CN109526918A - 一种基于机器视觉的风送式多喷路除草设备 - Google Patents

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张景禹
王旗
吕英杰
冯槐区
吴冰
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王建宇
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Abstract

本发明在于提供一种基于机器视觉的风送式多喷路除草设备，该设备由气流输送装置、图像采集装置、药液输送装置以及控制系统组成，通过摄像头采集到的图像进行实时计算和分析，识别出杂草的种类，并给出对应除草剂，之后将结果传递给控制器，打开控制该除草剂流通的电磁阀，进行农药喷洒，农药进入喷头后在强大气流作用下快速作用于目标表面上，达到风送式目的，保证了施药的精准性和针对性，同时减弱了雾滴飘移现象。

Description

一种基于机器视觉的风送式多喷路除草设备
技术领域
本发明设计一种应用于农业植保喷施的除草设备，旨在提高农药资源利用率和除草的高效性。
背景技术
我国是农业大国，也是世界上农药生产量和使用量最大的国家之一，但是我国农药有效利用率低，在大田作物上只有30％左右，远低于发达国家50％的平均水平。传统喷雾方式，喷洒的农药主要沉积在冠层上部，很难向下穿透，冠层中下部病虫害防治效果较差，并且传统的喷药设备大多都是对田间杂草进行一类农药喷洒或者几类农药混合喷洒，从而导致药效降低，针对性较差，某些杂草没有被杀死。这种传统的农药喷施方式不仅工作效率低下，同时造成了大量农药资源的浪费，引发了环境污染及食品安全问题。介于此急需发明一种可以减少农药使用量，改善喷洒质量以提高药液的有效覆盖面积的新型植保喷洒除草装置，以此来提高农药的利用率以及除草的针对性，对于农作物的生长环境以及产量都有很大的作用，同时对我国可持续农业的发展具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于对田间杂草的精准施药，针对田间不同种类的杂草进行分类，选取针对性强的农药来进行除草。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：1、本发明在于提供一种基于机器视觉的风送式多喷路除草设备：针对本发明专利名称需要说明的是：基于机器视觉是指使用摄像头采集杂草信息并进行计算、分析和识别，风送式是指以气流当载体将药液送达目标对象上，多喷路指装载不同种类农药的输送管，且搭载于同一个风送式喷头上；该喷洒设备由多个可拆卸式部件组装形成，其包括通风管道、药液输送管、电磁阀、摄像头和舵机；本发明主要可以分为三大部分进行介绍：一是通风管及三角形支撑架，二是可控药液输出部分，三是图像采集处理部分；
第一部分通风管(2)及三角形支撑架(3)，支撑架为三角形结构，其顶部有一对U形螺栓(4)，用来固定于农用载具平台上，其内部中间为一根通风管(2)，通风管(2)一端外接风管接头(1)、另一端外接密封螺帽(5)，通风管(2)中间部位与下部圆筒形喷头(8)通过螺纹相连接，六角螺母1(12)和喷头(8)为一体，支撑架下部装载控制器(6)、处理器(13)和电源(14)，侧面喷头底部向内侧收缩，形成倒锥形收缩口(9)；
第二部分可控药液输出部分，在喷头(8)外侧有三根药液输出管，分别为：药液输出管1(19)、药液输出管2(34)和药液输出管3(32)，分别与电磁阀1(11)、电磁阀2(10)和电磁阀3(7)相连，以上电磁阀又分别与药液输送弯管1(20)、药液输送弯管2(33)和药液输送弯管3(31)相连，以上弯管由药液输送弯管保持架(21)固定，药液输送弯管分别与弯管接头通过螺纹连接，弯管接头1(22)、弯管接头2(27)和弯管接头3(28)分别与药液输送直管1(23)、药液输送直管2(26)和药液输送直管3(29)相连接，上述直管分别与药液进口接头1(24)、药液进口接头2(25)和药液进口接头3(30)相连；
第三部分图像采集处理部分，在三角形支撑架(3)横向一侧安装有一个舵机(16)，舵机(16)两侧通过四个一字螺钉(15)固定于三角形支撑架(3)上，舵机(16)与柔性支撑杆(17)相连，柔性支撑杆(17)与摄像头(18)相连接，整个部分用于采集图像。
在一些实施方式中，其中：与摄像头(18)相连接的柔性支撑杆(17)可360°任意变形，舵机(16)与柔性支撑杆(17)相连，可自由操控摄像头在一个平面上移动，进而采集更完整的杂草图像。
在一些实施方式中，其中：药液输出管与电磁阀连接，电磁阀又与药液输送弯管连接，以上连接均为螺纹连接。
在一些实施方式中，其中电磁阀进口有六角螺母2(37)与弯管连接，出口有六角螺母3(36)与药液输出口连接。
本发明与现有技术比较，有如下优点：
从精准施药角度说，基于机器视觉的图像采集和分析装置，一方面能够高效的识别杂草并进行分类，另一方面能够根据自身的数据库分析，得出清理该杂草所需要的农药结果。从防飘移角度说，风送式喷洒农药能增大药液有效覆盖面积，提高杂草死亡率。
附图说明：
参见附图
图1为本发明的整体结构示意图
图2为舵机与摄像头组件装配图
图3为药液输送管道组件装配图
图4为弯管结构示意图
图5为三角形支撑架结构示意图
图1中，1、风管接头；2、通风管；3、三角形支撑架；4、U形螺栓；5、密封螺帽；6、控制器；7、电磁阀3；8、喷头；9、收缩口；10、电磁阀2；11、电磁阀1；12、六角螺母1；13、处理器；14、电源。
图2中，15、一字螺钉；16、舵机；17、柔性支撑杆；18、摄像头。
图3中，19、药液输出管1；20、药液输送弯管1；21、药液输送弯管保持架；22、弯管接头1；23、药液输送直管1；24、药液进口接头1；25、药液进口接头2；26、药液输送直管2；27、弯管接头2；28、弯管接头3；29、药液输送直管3；30、药液进口3；31、药液输送弯管3；32、药液输出管3；33、药液输送弯管2；34、药液输出管2。
图4中，35、舵机保护罩。
图5中，36、六角螺母2；37、六角螺母3。
具体实施方式
本发明在于提供一种基于机器视觉的风送式多喷路除草设备：针对本发明专利名称需要说明的是：基于机器视觉是指使用摄像头采集杂草信息并进行计算、分析和识别，风送式是指以气流当载体将药液送达目标对象上，多喷路指装载不同种类农药的输送管，且搭载于同一个风送式喷头上；该喷洒设备由多个可拆卸式部件组装形成，其包括通风管道、药液输送管、电磁阀、摄像头和舵机；本发明主要可以分为三大部分进行介绍：一是通风管及三角形支撑架，二是可控药液输出部分，三是图像采集处理部分；
第一部分通风管(2)及三角形支撑架(3)，支撑架为三角形结构，其顶部有一对U形螺栓(4)，用来固定于农用载具平台上，其内部中间为一根通风管(2)，通风管(2)一端外接风管接头(1)、另一端外接密封螺帽(5)，通风管(2)中间部位与下部圆筒形喷头(8)通过螺纹相连接，六角螺母1(12)和喷头(8)为一体，支撑架下部装载控制器(6)、处理器(13)和电源(14)，侧面喷头底部向内侧收缩，形成倒锥形收缩口(9)；
第二部分可控药液输出部分，在喷头(8)外侧有三根药液输出管，分别为：药液输出管1(19)、药液输出管2(34)和药液输出管3(32)，分别与电磁阀1(11)、电磁阀2(10)和电磁阀3(7)相连，以上电磁阀又分别与药液输送弯管1(20)、药液输送弯管2(33)和药液输送弯管3(31)相连，以上弯管由药液输送弯管保持架(21)固定，药液输送弯管分别与弯管接头通过螺纹连接，弯管接头1(22)、弯管接头2(27)和弯管接头3(28)分别与药液输送直管1(23)、药液输送直管2(26)和药液输送直管3(29)相连接，上述直管分别与药液进口接头1(24)、药液进口接头2(25)和药液进口接头3(30)相连；
第三部分图像采集处理部分，在三角形支撑架(3)横向一侧安装有一个舵机(16)，舵机(16)两侧通过四个一字螺钉(15)固定于三角形支撑架(3)上，舵机(16)与柔性支撑杆(17)相连，柔性支撑杆(17)与摄像头(18)相连接，整个部分用于采集图像。
在一些实施方式中，其中：与摄像头(18)相连接的柔性支撑杆(17)可360°任意变形，舵机(16)与柔性支撑杆(17)相连，可自由操控摄像头在一个平面上移动，进而采集更完整的杂草图像。
在一些实施方式中，其中：药液输出管与电磁阀连接，电磁阀又与药液输送弯管连接，以上连接均为螺纹连接。
在一些实施方式中，其中电磁阀进口有六角螺母2(37)与弯管连接，出口有六角螺母3(36)与药液输出口连接。
在使用时，三角形支撑架(3)顶部有一对U形螺栓(4)，用来与农用载具平台连接，U形螺栓(4)适应性比较强，可搭载于多类平台。三角形支撑架(3)内部为通风管(2)，通风管(2)一端的风管接头(1)与风机相连接，另一端为密封螺帽(5)，气流通过风管接头(1)进入通风管(2)，再由延伸管进入喷头(8)，最后经由收缩口(9)喷出，风机为全程工作状态。三角形支撑架(3)内还有三根传输不同农药的药液输送管，使用者需要将三种农药的外接管道分别与药液进口接头1(24)、药液进口接头2(25)和药液进口接头3(30)连接。三角形支撑架(3)的底部挂载多个模块装置，包括：给整个系统供电的电源模块(14)，控制电磁阀闭合的控制器模块(6)，以及对摄像头采集到的图像进行分析、识别和反馈的处理器模块(13)。药液输送管道分为药液输送弯管和药液输送直管，弯管道和电磁阀经由螺纹连接。在设备处于工作状态时，摄像头(18)时时进行图像的采集和分析，当采集到的杂草图像不完整时，控制器(6)会驱动舵机(16)工作，对摄像头(6)进行平面内左右移动，以达到采集完整图像的目的，便于后期图像分析以及提高杂草识别准确率。采集到的图像被传输给处理器(13)后，处理器(13)分析后得出结果：该杂草属于A类杂草，适合药液进口接头1(24)接纳的农药来处理，则处理器(13)会将信号传递给控制器(6)，控制器(6)则会控制电磁阀1(11)打开，此时药液会经由药液输送直管1(23)和药液输送弯管1(20)，通过药液输出管1(19)将药液喷洒进喷头(8)，药液在强大气流的作用下会快速到达杂草表面，以此达到风送式除草的目的，其它两种杂草B类和C类同原理工作。此外，在强大气流的作用下，杂草叶子或茎会移动，致使杂草接触药液面积较传统方法有所增加，也因此提高了除草效率。

Claims (6)

1.本发明在于提供一种基于机器视觉的风送式多喷路除草设备：针对本发明专利名称需要说明的是：基于机器视觉是指使用摄像头采集杂草信息并进行计算、分析和识别，风送式是指以气流当载体将药液送达目标对象上，多喷路指装载不同种类农药的输送管，且搭载于同一个风送式喷头上；该喷洒设备由多个可拆卸式部件组装形成，其包括通风管道、药液输送管、电磁阀、摄像头和舵机；本发明主要可以分为三大部分进行介绍：一是通风管及三角形支撑架，二是可控药液输出部分，三是图像采集处理部分；
第一部分通风管(2)及三角形支撑架(3)，支撑架为三角形结构，其顶部有一对U形螺栓(4)，用来固定于农用载具平台上，其内部中间为一根通风管(2)，通风管(2)一端外接风管接头(1)、另一端外接密封螺帽(5)，通风管(2)中间部位与下部圆筒形喷头(8)通过螺纹相连接，六角螺母1(12)和喷头(8)为一体，支撑架下部装载控制器(6)、处理器(13)和电源(14)，侧面喷头底部向内侧收缩，形成倒锥形收缩口(9)；
第二部分可控药液输出部分，在喷头(8)外侧有三根药液输出管，分别为：药液输出管1(19)、药液输出管2(34)和药液输出管3(32)，分别与电磁阀1(11)、电磁阀2(10)和电磁阀3(7)相连，以上电磁阀又分别与药液输送弯管1(20)、药液输送弯管2(33)和药液输送弯管3(31)相连，以上弯管由药液输送弯管保持架(21)固定，药液输送弯管分别与弯管接头通过螺纹连接，弯管接头1(22)、弯管接头2(27)和弯管接头3(28)分别与药液输送直管1(23)、药液输送直管2(26)和药液输送直管3(29)相连接，上述直管分别与药液进口接头1(24)、药液进口接头2(25)和药液进口接头3(30)相连；
第三部分图像采集处理部分，在三角形支撑架(3)横向一侧安装有一个舵机(16)，舵机(16)两侧通过四个一字螺钉(15)固定于三角形支撑架(3)上，舵机(16)与柔性支撑杆(17)相连，柔性支撑杆(17)与摄像头(18)相连接，整个部分用于采集图像。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的风送式多喷路除草设备，其特征在于：与摄像头(18)相连接的柔性支撑杆(17)可360°任意变形，舵机(16)与柔性支撑杆(17)相连，可自由操控摄像头在一个平面上移动，进而采集更完整的杂草图像。
3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的风送式多喷路除草设备，其特征在于：药液输出管与电磁阀连接，电磁阀又与药液输送弯管连接，以上连接均为螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的风送式多喷路除草设备，其特征在于：三角支撑架(3)在支撑通风管的同时也承载着电源(14)、控制器(6)和处理器(13)模块。
5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的风送式多喷路除草设备，其特征在于：药液输送弯管保持架(21)，一方面支撑弯管，固定其位置，另一方面也用来整理管道，使其条理有序。
6.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的风送式多喷路除草设备，其特征在于：电磁阀进口有六角螺母2(37)与弯管连接，出口有六角螺母3(36)与药液输出口连接。
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