的严重程度参数对行进驱动电机和喷头移动电机转速进行模糊推理决策。

更进一步的，该喷洒车采用蓄电池组作为电源。本发明优选采用48V蓄电池组为动力来源，蓄电池组与控制器及行进驱动电机、抽液泵和喷头往复移动直流电机之间通过导线连接。

更进一步的，储液箱设有储液箱进液孔，所述储液箱底部设有出液口，所述连接软管与出液口连接；所述储液箱和抽液泵分别安装在喷洒车的前后两端，所述抽液泵与喷头同处于喷洒车的后端。

喷洒车启动前根据农作物的高度及左右范围，调整好喷头的高度及喷头移动导轨上喷头限位挡板的位置来限制喷头移动的范围。以蓄电池组为动力源，用遥控器输入农药稀释度参数及病虫害的严重程度参数作为控制器内模糊推理模块的输入，通过模糊推理产生最佳的前进速度及喷头往复移动速度。同时用轨迹传感器检测预先放置的轨迹引导电线进行自动循迹，控制喷洒车自动行进。该喷洒车自动循迹导航、智能喷洒，操作简单、成本低廉，适合一家一户使用。

有益效果：（1）本发明设有自动寻迹结构，实现喷洒车自动循迹导航，工作中无需人员控制运行路径，方便轻松。并且相比与红外线循迹，不受到干扰可见光的干扰可靠性更高。只需把轨迹引导电线按照喷洒车实际运行的路径固定在田间地面上即可，轨迹引导电线田间放置方便。（2）本发明控制器采用模糊推理模块，根据农药稀释度参数及病虫害的严重程度参数对行进驱动电机和喷头往复移动电机转速进行模糊推理决策，同时运用PID算法进行控制，实现智能化的农药喷洒。（3）本发明喷洒车采用履带式行进结构，适合在田间松软的土地上行进。（4）本发明喷洒车运行安全，不会出现喷洒飞机坠落的危险。（5）本发明采用小功率电动水泵为动力进行抽取农药喷洒，并使用蓄电池组作为动力来源，购买、使用、维护成本都比较低。（6）本发明左右两侧的喷头在直流电机的带动下，左右移动进行农药喷洒。喷头移动的范围，通过位置可调的限位挡板进行限制，有效控制喷洒农药的范围；并且喷头导轨支撑臂与水平面所成的角度可调，进而可以调节喷头与农作物的距离，而在实际应用中应尽量的使喷头接近同作物，从而减少农药在空中飘浮的距离。

附图说明

图1为本发明提供的履带式电动智能农药喷洒车结构示意图。

图2为本发明提供的履带式电动智能农药喷洒车俯视图。

图3为本发明提供的履带式电动智能农药喷洒车仰视图。

图4为本发明提供的履带式电动智能农药喷洒车后视图。

图5为本发明提供的履带式电动智能农药喷洒车右视图。

图6为本发明提供的履带式电动智能农药喷洒车左视图。

图7为本发明提供的履带式电动智能农药喷洒车去除履带后的右视图。

图8为本发明提供的喷头移动导轨结构示意图。

图9为本发明提供的控制器模糊推理模块原理示意图。

图10为本发明提供的控制器模糊推理模块流程图。

图11为本发明提供的履带式电动智能农药喷洒车整体控制电路结构图。

图12为本发明提供的遥控器界面示意图。

图13为本发明提供的履带式电动智能农药喷洒车循迹示意图。

图14为本发明提供的履带式电动智能农药喷洒车工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1、2、3、4、5、6、7、8所示，本发明提供的一种履带式电动智能农药喷洒车，包括履带底盘1，储存农药混合液的储液箱2，储液箱进液孔3，连接软管4、7、16，左右行进直流电机5、6，抽液泵8，左右喷头移动导轨9、15，左右喷头往复移动直流电机10、12，左右喷头11、13，喷头限位挡板14、26、27、28，喷头导轨支撑臂17，电机速度传感器18、37，控制器19，蓄电池组20，上部履带驱动轮安装在臂21上，喷头触碰开关22、23、24、25，轨迹传感器35、36，轨迹引导电线39及适配电源40。

1、履带结构

安装在履带底盘1上的行进直流电机5、6带动履带底盘1两侧的履带驱动轮41、导向轮42、支重轮43转动实现整个喷洒车的行进，本实施例优选采用两个行进直流电机5、6。两个行进直流电机5、6对称设置，两个行进直流电机5、6的转子分别与履带底盘1两侧的上部履带驱动轮连接，驱动所有履带驱动轮转动实现整个喷洒车的行进。行进直流电机5、6附近安置电机速度传感器37、18，控制器19通过采集电机速度传感器37、18信号计算出喷洒车的移动速度。

2、农药喷洒结构

喷洒车的农药喷洒部分包括储存农药混合液的储液箱2，抽液泵8，喷头11、13，连接软管4、7、16，抽液泵8通过连接其输入端的连接软管4抽取储液箱2的农药液体，然后由连接其输出端的连接软管7、16分别输送至喷头11、13进行农药喷洒。储液箱2设有储液箱进液孔3。本实施例中储液箱2和抽液泵8分别安装在喷洒车的前后两端，抽液泵8与喷头11、13同处于喷洒车的后端。

喷头11、13沿着喷头移动导轨9、15左右滑动进行农药喷洒，喷头移动导轨9、15通过喷头导轨支撑臂17固定在喷洒车的后端，本发明喷头移动导轨结构包括：喷头移动导轨9、15，喷头往复移动直流电机10、12，喷头11、13，限位挡板14、26、27、28，触碰开关22、23、24、25，转轮31、32，起支撑作用的从动轮29、33，三角带30、34。本实施例优选采用两个喷头移动导轨9、15，并且左右两个喷头移动导轨9、15结构是完全相同的。

如图8所示，喷头工作过程为：以左侧喷头11工作过程为例进行说明。左侧喷头往复移动直流电机10转子带动与其相连的转轮31、从动轮29、及从动轮29、转轮31上的三角带30，进而带动与三角带30相连的喷头11移动。喷头11两侧设有与其固定连接且同时进行左右滑动的左、右触碰开关22、23，喷头移动导轨两端设有左、右限位挡板26、27。当左触碰开关22与左限位挡板26相接触，左触碰开关22闭合信号通过导线传输到控制器19，便发出使喷头往复移动直流电机10反转的信号，使喷头11运动方向发生改变。

当右触碰开关23与右限位挡板27相接触，右触碰开关23闭合信号通过导线传输到控制器19，便发出使喷头往复移动直流电机10反转的信号，使喷头11运动方向发生改变，这样喷头11在导轨上往复运动。喷头11移动的范围通过改变左、右限位挡板26、27的位置来限定。控制器19通过计算每个喷头往复运动一个周期左右两侧触碰开关的信号所需时间，来计算喷头移动速度。

本发明喷头导轨支撑臂17轴接在履带底盘1上，并且履带底盘1上还轴接用于调节喷头导轨支撑臂17与水平面所成角度的调节臂38，喷头导轨支撑臂17对应调节臂38接触端形状设有若干接触点，所述接触点为接触凹陷。当需要调节喷头11、13与农作物之间的距离时，通过调整喷头导轨支撑臂17与调节臂38上端接触点位置的不同，使喷头导轨支撑臂17与水平面所成的角度不同，进而调节喷头11、13与农作物的距离，在实际应用中应尽量的使喷头11、13接近同作物，从而减少农药在空中飘浮的距离。

3、控制结构

本发明提供的控制器19固定在履带底盘1上，作为本发明的一个实施例，控制器19与履带底盘1上的行进直流电机5、6，抽液泵8，喷头往复移动直流电机10、12，触碰开关22、23、24、25，轨迹传感器35、36之间的用导线实现电气连接。控制器控制面板上设有电源开关，当电源开关按下时，行进直流电机5、6，抽液泵8，喷头往复移动直流电机10、12电路接通供电，实现农药的喷洒，并且根据喷头触碰开关22、23、24、25接通关闭信号控制喷头往复移动直流电机10、12的正反转的改变。

作为本发明的优选实施例，为增强喷洒车的功能，控制器19采用现有集成的芯片控制器，比如以ARM处理器为核心的处理芯片控制整个系统的工作。如图11所示，控制器19与履带底盘1上的行进直流电机5、6，抽液泵8，喷头往复移动直流电机10、12，触碰开关22、23、24、25，轨迹传感器35、36之间的信号传输用导线连接实现。控制器19通过无线接收装置接收遥控器无线控制信号。控制器19控制两个行进直流电机5、6的启停，并根据遥控器发送的农药稀释浓度及病虫害的严重程度计算整个喷洒车前进的速度，控制器19还控制抽液泵8的启停、喷头往复移动直流电机10、12的启停及正反转的改变、接收喷头触碰开关22、23、24、25信号实现农药的喷洒。控制器19通过控制电机调速部分电路，分别实现对行进直流电机5、6、喷头往复移动直流电机10、12的调速，抽液泵8在整个农药喷洒工作过程中保持恒速转动。当喷洒车需要转向时，按动遥控器上的左或右键，向控制器19发出命令，实现整个喷洒车的转向。左键被按下表示向左转向，此时喷洒车右驱动电机加速，左驱动电机减速，通过两电机差速实现左转向。右键被按下表示向右转向，此时喷洒车左驱动电机加速，右驱动电机减速，通过两电机差速实现右转向。

本发明优选控制器19根据遥控器输入的农药稀释度及病虫害的严重程度，运用模糊推理模块得出最佳的行进直流电机5、6及左右喷头往复移动直流电机10、12的转速，从而实现整个设备行进速度及喷洒速度的最佳化。当然也可以采用其他软件或程序实现该过程的处理。如图9所示，控制器19以农药的稀释浓度及病虫害的严重程度作为输入参数，以行进直流电机5、6的速度及喷头11、13移动电机作为输出。根据农技专家总结的农药喷洒经验建立模糊规则库，对输入数据进行模糊推理得到最佳输出。模糊推理过程如图10所示，以模糊推理得到的喷洒车行进速度和喷头移动速度作为PID算法的参考输入控制喷洒车在田间的行进速度和喷头往复移动速度。使喷洒车行进速度、喷头往复运动速度及农药稀释度达到最佳配比，从而实现智能化的农药喷洒。

4、遥控器

如图12所示，本发明提供的遥控器包括数字键和功能键，数字键用于输入农药的稀释浓度及病虫害的严重程度，其中病虫害的严重程度用1~9分为九档，“1”表示病虫害较轻，数字越大表示越严重，“9”表示最严重。还可以通过其上的数字按键输入农药的稀释浓度。上面的“虫”按键表示该按键被按一下，后面输入的数字是病虫害的严重程度。上面的“药”按键表示该按键被按一下，后面输入的数字是农药的稀释度。具体过程如下：

按一下“虫”按键，然后输入病虫害程度，然后按“确认”键，该参数输入完毕。

按一下“药”按键，然后输入农药稀释度，然后按“确认”键，该参数输入完毕。

上面的“启”按键用于控制整个设备的启动，“停”按键用于控制整个设备的停止，当按下“停”键后所有电机停止工作。“前”、“后”、“左”、“右”四个按键用于调整的位置。“左”、“右”按键用于控制整个设备的左右转向，前、后用于控制整个设备的前进后退。

5、轨迹引导结构

如图13所示，本发明提供的轨迹引导系统包括轨迹引导电线39和适配电源40。适配电源40轨迹引导结构在田间安装时，按照喷洒车实际运行的路径，把轨迹引导电线39固定在田间地面上，轨迹引导电线39两端分别连接适配电源40的输出端。工作完毕可以不收回引导电线，只收回适配电源40。下次喷洒农药时，只需连接电源即可，十分方便。

自动循迹导航：

喷洒车工作时，在田间事先布置轨迹引导电线39及适配电源40。喷洒车底部的左右两个轨迹传感器35、36以轨迹引导电线39布置方向为中心线对称设置，两个轨迹传感器35、36检测轨迹引导电线39产生的磁场。左右两个传感器与引导线水平距离(x)不同时，左右两个轨迹传感器35、36产生的信号强弱不同。控制器19通过判断两个信号的强弱，调节左右两个行进直流电机5、6的速度，使喷洒车始终沿着引导电线前进，实现自动循迹导航。

6、电源

本发明喷洒车采用48V蓄电池组20为动力来源，蓄电池组20与控制器19及行进直流电机5、6、抽液泵8和喷头往复移动直流电机10、12之间通过导线连接。为节省导线、空间，本实施例中控制器19直接安装在蓄电池组20上面。

如图14所示，喷洒车的工作流程为：在田间按照喷洒车实际运行的路径固定轨迹引导电线39，在田间一侧把适配电源40输出与轨迹引导电线39接通。在田间一端调整喷洒车的位置，使轨迹引导电线39恰好位于轨迹传感器35、36中间。通过储液箱进液孔3向储液箱2注入农药混合液。根据农作物的高度，调节喷头导轨支撑臂17与调节臂38上端接触点的位置，使喷头11、13与农作物的距离恰到好处。用遥控器输入农药稀释浓度和病虫害严重程度，按一下“虫”按键，然后输入病虫害程度，然后按“确认”键。按一下“药”按键，然后输入农药稀释度，然后按“确认”键。喷洒车上的控制器19接收到这两个参数，模糊推理模块通过推理运算产生最佳的喷洒车行进速度及喷头11、13左右移动速度。然后按下“启”键，喷洒车开始工作。控制器19接收速度传感器18、37信号，控制两个行进电机5、6的速度，使喷洒车的速度达到模糊推理产生的最佳速度。抽液泵8以恒定速度从储液箱2底部抽取农药通过软管送到达喷头11、13，喷头11、13在喷头往复移动直流电机10、12的带动下，按照导轨上限位挡板14、26、27、28限定的范围左右移动，把农药洒向农作物。当喷头11、13上的触碰开关22、23、24、25，碰到一端限位挡板14、26、27、28后，该开关闭合，控制器19检测到该信号后，使喷头往复移动直流电机10、12反向转动，喷头11、13向相反的方向运动，这样喷头11、13在喷头往复移动直流电机10、12的带头下做往复运动。同时控制器19通过调节喷头往复移动直流电机10、12的速度，使喷头往复移动的速度达到模糊推理产生的最佳值。轨迹传感器35、36检测轨迹引导电线39，自动循迹导航。行进中如若发生路径偏离，控制器19根据轨迹传感器35、36信号的强弱，调整喷洒车的方向，使喷洒车始终按照预定的路径行进。

当喷洒车运动到田间另一端，即喷洒完毕，按下遥控器上的“停”键即可停止工作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种履带式电动智能农药喷洒车，其特征在于：包括履带底盘（1），储存农药混合液的储液箱(2)，连接软管(4、7、16)，抽液泵(8)，行进直流电机(5、6)和喷头(11、13)，所述履带底盘(1)两侧设有安装履带的履带驱动轮(41)、导向轮(42)、支重轮(43)，所述行进直流电机(5、6)、抽液泵(8)和喷头(11、13)固定在履带底盘(1)上，所述行进直流电机(5、6)转子驱动履带驱动轮转动，所述抽液泵(8)通过连接软管(4、7、16)抽取储液箱(2)中的农药混合液，然后将农药混合液通过连接软管(4、7、16)输送至喷头(11、13)；

所述行进直流电机(5、6)数目为两个，分别与履带底盘（1）两侧履带驱动轮相连；所述行进直流电机(5、6)设有电机速度传感器(18、37)；所述电机速度传感器（18、37），抽液泵（8）和行进直流电机（5、6）通过导线与控制器（19）相连；

所述控制器（19）设有无线接收端，所述无线接收端与喷洒车遥控器进行无线通信；

所述喷洒车遥控器向控制器（19）输入农药稀释度参数及病虫害的严重程度参数，控制器（19）设有模糊推理模块，所述模糊推理模块根据农药稀释度参数及病虫害的严重程度参数对喷洒车行进速度和喷头（11、13）往复移动速度进行决策产生喷洒车前进速度及喷头往复移动速度。

2.根据权利要求1所述的一种履带式电动智能农药喷洒车，其特征在于：所述喷头（11、13）沿着喷头移动导轨（9、15）左右滑动喷洒农药，所述喷头移动导轨（9、15）通过喷头导轨支撑臂（17）固定在履带底盘（1）上；所述喷头导轨支撑臂（17）轴接与履带底盘（1），并且履带底盘（1）上轴接调节喷头导轨支撑臂（17）与水平面所成角度的调节臂（38），所述喷头导轨支撑臂（17）对应调节臂（38）接触端形状设有若干接触点；所述接触点为接触凹陷；所述抽液泵（8）固定在喷头导轨支撑臂（17）上。

3.根据权利要求2所述的一种履带式电动智能农药喷洒车，其特征在于：所述喷头移动导轨（9、15）两端各设有一个位置可调的限位挡板（14、26、27、28），所述喷头（11、13）两端设有触碰开关（22、23、24、25）；所述喷头导轨支撑臂（17）与喷头移动导轨（9、15）连接端固定有喷头往复移动直流电机（10、12），所述喷头往复移动直流电机(10、12)转子带动与其相连的转轮(31、32)、起支撑作用的从动轮(29、33)及三角带(30、34)转动，三角带(30、34)相连的喷头(11、13)移动；所述喷头往复移动直流电机(10、12)和触碰开关(22、23)、(24、25)通过导线与控制器(19)相连。

4.根据权利要求2或3所述的一种履带式电动智能农药喷洒车，其特征在于：所述喷头(11、13)和喷头移动导轨(9、15)数目为两个，对称设置于所述喷头导轨支撑臂(17)与喷头移动导轨(9、15)连接端两侧。

5.根据权利要求1所述的一种履带式电动智能农药喷洒车，其特征在于：该喷洒车还包括轨迹引导电线(39)和适配电源(40)，所述轨迹引导电线（39）布置在田间地面上，所述履带底盘（1）底部以轨迹引导电线(39)方向为中心线对称设有两个轨迹传感器(35、36)，所述轨迹传感器(35、36)检测轨迹引导电线(39)产生的磁场；所述轨迹引导电线(39)两端分别连接适配电源(40)的输出端。

6.根据权利要求1所述的一种履带式电动智能农药喷洒车，其特征在于：该喷洒车电源为蓄电池组(20)。

7.根据权利要求1所述的一种履带式电动智能农药喷洒车，其特征在于：所述储液箱(2)设有储液箱进液孔(3)，所述储液箱(2)底部设有出液口，所述连接软管(4)与出液口连接；所述储液箱(2)和抽液泵(8)分别安装在喷洒车的前后两端，所述抽液泵(8)与喷头(11、13)同处于喷洒车的后端。