CN107125229A - 一种果园对靶喷雾机及其对果树冠层的喷雾方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种果园对靶喷雾机及其对果树冠层的喷雾方法，所述喷雾机包括二维激光雷达，用于探测果树冠层的测距信息；速度检测装置，用于实时采集所述喷雾机的行驶速度信息；喷雾装置；以及，控制器，用于根据果树冠层的测距信息和喷雾机的行驶速度信息，对果树冠层的整个空间沿水平方向逐列进行网格划分，每一列形成多个网格化体积；还用于根据每一列每一个网格化体积的施药量，控制喷雾装置对果树冠层的单列的每一个网格进行喷雾。本发明将果树冠层划分为网格化体积，并计算不同网格化体积的施药量，对果树冠层不同位置处有针对性地进行药物的喷施，能够进一步地提高果园施药的效果。

Description

一种果园对靶喷雾机及其对果树冠层的喷雾方法

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，更具体地，涉及一种果园对靶喷雾机及其对果树冠层的喷雾方法。

背景技术

自动对靶喷雾机械能够根据靶标的有无和靶标特征的变化有选择性地对靶施药，有效地提高农药在农作物上的附着率，明显地减少农药在非靶标区域的沉降，获得了较好的施药效果，能够降低生产成本和减少农药对环境的污染。对靶喷雾可以改善果园传统的连续喷药时农药有效利用率低的状况。

基于实时传感器的对靶喷雾探测技术中的CCD图像传感器技术虽然检测精度较高，但是由于实时性相对较差，并且相应的的配套设施较多，费用较高，限制了其在小型果园上的应用；超声波探测技术存在着探测盲区，易受环境影响，检测精度会受到被测靶标冠层疏密程度的影响，因此在近距离检测时精度较差；而红外探测技术存在易受环境影响，工作不稳定且探测距离近等缺陷。

果园变量喷雾机械在我国不断发展及推广，但存在以下缺陷：果园变量喷雾机需要匀速行驶，或在某一限定速度下行驶，降低了果园变量喷雾机的实用性。另外，由于二维激光雷达与喷雾装置之间存在一定的距离，造成靶标检测与喷雾作业存在时间延时，目前果园变量喷雾机械尚不能实现针对果树冠层网格化体积的延时变量喷雾。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的果园对靶喷雾机及其对果树冠层的喷雾方法。

根据本发明的一个方面，提供一种果园对靶喷雾机，包括：

二维激光雷达，用于探测果树冠层的测距信息；

速度检测装置，用于实时采集所述喷雾机的行驶速度信息；

喷雾装置；以及，

控制器，用于根据果树冠层的测距信息和喷雾机的行驶速度信息，对果树冠层的整个空间沿水平方向逐列进行网格划分，每一列形成多个网格化体积；还用于根据每一列的每一个网格化体积的施药量，控制喷雾装置对果树冠层的每一个网格化体积逐列进行喷雾。

本发明的有益效果为：根据探测的果树冠层的测距信息和喷雾机的行驶速度信息，对果树冠层的整个空间沿水平方向逐列进行网格化划分，每一列形成多个网格化体积，并计算每一个网格化体积的施药量，控制喷雾装置对单一列的每一个网格化体积同时进行喷雾，能够更有针对性地对果树冠层的不同位置处进行有效施药，能够进一步地提高果园的施药效果。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以作如下改进。

进一步的，所述二维激光雷达设置于所述喷雾装置的前端支架上或者对靶喷雾机的前端支架上，用于探测两侧果树冠层的测距信息；

所述速度检测装置设置于喷雾机的行走轮上，包括速度传感器和码盘，用于采集喷雾机的行驶速度信息，其中，所述行走轮上设置有速度传感器支架来固定所述速度传感器。

进一步的，所述喷雾装置包括多路喷雾器，用于同时对果树冠层的单一列的每一个网格化体积进行喷雾，其中，所述喷雾器的数量与果树冠层上每一列的网格化体积的数量相等。

所述进一步的有益效果为：喷雾机上的喷雾装置配备多个喷雾器，其中，一个喷雾器负责对一个网格化体积进行喷雾施药，达到对每一个网格化体积进行不同施药量的喷施，施药效果更好。

进一步的，所述控制器包括上位机、下位机和多个喷雾控制模块，所述上位机和下位机通过串口连接，所述下位机和多个喷雾控制模块通过CAN总线连接；

所述下位机，用于接收所述速度检测装置检测的喷雾机的行驶速度信息，并通过串口发送给上位机；还用于根据上位机下达的喷雾指令，通过CAN总线向每一个喷雾控制模块下发喷雾指令；

所述上位机，用于根据下位机传送的喷雾机的行驶速度信息和二维激光雷达上传的果树冠层的测距信息，计算果树冠层高度方向上每一列的每一个网格化体积以及每一个网格化体积的施药量；以及向下位机发送喷雾指令，其中，所述喷雾指令中包括果树冠层单一列的各个网格化体积的施药量；

每一个所述喷雾控制模块，用于根据下位机下达的喷雾指令，产生多路PWM脉冲信号，以控制多个喷雾器同时对果树冠层单一列的多个网格化体积进行喷雾，其中，一个喷雾控制模块控制多路喷雾器，一路PWM脉冲信号控制一个喷雾器对一个网格化体积进行喷雾。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种使用喷雾机对果树冠层的喷雾方法，包括：

S1，探测果树冠层的测距信息和喷雾机的行驶速度信息；

S2，根据果树冠层的测距信息和喷雾机的行驶速度信息，对果树冠层的整个空间沿水平方向逐列进行网格划分，每一列形成多个网格化体积；

S3，计算果树冠层每一列的每一个网格化体积的施药量，并根据单一列的每一个网格化体积的施药量，控制喷雾装置对果树冠层的每一个网格化体积逐列进行喷雾。

进一步的，所述步骤S1中具体包括：

采用二维激光雷达对果树冠层上的第i个探测点与二维激光雷达的实际探测距离R_i进行探测；

采用速度检测装置上的码盘对喷雾机行进过程中产生的脉冲数进行记录，进而探测喷雾机的行驶距离，其中，喷雾机每行进预设距离，便产生一个脉冲信号。

进一步的，所述步骤S2中采用如下公式计算果树冠层上的每一个网格化体积：

其中，V_k为第k个网格化体积的大小，N_k为二维激光雷达采集到的果树冠层第k个网格中探测点的个数；h_i为第k个网格中第i个探测点的高度值，h_i+1为第k个网格中第i+1个探测点的高度值；w为网格宽度预设值；d_i为第k个网格中第i个探测点至果树树行的深度距离值。

进一步的，采用如下方式分别计算h_i和d_i：

h_i＝H_s-R_i·cosα_i；

其中，H_s为二维激光雷达在喷雾机上的安装高度，R_i为第k个网格中第i个探测点到二维激光雷达的实际探测距离；α_i为第k个网格中第i个探测点与二维激光雷达之间形成的直线与竖直方向的夹角；

d_i＝D_s-R_i·sinα_i；

其中，D_s为二维激光雷达与果树树行之间的距离。

进一步的，所述喷雾装置上具有多个喷雾器，还包括：

对所有的喷雾器进行分组，每一组包括有多个喷雾器，每一组喷雾器由一个喷雾控制模块控制；

所述步骤S3具体包括：

S31，喷雾机上的控制器根据果树冠层上的每一列上的每一个网格化体积，以及预先设定的单位网格化体积的施药量，计算出果树冠层上单列的每一个网格化体积的施药量；

S32，控制器根据果树冠层上的单列的每一个网格化体积的施药量，向每一个喷雾控制模块下发喷雾指令；

S33，每一个喷雾控制模块根据喷雾指令，控制多个喷雾器同时向高度方向上的每一列的每一个网格化体积进行喷雾，其中，一个喷雾器负责对一个网格化体积进行喷雾。

进一步的，所述步骤S1还包括：

预先设定/测量二维激光雷达与喷雾装置之间的水平距离；

所述步骤S3还包括：

基于二维激光雷达与喷雾装置之间的水平距离，二维激光雷达对果树冠层进行探测后，当喷雾装置达到二维激光雷达对果树冠层进行探测时的位置时，控制喷雾装置对果树冠层进行延时喷雾，其中，所述延时是指喷雾装置对果树冠层每一列喷雾的时间相对于二维激光雷达对果树冠层同一列的探测时间上具有延时。

附图说明

图1为本发明一个实施例的果园对靶喷雾机整体结构示意图；

图2为本发明一个实施例中的喷雾机上的速度检测装置结构图；

图3为本发明一个实施例的喷雾机上的控制器硬件连接框图；

图4为本发明一个实施例的喷雾装置上的控制器的人机交互界面示意图；

图5为本发明一个实施例的喷雾装置上的一个单独的喷雾器的结构示意图；

图6为本发明另一个实施例的使用果园对靶喷雾机对果树冠层的喷雾方法流程图；

图7为本发明一个实施例中的二维激光雷达对果树冠层进行扫描的示意图；

图8为本发明一个实施例的对果树冠层进行网格划分的示意图；

图9为本发明另一个实施例的喷雾机对整个果园的喷雾过程示意图；

图10为本发明另一个实施例的喷雾机上的二维激光雷达对单个果树冠层的扫描过程示意图；

图11为本发明另一个实施例的使用果园对靶喷雾机对果树冠层的喷雾的整个流程图。

附图中，各标号所代表的部件名称如下：

1、上位机，2、二维激光雷达，3、药筒，4、喷雾控制模块，5、喷雾装置，6、码盘，7、行走轮，8、速度传感器，9、速度传感器支架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1，为本发明一个实施例的果园对靶喷雾机的结构示意图，能够对果园中的果树冠层有效地进行喷雾施药。该喷雾机包括：二维激光雷达2，用于探测果树冠层的测距信息；速度检测装置，用于实时采集所述喷雾机的行驶速度信息；喷雾装置5；以及，控制器，用于根据果树冠层的测距信息和喷雾机的行驶速度信息，对果树冠层的整个空间沿水平方向逐列进行网格划分，每一列形成多个网格化体积；还用于根据每一列的每一个网格化体积的施药量，控制喷雾装置5对果树冠层的每一个网格化体积逐列进行喷雾。

本实施例中的喷雾机包括二维激光雷达2、速度检测装置、喷雾装置5和控制喷雾装置5的控制器，二维激光雷达2用来探测果树冠层的测距信息。速度检测装置用来实时采集喷雾机的行驶速度信息，控制器根据果树冠层上的每个探测点的测距信息和喷雾机的行驶速度信息，对果树冠层的整个空间在高度方向上等高度和等宽度进行逐列的网格划分，每一列上形成多个等高度和等宽度的网格化体积，每一个网格化体积基本上不相等。控制器还根据预先设定的单位网格化体积的施药量以及划分后的单一列的每一个网格化体积的大小，计算出每一个网格化体积所对应的施药量。控制器根据每一个网格化体积的施药量，控制喷雾机上的喷雾装置5对果树冠层的单一列的每一个网格化体积进行喷雾。本实施例将果树冠层沿水平方向逐列划分为一个一个的网格化体积，每一个网格化体积均对应不同的施药量，有针对性地对每一个网格化体积进行施药，提高了果园的施药效果。

在本发明的一个实施例中，二维激光雷达2设置于所述喷雾装置5 的前端支架上或者整个喷雾机的前端支架上，探测两侧果树冠层的测距信息；所述速度检测装置设置于喷雾机的行走轮7上，速度检测装置包括速度传感器8和码盘6，用于采集喷雾机的行驶速度信息，其中，所述行走轮7上设置有速度传感器支架9来固定所述速度传感器8。

其中，本实施例中的二维激光雷达2设置于喷雾装置5的前端支架上或者设置于整个喷雾机的前端支架上，二维激光雷达2与喷雾装置5在水平方向上还存在固定的安装距离，当二维激光雷达2在水平方向上达到特定位置时，二维激光雷达2对果树冠层在高度方向上进行探测，得到高度方向上每一列探测点的探测数据。得到探测数据后，水平网格宽度固定，在高度方向上，对果树冠层的进行网格划分，形成一列网格化体积，喷雾装置5相对于二维激光雷达具有一定的延迟，才会对果树冠层的同一列上进行喷雾。参见图2，速度检测装置是设置于喷雾机的行走轮7上，其包括速度传感器8和码盘6，码盘6用来记录喷雾机行进过程中行走轮7所行进的距离，喷雾机的行走轮7每行进预设距离，其上的速度传感器会产生一个脉冲数，码盘6通过记录速度传感器8产生的脉冲数就能记录喷雾机行进的距离。通过码盘6 记录的喷雾机行进的距离和喷雾机行进的时间，就能计算出喷雾机在行进过程中的行驶速度信息。

在本发明的另一个实施例中，所述喷雾装置5包括多路喷雾器，用于同时对果树冠层的单一列的每一个网格化体积进行喷雾，其中，所述喷雾器的数量与果树冠层上每一列的网格化体积的数量相等。

当上述实施例中控制器计算出了果树冠层的单列的每一个网格化体积对应的施药量后，会根据每一个网格化体积对应的施药量，控制喷雾装置5对单列上的每一个网格化体积进行喷雾。喷雾装置5上具有多路喷雾器，喷雾装置5可同时控制多路喷雾器对果树冠层上的每一列的网格化体积进行喷雾。其中，一个喷雾器负责对一个网格化体积进行喷雾，在喷雾装置5对果树冠层喷雾的过程中，是对果树冠层上一列一列的网格化体积逐列进行喷雾，即喷雾装置5按照列对果树冠层进行喷雾。因此，本实施例中，喷雾装置5上的喷雾器的数量与果树冠层上每一列的网格化体积的数量相等，控制每一个喷雾器对每一个网格化体积进行针对性的喷雾施药，提高果园的施药效果。

在本发明的另一个实施例中，所述控制器包括上位机1、下位机和多个喷雾控制模块，所述上位机1和下位机通过串口连接，所述下位机和多个喷雾控制模块通过CAN总线连接。所述下位机，用于接收所述速度检测装置检测的喷雾机的行驶速度信息，并通过串口发送给上位机1；还用于根据上位机1下达的喷雾指令，通过CAN总线向每一个喷雾控制模块下发喷雾指令。所述上位机1，用于根据下位机传送的喷雾机的行驶速度信息和二维激光雷达上传的果树冠层的测距信息，计算果树冠层高度方向上每一列的每一个网格化体积以及每一个网格化体积的施药量；以及向下位机发送喷雾指令，其中，所述喷雾指令中包括果树冠层单一列的各个网格化体积的施药量。每一个所述喷雾控制模块，用于根据下位机下达的喷雾指令，产生多路PWM脉冲信号，以控制多个喷雾器同时对果树冠层单一列的多个网格化体积进行喷雾，其中，一个喷雾控制模块控制多路喷雾器，一路PWM脉冲信号控制一个喷雾器对一个网格化体积进行喷雾。

参见图3，为控制器的整个硬件结构图，本实施例中的控制器包括上位机1、下位机和多个喷雾控制模块，其中，上位机1通过以太网 Ethernet接口与二维激光雷达2网络连接，上位机1与下位机通过串口通信连接，下位机还通过CAN总线与多个喷雾控制器5模块连接。下位机接收速度检测装置检测的喷雾机的行驶速度信息，并对喷雾的行驶速度信息进行校核，将校核后的喷雾机行驶速度信息发送给上位机1，同时上位机1接收二维激光雷达2的果树冠层的探测数据。上位机1根据喷雾机的行驶速度信息和果树冠层的测距信息，对果树冠层进行沿水平方向逐列进行网格划分，每一列形成多个网格化体积。参见图4，控制器将果树冠层划分后的每一列网格化体积的大小显示在人机交互界面上，其中，一次显示一列网格化体积。驾驶员页可以通过控制器上的人机交互界面预先设定单位网格化体积所对应的施药量，控制器根据单位网格化体积对应的施药量和果树冠层的每一个网格化体积的大小，计算出每一个网格化体积对应的施药量，并向下位机发送喷雾指令，其中，喷雾指令中包括当前单列的每一个网格化体积的施药量。下位机接收到上位机2的喷雾指令，通过CAN总线向各个喷雾控制模块下达喷雾指令。其中，每一个喷雾控制模块控制多路喷雾器，每一个喷雾控制模块接收到下位机下达的喷雾指令，产生对应的多路PWM脉冲信号，来控制多路喷雾器同时进行施药作业，一路喷雾器对果树冠层上的一个网格化体积进行喷雾施药，所有的喷雾器一次同时完成果树冠层上每一列的网格化体积的喷雾。其中，每一个喷雾器的安装角度是可以根据果树冠层上网格化体积的高度进行调整的，以适应于对不同高度上的网格化体积进行喷雾。对果树冠层上的一列网格化体积喷雾后，再对下一列的网格化体积进行喷雾，直到完成整个果园的喷雾。

其中，参见图5，为单个喷雾器的结构示意图，包括电磁阀、单向阀和雾化喷头，其中，在喷雾机的背上还设置有药筒3，用来储存药液。喷雾控制模块接收到下位机下达的喷雾指令，产生对应的多路PWM脉冲信号，分别控制各喷雾器的电磁阀。电磁阀与雾化喷头之间通过管路连接，在管路上安装有单向阀，以防止管路泄压。电磁阀控制管路将药筒3中的药液流向雾化喷头，以对果树冠层的每一个网格化体积进行喷雾施药。

参见图6，为本发明另一个实施例的使用果园对靶喷雾机对果树冠层喷雾的方法，包括：S1，探测果树冠层的测距信息和喷雾机的行驶速度信息；S2，根据果树冠层的测距信息和喷雾机的行驶速度信息，对果树冠层的整个空间沿水平方向逐列进行网格划分，每一列形成多个网格化体积；S3，计算果树冠层每一列的每一个网格化体积的施药量，并根据单一列的每一个网格化体积的施药量，控制喷雾装置对果树冠层的每一个网格化体积逐列进行喷雾。

本实施例对每一个果树冠层的测距信息进行探测，具体的采用二维激光雷达对果树冠层的高度方向上的第i个探测点与二维激光雷达的实际探测距离R_i进行探测。还采用采用速度检测装置上的码盘对喷雾机行进过程中产生的脉冲数进行记录，进而探测喷雾机的行驶距离，其中，喷雾机每行进预设距离，便产生一个脉冲信号。

根据果树冠层的测距信息和喷雾机行进的距离信息，对果树冠层的整个空间沿水平方向逐列进行网格划分，每一列形成多个网格化体积。然后计算单列的每一个网格化体积对应的施药量，并控制喷雾机上的喷雾装置对果树冠层上的单列的每一个网格化体积进行喷雾。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S2中采用如下公式计算果树冠层的高度方向上单列的每一个网格化体积：

其中，V_k为第k个网格化体积的大小，N_k为二维激光雷达采集到的果树冠层第k个网格中探测点的个数；h_i为第k个网格中第i个探测点的高度值，h_i+1为第k个网格中第i+1个探测点的高度值；W为网格宽度预设值；d_i为第k个网格中第i个探测点至果树树行的深度距离值。

上述公式计算的是果树冠层每一列的每一个网格化体积，本实施例在具体对果树冠层进行网格划分时，每一个网格的高度是相等的，w 为网格宽度，每一个网格的宽度也是相等的。当喷雾机行进预设距离后，将喷雾机行进的预设距离作为网格的宽度对果树冠层进行划分。参见图7，对于果园中的果树冠层，二维激光雷达能够扫描果树冠层上的每一个探测点与二维激光雷达的实际测距距离。控制器根据二维激光雷达探测的每一个探测点的实际测距距离，计算每一个探测点的高度信息h_i以及每一个探测点与果树树行之间的深度距离信息d_i。然后，参见图8，根据果树冠层的每一个探测点的高度信息和每一个探测点到果树树行之间的深度距离信息，以及设定的网格宽度，将果树冠层的整个空间沿水平方向逐列网格划分，每一列形成多个网格化体积。在本实施例中，每一个网格的高度是相同的，宽度也是相同的，但是由于果树冠层是不规则的，因此果树冠层上的每一个探测点到果树树行之间的深度距离信息d_i是不同的，可参见图9，故果树冠层上的每一个网格化体积是不相等的。

其中，参见图8，采用如下方式分别计算h_i和d_i：

h_i＝H_s-R_i·cosα_i；

其中，H_s为二维激光雷达在喷雾机上的安装高度，R_i为第k个网格中第i个探测点到二维激光雷达的实际探测距离；α_i为第k个网格中第i个探测点与二维激光雷达之间形成的直线与竖直方向的夹角；

d_i＝D_s-R_i·sinα_i；

其中，D_s为二维激光雷达与果树树行之间的距离。

需要说明的是，参见图10，二维激光雷达每次只能对水平方向上的半个果树冠层进行探测，当二维激光雷达在两行果树冠层之间时，可同时对左右两侧的果树冠层进行探测。当二维激光雷电达到另外两行果树冠层之间时，对果树冠层的另外半边进行探测。

在本发明的另一个实施例中，前述的喷雾装置上具有多个喷雾器，本实施例还包括：对多个喷雾器进行分组，每一组包括有多个喷雾器，每一组喷雾器由一个喷雾控制模块控制。

上述的步骤S3中根据每一个网格化体积的施药量，控制喷雾机上的喷雾装置对果树冠层的每一个网格化体积进行喷雾施药具体包括： S31，喷雾机上的控制器根据果树冠层上的每一列上的每一个网格化体积，以及预先设定的单位网格化体积的施药量，计算出果树冠层上单列的每一个网格化体积的施药量；S32，控制器根据果树冠层上的单列的每一个网格化体积的施药量，向每一个喷雾控制模块下发喷雾指令； S33，每一个喷雾控制模块根据喷雾指令，控制多个喷雾器同时向高度方向上的每一列的每一个网格化体积进行喷雾，其中，一个喷雾器负责对一个网格化体积进行喷雾。

上述的实施例中对果树冠层进行了网格划分后，得到每一列上的多个网格化体积，喷雾机上的控制器根据每一个网格化体积以及预先设定的单位网格体积的施药量，计算出果树冠层上每一个网格化体积对应的施药量。然后控制器根据每一个网格化体积的施药量，向每一个喷雾控制模块下发喷雾指令，其中，喷雾指令中包括每一个网格化体积的施药量。每一个喷雾控制模块根据喷雾指令，产生多路PWM脉冲信号，来控制多个喷雾器同时对单列的多个网格化体积进行喷雾。其中，对所有的喷雾器进行分组，每一组中包括多个喷雾器，每一组喷雾器由一个喷雾控制模块控制，所有喷雾器的数量与果树冠层上每一列的网格化体积的数量相等。一个喷雾器负责一个网格化体积的喷雾施药，采用多个喷雾控制模块对一列上所有的网格化体积同时进行喷雾施药，实现了对果树冠层不同位置处的不同施药量的喷雾，提高了果树冠层的施药效果。在控制喷雾装置对果树冠层的网格化体积进行喷雾施药的过程中，可以根据此时喷雾机的行驶速度，控制器每一个喷雾器的喷雾速度，本实施例能够适用于变速行进的喷雾机对果树冠层的喷雾。

其中，在进行对果树冠层进行喷雾施药的过程中，由于二维激光雷达是安装于喷雾装置的前端支架上，二维激光雷达与喷雾装置在水平方向上是具有一定距离的，因此，喷雾装置会落后于二维激光雷达。所述的步骤S1还包括：预先设定/测量二维激光雷达与喷雾装置之间的水平距离；所述步骤S3还包括：基于二维激光雷达与喷雾装置之间的水平距离，二维激光雷达对果树冠层进行探测后，当喷雾装置达到二维激光雷达对果树冠层进行探测时的位置时，控制喷雾装置对果树冠层进行延时喷雾，其中，所述延时是指喷雾装置对果树冠层每一列喷雾的时间相对于二维激光雷达对果树冠层同一列的探测时间上具有延时。

控制器会按照二维激光雷达与喷雾装置的水平距离，二维激光雷达对果树冠层探测时，喷雾装置还未达到果树冠层。为了使得喷雾装置更近距离地对果树冠层进行喷雾，当喷雾装置达到二维激光雷达对果树冠层测距时的位置时，控制器控制喷雾装置对果树冠层进行喷雾，实现对果树冠层的延时喷雾。

参见图11，为使用果园对靶喷雾机对果树冠层的喷雾的整个流程图，首先，喷雾机驾驶员可以在控制器的人机交互界面上设置单位网格体积的施药量。当喷雾机行进到果树附近时，利用喷雾机上的二维激光雷达探测果树冠层每一个探测点的的实际测距距离，以及利用速度检测装置检测喷雾机的行驶速度信息。根据二维激光雷达探测的每一个探测点的实际测距距离，计算果树冠层上每一个探测点的高度信息和每一个探测点与果树树行之间的深度距离信息。控制器根据每一个探测点的高度信息，对高度数据按照大小顺序进行排列。根据每一个探测点的高度信息、每一个探测点与果树树行之间的深度距离信息以及网格宽度对果树冠层逐列进行网格划分，得到每一列上的多个网格化体积。在控制器的人机交互界面上显示每一列的各网格化体积，以及将每个网格化体积存储于控制器中。控制器根据驾驶员预先设定的单位网格化体积的施药量以及果树冠层的每一个网格化体积的大小，计算每一个网格化体积的施药量。控制器通过下位机向多个喷雾控制模块下达喷雾指令，当喷雾装置到达果树冠层附近时，喷雾控制模块同时控制多路喷雾器对每一列的多个的网格化体积同时进行喷雾。对果树冠层的不同位置处喷施不同量的农药，更有针对性，提高了对果园施药的效果。

本发明提供的一种果园对靶喷雾机及其对果树冠层喷雾的方法，根据探测的果树冠层的测距信息和喷雾机的行驶速度信息，对果树冠层的整个空间逐列进行网格化划分，得到果树冠层每一列的多个网格化体积，并计算每一个网格化体积的施药量，控制喷雾装置对单列的多个网格化体积同时进行喷雾，能够更有针对性地对果树冠层的不同位置处进行有效施药，能够进一步地提高果园的施药效果。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种果园对靶喷雾机，其特征在于，包括：

二维激光雷达，用于探测果树冠层的测距信息；

速度检测装置，用于实时采集所述喷雾机的行驶速度信息；

喷雾装置；以及，

控制器，用于根据果树冠层的测距信息和喷雾机的行驶速度信息，对果树冠层的整个空间沿水平方向逐列进行网格划分，每一列形成多个网格化体积；还用于根据每一个网格化体积的施药量，控制喷雾装置对果树冠层的每一个网格化体积逐列进行喷雾。

2.如权利要求1所述的果园对靶喷雾机，其特征在于，所述二维激光雷达设置于所述喷雾装置的前端支架上或者对靶喷雾机的前端支架上，用于探测两侧果树冠层的测距信息；

所述速度检测装置设置于喷雾机的行走轮上，包括速度传感器和码盘，用于采集喷雾机的行驶速度信息，其中，所述行走轮上设置有速度传感器支架来固定所述速度传感器。

3.如权利要求2所述的果园对靶喷雾机，其特征在于，所述喷雾装置包括多路喷雾器，用于同时对果树冠层的单一列的每一个网格化体积进行喷雾，其中，所述喷雾器的数量与果树冠层上每一列的网格化体积的数量相等。

4.如权利要求3所述的果园对靶喷雾机，其特征在于，所述控制器包括上位机、下位机和多个喷雾控制模块，所述上位机和下位机通过串口连接，所述下位机和多个喷雾控制模块通过CAN总线连接；

所述下位机，用于接收所述速度检测装置检测的喷雾机的行驶速度信息，并通过串口发送给上位机；还用于根据上位机下达的喷雾指令，通过CAN总线向每一个喷雾控制模块下发喷雾指令；

所述上位机，用于根据下位机传送的喷雾机的行驶速度信息和二维激光雷达上传的果树冠层的测距信息，计算果树冠层高度方向上每一列的每一个网格化体积以及每一个网格化体积的施药量；以及向下位机发送喷雾指令，其中，所述喷雾指令中包括果树冠层单一列的各个网格化体积的施药量；

每一个所述喷雾控制模块，用于根据下位机下达的喷雾指令，产生多路PWM脉冲信号，以控制多个喷雾器同时对果树冠层单一列的多个网格化体积进行喷雾，其中，一个喷雾控制模块控制多路喷雾器，一路PWM脉冲信号控制一个喷雾器对一个网格化体积进行喷雾。

5.一种使用喷雾机对果树冠层进行喷雾的方法，其特征在于，包括：

S1，探测果树冠层的测距信息和喷雾机的行驶速度信息；

S2，根据果树冠层的测距信息和喷雾机的行驶速度信息，对果树冠层的整个空间沿水平方向逐列进行网格划分，每一列形成多个网格化体积；

S3，计算果树冠层每一列的每一个网格化体积的施药量，并根据单一列的每一个网格化体积的施药量，控制喷雾装置对果树冠层的每一个网格化体积逐列进行喷雾。

6.如权利要求5所述的使用喷雾机对果树冠层进行喷雾的方法，其特征在于，所述步骤S1中具体包括：

采用二维激光雷达对果树冠层上的第i个探测点与二维激光雷达的实际探测距离R_i进行探测；

采用速度检测装置上的码盘对喷雾机行进过程中产生的脉冲数进行记录，进而探测喷雾机的行驶距离，其中，喷雾机每行进预设距离，便产生一个脉冲信号。

7.如权利要求6所述的使用喷雾机对果树冠层进行喷雾的方法，其特征在于，所述步骤S2中采用如下公式计算果树冠层上的每一个网格化体积：

其中，V_k为第k个网格化体积的大小，N_k为二维激光雷达采集到的果树冠层第k个网格中探测点的个数；h_i为第k个网格中第i个探测点的高度值，h_i+1为第k个网格中第i+1个探测点的高度值；w为网格宽度预设值；d_i为第k个网格中第i个探测点至果树树行的深度距离值。

8.如权利要求7所述的使用喷雾机对果树冠层进行喷雾的方法，其特征在于，采用如下方式分别计算h_i和d_i：

h_i＝H_s-R_i·cosα_i；

其中，H_s为二维激光雷达在喷雾机上的安装高度，R_i为第k个网格中第i个探测点到二维激光雷达的实际探测距离；α_i为第k个网格中第i个探测点与二维激光雷达之间形成的直线与竖直方向的夹角；

d_i＝D_s-R_i·sinα_i；

其中，D_s为二维激光雷达与果树树行之间的距离。

9.如权利要求8所述的使用喷雾机对果树冠层进行喷雾的方法，其特征在于，所述喷雾装置上具有多个喷雾器，还包括：

对所有的喷雾器进行分组，每一组包括有多个喷雾器，每一组喷雾器由一个喷雾控制模块控制；

所述步骤S3具体包括：

S31，喷雾机上的控制器根据果树冠层上的每一列上的每一个网格化体积，以及预先设定的单位网格化体积的施药量，计算出果树冠层上单列的每一个网格化体积的施药量；

S32，控制器根据果树冠层上的单列的每一个网格化体积的施药量，向每一个喷雾控制模块下发喷雾指令；

S33，每一个喷雾控制模块根据喷雾指令，控制多个喷雾器同时向高度方向上的每一列的每一个网格化体积进行喷雾，其中，一个喷雾器负责对一个网格化体积进行喷雾。

10.如权利要求9所述的使用喷雾机对果树冠层进行喷雾的方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：

预先设定/测量二维激光雷达与喷雾装置之间的水平距离；

所述步骤S3还包括：

基于二维激光雷达与喷雾装置之间的水平距离，二维激光雷达对果树冠层进行探测后，当喷雾装置达到二维激光雷达对果树冠层进行探测时的位置时，控制喷雾装置对果树冠层进行延时喷雾，其中，所述延时是指喷雾装置对果树冠层每一列喷雾的时间相对于二维激光雷达对果树冠层同一列的探测时间上具有延时。