CN105532623B - 一种智能自走式风送静电式对靶喷雾机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能自走式风送静电式对靶喷雾机，属于植保喷雾机械技术领域。该喷雾机包括底盘驱动装置、风送式静电喷雾装置、智能控制系统、远程控制系统和车架。该喷雾机在喷雾作业前可选择操作方式，在手动模式下，可以通过触摸显示屏或远程控制系统来控制喷雾机的行走和喷雾动作；在自动模式下，喷雾机按照预先设定的程序自主行走和对靶喷雾。喷雾机根据激光探测器检测的实时靶标信息来控制是否喷雾，同时根据距离传感器检测的距离信息来判断底盘驱动部分的行走方式。本喷雾机采用风送和静电相结合的喷雾方式，利用静电对雾滴进行电晕式充电使带电雾滴更加容易的吸附于植株叶面正反面，在风送气流作用下对雾滴进行二次雾化和靶标冠层扰动。

Description

一种智能自走式风送静电式对靶喷雾机

技术领域

本发明涉及一种智能自走式风送静电式对靶喷雾机，属于植保喷雾机械技术领域。

背景技术

近年来，随着我国农业机械化进程的不断推进，农村对植保机械的需求量也越来越大。目前，针对温室大棚农作物的窄行距、株距较大的植株作物的病虫害防治，大多依靠人工喷施农药。这样不仅造成环境污染、导致药物资源浪费，而且在药物雾滴漂移和高温作业的环境中，很容易造成作业人员中毒中暑，导致不必要的人员伤亡。即使有温室喷雾机能够自动化操作，但其喷雾时不能区分是否有靶标，总是连续喷雾，因为植株与植株之间的间隔喷雾属于无效喷雾，且喷雾雾滴无法有效沉积在叶片上，药液浪费大；同时风送式喷雾技术是一种被广泛采用并十分有效的喷雾技术，该技术可以显著提高雾滴的穿透性和沉积率，通过针对植株间间隔及植株形状控制是否喷雾，以达到减少无效喷雾、提高农药有效利用率目的。

公开号CN202310978U提供了一种喷雾机，其为手推式，但不能自主行走和对靶喷雾。

公开号CN104656645A提供了一种对靶系统，其基于图像处理进行对靶，但整个系统处理时间长、操作复杂，难以推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够自行走、自动对靶、响应时间快、不会漏喷或多喷、适合温室大棚作业的智能自走式对靶喷雾机。

为了解决以上技术问题，本发明所采用的具体技术方案是：

该喷雾机包括底盘驱动装置、风送式静电喷雾装置、智能控制系统、远程控制系统和车架。

底盘驱动装置位于喷雾机的底部，安装在车架下方，包括传动轴、驱动轮、支撑轮、履带机构和安装在车架内的两个步进电机、步进电机与传动轴连接用于驱动传动轴进行转动，驱动轮安装在传动轴一端，驱动轮和多个支撑轮安装在履带机构内侧并与履带机构啮合为履带行走提供动力和支撑。

风送式静电喷雾装置，包括喷雾系统、风送系统和高压静电部分：喷雾系统安装在车架内，由药箱、混药器、隔膜泵、调压阀、电磁阀和喷雾管路依次连接组成，喷雾管路再与喷头相连；风送系统安装在固定于车架内的支撑杆上，位于喷雾机的顶部，包括风机和导风筒，其中喷头安装在导风筒内中心轴线上的正前端；静电环安装在导风筒前端圆柱管内壁上，通过安装在车架内的高压静电发生器，进行充电，喷雾时通过静电对雾滴进行电晕式充电使带电雾滴更加容易的吸附于植株叶面正反面，且在风送气流作用下对雾滴进行二次雾化和靶标冠层扰动。

智能控制系统和远程控制系统安装在机架内，其特征在于：智能控制系统包括激光探测器、距离传感器、测速传感器和控制器，激光探测器安装在车架顶端前方且位于喷头下方，喷头的水平中心轴线和激光传感器发出的光束相平行，且在喷雾机前进的水平方向上，激光探测器安装在喷头前一定距离以使得喷雾机在工作时激光探测器发出的光束探测到靶标的时间能早于喷头的水平中心轴线到达靶标的时间，因为智能控制系统在从探测靶标到发出控制信号以及电磁阀启闭都有一定的响应延迟时间。通过激光探测器安装在喷头前一定距离，可以提前探测靶标，喷雾机在响应延迟时间内行驶一段距离，待到响应延迟时间结束后，喷头的水平中心轴线能正对着靶标进行喷雾；距离传感器分别安装在车架前挡板的左下方和右下方，距离传感器之间的距离等于喷雾机的宽度，用于检测与障碍物之间的实时距离；测速传感器安装在底盘驱动装置的步进电机的传动轴上，用于实时检测左右两轮的转速；控制器与激光探测器、距离传感器、测速传感器、电磁阀、底盘驱动装置中的两个步进电机和风送式静电喷雾装置中的风机相连；控制器根据预设的靶标距离信息与激光探测器检测的实时信息相比较来控制是否喷雾，同时根据距离传感器检测的实时信息来判断是否转向：作业过程中，激光探测器实时检测与靶标之间的距离，控制器根据预设的靶标距离信息判断是否有靶标存在，进而控制电磁阀的启闭来控制喷雾；两个避障传感器实时检测其探头与前方障碍物之间的距离，控制器根据预设的安全行驶距离与测得的实际行驶距离进行比较来控制行走速度。

远程控制系统，通过无线通信方式与控制器连接通信，控制喷雾机启停动作和调节行进速度。

进一步地，所述的喷雾机还设有触摸显示屏，触摸显示屏安装在车架顶端后方并与控制器连接。

进一步地，所述的喷雾机还设有电源管理模块，电源管理模块安装在车架内用于给喷雾机供电并与控制器连接。

上述的一种智能自走式风送静电式对靶喷雾机，自走式风送静电喷雾机的前进速度为0.5-1m/s可调，可通过触摸显示屏或无线通信模块进行调节。

上述的一种智能自走式风送静电式对靶喷雾机，喷雾压力通过调压阀设定在40psi，风机风量设定为2700m3/h，静电环充电电压为40KV。

上述的一种智能自走式风送静电式对靶喷雾机，远程控制部分通过无线方式与控制装置连接通信，可向控制器发出喷雾机工作和停止信号，可根据不同作业要求控制喷雾机的行走速度。

上述的一种智能自走式风送静电式对靶喷雾机，在喷雾作业前可选择操作方式，在手动模式下，可以通过触摸显示屏或无线遥控器来控制喷雾机的行走和喷雾动作；在自动模式下，喷雾机按照预先设定的程序自主行走和对靶喷雾。

上述的一种智能自走式风送静电式对靶喷雾机，喷雾控制装置为与喷头相通的药液管上的电磁阀。所述的电磁阀具有较高的开关频率，其功耗仅为6W，通过电磁阀反向吸收电路的设计，即在电磁阀上并联一个反向的二极管，在电磁阀启闭后吸收浪涌电流，能使电磁阀达到较好的流量控制线性度。

上述的一种智能自走式风送静电式对靶喷雾机，激光探测器具有IP67防护等级、25ms的快速扫描周期、高速的Ethernet通讯接口，有效测量距离为60mm至5000mm。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明的喷雾机是否喷雾是根据与该喷头相对应的激光探测装置是否探测到靶标而定，做到自动对靶和精确喷雾，不会漏喷或多喷、防止农药浪费。

2.本发明的激光探测器相比于红外探测器，在温室环境下的抗干扰能力更好，对靶精度更高。

3.本发明的履带自走式喷雾机可自主独立的喷雾作业，降低了人工成本，提高了作业效率，同时该喷雾机温室内通过性好。

4.本发明的风送式静电喷雾系统，利用风送气流对雾滴进行二次雾化和植株冠层扰动，雾滴的沉积分布均匀性提高，且利用静电使雾滴带电，更加容易的吸附于植株叶面正反面。

附图说明

图1为智能自走式对靶喷雾机总体结构示意图。

图2为图1的主视图。

图3为智能控制部分结构示意图。

图4为采样点布置示意图。

图5为不同方式下采样点雾滴覆盖率。

图中：1.支撑轮，2.驱动轮，3.履带机构，4.激光探测器，5.喷头，6.导风筒，7.风机，8.混药器，9.药箱，10.测速传感器，11.支撑杆，12.触摸显示屏，13.控制器，14.电源管理模块，15.调压阀，16.距离传感器A，17.距离传感器B，18.隔膜泵，19.车架，20.步进电机C，21.步进电机D，22.电磁阀，23.无线通信模块。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明方案做进一步详细说明。

如图1和图2所示，该喷雾机包括底盘驱动装置、风送式静电喷雾装置、智能控制系统和远程控制系统。

如图1和图2所示，底盘驱动装置包括安装在车架19上的两个步进电机20C和21D、传动轴、驱动轮2、支撑轮1和履带机构3，步进电机用于驱动传动轴进行转动，两个驱动轮2分别安装在传动轴两端，履带机构3安装在驱动轮3上，驱动轮3转动过程中带动履带机构3行走，多个支撑轮1安装在履带机构3内侧并于其连接为履带行走提供支撑。

如图1和图2所示，风送式静电喷雾装置，包括喷雾系统、风送系统和高压静电部分：喷雾系统安装在车架19内，由药箱9、混药器8、隔膜泵18、调压阀15、电磁阀22和喷雾管路依次连接组成，喷雾管路再与喷头5相连；风送系统安装在固定于车架19内的支撑杆11上，位于喷雾机的顶部，包括风机7和导风筒6，其中喷头5安装在导风筒6中心轴线上的正前端；静电环安装在导风筒6前端圆柱管内壁上，通过安装在车架19内的高压静电发生器，进行充电，喷雾时通过静电对雾滴进行电晕式充电使带电雾滴更加容易的吸附于植株叶面正反面，且在风送气流作用下对雾滴进行二次雾化和靶标冠层扰动。

如图3所示，智能控制部分结构示意图，包括激光探测器4、距离传感器16A、距离传感器17B、测速传感器10、触摸显示屏12、控制器13、无线通信模块23、电源管理模块14、风机7、电磁阀22；距离传感器安装在车架19上前挡板的左下方和右下方，用于检测底盘驱动部分与障碍物之间的实时行驶距离；控制器13与底盘驱动部分的步进电机连接，通过调节控制器的输出PWM波的占空比来调节步进电机的速度，控制器13根据预设的安全行驶距离与检测的实时行驶距离比较进而控制底盘驱动部分进行转向；激光探测器4安装在喷头正前方20cm处，用于采集植株靶标与激光探测器4的实时距离，控制器13在接受激光探测器的信号后通过高低电平控制电磁阀22的开启和闭合，进而实现对靶喷雾控制；触摸显示屏12安装在车架19上，可以设定对靶喷雾距离和行走速度。

为了实现无线通信连接，在控制器13设置第一无线收发模块，远程控制系统设置第二无线收发模块，第一无线收发模块和第二无线收发模块通过无线通信连接，从而实现信号的无线传输功能，远程遥控装置通过控制按钮可向控制器发出喷雾机工作和停止信号，可根据不同作业要求控制喷雾机的行走速度。

在喷雾作业前可选择操作方式，在手动模式下，可以通过触摸显示屏12或远程控制系统来控制喷雾机的行走和喷雾动作；在自动模式下，喷雾机按照预先设定的程序自主行走和对靶喷雾。

在进一步实施例中，在车架19上安装的两个距离传感器分别用于检测底盘驱动部分与两侧障碍物之间的实时行驶距离，控制器13根据预设的安全行驶距离与检测的实时行驶距离的大小关系控制两个步进电机的不同转速来实现底盘驱动部分的转向；具体地，在底盘驱动部分正常行驶过程中，当第一侧的实时行驶距离小于安全行驶距离时控制装置控制第二侧的步进电机减速，这样底盘驱动部分向第二侧进行转向，在转向过程中当第一侧的实时行驶距离大于安全行驶距离时控制装置控制第二侧的步进电机加速，以使底盘驱动部分正常行驶，通过设置两个距离传感器可以准确地获得底盘驱动部分两侧至障碍物之间的距离，从而可以更加准确地控制底盘驱动部分的转向。

根据本实施例提供的智能自走式风送静电式对靶喷雾机，在工作过程中具体地，操作人员通过远程控制装置或者触摸显示屏调节底盘驱动机构的行驶方向和行驶速度；在喷雾机到达指定位置开始喷雾作业时，首先通过自检程序，检测蓄电池电量和药液量，判断是否满足喷雾作业要求，若不满足则发出蜂鸣提示音；作业前，操作人员可根据实际作业需求，在触摸显示屏上设定对靶距离；作业过程中，激光探测器实时检测与靶标之间的距离，控制器判断是否有靶标存在，进而控制电磁阀的启闭来控制喷雾；作业过程中，两个机理传感器实时检测其探头与前方障碍物之间的距离，控制器根据预设的安全行驶距离与测得的实际行驶距离进行比较来控制行走速度。

本发明与现有的植保喷雾机械相比，其自动化程度高、操作简便、作业效率高，工作过程中作业人员可选择手动遥控和自动作业完成农药喷施。该发明采用激光对靶喷雾，至少可节约50％的农药使用量和80％的用水量，很大程度上降低了资源成本和环境污染，具有良好的市场前景和推广价值。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。实验验证：

实验采用3株树冠直径约1.5m，树高1.7m，树干高0.5m的仿真树，试验时喷雾压力设定在40psi，风机风量设定为2700m3/h，静电环充电电压为40KV，行驶速度0.5m/s，喷雾单元与树之间距离保持在1m，仿真树的最小间距为0.5m；将仿真树的树冠中心沿水平方向设定3个采样点，即3×3＝9点，此9点为每棵树的测量采样点，在树与树的间隙中心处也设置1个采样，每个采样点正面布置2.5cm×5.0cm大小的滤纸承接雾滴，滤纸按照采样点位置进行编号，待雾滴干燥后收集纸卡，用扫描仪进行扫描，并通过Matlab软件将扫描图片用图像处理系统进行灰度和二值化处理，测定统计每张纸卡的雾滴覆盖率，重复3次。

实验采用4种喷雾方式，方式1为激光探测器设置在喷头前方0cm处，方式2为激光探测器设置在喷头前方20cm处，方式3为激光探测器设置在喷头前方40cm处。采样点布置如图4，实验结果如图5。

由图5可看出在仿真树间隙区域的采样点上的雾滴覆盖率明显小于在树冠层上的，体现了对靶喷雾的特性；同时方式2的在仿真树间隙区域的采样点上的雾滴覆盖率明显小于方式1和方式3的，说明激光探测器设置在喷头前方20cm处具有其合理性。

Claims (6)

1.一种智能自走式风送静电式对靶喷雾机，包括底盘驱动装置、风送式静电喷雾装置、智能控制系统、远程控制系统和车架；底盘驱动装置位于喷雾机的底部，安装在车架下方；风送式静电喷雾装置，包括喷雾系统、风送系统和高压静电部分，喷雾系统和高压静电部分安装在车架内，风送系统安装在固定于车架内的支撑杆上，位于喷雾机的顶部；智能控制系统和远程控制系统安装在机架内，其特征在于：智能控制系统包括激光探测器、距离传感器、测速传感器和控制器；激光探测器安装在车架顶端前方且位于喷头下方，喷头的水平中心轴线和激光探测器发出的光束相平行；且在喷雾机前进的水平方向上，激光探测器安装在喷头前一定距离，以使得喷雾机在工作时激光探测器发出的光束探测到靶标的时间能早于喷头的水平中心轴线到达靶标的时间；距离传感器分别安装在车架前挡板的左下方和右下方，距离传感器之间的距离等于喷雾机的宽度，用于检测与障碍物之间的实时距离；测速传感器安装在底盘驱动装置的步进电机的传动轴上，用于实时检测左右两轮的转速；控制器与激光探测器、距离传感器、测速传感器、电磁阀、底盘驱动装置中的两个步进电机和风送式静电喷雾装置中的风机相连；控制器根据预设的靶标距离信息与激光探测器检测的实时信息相比较来控制是否喷雾，同时根据距离传感器检测的实时信息来判断是否转向；喷雾机的前进速度为0.5-1m/s；喷雾压力通过调压阀设定在40psi，风机风量设定为2700m³/h，静电环充电电压为40KV；所述底盘驱动装置位于喷雾机的底部，包括传动轴、驱动轮、支撑轮、履带机构和安装在车架内的两个步进电机，步进电机与传动轴连接用于驱动传动轴进行转动，驱动轮安装在传动轴一端，驱动轮和多个支撑轮安装在履带机构内侧并与履带机构啮合，为履带行走提供动力和支撑；所述喷雾系统安装在车架内，由药箱、混药器、隔膜泵、调压阀、电磁阀和喷雾管路依次连接组成，喷雾管路再与喷头相连；所述风送系统包括风机和导风筒，其中喷头安装在导风筒内中心轴线上的正前端；静电环安装在导风筒前端圆柱管内壁上，通过安装在车架内的高压静电发生器，进行充电，喷雾时通过静电对雾滴进行电晕式充电使带电雾滴更加容易的吸附于植株叶面正反面，且在风送气流作用下对雾滴进行二次雾化和靶标冠层扰动。

2.如权利要求1所述的一种智能自走式风送静电式对靶喷雾机，其特征在于：还设有触摸显示屏，触摸显示屏安装在车架顶端后方并与控制器连接；在喷雾作业前可选择操作方式，在手动模式下，通过触摸显示屏或远程控制系统来控制喷雾机的行走和喷雾动作；在自动模式下，喷雾机按照控制器中预先设定的程序自主行走和对靶喷雾；还设有电源管理模块，电源管理模块安装在车架内用于给喷雾机供电并与控制器连接。

3.如权利要求1所述的一种智能自走式风送静电式对靶喷雾机，其特征在于：远程控制系统通过无线方式与智能控制系统连接通信，为了实现无线通信连接，在智能控制系统中的控制器设置第一无线收发模块，远程控制系统设置第二无线收发模块，第一无线收发模块和第二无线收发模块通过无线通信连接，从而实现信号的无线传输功能，远程控制系统可向控制器发出喷雾机工作和停止信号，可根据不同作业要求控制喷雾机的行走速度。

4.如权利要求1所述的一种智能自走式风送静电式对靶喷雾机，其特征在于：喷雾系统中的电磁阀具有较高的开关频率，其功耗仅为6W，通过电磁阀反向吸收电路的设计，即在电磁阀上并联一个反向的二极管，在电磁阀启闭后吸收浪涌电流，能使电磁阀达到较好的流量控制线性度。

5.如权利要求1所述的一种智能自走式风送静电式对靶喷雾机，其特征在于：所述激光探测器具有IP67防护等级、25ms的快速扫描周期、高速的Ethernet通讯接口，有效测量距离为60mm至5000mm。

6.如权利要求1所述的一种智能自走式风送静电式对靶喷雾机，其特征在于，所述激光探测器安装在喷头前一定距离指：激光探测器安装在喷头前方20cm处。