CN106003028B - 一种农药喷洒机器人控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种农药喷洒机器人控制系统及控制方法，包括上位机监控装置和下位机控制器，上位机监控装置包括PC机和无线收发器，所述PC机通过无线收发器接收到农药喷洒机器人采集到的周围图像信息及其运行状态，监控者根据经验判断运行状态目前这种运行状态是否合理。所述下位机控制器包括主控芯片、剩余药量预测电路、GPS模块、摄像头、人机接口、无线收发电路、喷药驱动电路和电机驱动电路。本发明所设计机器人可通过监控人员通过无线信号得到运行状态及周围环境情况，设定工作方式，也可由现场操作人员通过人机接口设定工作方式，或通过摄像头采集信号，通过控制器自行设定工作方式。可有效减少农业从业人口数量，减轻农民劳动量。

Description

一种农药喷洒机器人控制系统
技术领域
本发明涉及农业领域，具体涉及一种农药喷洒机器人控制系统及控制方法。
背景技术
目前，我国农业从业人口越来越少，对农业自动化要求越来越高。农药喷洒机器人能够有效减少农民劳动量，大规模推广后必然会减少对农业从业人口的需求数量。但目前所使用的农药喷洒机器人智能化程度较低，需一机一人针对操作控制，对减少劳动量和减少农业从业人口的作用有限。
发明内容
发明目的：本发明为了解决农药喷洒机器人智能化程度较低问题，设计一种智能化程度高，稳定性强，易于操作的农药喷洒机器人控制系统及控制方法。
技术方案：本发明所述的一种农药喷洒机器人控制系统，包括上位机监控装置和下位机控制器，所述上位机监控装置包括相互连接的PC机和无线收发器，所述下位机控制器包括主控芯片、剩余药量预测电路、GPS模块、摄像头、人机接口、无线收发电路、喷药驱动电路和电机驱动电路，所述主控芯片的输入端分别连接有剩余药量预测电路、GPS模块、摄像头，所述主控芯片的输出端分别连接有喷药驱动电路、电机驱动电路，所述主控芯片还连接有人机接口和无线收发电路，所述无线收发电路与所述无线收发器相互通讯连接。
进一步的，所述机器人的运行状态分别受剩余药量检测判断处理控制、摄像头采集图像信息判断处理控制、上位机监控装置控制和人机接口指令控制；其控制优先级为人机接口指令控制最高，其次为上位机监控装置控制，再次为剩余药量检测判断处理控制，最低级为摄像头采集图像信息判断处理控制。
进一步的，所述喷药驱动电路控制机器人进行停止喷药，两侧喷药，单独左侧喷药，单独右侧喷药四种状态。
进一步的，所述电机驱动电路控制机器人进行前进、后退、原地调头、左方前进调头、右方前进调头、左方后退调头和右方后退调头七种状态。
进一步的，所述剩余药量预测电路检测到剩余药量不够下一循环喷洒时，根据GPS检测到的位置信息，以最近路径回到起始点灌装农药。
进一步的，所述摄像头采集到图像判断两侧均有农田时，打开两侧喷药状态；仅检测到左侧有农田时打开左侧喷药状态，仅检测到右侧有农田时打开右侧喷药状态；当剩余药量不足，需返回原地灌装时进入停止喷药状态。
进一步的，所述摄像头检测到机器人运行到农田尽头时，可选择五种调头状态：当根据运行设定需左侧农田继续喷药时，根据图像处理信息判断左前方平坦时，选择左侧前进调头状态，左前方不平坦时，选择左侧后退调头状态；设定需要右侧农田继续喷药时，根据图像处理信息判断右前方平坦时，选择右侧前进调头状态，右前方不平坦时，选择右侧后退调头状态；当农田受病虫害严重，需要多遍喷药时，可选择原地调头状态。
本发明还公开了上述一种农药喷洒机器人控制系统的控制方法，包括如下步骤：
（1）机器人开始运行时，先读取摄像头数据，将采集到的图像进行处理，判断目前机器人所处位置，根据判断情况确定电机运行状态和农药喷洒状态；
（2）然后根据剩余药量判断是否足够喷洒一个来回，若足够即可进行喷洒，若不够，则返回起始点加灌农药；
（3）再判断是否有上位机指令，若有则接收上位机指令，按上位机指令运行；
（4）最后判断是否接收到现场操作人员通过人机接口发送的指令，若收到，则更改为以现场操作人员发送指令为最新指令；
（5）然后开始进行电机运行状态控制和农药喷洒状态控制：通过接收几条指令的顺序不同，确定其控制优先级为人机接口指令控制最高，其次为上位机监控装置控制，再次为剩余药量检测判断处理控制，最低级为摄像头采集图像信息判断处理控制；
（6）判断电机运行状态，电机运行状态分为七种情况，具体控制方法为：
（a）前进状态左右两个电机均正转；
（b）后退状态左右两个电机均反转；
（c）左侧前进调头状态左电机正转，右电机停止；
（d）右侧前进调头状态左电机停止，右电机正转；
（e）左侧后退调头状态左电机停止，右电机反转；
（f）右侧后退调头状态左电机反转，右电机停止；
（g）原地调头状态左电机正转，右电机反转；
（7）判断农药喷洒状态，农药喷洒状态共四种情况，具体控制方法为：
（a）停止喷药状态左右喷头均关闭；
（b）两侧喷药状态左右喷头均打开；
（c）左侧喷药状态左喷头打开，右喷头关闭；
（d）右侧喷药状态左喷头关闭，右喷头打开。
有益效果：本发明所设计机器人可通过监控人员通过无线信号得到运行状态及周围环境情况，设定工作方式，也可由现场操作人员通过人机接口设定工作方式，或通过摄像头采集信号，通过控制器自行设定工作方式。可有效减少农业从业人口数量，减轻农民劳动量。
附图说明
图1为本发明结构框图；
图2为本发明下位机控制器控制流程图。
具体实施方式
如图1所示，一种农药喷洒机器人控制系统包括上位机监控装置和下位机控制器。上位机监控装置包括PC机和无线收发器。所述PC机通过无线收发器接收到农药喷洒机器人采集到的周围图像信息及其运行状态，监控者根据经验判断运行状态目前这种运行状态是否合理，如不合理，通过PC机发出指令，指令通过无线收发器传送到下位机控制器，改变机器人运行状态。
所述下位机控制器包括主控芯片、剩余药量预测电路、GPS模块、摄像头、人机接口、无线收发电路、喷药驱动电路和电机驱动电路，所述主控芯片的输入端分别连接有剩余药量预测电路、GPS模块、摄像头，所述主控芯片的输出端分别连接有喷药驱动电路、电机驱动电路，所述主控芯片还连接有人机接口和无线收发电路，所述无线收发电路与所述无线收发器相互通讯连接。所述剩余药量预测电路用于检测机器人药箱内的剩余药量，用于判断是否需要返回加药；GPS模块用于定位机器人位置，设定机器人返回路径；所述摄像头用于采集机器人运行前方图像，通过图像设定机器人电机运行状态及农药喷洒方式；所述人机接口接收现场操作者设置指令传送给主控芯片；所述无线收发电路接收上位机监控装置指令传送给主控芯片，并将摄像头采集的图像信息和机器人运行状态数据发送给上位机监控装置；所述喷药驱动电路用于驱动两侧农药喷头的开启与停止；所述电机驱动电路用于驱动左右两侧电机，控制机器人运行状态。
图2为本发明的下位机控制器控制流程图。所述机器人运行状态受剩余药量检测判断处理控制，摄像头采集图像信息判断处理控制，上位机监控装置控制和人机接口指令控制。具体的控制方法，包括如下步骤：
（1）机器人开始运行时，先读取摄像头数据，将采集到的图像进行处理，判断目前机器人所处位置，根据判断情况确定电机运行状态和农药喷洒状态；
（2）然后根据剩余药量判断是否足够喷洒一个来回，若足够即可进行喷洒，若不够，则返回起始点加灌农药；
（3）再判断是否有上位机指令，若有则接收上位机指令，按上位机指令运行；
（4）最后判断是否接收到现场操作人员通过人机接口发送的指令，若收到，则更改为以现场操作人员发送指令为最新指令；
（5）然后开始进行电机运行状态控制和农药喷洒状态控制：通过接收几条指令的顺序不同，确定其控制优先级为人机接口指令控制最高，其次为上位机监控装置控制，再次为剩余药量检测判断处理控制，最低级为摄像头采集图像信息判断处理控制；
（6）判断电机运行状态，电机运行状态分为七种情况，具体控制方法为：
（a）前进状态左右两个电机均正转；
（b）后退状态左右两个电机均反转；
（c）左侧前进调头状态左电机正转，右电机停止；
（d）右侧前进调头状态左电机停止，右电机正转；
（e）左侧后退调头状态左电机停止，右电机反转；
（f）右侧后退调头状态左电机反转，右电机停止；
（g）原地调头状态左电机正转，右电机反转；
（7）判断农药喷洒状态，农药喷洒状态共四种情况，具体控制方法为：
（a）停止喷药状态左右喷头均关闭；
（b）两侧喷药状态左右喷头均打开；
（c）左侧喷药状态左喷头打开，右喷头关闭；
（d）右侧喷药状态左喷头关闭，右喷头打开。
本发明所设计机器人可通过监控人员通过无线信号得到运行状态及周围环境情况，设定工作方式，也可由现场操作人员通过人机接口设定工作方式，或通过摄像头采集信号，通过控制器自行设定工作方式。可有效减少农业从业人口数量，减轻农民劳动量。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种农药喷洒机器人控制系统，其特征在于：包括上位机监控装置和下位机控制器，所述上位机监控装置包括相互连接的PC机和无线收发器，所述下位机控制器包括主控芯片、剩余药量预测电路、GPS模块、摄像头、人机接口、无线收发电路、喷药驱动电路和电机驱动电路，所述主控芯片的输入端分别连接有剩余药量预测电路、GPS模块、摄像头，所述主控芯片的输出端分别连接有喷药驱动电路、电机驱动电路，所述主控芯片还连接有人机接口和无线收发电路，所述无线收发电路与所述无线收发器相互通讯连接；
所述的一种农药喷洒机器人控制系统的控制方法，包括如下步骤：
(1)机器人开始运行时，先读取摄像头数据，将采集到的图像进行处理，判断目前机器人所处位置，根据判断情况确定电机运行状态和农药喷洒状态；
(2)然后根据剩余药量判断是否足够喷洒一个来回，若足够即可进行喷洒，若不够，则返回起始点加灌农药；
(3)再判断是否有上位机指令，若有则接收上位机指令，按上位机指令运行；
(4)最后判断是否接收到现场操作人员通过人机接口发送的指令，若收到，则更改为以现场操作人员发送指令为最新指令；
(5)然后开始进行电机运行状态控制和农药喷洒状态控制：通过接收几条指令的顺序不同，确定其控制优先级为人机接口指令控制最高，其次为上位机监控装置控制，再次为剩余药量检测判断处理控制，最低级为摄像头采集图像信息判断处理控制；
(6)判断电机运行状态，电机运行状态分为七种情况，具体控制方法为：
(a)前进状态左右两个电机均正转；
(b)后退状态左右两个电机均反转；
(c)左侧前进调头状态左电机正转，右电机停止；
(d)右侧前进调头状态左电机停止，右电机正转；
(e)左侧后退调头状态左电机停止，右电机反转；
(f)右侧后退调头状态左电机反转，右电机停止；
(g)原地调头状态左电机正转，右电机反转；
(7)判断农药喷洒状态，农药喷洒状态共四种情况，具体控制方法为：
(a)停止喷药状态左右喷头均关闭；
(b)两侧喷药状态左右喷头均打开；
(c)左侧喷药状态左喷头打开，右喷头关闭；
(d)右侧喷药状态左喷头关闭，右喷头打开。
2.根据权利要求1所述的一种农药喷洒机器人控制系统，其特征在于：所述机器人的运行状态分别受剩余药量检测判断处理控制、摄像头采集图像信息判断处理控制、上位机监控装置控制和人机接口指令控制；其控制优先级为人机接口指令控制最高，其次为上位机监控装置控制，再次为剩余药量检测判断处理控制，最低级为摄像头采集图像信息判断处理控制。
3.根据权利要求1所述的一种农药喷洒机器人控制系统，其特征在于：所述喷药驱动电路控制机器人进行停止喷药，两侧喷药，单独左侧喷药，单独右侧喷药四种状态。
4.根据权利要求1所述的一种农药喷洒机器人控制系统，其特征在于：所述电机驱动电路控制机器人进行前进、后退、原地调头、左方前进调头、右方前进调头、左方后退调头和右方后退调头七种状态。
5.根据权利要求1所述的一种农药喷洒机器人控制系统，其特征在于：所述剩余药量预测电路检测到剩余药量不够下一循环喷洒时，根据GPS检测到的位置信息，以最近路径回到起始点灌装农药。
6.根据权利要求1所述的一种农药喷洒机器人控制系统，其特征在于：所述摄像头采集到图像判断两侧均有农田时，打开两侧喷药状态；仅检测到左侧有农田时打开左侧喷药状态，仅检测到右侧有农田时打开右侧喷药状态；当剩余药量不足，需返回原地灌装时进入停止喷药状态。
7.根据权利要求1所述的一种农药喷洒机器人控制系统，其特征在于：所述摄像头检测到机器人运行到农田尽头时，可选择五种调头状态：当根据运行设定需左侧农田继续喷药时，根据图像处理信息判断左前方平坦时，选择左侧前进调头状态，左前方不平坦时，选择左侧后退调头状态；设定需要右侧农田继续喷药时，根据图像处理信息判断右前方平坦时，选择右侧前进调头状态，右前方不平坦时，选择右侧后退调头状态；当农田受病虫害严重，需要多遍喷药时，可选择原地调头状态。
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