CN105638613A - 一种药剂喷施机器人系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业智能装备技术领域，尤其涉及一种药剂喷施机器人系统及控制方法。本发明提供的药剂喷施机器人系统，包括：设置在移动装置上的中央控制装置、图像采集装置和喷施装置；移动装置，包括用于根据用户设定的标记获取导航轨迹图像的视觉导航装置；中央控制装置，用于根据导航轨迹图像确定导航路径，控制移动装置沿导航路径移动；或暂停，采集导航路径沿途的作物图像；中央控制装置，还用于对作物图像进行视觉匹配，精确定位作物上需要喷施药剂的待喷施部位，获得待喷施部位的空间位置信息，并控制喷施装置向待喷施部位喷施药剂。本系统能够代替人工完成繁重的喷施任务，降低作物喷施药剂的成本，促进现代农业智能装备的推广。

Description

一种药剂喷施机器人系统及控制方法

技术领域

本发明涉及农业智能装备技术领域，尤其涉及一种药剂喷施机器人系统及控制方法。

背景技术

“农业的根本出路在于机械化”，随着智能控制理论和机器视觉的发展，各种智能机器人相继诞生，并应用于农业生产的各个环节，以应对人工成本高、季节性强、作业环境差的农业生产现状。

在果蔬生长过程中，经常出现花量大，但坐果率低进而影响产量的情况，农民会在花期喷施合适的坐果剂(坐果剂能够在作物开花期间促进植株生长发育，利于幼果的形成)来保证产量。以番茄为例，栽培过程中常用副作用较轻的坐果剂2，4-D和对氯苯氧乙酸(俗称坐果灵和番茄灵)，坐果剂对外界环境、施用时间等要求较高，如果使用不当会使番茄产生疤痕果或空心果。为了能够达到良好的坐果效果，农民需要在特定的时间、温度下进行喷施。此外，在果蔬生长过程中，果蔬经常会遭受虫害，需要人工对遭受虫害严重的部位进行农药等药剂的喷施。然而人工喷施药剂的成本高、劳动强度大，并且作业环境差。

发明内容

为了降低农民的劳动强度、提高喷施精度与效率，促进现代农业智能装备推广，本发明提供了一种药剂喷施机器人系统及控制方法。

本发明的第一方面提供了一种药剂喷施机器人系统，包括：移动装置、中央控制装置、图像采集装置和喷施装置；

所述中央控制装置、所述图像采集装置和所述喷施装置设置在所述移动装置上；

所述移动装置，包括：视觉导航装置，所述视觉导航装置，用于根据用户设定的标记获取导航轨迹图像，并将所述导航轨迹图像发送给所述中央控制装置；

所述中央控制装置，用于：

根据所述导航轨迹图像确定导航路径，控制所述移动装置沿导航路径移动；或暂停，控制所述图像采集装置采集导航路径沿途的作物图像；

对所述作物图像进行视觉匹配，精确定位作物上需要喷施药剂的待喷施部位，获得所述待喷施部位的空间位置信息，并控制所述喷施装置向所述待喷施部位喷施药剂。

进一步的，所述系统，还包括：机械臂；

所述喷施装置通过所述机械臂设置在所述移动装置上；

所述中央控制装置，具体用于根据所述空间位置信息，确定所述机械臂的目标位置，控制所述机械臂运动到所述目标位置，控制所述喷施装置对准待喷施部位喷施药剂。

进一步的，所述中央控制装置，还用于：

对所述作物图像进行视觉匹配，精确确定所述待喷施部位的面积信息，并根据所述面积信息确定药剂量；控制所述喷施装置向所述待喷施部位喷施相应量的药剂。

进一步的，所述系统，还包括：

信号输入输出装置，用于显示所述移动装置、所述中央控制装置、所述图像采集装置和所述喷施装置的工作状态；接收控制指令，并将所述控制指令发送给所述中央控制装置；

所述控制指令为用户输入的包括控制所述移动装置、所述中央控制装置、所述图像采集装置和所述喷施装置的工作参数的指令；

所述中央控制装置，还用于根据所述控制指令对所述移动装置、所述中央控制装置、所述图像采集装置和所述喷施装置的工作参数进行设置。

进一步的，所述图像采集装置，包括：图像采集卡和两台用于采集所述作物图像的摄像头；

两台摄像头之间存在预设面积的视场重叠；

所述图像采集卡，用于将所述作物图像发送给所述中央控制装置。

进一步的，所述图像采集卡，具体用于：

提取所述作物图像中待喷施部位的待喷施图像，将所述待喷施图像发送给所述中央控制装置；

所述中央控制装置，具体用于根据所述待喷施图像确定所述待喷施部位的空间位置信息。

进一步的，所述喷施装置，包括：通过第一管路依序连接的药剂箱、液体泵、电磁阀和喷头；

所述药剂箱用于盛放药剂；

所述液体泵用于从所述药剂箱中抽取药剂，使所述第一管路内的药剂压强保持在预设范围内；

所述中央控制装置，具体用于通过控制所述电磁阀的通断控制所述喷头是否向待喷施部位喷施药剂。

进一步的，在所述液体泵和所述电磁阀之间，还包括：电动球阀；

所述中央控制装置，具体用于根据所述面积信息调整所述电动球阀的通路横截面积，控制喷头向所述待喷施部位喷施相应量的药剂。

进一步的，在所述电动球阀和所述液体泵之间，还包括：第二管路和溢流阀；

所述溢流阀设置在所述第二管路上，用于当所述第一管路内的药剂压强大于预设值时开启，使所述第一管路内的药剂通过所述第二管路流回所述药剂箱。

本发明的第二方面提供了一种药剂喷施机器人系统控制方法，应用本发明第一方面任一项所述的系统，包括如下步骤：

在为所述系统预设的喷施巡线轨迹上设置标记；

控制所述视觉导航装置根据所述标记获取导航轨迹图像；

根据所述导航轨迹图像确定导航路径，控制所述移动装置沿导航路径移动；或暂停，控制所述图像采集装置采集导航路径沿途的作物图像；

对所述作物图像进行视觉匹配，精确定位作物上需要喷施药剂的待喷施部位，获得所述待喷施部位的空间位置信息，并控制所述喷施装置向所述待喷施部位喷施药剂。

本发明提供的药剂喷施机器人系统，通过视觉导航装置获取导航轨迹图像；中央控制装置根据导航轨迹图像确定导航路径并控制移动装置沿导航路径移动；或暂停，控制图像采集装置采集导航路径沿途的作物图像；对作物图像进行视觉匹配，精确定位作物上需要喷施药剂的待喷施部位，获得待喷施部位的空间位置信息，并控制喷施装置向待喷施部位喷施药剂。从而能够代替人工完成繁重的药剂喷施任务，降低作物喷施药剂的成本，促进现代农业智能装备的推广。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的药剂喷施机器人系统的结构示意图；

图2是本发明第二实施例提供的药剂喷施机器人系统控制方法的流程示意图；

图3是本发明第三实施例提供的药剂喷施机器人系统的结构示意图；

图4是本发明第三实施例提供的药剂喷施机器人系统的喷施装置的外部结构示意图；

图5是本发明第三实施例提供的药剂喷施机器人系统的喷施装置的内部结构示意图；

图6是本发明第三实施例提供的药剂喷施机器人系统的工作过程示意图；

图7是本发明第三实施例提供的药剂喷施机器人系统控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明的第一实施例提供的药剂喷施机器人系统，如图1所示，包括：

中央控制装置101、图像采集装置102、移动装置103和喷施装置104；

中央控制装置101、图像采集装置102和喷施装置104设置在移动装置103上；

移动装置103，包括：视觉导航装置，所述视觉导航装置，用于根据用户设定的标记获取导航轨迹图像，并将所述导航轨迹图像发送给中央控制装置101；

中央控制装置101，用于：

根据所述导航轨迹图像确定导航路径，控制移动装置103沿导航路径移动；或暂停，控制图像采集装置102采集导航路径沿途的作物图像；

对所述作物图像进行视觉匹配，精确定位作物上需要喷施药剂的待喷施部位，获得所述待喷施部位的空间位置信息，并控制喷施装置104向所述待喷施部位喷施药剂。

在使用本发明提供的药剂喷施机器人系统为作物喷施药剂时，用户可以根据需要喷施药剂的作物的区域，预先规划药剂喷施机器人系统的喷施路线，在喷施路线上布置标记，并清理喷施路线上的障碍物。视觉导航装置根据标记获取导航轨迹图像，中央控制装置101根据导航轨迹图像确定导航路径，即用户规划的喷施路线，控制移动装置103沿导航路径移动；或者暂停，控制图像采集装置102采集导航路径沿途作物的作物图像，对所述作物图像进行视觉匹配，对作物上需要喷施药剂的待喷施部位进行精确定位，获得所述待喷施部位的空间位置信息，并控制喷施装置104向待喷施部位喷施药剂。

本发明提供的药剂喷施机器人系统，通过视觉导航装置获取导航轨迹图像；中央控制装置101根据导航轨迹图像确定导航路径并控制移动装置103沿导航路径移动；或暂停，控制图像采集装置102采集导航路径沿途的作物图像；对所述作物图像进行视觉匹配，精确定位作物上需要喷施药剂的待喷施部位，获得所述待喷施部位的空间位置信息，并控制喷施装置104向所述待喷施部位喷施药剂。从而能够代替人工完成繁重的喷施任务，降低作物喷施药剂的成本，促进现代农业智能装备的推广。

在具体实施时，对所述作物图像进行视觉匹配，对作物上需要喷施药剂的待喷施部位进行精确定位，获得所述待喷施部位的空间位置信息，可以通过采用现有的一些比较成熟的方法实现。

在具体实施时，所用的药剂可以为坐果剂、叶面肥或者农药等药剂。在具体实施时，药剂也可以为水。

在具体实施时，也可以使用本发明提供的药剂喷施机器人系统为作物以外的植物喷施药剂，例如为观赏性的植物喷施药剂。

在具体实施时，待喷施部位可以为作物的叶片、花簇、果实或者枝干等部位。

在具体实施时，利用本发明提供的药剂喷施机器人系统为作物叶面喷施农药或者叶面肥时，其工作流程可以如下：用户根据需要喷施叶面肥或者农药的作物的所在区域，规划药剂喷施机器人系统的喷施路线，在喷施路线上布置标记，并清理喷施路线上的障碍物。视觉导航装置根据标记获取导航轨迹图像，中央控制装置101根据导航轨迹图像确定导航路径，控制移动装置103沿导航路径移动；或暂停，控制图像采集装置102采集作物的作物图像，对所述作物图像进行视觉匹配，精确定位作物上需要喷施叶面肥或农药的叶片，获得叶片的空间位置信息，并控制喷施装置104向叶片喷施农药或者叶面肥。

在具体实施时，利用本发明提供的药剂喷施机器人系统为作物花簇喷施坐果剂时，其工作流程可以如下：用户根据需要喷施坐果剂的作物的区域，规划药剂喷施机器人系统的喷施路线，在喷施路线上布置标记，并清理喷施路线上的障碍物。视觉导航装置根据标记获取导航轨迹图像，中央控制装置101根据导航轨迹图像确定导航路径，控制移动装置103沿导航路径移动；或暂停，控制图像采集装置102采集作物的作物图像，对所述作物图像进行视觉匹配，精确定位作物上需要喷施药剂的花簇，获得花簇的空间位置信息，并控制喷施装置104向花簇喷施坐果剂。

在具体实施时，中央控制装置101，可以包括：工控机和喷施控制器。

工控机，用于根据所述导航轨迹图像确定导航路径，控制移动装置103沿所述导航路径移动；或者暂停，控制图像采集装置102采集导航路径沿途作物的作物图像；对所述作物图像进行视觉匹配，精确定位作物上需要喷施药剂的待喷施部位，获得所述待喷施部位的空间位置信息，并控制喷施装置104向所述待喷施部位喷施药剂。

在具体实施时，移动装置103可以包括：履带车车体。中央控制装置101、图像采集装置102、移动装置103和喷施装置104和视觉导航装置可以设置在履带车车体上。如此设计的好处在于，可以减小药剂喷施机器人系统的转弯半径，增强越障能力，提高减震效果。为了方便视觉导航装置获取导航轨迹图像，视觉导航装置可以设置在履带车车体的前端。

在具体实施时，所述系统，还可以包括：机械臂；

喷施装置104通过所述机械臂设置在移动装置103上；

中央控制装置101，具体用于根据所述空间位置信息，确定所述机械臂的目标位置，控制所述机械臂运动到所述目标位置，使喷施装置104对准待喷施部位喷施药剂。

如此设计的好处在于，能够使喷施装置104向作物的待喷施部位精准的喷施药剂。

在具体实施时，所述机械臂可以为四自由度机械臂。

如此设计的好处在于，能够更加灵活地使喷施装置104对准待喷施部位喷施药剂。

在具体实施时，中央控制装置101，还可以用于对所述作物图像进行视觉匹配，精确确定所述待喷施部位的面积信息，并根据所述面积信息确定药剂量；控制所述喷施装置向所述待喷施部位喷施的相应量的药剂。

如此设计的好处在于，能够根据需要控制喷施的药剂量，从而避免喷施的药剂过多时对作物造成损害，或者喷施的药剂过少时影响作物正常生长。

在具体实施时，对所述作物图像进行视觉匹配，精确确定所述待喷施部位的面积信息，可以通过采用现有的一些比较成熟的方法实现。

在具体实施时，所述系统，还可以包括：

信号输入输出装置，用于显示移动装置103、中央控制装置101、图像采集装置102和喷施装置104的工作状态；接收控制指令，并将所述控制指令发送给中央控制装置101；

所述控制指令为用户输入的包括控制移动装置103、中央控制装置101、图像采集装置102和喷施装置104的工作参数的指令；

中央控制装置101，还用于根据所述控制指令对移动装置103、图像采集装置102和喷施装置104的工作参数进行设置。

如此设计的好处在于，方便用户根据需要对药剂喷施机器人系统进行控制。并对药剂喷施机器人系统各个装置的工作状态进行实时监控。

在具体实施时，信号输入输出装置，可以为触摸控制屏。

在具体实施时，图像采集装置102，可以包括：图像采集卡和两台用于采集所述图像信息的摄像头；

两台摄像头之间存在预设面积的视场重叠；

所述图像采集卡，用于将所述作物图像发送给中央控制装置101。

如此设计的好处在于，能够使采集的图像信息更加准确、全面。

在具体实施时，图像采集卡，还可以具体用于对所述作物图像进行去噪等预处理，将经过预处理后的图像信息发送给中央控制装置101。

在具体实施时，所述图像采集卡，可以具体用于：

提取所述图像信息中待喷施部位的待喷施图像，将所述待喷施图像发送给所述中央控制装置101；

中央控制装置101，具体用于根据所述待喷施图像确定所述待喷施部位的空间位置信息。

如此，能够提高对待喷施部位的识别速度，并且环境适应强，有利于中央控制装置101作进一步处理，减少药剂喷施机器人系统的整体响应时间，提高喷施效率。

在具体实施时，所述系统，还可以包括：封闭结构的摄像头保护罩，以避免两台摄像头在药剂喷施过程中沾染药剂，受到药剂的影响。

在具体实施时，图像采集卡，可以集成在工控机内部。

在具体实施时，喷施装置104，可以包括：通过第一管路依序连接的药剂箱、液体泵、电磁阀和喷头；

所述药剂箱用于盛放药剂；

所述液体泵用于从所述药剂箱中抽取药剂，使所述第一管路内的药剂压强保持在预设范围内；

中央控制装置101，具体用于通过控制所述电磁阀的通断控制所述喷头是否向待喷施部位喷施药剂。

如此设计的好处在于，能够使中央控制装置101发现作物图像中存在待喷施部位时，快速地向待喷施部位喷施药剂。

在具体实施时，喷头可以为喷雾式喷头。如此设计的好处在于，能够使药剂均匀地喷洒在待喷施部位上，并且避免对作物造成损伤。

在具体实施时，在所述液体泵和所述电磁阀之间，还可以包括：电动球阀；

中央控制装置101，具体用于根据所述面积信息调整所述电动球阀的通路横截面积控制喷头向所述待喷施部位喷施的药剂量。

如此设计的好处在于，能够根据需要快速地调整喷施的药剂量。

在具体实施时，在所述电动球阀和所述液体泵之间，还包括：第二管路和溢流阀；

所述溢流阀设置在所述第二管路上，用于当所述第一管路内的药药剂压强大于预设值时开启，使所述第一管路内的药剂通过所述第二管路流回所述药剂箱。

如此设计的好处在于，能够避免因药剂压强过大，对第一管路及通过其连接的各部件收到损坏。

在具体实施时，液体泵可以为自带回流装置的自吸式隔膜泵。如此，可以避免第一管路中的药剂压强过大。

在具体实施时，在电动球阀和液体泵之间，还可以设有压力表，如此设计的好处在于，可以方便用户查看喷施装置104内的药剂压强。

在具体实施时，在液体泵和压力表之间，还可以设有单向阀。如此设计的好处在于，能够方便使喷施装置104中的药剂压强提高，并达到预设范围内。

本发明的第二实施例提供的药剂喷施机器人系统控制方法，如图2所示，包括：

应用本发明的第一实施例任一项所述的系统，包括如下步骤：

步骤S201，在为所述系统预设的喷施巡线轨迹上设置标记；

步骤S202，控制所述视觉导航装置根据所述标记获取导航轨迹图像；

步骤S203，根据所述导航轨迹图像确定导航路径，控制所述移动装置沿导航路径移动；或暂停，控制所述图像采集装置采集导航路径沿途的作物图像；

步骤S204，对所述作物图像进行视觉匹配，精确定位作物上需要喷施药剂的待喷施部位，获得所述待喷施部位的空间位置信息，并控制所述喷施装置向所述待喷施部位喷施药剂。

在具体实施时，可以控制移动装置沿所述导航路径以预设距离进行周期性移动或暂停，即移动预设距离后暂停。可以在移动装置暂停后，控制图像采集装置采集作物的作物图像，当中央控制装置根据作物图像控制喷施装置完成对待喷施部位的药剂喷施后，控制移动装置继续按导航路径移动预设距离后暂停进行作物图像采集和药剂喷施。移动装置如此周期式地运动，直到导航路径的终点。

在具体实施时，为了避免对待喷施部位重复喷施，并避免遗漏，预设距离的长度可以为图像采集装置一个视场所能采集到的长度。

在具体实施时，预设距离可以根据图像采集装置的类型、型号和视场长度进行设置。

本发明的第三实施例提供了一种将本发明提供的药剂喷施机器人系统应用于坐果剂喷施中的情形，如图3所示，本实施例提供的药剂喷施机器人系统，包括：移动平台、喷施装置9、喷施控制器、机械臂1、机械臂控制器2和图像采集装置。其中，机械臂1为四自由度机械臂。

机械臂1，包括：基座、腰关节、肩关节、大臂、肘关节、小臂、腕关节和机械臂关节电机。

移动平台，包括：履带车车体3、履带车驱动器、视觉导航装置4和工控机5。

工控机5设置在履带车车体3上。视觉导航装置4设置在工控机5上，位于药剂喷施机器人系统的前端。视觉导航装置4为视觉导航摄像头。

图像采集装置，包括：第一摄像头6-1、第一摄像头保护罩7-1、第二摄像头6-2、第二摄像头保护罩7-2和图像采集卡。第一摄像头6-1和第二摄像头6-2通过支架7固定在移动平台上。支架7和移动平台通过螺钉固定。在具体实施时，第一摄像头6-1和第二摄像头6-2也可以根据需要设置在履带车车体3上。第一摄像头6-1和第二摄像头6-2之间的距离可以根据第一摄像头6-1和第二摄像头6-2的视场范围进行设定。此处，第一摄像头6-1和第二摄像头6-2之间的距离为50cm，此时第一摄像头6-1和第二摄像头6-2之间的视场重叠范围为40cm×60cm，作物能够在第一摄像头6-1和第二摄像头6-2的视场内能够同时出现。图像采集卡集成在工控机5中。

信号输入输出装置，包括：显示器8、无线鼠标和键盘。

通过螺钉将机械臂1固定在移动平台上，使其位于第一摄像头6-1和第二摄像头6-2的中间，以避免机械臂1遮挡第一摄像头6-1和第二摄像头6-2的视场。

喷施装置9，如图4所示，包括：喷头9-1、L型连接件9-2、直角连接件9-3、电磁阀9-4、手动阀9-5和连接法兰9-6。喷头9-1自带安装板，安装板与L型连接件9-2通过螺钉紧固连接。L型连接件9-2、直角连接件9-3与连接法兰9-6通过螺钉紧固在一起。连接法兰9-6用于与机械臂1的腕关节连接。电磁阀9-4与手动阀9-5均通过螺钉与直角连接件9-3紧固连接。电磁阀9-4设计为尽量靠近喷头9-1，能够有效缩短水路控制系统对喷头9-1的控制延时，也使得喷施装置的结构更为紧凑，便于与机械臂1安装连接。

喷施装置9的内部结构如图5所示，包括：利用管路依序连接的药剂箱10、液体泵11、单向阀12、压力表13、电动球阀14、电磁阀9-4和喷头9-1。液体泵11为管路提供持续稳定在0.2Mpa左右的压力。此处，液体泵11选用自带回流装置的吸式隔膜泵，以保证回路安全。当压力达到一定值时坐果剂自动流回药剂箱10。此处，为了更清楚地展示喷施装置9的内部结构，在图5中画出的药剂箱10的数量为两个，而实际上药剂箱10的数量只有一个。回流装置与溢流阀15连接。溢流阀15作为安全阀，可以防止管路压力过高，从而防止因压力过高导致管路上的其它期间遭到破坏。药剂箱10的位置可以根据喷施工作需要进行设置。喷施量不大时，可将药剂箱10和直接固定于移动平台上；当喷施量较大时，药剂箱10可设置在随移动平台运动的专用药剂箱拖车上。单向阀12能够进一步保持喷头9-1至压力表13段的压力在工作范围。压力表13用于实时显示管路液压。喷头9-1为喷雾式喷头。

本实施例提供的药剂喷施机器人系统的工作过程如图6所示。

在利用药剂喷施机器人系统对作物的花簇进行坐果剂喷施前，用户可以根据需要喷施药剂的作物的区域，预先规划药剂喷施机器人系统的喷施路线，在喷施路线上布置标记，并清理喷施路线上的障碍物，以避免撞到作物和障碍物；检测药剂喷施机器人系统的电量是否充足，药剂箱10内的坐果剂是否充足；检查药剂喷施机器人系统各个部件之间的连接是否有松动，尤其注意视觉导航摄像头和第一摄像头和6-1第二摄像头6-2是否工作正常；检查喷施装置9的管路是否顺畅。当药剂喷施机器人系统开启后，其工作过程如下：

视觉导航摄像头根据用户设定的标记实时获取导航轨迹图像，并将导航轨迹图像发送给工控机5。工控机5对导航轨迹图像进行处理分析确定导航路径，并发送给履带车驱动器，履带车驱动器控制履带车车体3的履带车电机开启，驱动履带车车体3沿导航路径移动预设距离后暂停。

在具体实施时，为了避免重复喷施和漏喷，预设距离的长度为第一摄像头6-1和第二摄像头6-2可以共同采集的一个视场的长度。当履带车车体3暂停时，工控机5控制第一摄像头6-1和第二摄像头6-2采集作物的作物图像。第一摄像头6-1和第二摄像头6-2将作物图像发送给图像采集卡。图像采集卡对作物图像进行去噪等预处理后，提取花簇图像，并将花簇图像发送给工控机5。工控机5对花簇图像作进一步处理分析，提取出花簇特征，计算出花簇空间位置信息和花簇面积信息。工控机5根据花簇位置信息确定四自由度机械臂的目标位置、运动轨迹和目标姿态，并将包含目标位置、运动轨迹和目标姿态的位置信息发送给机械臂控制器。机械臂控制器驱动机械臂关节电机，使机械臂1按运动轨迹运动到目标位置并实现目标姿态。工控机5根据花簇面积信息确定坐果剂的喷施量，并将包含喷施量的喷施信息发送给喷施控制器。喷施控制器根据喷施信息控制电动球阀14调整通路横截面积，并控制电磁阀9-4开启，使喷头向花簇喷施相应量的坐果剂。当完成视场范围内的所有花簇的喷施后，工控机5控制履带车车体运动到下一视场，重复上述过程，对未喷施坐果剂的花簇进行坐果剂的喷施。当工控机5根据导航轨迹图像判断出到达喷施路径的终点时，控制药剂喷施机器人系统停止坐果剂的喷施。

在具体实施时，工控机5可以根据花簇图像确定各个花簇的喷施顺序，按顺序对各个花簇进行坐果剂的喷施。

在具体实施时，本实施例提供的药剂喷施机器人系统的控制方法，如图7所示，可以包括如下步骤：

步骤S301，根据视觉导航装置采集到的导航轨迹图像确定导航路径；

步骤S302，控制移动平台沿导航路径移动预设距离后暂停；

步骤S303，采集作物的图像，对图像进行预处理并提取花簇图像；

步骤S304，判断花簇图像中是否存在花簇；若判断为否，转至步骤S301，若判断为是，转至步骤S305；

步骤S305，处理花簇图像，提取花簇特征；

步骤S306，对花簇图像进行视觉匹配，计算花簇空间位置信息和花簇面积；

步骤S307，判断花簇图像是否满足喷施条件；若判断为否，转至步骤S301，若判断为是，转至步骤S308；

步骤S308，确定机械臂的目标位置，并控制机械臂运动至所述目标位置；

步骤S309，根据花簇面积控制电动球阀开启相应面积，并控制电磁阀开启向花簇喷施坐果剂；

步骤S310，检测花簇图像中的花簇是否喷施完毕；当判断为是时，转至步骤S311，当判断为否时，转至步骤S305；

步骤S311，检测移动平台是否到达导航路径的终点；当判断为否时，转至步骤S301，当判断为是时，则结束。

本实施例提供的药剂喷施机器人系统，能够根据待喷施对象的差异性对待喷施部位进行药剂的精准和适量喷施。本系统为具有感知能力的自动化机械系统，集机械、电子、信息、智能技术于一体，对环境适应性强，识别速度快，能够代替人工完成繁重的喷施任务。本系统结构紧凑，功能完整，能够很好地适应药剂喷施环境。喷施装置结构紧凑，不但能够有效减轻四自由度机械臂的负载重量，而且能够减少喷施动作的响应时间，提高喷施效率。以工控机作为核心处理器，通过处理导航轨迹图像和花簇图像两个信息流，就能完成对移动平台、四自由度机械臂和喷施装置控制，从而能够简化控制程序，缩短处理时间，实现坐果剂喷施的自动化，减少人工成本，提高劳动舒适度和劳动效率。

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，在不脱离本发明技术原理的前提下，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 (10)

1.一种药剂喷施机器人系统，其特征在于，包括：移动装置、中央控制装置、图像采集装置和喷施装置；

所述中央控制装置、所述图像采集装置和所述喷施装置设置在所述移动装置上；

所述移动装置，包括：视觉导航装置，所述视觉导航装置，用于根据用户设定的标记获取导航轨迹图像，并将所述导航轨迹图像发送给所述中央控制装置；

所述中央控制装置，用于：

根据所述导航轨迹图像确定导航路径，控制所述移动装置沿导航路径移动；或暂停，控制所述图像采集装置采集导航路径沿途的作物图像；

对所述作物图像进行视觉匹配，精确定位作物上需要喷施药剂的待喷施部位，获得所述待喷施部位的空间位置信息，并控制所述喷施装置向所述待喷施部位喷施药剂。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：机械臂；

所述喷施装置通过所述机械臂设置在所述移动装置上；

所述中央控制装置，具体用于根据所述空间位置信息，确定所述机械臂的目标位置，控制所述机械臂运动到所述目标位置，控制所述喷施装置对准待喷施部位喷施药剂。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述中央控制装置，还用于：

对所述作物图像进行视觉匹配，精确确定所述待喷施部位的面积信息，并根据所述面积信息确定药剂量；控制所述喷施装置向所述待喷施部位喷施相应量的药剂。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

信号输入输出装置，用于显示所述移动装置、所述中央控制装置、所述图像采集装置和所述喷施装置的工作状态；接收控制指令，并将所述控制指令发送给所述中央控制装置；

所述控制指令为用户输入的包括控制所述移动装置、所述中央控制装置、所述图像采集装置和所述喷施装置的工作参数的指令；

所述中央控制装置，还用于根据所述控制指令对所述移动装置、所述中央控制装置、所述图像采集装置和所述喷施装置的工作参数进行设置。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图像采集装置，包括：图像采集卡和两台用于采集所述作物图像的摄像头；

两台摄像头之间存在预设面积的视场重叠；

所述图像采集卡，用于将所述作物图像发送给所述中央控制装置。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述图像采集卡，具体用于：

提取所述作物图像中待喷施部位的待喷施图像，将所述待喷施图像发送给所述中央控制装置；

所述中央控制装置，具体用于根据所述待喷施图像确定所述待喷施部位的空间位置信息。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述喷施装置，包括：通过第一管路依序连接的药剂箱、液体泵、电磁阀和喷头；

所述药剂箱用于盛放药剂；

所述液体泵用于从所述药剂箱中抽取药剂，使所述第一管路内的药剂压强保持在预设范围内；

所述中央控制装置，具体用于通过控制所述电磁阀的通断控制所述喷头是否向待喷施部位喷施药剂。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，在所述液体泵和所述电磁阀之间，还包括：电动球阀；

所述中央控制装置，具体用于根据所述面积信息调整所述电动球阀的通路横截面积，控制喷头向所述待喷施部位喷施相应量的药剂。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，在所述电动球阀和所述液体泵之间，还包括：第二管路和溢流阀；

所述溢流阀设置在所述第二管路上，用于当所述第一管路内的药剂压强大于预设值时开启，使所述第一管路内的药剂通过所述第二管路流回所述药剂箱。

10.一种药剂喷施机器人系统控制方法，其特征在于，应用权利要求1-9任一项所述的系统，包括如下步骤：

在为所述系统预设的喷施巡线轨迹上设置标记；

控制所述视觉导航装置根据所述标记获取导航轨迹图像；

根据所述导航轨迹图像确定导航路径，控制所述移动装置沿导航路径移动；或暂停，控制所述图像采集装置采集导航路径沿途的作物图像；

对所述作物图像进行视觉匹配，精确定位作物上需要喷施药剂的待喷施部位，获得所述待喷施部位的空间位置信息，并控制所述喷施装置向所述待喷施部位喷施药剂。