CN109258601A - 一种智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制装置与方法 - Google Patents
一种智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制装置与方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109258601A CN109258601A CN201810910339.3A CN201810910339A CN109258601A CN 109258601 A CN109258601 A CN 109258601A CN 201810910339 A CN201810910339 A CN 201810910339A CN 109258601 A CN109258601 A CN 109258601A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- unmanned plane
- control
- target
- weeding
- intelligentized
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005507 spraying Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 238000009333 weeding Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000008685 targeting Effects 0.000 title claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 claims abstract description 31
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 36
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 35
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 21
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 7
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 4
- 238000013135 deep learning Methods 0.000 claims description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 3
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 3
- 230000001629 suppression Effects 0.000 claims description 3
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 claims description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 2
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 3
- 239000000575 pesticide Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 238000012271 agricultural production Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000002363 herbicidal effect Effects 0.000 description 1
- 239000004009 herbicide Substances 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 210000004218 nerve net Anatomy 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000007665 sagging Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01M—CATCHING, TRAPPING OR SCARING OF ANIMALS; APPARATUS FOR THE DESTRUCTION OF NOXIOUS ANIMALS OR NOXIOUS PLANTS
- A01M7/00—Special adaptations or arrangements of liquid-spraying apparatus for purposes covered by this subclass
- A01M7/0089—Regulating or controlling systems
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01M—CATCHING, TRAPPING OR SCARING OF ANIMALS; APPARATUS FOR THE DESTRUCTION OF NOXIOUS ANIMALS OR NOXIOUS PLANTS
- A01M21/00—Apparatus for the destruction of unwanted vegetation, e.g. weeds
- A01M21/04—Apparatus for destruction by steam, chemicals, burning, or electricity
- A01M21/043—Apparatus for destruction by steam, chemicals, burning, or electricity by chemicals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D1/00—Dropping, ejecting, releasing, or receiving articles, liquids, or the like, in flight
- B64D1/16—Dropping or releasing powdered, liquid, or gaseous matter, e.g. for fire-fighting
- B64D1/18—Dropping or releasing powdered, liquid, or gaseous matter, e.g. for fire-fighting by spraying, e.g. insecticides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D47/00—Equipment not otherwise provided for
- B64D47/08—Arrangements of cameras
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Pest Control & Pesticides (AREA)
- Insects & Arthropods (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Toxicology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Catching Or Destruction (AREA)
- Soil Working Implements (AREA)
Abstract
本发明公开了一种智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制装置与方法。装置包括飞行主控系统、传感采集处理系统、对靶喷雾流量控制系统及供电装置；所述飞行主控系统用于处理无人机位置信息、姿态信息等参数，控制无人机稳定飞行；所述传感采集处理系统，用于实时处理获取的田间杂草图像数据；所述对靶喷雾流量控制系统，用于实现离心喷头方向定位及流量大小的调节。方法指预先建立的杂草图像识别模型移植至工控主板，USB摄像头实时采集田间图像上传至工控主板分析处理，根据处理结果判断田间杂草的有无、位置及面积大小，继而控制对靶云台，调整离心喷头的方向，实现对农作物的精准喷施，提高了药液的有效性，减少了药液的浪费和环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及农业航空植保机械装备、对靶变量控制技术的研究领域，特别涉及一种智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制装置与方法。
背景技术
对靶变量喷雾是实现农业航空领域精准施药技术的一种重要方式，综合变量喷雾控制流量和对靶喷雾精确定位的优势，达到精确喷雾的要求，对农业可持续发展和生态环境保护具有重要意义。
田间杂草会严重影响作物产量，且由于其分布疏密不均，难以精确去除。目前我国仍采用人工锄草为主，此方法费工费力、劳动强度大且效率低下。为了提高农业生产能力和生产效率，国外一些发达国家如美国、瑞典等已经广泛展开了对地面行走式自动除草装备的研究，但未实现精确定位，也不能根据杂草疏密、面积控制药量，我国在此领域的研究尚也处于探索研究起步阶段。利用无人机易操作、效率高、雾化效果好等优点，并结合神经网络杂草识别模型进行低空自动对靶除草装备的研究在领域内尚未找到。对除草无人机自动对靶的研究不仅有助于提高除草效率，还能大幅度减少除草剂用量，节约成本的同时降低了对环境的危害，促进农业生产的健康绿色发展。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制装置，实施对靶变量喷雾，实现对农作物的精准喷施。
本发明的另一个目的在于提供一种智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制方法。
为了达到上述第一目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一种智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制装置，包括飞行主控系统、传感采集处理系统、对靶喷雾流量控制系统及供电装置；
所述飞行主控系统，用于处理无人机位置信息、姿态信息参数，控制无人机稳定飞行，该飞行主控系统包括飞控主板、动力装置、远程遥控通信装置及飞行数据记录装置；
所述传感采集处理系统，实时处理获取的田间杂草图像数据，该传感采集处理系统包括工控主板、USB摄像头及视频解码器，所述USB摄像头采集的图像，通过视频解码器解码后传输给工控主板；
所述对靶喷雾流量控制系统，用于实现离心喷头方向及流量大小的调节，该对靶喷雾流量控制系统包括对靶云台、PWM模块、药箱、隔膜泵及离心喷头组成；在物理上，所述药箱、隔膜泵及离心喷头采用水管依次顺序连接，离心喷头安装在对靶云台上；电气上，离心喷头与PWM模块连接，PWM模块与工控主板连接。
作为优选的技术方案，所述动力装置用于驱动螺旋桨和控制舵机，为无人机提供动力，该动力装置包括无刷电机、螺旋桨及电调，所述电调与无刷电机连接，所述无刷电机上方设置螺旋桨；
所述远程遥控通信装置用于操作者调整无人飞行器的姿态、速度及高度，该远程遥控通信装置包括地面控制站和无线通信模块，通过无线模块实现飞控主板和地面控制站的无线信号传输；
所述飞行数据记录装置用于将无人机的位置、速度、高度及姿态信息通过无线方式传送到地面控制站，便于无人机的稳定控制，该飞行数据记录装置包括GPS模块和惯性姿态传感器，所述GPD模块安装在无人机的顶部，所述惯性姿态传感器设置在飞控主板上。
作为优选的技术方案，所述工控主板采用嵌入式人工智能超级计算平台，用于田间杂草图像数据采集、分析处理和流量控制。
作为优选的技术方案，所述对靶云台是一种二轴旋转支架装置，包括第一减震固定板、第二减震固定板、减震片、水平旋转机构、连接机构、垂直旋转机构、横杆、喷头紧固件、二轴云台控制板以及姿态反馈元件；物理上，所述第一减震固定板与第二减震固定板通过螺柱固定，减震片安装在第一减震固定板与第二减震固定板的外侧，水平旋转机构与第二减震固定板连接，水平旋转机构与连接机构连接，连接机构与垂直旋转机构连接，垂直旋转机构与横杆连接，横杆与喷头紧固件连接，离心喷头固定在喷头紧固件上，二轴云台控制板固定在第二减震固定板上方，姿态反馈元件固定在第二减震固定板下方；电气上，水平旋转机构、垂直旋转机构及姿态反馈元件均通过串口接入二轴云台控制板；
所述二轴云台控制板是一种MOS管驱动的电机控制板，安装在第二减震固定板上，可接收姿态反馈元件的离心喷头倾斜角和伺服电机加速度参数，并控制伺服电机转动，使离心喷头保持稳定的姿态和快速的角度变换。
作为优选的技术方案，所述USB摄像头安装无人机前进方向前侧的中间位置，对靶云台安装在无人机前进方向后侧的中间位置，两者可通过滑块在导轨上调节位置，保持最佳时延距离，为系统软、硬件时延预留响应时间；
所述时延距离可参考如下公式：
式中，l为时延距离，le是距离误差，vref是无人机理想速度，v是无人机实际速度，tc为系统总时延，ε为其他因素。
作为优选的技术方案，所述PWM模块采用大功率MOS触发开关驱动模块，用于将PWM占空比信号转化成电动离心喷头驱动电压信号；
所述药箱容量约为5L，挂载在无人机的正下方，隔膜泵的正上方，出水口与隔膜泵入水口相连。
作为优选的技术方案，所述隔膜泵用于提供药液喷施压力，采用12V供电电压喷雾水泵，最大流量为4.5L/min，出水口接离心喷头。
为了达到上述另一目的，本发明采用以下技术方案：
本发明智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制控制装置的控制方法，包括下述步骤：
S1：无人机定高、定速飞行时，USB摄像头获取田间杂草数据，以设定的传输速度通过USB口上传至工控GPU主板；
S2：工控主板对每帧图像做滤波、去噪预处理，并以图像中心为原点建立xy轴坐标系；
S3：根据预先移植至工控主板内的杂草识别模型，对每帧图像做杂草与作物识别分类，并从上到下、从左到右的顺序依次标记每簇杂草中心在坐标系中的位置(x,y)，并计算其边界框的面积大小；
S4：根据杂草中心位置(x,y)及飞行高度h，利用对靶公式计算对靶云台电机转动的水平旋转角θ与垂直旋转角调整云台对准目标杂草位置；根据面积大小，改变PWM占空比信号，经PWM模块变成电压信号传输给电动离心喷头，实现流量大小控制及精准对靶喷雾。
作为优选的技术方案，所述杂草识别模型采用深度学习中SSD物体检测模型。
作为优选的技术方案，所述对靶公式采用如下函数：
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明采用深度学习中的SSD模型做杂草识别，实现了的传统除草装备的智能化研究突破。SSD模型相对其他检测模型(如YOLO,FASTER R-CNN,R-FCN等)可以在单个步骤中完成感兴趣区域生成和全连接层分类，并且在处理图像的同时预测边界框和类；精度高，速度快，能满足嵌入式设备的实时性要求。
2、本发明利用无人机做喷洒平台，可有效提高作业效率，且不会在田间留下辙痕，以致损坏作物，同时利用无人机旋翼的下垂风作用，能够改善雾滴层积效果，提高农药利用率，既节约了农用物资的投入成本又减小了农药对作物和土壤环境的危害。
3、本发明中，USB摄像头与离心喷头间隔一定距离，使得从探测到喷雾保留有适当时间间隔，为图像处理留下足够的时间，保证分析计算结果的有效性，增强了实际可操作性。
附图说明
图1本发明的控制装置结构方框图。
图2本发明的整体结构示意图；
图3本发明的对靶云台立体图；
图4本发明的对靶云台主视图。
附图标号说明：
1、第一减震固定板；11、减震片；12、第二减震固定板；2、水平旋转机构；3、连接机构；4、垂直旋转机构；5、横杆；6、喷头紧固件；7、二轴云台控制板；8、姿态反馈元件；21、GPS模块；22、供电装置；23、工控主板；24、螺旋桨；25、无刷电机；26、电调；27、药箱；28、导轨；29、隔膜泵；30、对靶云台；31、离心喷头；32、PWM模块；33、USB摄像头；34、滑块。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，本实施例一种基于机器视觉的除草无人机自动对靶喷雾流量控制装置，包括飞行主控系统、传感采集处理系统和对靶喷雾流量控制系统；
所述飞行主控系统包括飞控主板、无刷电机、螺旋桨、电调、地面控制站、无线通信模块、GPS模块及惯性姿态传感器，用户操作地面控制站，经无线模块发送控制命令至飞控主板，控制电调转速，实现无人机稳定飞行，GPS模块及惯性姿态传感器实时将无人机状态信息(高度、速度、倾斜角、俯仰角及加速度)回传至地面控制站，以供参考。
所述传感采集处理系统包括工控主板、USB摄像头及视频解码器，USB摄像头实时处理获取的田间杂草图像数据，经视频解码器形成帧式图像传至工控主板处理。图像首先需去噪、滤波、畸形校正等预处理，再利用SSD检测模型对图像进行分类，并生成预测边界框和图像几何中心坐标，并计算其边界框面积大小。
所述对靶喷雾流量控制系统主要由二轴云台控制板、旋转伺服电机、姿态反馈元器件、PWM模块、隔膜泵及离心喷头组成。电气上，PWM模块、隔膜泵、二轴云台控制板分别与工控主板连接，离心喷头与PWM模块连接；物理上，与隔膜泵通过水管连接。工控主板根据杂草中心位置(x,y)及飞行高度h，利用对靶公式计算对靶云台电机转动的水平旋转角θ与垂直旋转角将图像处理结果量化成离心喷头控制策略，传至二轴云台控制板，控制旋转伺服电机转动，同时姿态反馈元器件将电机参数实时回传至二轴云台控制板，实现离心喷头稳定、静态对靶控制。同时，根据识别的杂草面积大小，改变PWM占空比信号，经PWM模块变成电压信号传输给电动离心喷头，实现流量大小控制及精准对靶喷雾。
如图2所示，在本实施例中，智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制控制装置在搭载的硬件上包括GPS模块21、供电装置22、工控主板23、螺旋桨24、无刷电机25、电调26、药箱27、导轨28、隔膜泵29、对靶云台30、离心喷头31、PWM模块32、USB摄像头33、滑块34。USB摄像头33安装无人机前进方向前侧的中间位置，对靶云台30安装在无人机前进方向后侧的中间位置，离心喷头31固定在对靶云台30下方，对靶云台30与USB摄像头33可通过滑块在导轨上调节位置，保持最佳时延距离，为系统软、硬件时延预留响应时间。
如图3、图4所示，在本实施例中，所述对靶云台是一种二轴旋转支架装置，可实现水平方向360°、垂直方向180°的旋转，用于离心喷头喷雾方向的自动对靶调节，并保持其姿态静止。其中，所述靶云台包括第一减震固定板1、第二减震固定板12、减震片11、水平旋转机构2、连接机构3、垂直旋转机构4、横杆5、喷头紧固件6、二轴云台控制板7、姿态反馈元件8；物理上，第一减震固定板1与第二减震固定板12通过螺柱固定，减震片11安装在第一减震固定板1与第二减震固定板12的外侧，水平旋转机构2与第二减震固定板12连接，水平旋转机构2与连接机构3连接，连接机构3与垂直旋转机构4连接，垂直旋转机构4与横杆5连接，横杆5与喷头紧固件6连接，离心喷头固定在喷头紧固件6上，二轴云台控制板7固定在第二减震固定板12上方，姿态反馈元件8固定在第二减震固定板12下方；电气上，水平旋转机构2、垂直旋转机构4及姿态反馈元件8均通过串口接入二轴云台控制板8。
本实施例智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制控制装置的控制方法，包括下述步骤：
S1：无人机定高、定速飞行时，USB摄像头获取田间杂草数据，以设定的传输速度通过USB口上传至工控GPU主板；
S2：工控主板对每帧图像做滤波、去噪预处理，并以图像中心为原点建立xy轴坐标系；
S3：根据预先移植至工控主板内的杂草识别模型，对每帧图像做杂草与作物识别分类，并从上到下、从左到右的顺序依次标记每簇杂草中心在坐标系中的位置(x,y)，并计算其边界框的面积大小；
S4：根据杂草中心位置(x,y)及飞行高度h，利用对靶公式计算对靶云台电机转动的水平旋转角θ与垂直旋转角调整云台对准目标杂草位置；根据面积大小，改变PWM占空比信号，经PWM模块变成电压信号传输给电动离心喷头，实现流量大小控制及精准对靶喷雾。
本实施例中，所述杂草识别模型采用深度学习中SSD物体检测模型。
本实施例中，所述对靶公式采用如下函数：
在本实施例的方法中，预先建立的杂草图像识别模型移植至工控主板，USB摄像头实时采集田间图像上传至工控主板分析处理，根据处理结果判断田间杂草的有无、位置及面积大小，继而控制对靶云台，调整离心喷头的方向，并调节PWM占空比输出，实施对靶变量喷雾，实现对农作物的精准喷施，提高了药液的有效性，减少了药液的浪费和环境污染。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制装置，其特征在于，包括飞行主控系统、传感采集处理系统、对靶喷雾流量控制系统及供电装置；
所述飞行主控系统，用于处理无人机位置信息、姿态信息参数，控制无人机稳定飞行，该飞行主控系统包括飞控主板、动力装置、远程遥控通信装置及飞行数据记录装置；
所述传感采集处理系统，实时处理获取的田间杂草图像数据，该传感采集处理系统包括工控主板、USB摄像头及视频解码器，所述USB摄像头采集的图像，通过视频解码器解码后传输给工控主板；
所述对靶喷雾流量控制系统，用于实现离心喷头方向及流量大小的调节，该对靶喷雾流量控制系统包括对靶云台、PWM模块、药箱、隔膜泵及离心喷头组成；在物理上，所述药箱、隔膜泵及离心喷头采用水管依次顺序连接，离心喷头安装在对靶云台上；电气上，离心喷头与PWM模块连接，PWM模块与工控主板连接。
2.根据权利要求1所述智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制装置，其特征在于，所述动力装置用于驱动螺旋桨和控制舵机，为无人机提供动力，该动力装置包括无刷电机、螺旋桨及电调，所述电调与无刷电机连接，所述无刷电机上方设置螺旋桨；
所述远程遥控通信装置用于操作者调整无人飞行器的姿态、速度及高度，该远程遥控通信装置包括地面控制站和无线通信模块，通过无线模块实现飞控主板和地面控制站的无线信号传输；
所述飞行数据记录装置用于将无人机的位置、速度、高度及姿态信息通过无线方式传送到地面控制站，便于无人机的稳定控制，该飞行数据记录装置包括GPS模块和惯性姿态传感器，所述GPD模块安装在无人机的顶部，所述惯性姿态传感器设置在飞控主板上。
3.根据权利要求1所述智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制控制装置，其特征在于，所述工控主板采用嵌入式人工智能超级计算平台，用于田间杂草图像数据采集、分析处理和流量控制。
4.根据权利要求1所述智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制控制装置，其特征在于，所述对靶云台是一种二轴旋转支架装置，包括第一减震固定板、第二减震固定板、减震片、水平旋转机构、连接机构、垂直旋转机构、横杆、喷头紧固件、二轴云台控制板以及姿态反馈元件；物理上，所述第一减震固定板与第二减震固定板通过螺柱固定，减震片安装在第一减震固定板与第二减震固定板的外侧，水平旋转机构与第二减震固定板连接，水平旋转机构与连接机构连接，连接机构与垂直旋转机构连接，垂直旋转机构与横杆连接，横杆与喷头紧固件连接，离心喷头固定在喷头紧固件上，二轴云台控制板固定在第二减震固定板上方，姿态反馈元件固定在第二减震固定板下方；电气上，水平旋转机构、垂直旋转机构及姿态反馈元件均通过串口接入二轴云台控制板；
所述二轴云台控制板是一种MOS管驱动的电机控制板，安装在第二减震固定板上，可接收姿态反馈元件的离心喷头倾斜角和伺服电机加速度参数，并控制伺服电机转动，使离心喷头保持稳定的姿态和快速的角度变换。
5.根据权利要求1所述智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制控制装置，其特征在于，所述USB摄像头安装无人机前进方向前侧的中间位置，对靶云台安装在无人机前进方向后侧的中间位置，两者可通过滑块在导轨上调节位置，保持最佳时延距离，为系统软、硬件时延预留响应时间；
所述时延距离可参考如下公式：
式中，l为时延距离，le是距离误差，vref是无人机理想速度，v是无人机实际速度，tc为系统总时延，ε为其他因素。
6.根据权利要求1所述智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制控制装置，其特征在于，所述PWM模块采用大功率MOS触发开关驱动模块，用于将PWM占空比信号转化成电动离心喷头驱动电压信号；
所述药箱容量约为5L，挂载在无人机的正下方，隔膜泵的正上方，出水口与隔膜泵入水口相连。
7.根据权利要求1所述智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制控制装置，其特征在于，所述隔膜泵用于提供药液喷施压力，采用12V供电电压喷雾水泵，最大流量为4.5L/min，出水口接离心喷头。
8.根据权利要求1-7中任一项所述智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制控制装置的控制方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1：无人机定高、定速飞行时，USB摄像头获取田间杂草数据，以设定的传输速度通过USB口上传至工控GPU主板；
S2：工控主板对每帧图像做滤波、去噪预处理，并以图像中心为原点建立xy轴坐标系；
S3：根据预先移植至工控主板内的杂草识别模型，对每帧图像做杂草与作物识别分类，并从上到下、从左到右的顺序依次标记每簇杂草中心在坐标系中的位置(x，y)，并计算其边界框的面积大小；
S4：根据杂草中心位置(x，y)及飞行高度h，利用对靶公式计算对靶云台电机转动的水平旋转角θ与垂直旋转角调整云台对准目标杂草位置；根据面积大小，改变PWM占空比信号，经PWM模块变成电压信号传输给电动离心喷头，实现流量大小控制及精准对靶喷雾。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述杂草识别模型采用深度学习中SSD物体检测模型。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述对靶公式采用如下函数：
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810910339.3A CN109258601B (zh) | 2018-08-10 | 2018-08-10 | 一种智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制装置与方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810910339.3A CN109258601B (zh) | 2018-08-10 | 2018-08-10 | 一种智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制装置与方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109258601A true CN109258601A (zh) | 2019-01-25 |
| CN109258601B CN109258601B (zh) | 2020-10-23 |
Family
ID=65153357
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810910339.3A Active CN109258601B (zh) | 2018-08-10 | 2018-08-10 | 一种智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制装置与方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109258601B (zh) |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110316364A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-10-11 | 华南农业大学 | 用于积水水域防治蚊虫的固体药物抛投无人机及其抛投方法 |
| CN111226183A (zh) * | 2019-04-28 | 2020-06-02 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 一种无人机的控制方法、设备、无人机、系统及存储介质 |
| CN111287411A (zh) * | 2020-03-03 | 2020-06-16 | 西南交通大学 | 基于无人机飞行平台的空中喷涂系统 |
| CN111744690A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-10-09 | 广州极飞科技有限公司 | 喷洒作业控制方法、装置、载具及存储介质 |
| EP3741214A1 (en) * | 2019-05-20 | 2020-11-25 | BASF Agro Trademarks GmbH | Method for plantation treatment based on image recognition |
| CN112006004A (zh) * | 2020-09-13 | 2020-12-01 | 新疆大学 | 一种基于rtk-gps高精度定位的智能喷雾小车及控制方法 |
| US10905057B2 (en) | 2017-08-08 | 2021-02-02 | Deere & Company | Thermal imaging drift sensor for agricultural spraying |
| US10913086B2 (en) | 2017-08-08 | 2021-02-09 | Deere & Company | Drift sensor for agricultural spraying |
| CN112445246A (zh) * | 2019-08-26 | 2021-03-05 | 广州极飞科技有限公司 | 校准函数的确定方法、电机转速的确定方法及其装置 |
| CN112455665A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-03-09 | 华南农业大学 | 一种水田平衡起降无人机及定点除草回收作业方法 |
| CN113126650A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-07-16 | 华南农业大学 | 一种无人机自动除草作业方法 |
| CN113142170A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-07-23 | 宁波市农业科学研究院 | 一种适用于稻田的无人机智能化定点除草技术 |
| CN113247241A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-08-13 | 扬州大学 | 无人机对靶精准施药系统及其施药方法 |
| CN114514176A (zh) * | 2019-07-23 | 2022-05-17 | 东洋制罐株式会社 | 飞行器的排出装置 |
| CN114586562A (zh) * | 2022-03-07 | 2022-06-07 | 北京林业大学 | 一种对靶喷射的核桃高空采摘装置 |
| CN116806799A (zh) * | 2023-08-25 | 2023-09-29 | 深圳市纬尔科技有限公司 | 一种智慧农业田间除草方法以及系统 |
| WO2023237520A1 (en) * | 2022-06-07 | 2023-12-14 | Basf Agro Trademarks Gmbh | Pulse width modulation for dose rate adaption |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101961003A (zh) * | 2010-08-10 | 2011-02-02 | 江苏大学 | 一种精确对靶喷药除草装置 |
| CN102428904A (zh) * | 2011-09-20 | 2012-05-02 | 上海交通大学 | 除草机器人自动对靶变量喷雾流量控制系统 |
| CN205910593U (zh) * | 2016-06-18 | 2017-01-25 | 内蒙古博鹰通航科技有限公司 | 一种具有喷洒方向控制的植保无人机 |
| US20170060131A1 (en) * | 2014-07-31 | 2017-03-02 | Elwha Llc | Systems and methods for deactivating plant material outside of a growing region |
| CN107264804A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-10-20 | 华南农业大学 | 一种基于gps的无人飞行器变量喷雾控制装置与方法 |
| CN206612074U (zh) * | 2017-03-24 | 2017-11-07 | 山东农业大学 | 基于稻瘟病发病程度的多旋翼无人机变量施药装置 |
-
2018
- 2018-08-10 CN CN201810910339.3A patent/CN109258601B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101961003A (zh) * | 2010-08-10 | 2011-02-02 | 江苏大学 | 一种精确对靶喷药除草装置 |
| CN102428904A (zh) * | 2011-09-20 | 2012-05-02 | 上海交通大学 | 除草机器人自动对靶变量喷雾流量控制系统 |
| US20170060131A1 (en) * | 2014-07-31 | 2017-03-02 | Elwha Llc | Systems and methods for deactivating plant material outside of a growing region |
| CN205910593U (zh) * | 2016-06-18 | 2017-01-25 | 内蒙古博鹰通航科技有限公司 | 一种具有喷洒方向控制的植保无人机 |
| CN206612074U (zh) * | 2017-03-24 | 2017-11-07 | 山东农业大学 | 基于稻瘟病发病程度的多旋翼无人机变量施药装置 |
| CN107264804A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-10-20 | 华南农业大学 | 一种基于gps的无人飞行器变量喷雾控制装置与方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 陈慧岩: "《智能安防新发展与应用》", 31 July 2018 * |
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10905057B2 (en) | 2017-08-08 | 2021-02-02 | Deere & Company | Thermal imaging drift sensor for agricultural spraying |
| US10913086B2 (en) | 2017-08-08 | 2021-02-09 | Deere & Company | Drift sensor for agricultural spraying |
| CN111226183A (zh) * | 2019-04-28 | 2020-06-02 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 一种无人机的控制方法、设备、无人机、系统及存储介质 |
| EP3741214A1 (en) * | 2019-05-20 | 2020-11-25 | BASF Agro Trademarks GmbH | Method for plantation treatment based on image recognition |
| WO2020234296A1 (en) * | 2019-05-20 | 2020-11-26 | Basf Agro Trademarks Gmbh | Method for plantation treatment based on image recognition |
| CN110316364A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-10-11 | 华南农业大学 | 用于积水水域防治蚊虫的固体药物抛投无人机及其抛投方法 |
| CN110316364B (zh) * | 2019-06-26 | 2023-04-07 | 华南农业大学 | 用于积水水域防治蚊虫的固体药物抛投无人机及其抛投方法 |
| CN114514176A (zh) * | 2019-07-23 | 2022-05-17 | 东洋制罐株式会社 | 飞行器的排出装置 |
| CN112445246A (zh) * | 2019-08-26 | 2021-03-05 | 广州极飞科技有限公司 | 校准函数的确定方法、电机转速的确定方法及其装置 |
| CN111287411A (zh) * | 2020-03-03 | 2020-06-16 | 西南交通大学 | 基于无人机飞行平台的空中喷涂系统 |
| CN111744690A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-10-09 | 广州极飞科技有限公司 | 喷洒作业控制方法、装置、载具及存储介质 |
| CN112006004A (zh) * | 2020-09-13 | 2020-12-01 | 新疆大学 | 一种基于rtk-gps高精度定位的智能喷雾小车及控制方法 |
| CN112455665A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-03-09 | 华南农业大学 | 一种水田平衡起降无人机及定点除草回收作业方法 |
| CN113126650A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-07-16 | 华南农业大学 | 一种无人机自动除草作业方法 |
| CN113142170A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-07-23 | 宁波市农业科学研究院 | 一种适用于稻田的无人机智能化定点除草技术 |
| CN113247241A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-08-13 | 扬州大学 | 无人机对靶精准施药系统及其施药方法 |
| CN114586562A (zh) * | 2022-03-07 | 2022-06-07 | 北京林业大学 | 一种对靶喷射的核桃高空采摘装置 |
| WO2023237520A1 (en) * | 2022-06-07 | 2023-12-14 | Basf Agro Trademarks Gmbh | Pulse width modulation for dose rate adaption |
| CN116806799A (zh) * | 2023-08-25 | 2023-09-29 | 深圳市纬尔科技有限公司 | 一种智慧农业田间除草方法以及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109258601B (zh) | 2020-10-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109258601A (zh) | 一种智能化的除草无人机自动对靶喷雾流量控制装置与方法 | |
| CN104407586B (zh) | 一种驱动解耦植保无人机的控制系统及控制方法 | |
| CN107264804A (zh) | 一种基于gps的无人飞行器变量喷雾控制装置与方法 | |
| CN110050776B (zh) | 一种辣椒喷药机器人及其控制方法 | |
| CN106970651A (zh) | 一种基于视觉导航的四旋翼无人机的自主飞行系统及控制方法 | |
| CN109122633A (zh) | 神经网络决策的植保无人机精准变量喷雾装置和控制方法 | |
| CN107817820A (zh) | 一种基于深度学习的无人机自主飞行控制方法与系统 | |
| CN204695108U (zh) | 一种小型农用遥感系统 | |
| CN106628211A (zh) | 基于led点阵的地面引导式无人机飞行降落系统及方法 | |
| CN110498039B (zh) | 一种基于仿生扑翼飞行器的智能监控系统 | |
| CN205844798U (zh) | 一种植保无人机智能调速农药喷洒系统 | |
| CN106347666B (zh) | 一种基于速度检测的多旋翼无人机喷洒控制方法及系统 | |
| CN109122634A (zh) | 一种基于机器视觉的无人机区域对靶变量施药控制装置与方法 | |
| CN110104182A (zh) | 基于视觉自主飞行的植保无人机喷洒系统及其方法 | |
| Desale et al. | Unmanned aerial vehicle for pesticides spraying | |
| Stefas et al. | Vision-based UAV navigation in orchards | |
| CN109601517A (zh) | 一种针对多类杂草的农药喷洒的装置及方法 | |
| CN109964905B (zh) | 基于果树识别定位的自走对靶施药机器人及其控制方法 | |
| CN113057154A (zh) | 一种温室药液喷洒机器人 | |
| CN106719555A (zh) | 一种无人机搭载式农药喷洒系统 | |
| CN105173102B (zh) | 一种基于多图像的四旋翼飞行器增稳系统与方法 | |
| CN110109469A (zh) | 一种具有颜色、识别、定位、跟踪功能的四旋翼无人机的控制系统 | |
| CN206892666U (zh) | 一种基于视觉导航的四旋翼无人机的自主飞行系统 | |
| Roman et al. | Stereo vision controlled variable rate sprayer for specialty crops: Part II. Sprayer development and performance evaluation | |
| CN208425428U (zh) | 植保无人机精准变量喷雾装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |