CN109984118A - 一种自适应施药装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自适应施药装置，包括田间智能机器人(9)、超声波探测器(10)、竖直喷杆架(5)、水平喷杆架(1)以及喷杆(6)；田间智能机器人(9)底部设有行走机构，在田间智能机器人(9)两侧分别安装有超声波探测器(10)，在田间智能机器人(9)上方的两侧设有竖直喷杆架(5)，在竖直喷杆架(5)上滑动安装有水平喷杆架(1)，在水平喷杆架(1)上滑动安装有旋转电机(2)，与旋转电机(2)的电机轴通过联轴器(7)连接有喷杆(6)。本发明将目前先进的传感器技术与控制系统相结合，使喷洒系统更加智能化，施药参数调整更加科学、高效。将本发明稍加改动即可应用与植保无人机航空植保作业。
Description
技术领域
本发明涉及植保机械领域，具体涉及内容包括喷杆高度自动调节机构、喷头间距自动调节机构与旋转施药机构。
背景技术
传统的人工大规模喷淋式喷洒农药的方式不仅浪费农药和水资源，同时也让环境承受着巨大的压力，喷洒效率低、无法应对大规模突发性病虫害。
通过田间铺设管路、架设喷杆的方式能够大幅提高工作效率，但不同型号喷头的喷雾展开角不同，所需要的最佳喷雾高度与喷头间距也不同；即使相同型号的喷头面对不同大小的靶标，所需要的最佳喷雾高度与喷头间距也不同；固定不动的喷杆在喷雾时，在喷杆中垂线方向雾滴分布较少，喷雾不均匀会直接导致施药不均匀，影响喷雾效果。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明提供了一种结构简单，可自动调节喷杆高度、喷头间距并能够旋转施药的自适应施药装置。
一种自适应施药装置，包括田间智能机器人、超声波探测器、竖直喷杆架、水平喷杆架以及喷杆；
所述田间智能机器人底部设有行走机构，在所述田间智能机器人两侧分别安装有用于检测所述田间智能机器人两侧是否有待施药树木的超声波探测器，在所述田间智能机器人内设有处理器，所述超声波探测器及所述行走机构均与所述处理器连接，所述处理器控制所述行走机构行走或停止；所述超声波探测器在探测到所述田间智能机器人任一侧具有待施药树木之后，将探测信息发送至所述处理器，所述处理器控制所述行走机构停止；
在所述田间智能机器人上方的两侧设有竖直喷杆架，在所述竖直喷杆架上滑动安装有水平喷杆架，在所述水平喷杆架上滑动安装有旋转电机，与所述旋转电机的电机轴通过联轴器连接有喷杆；所述旋转电机与所述田间智能机器人内的处理器通信连接，所述田间智能机器人内的处理器根据施药参数中的药液浓度、喷头流量确定所述喷杆旋转的频率和施药时间，并控制所述旋转电机带动所述喷杆进行周期性运动；其中，通过前期试验确定药液浓度、喷头流量和施药时间的函数关系并存储在所述田间智能机器人内的处理器中，作为所述处理器做出决策的依据；
在所述喷杆内侧中间位置设有主动轴，在所述喷杆内侧两端位置分别设有从动轴，所述主动轴与所述从动轴之间通过牵拉绳连接，与所述主动轴连接有调节电机，所述调节电机与所述联轴器下端固定连接；在所述喷杆下方设有滑槽，在所述滑槽上滑动安装有喷头，所述喷头为两个，均安装在所述牵拉绳上；所述调节电机与所述田间智能机器人内的处理器通信连接；在所述喷杆上安装有两个用于拍摄树冠照片的双目视觉摄像头，所述双目视觉摄像头与所述田间智能机器人内的处理器通信连接，并将采集到的照片反馈给所述处理器，所述处理器依据视差原理计算出树冠的实际大小并结合所述喷头的型号做出决策并控制所述调节电机转动相应的角度，所述调节电机通过所述主动轴带动所述牵拉绳转动，在所述牵拉绳的作用下两个所述喷头在所述喷杆的滑槽内同时向中部或两端运动，从而调整所述喷头间距与预设值一致；其中，通过前期试验将不同的喷头型号、树冠大小、喷头间距以及喷雾高度四者之间的关系函数计算出来并预存在所述田间智能机器人的处理器内，作为所述处理器做出决策的依据。
在所述竖直喷杆架内设有滑槽，在所述滑槽内设有螺杆，在所述滑槽上滑动安装有滑块，所述滑块内设有与所述滑槽内的螺杆相对应的螺孔，所述滑块通过所述螺孔安装在所述螺杆上；在所述田间智能机器人内设有与所述螺杆连接的电机，所述电机控制所述螺杆转动。
在所述竖直喷杆架与所述水平喷杆架之间设有支撑杆，所述支撑杆的下端固定在所述滑块上；所述竖直喷杆架、所述水平喷杆架及所述支撑杆之间形成直角三角形结构。
在所述竖直喷杆架的顶端设有高度限位块，保证所述滑块在竖直喷杆架内的滑槽运动的行程。
在所述水平喷杆架设有导向杆和丝杠，在所述丝杠上通过螺纹配合安装有底座，所述底座滑动安装在所述导向杆上，在所述水平喷杆架上与所述竖直喷杆架连接处安装有用于探测距离所述底座水平距离的水平位置传感器；在所述水平喷杆架末端安装有用于控制所述丝杠旋转的丝杠电机；所述丝杠电机与所述田间智能机器人内的处理器通信连接，所述超声波探测器在探测到所述田间智能机器人任一侧具有待施药树木之后，并获得其与树干的距离，并将信息传递给所述处理器；同时所述水平位置传感器探测所述底座与其之间距离，并与所述超声波探测器探测的与树干之间的距离进行比对，并将比对结果发送至所述处理器，所述处理器根据比对结果得到控制信号，并根据所述控制信号控制所述丝杠电机旋转，带动所述丝杠旋转，从而带动所述底座在所述导向杆与所述丝杠的作用下向左或向右移动，直至所述水平位置传感器探测的所述底座与其之间距离与所述超声波探测器探测的与树干之间的距离一致，所述处理器控制所述丝杠电机停止工作。
两个所述双目视觉摄像头之间距离可根据不同的树形大小预先调整，保证能够拍摄整个树冠形状。
在所述喷杆两端设有喷头限位块，保证所述喷头在所述喷杆上运动的行程。
所述行走机构采用的是行走轮或者履带轮。
有益效果：本发明将目前先进的传感器技术与控制系统相结合，使喷洒系统更加智能化，施药参数调整更加科学、高效。将本发明稍加改动即可应用与植保无人机航空植保作业。
附图说明
图1为自适应施药装置正视图。
图2为喷头间距调节机构示意图。
图3为喷杆截面示意图。
图4为喷杆高度调节机构示意图。
图5位喷杆侧视图。
图6为水平喷杆架正视图。
图7为施药控制流程图。
图中标号说明：1-水平喷杆架；2-旋转电机；3-支撑杆；4-高度限位块；5- 竖直喷杆架；6-喷杆；7-联轴器；8-待施药树木；9-田间智能机器人；10-超声波探测器；11-螺杆；12-滑块；13-双目视觉摄像头；14-高度位置传感器；15- 主动轴；16-喷头限位块；17-牵拉绳；18-喷头；19-从动轴；20-喷头座连接柱； 21-调节电机；22-水平位置传感器；23-导向杆；24-底座；25-丝杠；26-丝杠电机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
参阅图1、图2、图3所示，本发明的自适应施药装置包括田间智能机器人 9、超声波探测器10、竖直喷杆架5、水平喷杆架1以及喷杆6。所述田间智能机器人9底部设有行走机构，在本发明中，所述行走机构采用的是行走轮或者履带轮。在所述田间智能机器人9两侧分别安装有超声波探测器10，所述超声波探测器10用于检测所述田间智能机器人9两侧是否有果树。在所述田间智能机器人9内设有处理器，所述超声波探测器10及所述行走机构均与所述处理器连接，所述处理器控制所述行走机构行走或停止。
在所述田间智能机器人9上方的两侧设有竖直喷杆架5，在所述竖直喷杆架 5上滑动安装有水平喷杆架1，在所述水平喷杆架1设有导向杆23和丝杠25，在所述丝杠25上通过螺纹配合安装有底座24，所述底座24滑动安装在所述导向杆23上，在所述水平喷杆架1上与所述竖直喷杆架5连接处安装有用于探测距离所述底座24水平距离的水平位置传感器22；在所述水平喷杆架1末端安装有用于控制所述丝杠25旋转的丝杠电机26；所述丝杠电机26与所述田间智能机器人9内的处理器通信连接，所述超声波探测器10在探测到所述田间智能机器人9任一侧具有待施药树木之后，并获得其与树干的距离，从而将信息传递给所述处理器；同时所述水平位置传感器22探测所述底座24与其之间距离，并与所述超声波探测器10探测的与树干之间的距离进行比对，并将比对结果发送至所述处理器，所述处理器根据比对结果得到控制信号，并根据所述控制信号控制所述丝杠电机26旋转，带动所述丝杠25旋转，从而带动所述底座24在所述导向杆23与所述丝杠25的作用下向左或向右移动，直至所述水平位置传感器22 探测的所述底座24与其之间距离与所述超声波探测器10探测的与树干之间的距离一致，所述处理器控制所述丝杠电机26停止工作。在所述底座24上安装有旋转电机2，与所述旋转电机2的电机轴通过联轴器7连接有喷杆6，在所述喷杆 6上安装有高度位置传感器14。
在本发明中，在所述竖直喷杆架5内设有滑槽，在所述滑槽内设有螺杆11，在所述滑槽上滑动安装有滑块12，所述滑块12内设有与所述滑槽内的螺杆11 相对应的螺孔，所述滑块12通过所述螺孔安装在所述螺杆11上。在所述田间智能机器人9内设有与所述螺杆11连接的电机，所述电机控制所述螺杆11转动。
在所述竖直喷杆架5与所述水平喷杆架1之间设有支撑杆3，所述支撑杆3 的下端固定在所述滑块12上；所述竖直喷杆架5、所述水平喷杆架1及所述支撑杆3之间形成直角三角形结构。
所述超声波探测器10在探测到所述田间智能机器人9任一侧具有果树之后，将探测信息发送至所述处理器，所述处理器控制所述行走机构停止。所述田间智能机器人9内的处理器控制其内的电机转动，通过所述螺杆11带动所述滑块12 滑动，从而带动所述喷杆6运动至所述果树的树冠上方。在施药开始后，所述田间智能机器人9内的处理器根据施药参数中的药液浓度、喷头流量确定所述喷杆 6旋转的频率和施药时间，并控制所述旋转电机2带动所述喷杆6进行周期性运动，从而弥补所述喷杆6中垂线方向喷雾不均匀的缺陷。不同大小的树冠所需的施药量不同，已知药液浓度与喷头流量，通过控制施药时长即可控制施药量；通过前期试验确定药液浓度、喷头流量和施药时间的函数关系并存储在所述田间智能机器人9内的处理器中，作为所述处理器做出决策的依据。
在本发明中，在所述竖直喷杆架5的顶端设有高度限位块4，保证所述滑块 12在竖直喷杆架5内的滑槽运动的行程。
在所述喷杆6内侧中间位置设有主动轴15，在所述喷杆6内侧两端位置分别设有从动轴19，所述主动轴15与所述从动轴19之间通过牵拉绳17连接，与所述主动轴15连接有调节电机21，所述调节电机21与所述联轴器7下端固定连接。在所述喷杆6下方设有滑槽，在所述滑槽上滑动安装有喷头18，所述喷头18为两个，均安装在所述牵拉绳17上。在所述喷杆6上安装有双目视觉摄像头13，所述双目视觉摄像头13为两个，用于拍摄树冠照片并将采集到的照片反馈给所述田间智能机器人9内的处理器，所述处理器依据视差原理计算出树冠的实际大小并结合所述喷头18的型号做出决策并控制所述调节电机21转动相应的角度，所述调节电机21通过所述主动轴15带动所述牵拉绳17转动，在所述牵拉绳17的作用下两个所述喷头18在所述喷杆6的滑槽内同时向中部或两端运动，从而调整所述喷头18间距与预设值一致。本发明每次启动都会使喷头复位，回到系统设置的零点位置，这样通过所述调节电机21转过的角度就可以计算出所述喷头18的行程，从而得到两个所述喷头18之间的间距。为保证施药效果，不同的喷头型号与树冠大小对应不同的喷头间距与喷雾高度，可以通过前期试验将四者之间的关系函数计算出来并预存在所述田间智能机器人9的处理器内，作为所述处理器做出决策的依据。在本发明中，两个所述双目视觉摄像头13之间距离可根据不同的树形大小预先调整，保证能够拍摄整个树冠形状。在本发明中，在所述喷杆6两端设有喷头限位块16，用于所述喷头18在所述喷杆上运动的行程。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护。
Claims (8)
1.一种自适应施药装置，其特征在于：包括田间智能机器人(9)、超声波探测器(10)、竖直喷杆架(5)、水平喷杆架(1)以及喷杆(6)；
所述田间智能机器人(9)底部设有行走机构，在所述田间智能机器人(9)两侧分别安装有用于检测所述田间智能机器人(9)两侧是否有待施药树木的超声波探测器(10)，在所述田间智能机器人(9)内设有处理器，所述超声波探测器(10)及所述行走机构均与所述处理器连接，所述处理器控制所述行走机构行走或停止；所述超声波探测器(10)在探测到所述田间智能机器人(9)任一侧具有待施药树木之后，将探测信息发送至所述处理器，所述处理器控制所述行走机构停止；
在所述田间智能机器人(9)上方的两侧设有竖直喷杆架(5)，在所述竖直喷杆架(5)上滑动安装有水平喷杆架(1)，在所述水平喷杆架(1)上滑动安装有旋转电机(2)，与所述旋转电机(2)的电机轴通过联轴器(7)连接有喷杆(6)；所述旋转电机(2)与所述田间智能机器人(9)内的处理器连接，所述处理器根据施药参数中的药液浓度、喷头流量确定所述喷杆(6)旋转的频率和施药时间，并控制所述旋转电机(2)带动所述喷杆(6)进行周期性运动；其中，通过前期试验确定药液浓度、喷头流量和施药时间的函数关系并存储在所述田间智能机器人(9)内的处理器中，作为所述处理器做出决策的依据；
在所述喷杆(6)内侧中间位置设有主动轴(15)，在所述喷杆(6)内侧两端位置分别设有从动轴(19)，所述主动轴(15)与所述从动轴(19)之间通过牵拉绳(17)连接，与所述主动轴(15)连接有调节电机(21)，所述调节电机(21)与所述联轴器(7)下端固定连接；在所述喷杆(6)下方设有滑槽，在所述滑槽上滑动安装有喷头(18)，所述喷头(18)为两个，均安装在所述牵拉绳(17)上；所述调节电机(21)与所述田间智能机器人(9)内的处理器连接；在所述喷杆(6)上安装有两个用于拍摄树冠照片的双目视觉摄像头(13)，所述双目视觉摄像头(13)与所述田间智能机器人(9)内的处理器通信连接，并将其采集到的照片反馈给所述处理器，所述处理器依据视差原理计算出树冠的实际大小并结合所述喷头(18)的型号做出决策并控制所述调节电机(21)转动相应的角度，所述调节电机(21)通过所述主动轴(15)带动所述牵拉绳(17)转动，在所述牵拉绳(17)的作用下两个所述喷头(18)在所述喷杆(6)的滑槽内同时向中部或两端运动，从而调整所述喷头(18)间距与预设值一致；其中，通过前期试验将不同的喷头型号、树冠大小、喷头间距以及喷雾高度四者之间的关系函数计算出来并预存在所述田间智能机器人(9)的处理器内，作为所述处理器做出决策的依据。
2.根据权利要求1所述的自适应施药装置，其特征在于：在所述竖直喷杆架(5)内设有滑槽，在所述滑槽内设有螺杆(11)，在所述滑槽上滑动安装有滑块(12)，所述滑块(12)内设有与所述滑槽内的螺杆(11)相对应的螺孔，所述滑块(12)通过所述螺孔安装在所述螺杆(11)上；在所述田间智能机器人(9)内设有与所述螺杆(11)连接的电机，所述电机控制所述螺杆(11)转动。
3.根据权利要求2所述的自适应施药装置，其特征在于：在所述竖直喷杆架(5)与所述水平喷杆架(1)之间设有支撑杆(3)，所述支撑杆(3)的下端固定在所述滑块(12)上；所述竖直喷杆架(5)、所述水平喷杆架(1)及所述支撑杆(3)之间形成直角三角形结构。
4.根据权利要求2所述的自适应施药装置，其特征在于：在所述竖直喷杆架(5)的顶端设有高度限位块(4)，保证所述滑块(12)在竖直喷杆架(5)内的滑槽运动的行程。
5.根据权利要求1所述的自适应施药装置，其特征在于：在所述水平喷杆架(1)设有导向杆(23)和丝杠(25)，在所述丝杠(25)上通过螺纹配合安装有底座(24)，所述底座(24)滑动安装在所述导向杆(23)上，在所述水平喷杆架(1)上与所述竖直喷杆架(5)连接处安装有用于探测距离所述底座(24)水平距离的水平位置传感器(22)；在所述水平喷杆架(1)末端安装有用于控制所述丝杠(25)旋转的丝杠电机(26)；所述丝杠电机(26)与所述田间智能机器人(9)内的处理器通信连接，所述超声波探测器(10)在探测到所述田间智能机器人(9)任一侧具有待施药树木之后，并获得其与树干的距离，并将信息传递给所述处理器；同时所述水平位置传感器(22)探测所述底座(24)与其之间距离，并与所述超声波探测器(10)探测的与树干之间的距离进行比对，并将比对结果发送至所述处理器，所述处理器根据比对结果得到控制信号，并根据所述控制信号控制所述丝杠电机(26)旋转，带动所述丝杠(25)旋转，从而带动所述底座(24)在所述导向杆(23)与所述丝杠(25)的作用下向左或向右移动，直至所述水平位置传感器(22)探测的所述底座(24)与其之间距离与所述超声波探测器(10)探测的与树干之间的距离一致，所述处理器控制所述丝杠电机(26)停止工作。
6.根据权利要求1所述的自适应施药装置，其特征在于：两个所述双目视觉摄像头(13)之间距离可根据不同的树形大小预先调整，保证能够拍摄整个树冠形状。
7.根据权利要求1所述的自适应施药装置，其特征在于：在所述喷杆(6)两端设有喷头限位块(16)，保证所述喷头(18)在所述喷杆上运动的行程。
8.根据权利要求1所述的自适应施药装置，其特征在于：所述行走机构采用的是行走轮或者履带轮。
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