CN110604115B - 果树冠层径向动态仿形对靶喷药机器人及其仿形对靶方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于农业机械设备技术领域，公开了一种果树冠层径向动态仿形对靶喷药机器人及其仿形对靶方法，包括履带式的动力平台，所述动力平台上固定连接有机架，所述机架上固定连接有药箱、控制器和对靶喷药机构，所述对靶喷药机构包括喷头，所述药箱中设置有压力泵，所述压力泵与喷头连通，所述动力平台上安装有北斗导航系统和激光雷达，所述动力平台前方的机架上固定连接有径流风机，所述对靶喷药机构安装在动力平台前方的机架上。本发明采用随动两自由度仿形对靶机构，运动灵活，能够对任意尺寸树冠在精确固定喷药距离下对其径向仿形对靶喷药。

Description

果树冠层径向动态仿形对靶喷药机器人及其仿形对靶方法

技术领域

本发明涉及农业机械设备技术领域，尤其涉及一种果树冠层径向动态仿形对靶喷药机器人及其仿形对靶方法。

背景技术

农药喷洒技术是一门综合性的技术，农药喷洒技术水平的高低，不仅取决于农药品种和剂型的发展及人们对病虫害发生规律和病虫生态习性的认识水平，还取决于施药器械的性能和制造水平。目前病虫害的防治主要靠化学农药，然而农药的过量使用会导致农药残留，从而严重污染生态环境，威胁农产品安全，而无靶标喷施造成的靶标外大量农药沉积是果园农药残留的主要原因之一。

为此，申请号为201910065967.0的专利公开了一种触碰树干探测的对靶仿形喷药装置，其包括行走装置，所述行走装置上方设置有水平台，在所述水平台上设置有施药装置、液压装置和控制器，在所述行走装置行走的后端设有对靶调节装置，在所述行走装置内部设有动力输出装置，所述动力输出装置用于为所述施药装置、液压装置和控制器提供电力；所述控制器分别与所述行走装置、施药装置、液压装置及对靶传感器电连接。

上述专利设计的触碰树干探测的对靶仿形喷药装置，以触碰式探测树体检测，提高检测精度，具有覆盖面积大，喷药效果好的优点，但该专利方案还存在以下问题：该专利只通过一个旋转自由度实现绕树旋转，喷头与月牙形圆盘固定连接，因此该种固定的结构对靶喷药机构无法适应不同树冠大小的果树，适用性较差；并且月牙形圆盘须对准树干，保证触头接触树干才能检测树的位置，该对树干的检测方式对施药机运动路线要求严格，否则会造成喷药装置与树发生机械干涉，甚至损坏树木或装置。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种果树冠层径向动态仿形对靶喷药机器人及其仿形对靶方法，采用随动两自由度仿形对靶机构，运动灵活，能够对任意尺寸树冠在精确固定喷药距离下对其径向仿形对靶喷药。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

果树冠层径向动态仿形对靶喷药机器人，包括履带式的动力平台，所述动力平台上固定连接有机架，所述机架上固定连接有药箱、控制器和对靶喷药机构，所述对靶喷药机构包括喷头，所述药箱中设置有压力泵，所述压力泵与喷头连通，所述动力平台上安装有北斗导航系统和激光雷达，所述动力平台前方的机架上固定连接有径流风机，所述对靶喷药机构安装在动力平台前方的机架上；

所述对靶喷药机构包括U型底座，所述U型底座的一端与机架固定连接，所述U型底座上固定连接有第一支撑角铁和第二支撑角铁；所述U型底座的两侧、第一支撑角铁和第二支撑角铁上均固定连接有支撑竖角铁，所述支撑竖角铁上固定连接有上固定臂；

所述支撑竖角铁之间穿设有上伸缩臂和下伸缩臂，所述上固定臂上穿设有上支撑轮架，所述上伸缩臂的一端固定连接在上支撑轮架上，所述上固定臂上侧的上支撑轮架与上伸缩臂上均固定连接有上支撑轮，所述上支撑轮与上固定臂滚动连接，所述上伸缩臂的另一端设置有第一带座轴承；

所述下伸缩臂的一端固定连接有滑台，所述U型底座上方的支撑竖角铁之间固定连接有固定块，所述固定块和滑台上均螺纹连接的穿设有丝杆，所述丝杆靠近固定块的一端固定连接有伸缩驱动电机；靠近所述下伸缩臂的支撑竖角铁之间固定连接有下支撑轮架，所述下支撑轮架上固定连接有下支撑轮，所述下支撑轮与下伸缩臂滚动连接；所述下伸缩臂的另一端设置有第二带座轴承，所述第一带座轴承和第二带座轴承之间穿设有喷药系统挂架，所述第二带座轴承下方的下伸缩臂上安装有旋转电机，所述旋转电机上固定连接有联轴器，所述喷药系统挂架穿过第二带座轴承与联轴器固定连接；所述喷头固定安装在喷药系统挂架上；所述伸缩驱动电机和旋转电机均与控制器通讯连接。

进一步，所述北斗导航系统包括北斗定位天线、北斗姿态天线、差分信号电台天线和北斗接收器，所述北斗定位天线、差分信号电台天线和北斗接收器固定安装在动力平台的后端，所述北斗姿态天线和激光雷达固定安装在动力平台的前端。北斗导航系统可保证本机器人可以在果园内自主导航运动，北斗定位天线北斗和北斗姿态天线，分别用于对喷药机器人进行位置和姿态确定，北斗导航系统采用差分基站，差分信号可通过差分信号电台天线传递给北斗接收器，从而获取精确的机器人空间位置坐标信息和航向信息。

进一步，所述喷药系统挂架上安装有若干三通支撑固定架，所述三通支撑固定架上均固定安装有风管三通，所述喷头固定连接在风管三通的出风口内，所述径流风机和风管三通之间连通；所述对靶喷药机构和径流风机均为两个，两个所述对靶喷药机构交错对称安装。如此，可以使得本机器人在喷药时，可以分别对机器人左右两侧的果树进行同时喷药，提升喷药效率。

进一步，所述压力泵连通有调压阀，所述调压阀与喷头之间的输液管均设置有电磁阀，所述电磁阀与控制器电连接。调压阀可以保证压力泵的输出压力均衡，调压阀后接电磁阀可以用于控制喷头的开闭，电磁阀由控制器控制。

进一步，所述U型底座和第一支撑角铁靠近支撑竖角铁的端部均安装有第一接近开关，所述第一接近开关与控制器通讯连接。第一接近开关的设置，可以检测滑台滑动到两端的极限位置，当滑台接近第一接近开关时，控制器可以关闭伸缩驱动电机。

进一步，所述下伸缩臂靠近第二带座轴承的一端固定连接有第二接近开关安装架，所述第二接近开关安装架上固定连接有第二接近开关，所述喷药系统挂架上设置有接近开关探测器，所述第二接近开关与控制器通信连接。如此，利用第二接近开关和接近开关探测器可以检测喷药系统挂架的转动绝对位置。

进一步，所述径流风机的进风口朝向激光雷达的方向，所述风管三通包括上风管三通、中风管三通和下风管三通，所述径流风机的出风口与上风管三通的进风端、上风管三通的出风端与中风管三通的进风端、中风管三通的出风端与下风管三通的进风端之间均固定连通有软管，所述下风管三通的出风端固定连接有封堵块。径流风机进风口的朝向设置使得径流风机的进风口与机器人的前进方向一致，可以保证径流风机吸入充足的空气；使用软管将三个分管三通的连接形成S型柔性风送回路，使用封堵块可以使得整个风送回路的出风口均为风管三通中间安装有喷头的出风口。

进一步，所述U型底座的两侧设置有若干第一安装孔，所述第一支撑角铁和第二支撑角铁上设置有若干第二安装孔，所述第一安装孔和第二安装孔螺栓连接。如此，可实现第一支撑角铁和第二支撑角铁相对U型底座不同位置的连接，从而针对不同行距的果园，可通过简单安装调节实现左右两喷头在果树行间初始位置的调节。

一种果树冠层径向动态仿形对靶喷药机器人的仿形对靶方法，包括如下步骤：

S1、激光雷达对果树竖直截面轮廓进行扫描，机器人前进过程中，激光雷达测量机器人与树干距离，在激光雷达横向位置在树干位置左右时，采集最短距离，再随着机器向前进，激光雷达采集的L距离慢慢增大，通过对树冠距激光雷达变化趋势，定位树干位置；

S2、激光雷达获取当前树冠距喷头的距离S_avg和树冠的最大半径R_max，机器人喷头横向水平运动，同时旋转电机带动喷头旋转；

S3、当喷头运动到距树冠P距离时，开始喷药，P为喷药距离，因此可得在时间t_喷后，开启喷头，

从喷头距树冠距离为P开始，喷头和风管保持喷药和送风，同时在随机器人前进过程中喷头旋转，并向横向运动。通过车速可获取车的前进距离，设前进距离为y，则y取[0,2(R_max+P)]之间的数，y＝V_车t，则根据y值得出喷头转过的角度、喷头转动角速度和喷头横向运动速度，从喷药开始，直到喷头转过180°或机器人前进2(R_max+P)后，喷药停止。

一种果树冠层径向动态仿形对靶喷药机器人的仿形对靶方法，包括如下步骤：

S1、激光雷达对果树竖直截面轮廓进行扫描，机器人前进过程中，激光雷达测量机器人与树干距离，在激光雷达横向位置在树干位置左右时，采集最短距离，再随着机器人向前进，激光雷达采集的L距离慢慢增大，通过对树冠距激光雷达变化趋势，定位树干位置；

S2、激光雷达获取当前树冠距喷头的距离S_avg和树冠的最大半径R_max，机器人喷头横向水平运动，同时旋转电机带动喷头旋转；

S3、将喷头旋转和横向水平伸缩速度定义为定值，按照内接八边形的运动轨迹，则每一段轨迹线中喷头旋转和横向水平伸缩速度均为定值，得出横向水平伸缩速度V_伸和喷头转动角速度，从喷药开始，直到喷头转过180°或机器人前进2(R_max+P)后，喷药停止。

本发明的有益效果：

1、本发明采用两自由度果树冠层径向动态仿形机构的设计，通过喷头伸缩、旋转以及机器人前进三种运动的相互协调控制，实现喷头可距果树树冠确定距离下，准确以半圆为轨迹绕果树运动，同时在运动过程中喷头实时对准果树中心位置，进行喷药，整个对靶喷药过程，可适用于各种大小的果树，任意尺寸树冠对其经向仿形对靶喷药，适用性更好。

2、本发明采用上伸缩臂和下伸缩臂防侧向力矩的设计，提高伸缩臂的伸缩长度，在果树间距较大情况下，同样可满足对果树的喷药需求，适用性更广。

3、本发明采用多点调节、模块化果树冠层径向动态仿形机构的设计，U型底座与滚柱丝杠滑轨的支撑角铁采用可调节链接孔的设计，设计简单，方便针对不同种植模式果园的调节。

4、本发明提出基于垂直扫描激光雷达的果树树干定位方法，通过前置垂直扫描激光雷达对果树竖直切面轮廓进行扫描，提出基于树冠距激光雷达距离变化趋势的果实树干定位方法，可以实现远距离、无接触的果树树干定位，定位更精确，并且不会与树干接触，避免损坏果树或者喷药机器人。

5、本发明针对果树具体位置，提出基于半圆轨迹的连续控制方法和基于内接八边形轨迹的分段控制两种控制原理方法，可精确的对树冠进行对靶喷药。

6、本发明S型从上至下柔性风送管道设计，保证不干扰仿形机构运动的前提下，降低气流在管道内部的阻力，提高风送效率。

附图说明

图1是本发明果树冠层径向动态仿形对靶喷药机器人的结构示意图；

图2是本发明的前视结构示意图；

图3是本发明的侧视结构示意图；

图4是本发明的使用状态示意图；

图5是本发明的对靶喷药机构结构示意图；

图6是本发明图5中Ⅰ、Ⅱ处的放大结构示意图；

图7是本发明图5中Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ处的放大结构示意图；

图8是本发明软管连接的S型风路布置图；

图9是本发明的喷药回路示意图；

图10是本发明基于垂直面扫描的果树树干定位方法示意图；

图11是本发明基于半圆轨迹的径向仿形连续控制示意图；

图12是本发明基于内接八边形轨迹径向仿形分段控制示意图。

其中，径流风机出风口1、径流风机进风口2、径流风机3、动力平台4、药箱5、控制柜6、北斗定位天线7、北斗接收器8、差分信号电台天线9、对靶喷药机构10、前伸臂11、北斗姿态天线12、激光雷达13、药液14、果树15、上风管三通16、上固定臂17、喷药系统挂架18、上伸缩臂19、第一带座轴承20、中风管三通21、支撑竖角铁22、固定角铁23、角铁连接柱24、下风管三通25、下伸缩臂26、伸缩驱动电机27、U型底座28、第一接近开关29、固定块30、滑台31、第一支撑角铁32、第二支撑角铁33、下支撑轮架34、下支撑轮35、旋转电机36、第二接近开关安装架37、第二接近开关38、接近开关探测器39、旋转电机架40、联轴器41、喷头42、三通支撑固定架43、上支撑轮架44、软管45、上支撑轮46、丝杆47、第二带座轴承48、机架49。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细说明：

如图1-12所示：

果树冠层径向动态仿形对靶喷药机器人，包括机架49和为机器人提供前进动力的履带式的动力平台4，动力平台4通过螺栓固定安装在机架49的下端，机架49上通过螺栓固定安装有药箱5、控制柜6和对靶喷药机构10。药箱5为机器人的喷药提供药源，控制柜6内放置有控制整个机器人运作的控制器和相关电子元件。对靶喷药机构10上安装有喷头42，药箱5中放置有压力泵，压力泵与喷头42连通。动力平台4上安装有北斗导航系统，机架49上固定安装有前伸臂11，激光雷达13通过螺栓固定安装在前伸臂11的端部。动力平台4前方的机架49上通过螺栓固定连接有两个径流风机3和两个对靶喷药机构10，两个对靶喷药机构10交错对称的安装在动力平台4前方的机架49上，可分别对机器人左右两侧的果树15进行同时喷药。

北斗导航系统的北斗定位天线7、差分信号电台天线9和北斗接收器8通过强磁系盘安装于喷药机器人的后端，北斗姿态天线12通过强磁系盘安装于喷药机器人前端的前伸臂11上，北斗定位天线7和北斗姿态天线12分别用于对喷药机器人进行位置和姿态确定，北斗导航系统采用差分基站，差分信号可通过差分信号电台天线9传递给北斗接收器8，从而获取精确的机器人空间位置坐标信息和航向信息；整个北斗导航系统可保证本机器人可以在果园内自主导航运动。

如图5和图6所示，对靶喷药机构10包括U型底座28，U型底座28的两侧均开设有若干等距离分布的第一安装孔，U型底座28的左端与机架49通过螺栓固定连接，U型底座28上安装有第一支撑角铁32和第二支撑角铁33，第一支撑角铁32和第二支撑角铁33上均开设有相邻两孔距离相等的第二安装孔，第一安装孔与第二安装孔之间通过螺栓连接，从而实现第一支撑角铁32和第二支撑角铁33相对U型底座28不同位置的连接，满足对不同行距的果园进行上伸缩臂19和下伸缩臂26长度的调节；U型底座28的相对两侧、第一支撑角铁32和第二支撑角铁33上均通过螺栓固定连接有支撑竖角铁22，支撑竖角铁22上通过螺栓固定连接有上固定臂17。U型底座28和第一支撑角铁32靠近支撑竖角铁22的端部分别均安装有第一接近开关29，第一接近开关29与控制器通讯连接，第一接近开关29的设置，可以检测滑台31滑动到两端的极限位置，当滑台31接近第一接近开关29时，控制器可以控制关闭伸缩驱动电机27。

如图5和图7所示，支撑竖角铁22包括四根，每两根之间组成一个框架，两根支撑竖角铁22之间穿设有上伸缩臂19和下伸缩臂26，上固定臂17上穿设有上支撑轮架44，上伸缩臂19的一端固定安装在上支撑轮架44上，上固定臂17上侧的上支撑轮架44和上伸缩臂19上均固定连接有上支撑轮46，上支撑轮46与上固定臂17滚动连接，上伸缩臂19的另一端设置有第一带座轴承20。

如图5-7所示，下伸缩臂26的左端通过螺钉固定连接有滑台31，U型底座28上方的两根支撑竖角铁22之间通过螺钉固定连接有固定块30，固定块30和滑台31上均穿设有丝杆47，丝杆47的左端连接有伸缩驱动电机27；靠近下伸缩臂26的两个支撑竖角铁22之间通过螺栓固定连接有下支撑轮架34，下支撑轮架34上安装有下支撑轮35，下支撑轮35与下伸缩臂26滚动连接，使得下伸缩臂26滑动更顺畅；下伸缩臂26的右端部安装有第二带座轴承48，第一带座轴承20和第二带座轴承48之间穿设有喷药系统挂架18，第二带座轴承48下方的下伸缩臂26上通过螺栓固定连接有电机架49，电机上安装有旋转电机36，旋转电机36上固定连接有联轴器41，喷药系统挂架18穿过第二带座轴承48与联轴器41固定连接；下伸缩臂26靠近第二带座轴承48的一端固定连接有第二接近开关安装架37，第二接近开关安装架37上固定连接有第二接近开关38，喷药系统挂架18上设置有接近开关探测器39，第二接近开关38与控制器通信连接，喷药过程中利用第二接近开关38和接近开关探测器39可以检测喷药系统挂架18的转动绝对位置。

喷药系统挂架18上安装有三个三通支撑固定架43，三个三通支撑固定架43上均安装有风管三通，即上风管三通16、中风管三通21和下风管三通25，喷头42固定安装在风管三通的出风口内，两个对靶喷药机构10分别各采用一个独立的径流风机3，径流风机3进风口2朝向激光雷达13的方向，即机器人的前进方向，可保证吸入充足空气，如图8所示，径流风机出风口1与上风管三通16的进风端、上风管三通16的出风端与中风管三通21的进风端、中风管三通21的出风端与下风管三通25的进风端之间均连通有软管45，下风管三通25的出风端固定连接有封堵块，使用软管45将三个分管三通的连接形成S型柔性风送回路，使用封堵块可以使得整个风送回路的出风口均为风管三通中间安装有喷头42的出风口；伸缩驱动电机27和旋转电机36均与控制器通讯连接。

喷药回路如图9所示，药箱5中的药液14通过压力泵进行加压，压力泵连通有调压阀，调压阀与喷头42之间的输液管均设置有电磁阀，电磁阀与控制器电连接；调压阀可以保证压力泵的输出压力均衡，调压阀后接电磁阀可以用于控制喷头42的开闭，电磁阀由控制器控制。

本机器人的使用方法如下：

在使用时，履带式动力平台4为机器人提供前进动力，控制器控制整个机器人，北斗导航系统可精确的机器人空间位置坐标信息和航向信息。

机器人在前进的过程中，激光雷达13进行树干定位，当机器人运动到两根果树15之间时，伸缩驱动电机27旋转带动丝杆47旋转，丝杆47的旋转就将上伸缩臂19和下伸缩臂26伸出，然后控制器控制旋转电机36旋转，调整喷头42的角度，保证喷头42实时对准果树15中心轴线，此时压力泵将药液14通过软管45输送到上中下的三个喷头42处，如图4所示，喷头42对树冠进行180°的喷药。

当喷药完毕后，旋转电机36带动喷头42旋转至初始位置，沿前进方向对准下一棵待喷洒果树15，之后循环往复在线监测树冠直径和树干位置，并根据径向动态仿形方法控制喷头42绕果树15喷洒药液14。

本发明的果树树干定位方法如下：

如图10所示，竖直面扫描激光雷达可对果树竖直截面轮廓进行扫描，图10中①～⑤代表在喷药机器人前进过程中激光雷达采样的位置，①位置时激光雷达可采集果树边上距激光雷达的距离，记为L；之后激光雷达到达②位置，采集的L减少，当激光雷达横向位置在树干位置左右时，采集到的距离L为最短距离，之后随着机器向前进，激光雷达采集的L距离慢慢增大。因此可以通过对树冠距激光雷达变化趋势，可间接定位树干的位置。由于多数果树类似锥形，上小下大的结构，因此为保证定位树干位置的准确性，将树冠在高度方向等分为三部分，L等于每一部分扫描边界点的平均值。

其中，L代表树冠距激光雷达的平均距离；i代表树冠等分的3段，取1～3；l代表每段中每个点距激光雷达竖直平面的垂直距离，k为在每段中点的个数，取1～n。

树干位置判断采用对当前冠距激光雷达的平均距离L_i(m)与上一时刻冠距激光雷达的平均距离L_i(m-1)和上上时刻冠距激光雷达的平均距离L_i(m-2)进行判断。当：

L₁(m)≤L₁(m-1)≤L₁(m-2)

L₂(h)≤L₂(h-1)≤L₂(h-2)

L₃(j)≤L₃(j-1)≤L₃(j-2)

可判断3段分别在m-2、h-2、j-2时刻时，激光雷达横向对准的位置为树干位置。树干距喷头的距离为S_avg为：

其中，S为激光雷达距喷头的距离；V_车为施药机器人的前进速度。

本发明的树冠径向动态仿形和对靶喷药方法如下：

树冠径向仿形是根据激光雷达获取的当前树冠距喷头的距离S_avg和树冠的最大半径R_max，通过控制滑台的水平运动，从而带动喷头在横向水平运动，设运动速度为V_伸，同时旋转电机带动喷头旋转，保证喷头实时对准果树中心轴线，设喷头的转动角速度为ω，根据喷头运动轨迹的不同，将控制分为基于半圆轨迹的连续控制方法和基于内接8边形轨迹的分段控制方法。分别见图11和图12。

1、基于半圆轨迹的径向仿形连续控制方法

喷药开始时刻确定，当前喷头距树干的距离为S_avg，当喷头运动到距树冠p距离时，开始喷药，P为喷药距离，因此可得在时间t_喷后，开启喷头。

从喷头距树冠距离为P开始，喷头和风管保持喷药和送风，同时在随机器人前进过程中喷头旋转，并向横向运动。通过车速可获取车的前进距离，设前进距离为y，则y取[0,2(R_max+P)]之间的数，y＝V_车t。则根据y值可推导出：

喷头转过的角度：

喷头转动角速度：

喷头横向运动速度：

从喷药开始，直到喷头转过180°或机器人前进2(R_max+P)后，喷药停止。

2、基于半圆内接8变形轨迹径向仿形分段控制方法

为简化控制的复杂程度，尽量将喷头旋转和横向水平伸缩速度定义为定值，因此提出按照内接8边形的运动轨迹，则每一段轨迹线中喷头旋转和横向水平伸缩速度均为定值。如图12所示。则可推导出：

横向水平伸缩速度，负号代表运动方向相反：

喷头转动角速度：

喷药停止后，电机带动喷头旋转至初始位置，沿前进方向对准下一棵待喷洒的果树，之后循环往复在线监测树冠直径和树干位置，并根据径向动态仿形方法控制喷头绕果树喷洒药液。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (10)

1.果树冠层径向动态仿形对靶喷药机器人，包括机架和履带式的动力平台，所述机架上固定安装有药箱、控制器和对靶喷药机构，所述对靶喷药机构上安装有喷头，所述药箱中设置有压力泵，所述压力泵与喷头连通，其特征在于：所述动力平台上安装有北斗导航系统和激光雷达，所述动力平台前方的机架上固定连接有径流风机，所述对靶喷药机构安装在动力平台前方的机架上；

所述对靶喷药机构包括U型底座，所述U型底座的一端与机架固定连接，所述U型底座上固定连接有第一支撑角铁和第二支撑角铁；所述U型底座的两侧分别固定连接有第一支撑竖角铁和第二支撑竖角铁，所述第一支撑角铁上固定连接有第三支撑竖角铁，所述第二支撑角铁上固定连接有第四支撑竖角铁，所述第一支撑竖角铁、第二支撑竖角铁、第三支撑竖角铁和第四支撑竖角铁之间固定连接有上固定臂；

所述第三支撑竖角铁和第四支撑竖角铁之间穿设有上伸缩臂和下伸缩臂，所述上固定臂上穿设有上支撑轮架，所述上伸缩臂的一端固定连接在上支撑轮架上，所述上固定臂上侧的上支撑轮架与上伸缩臂上均固定连接有上支撑轮，所述上支撑轮与上固定臂滚动连接，所述上伸缩臂的另一端设置有第一带座轴承；

所述下伸缩臂的一端固定连接有滑台，所述U型底座上方的第一支撑竖角铁和第二支撑竖角铁之间固定连接有固定块，所述固定块和滑台上均螺纹连接的穿设有丝杆，所述丝杆靠近固定块的一端固定连接有伸缩驱动电机；靠近所述下伸缩臂的第三支撑竖角铁和第四支撑竖角铁之间固定连接有下支撑轮架，所述下支撑轮架上固定连接有下支撑轮，所述下支撑轮与下伸缩臂滚动连接；所述下伸缩臂的另一端设置有第二带座轴承，所述第一带座轴承和第二带座轴承之间穿设有喷药系统挂架，所述第二带座轴承下方的下伸缩臂上安装有旋转电机，所述旋转电机上固定连接有联轴器，所述喷药系统挂架穿过第二带座轴承与联轴器固定连接；所述喷头固定安装在喷药系统挂架上；所述伸缩驱动电机和旋转电机均与控制器通讯连接。

2.根据权利要求1所述的果树冠层径向动态仿形对靶喷药机器人，其特征在于：所述北斗导航系统包括北斗定位天线、北斗姿态天线、差分信号电台天线和北斗接收器，所述北斗定位天线、差分信号电台天线和北斗接收器固定安装在动力平台的后端，所述北斗姿态天线和激光雷达固定安装在动力平台的前端。

3.根据权利要求2所述的果树冠层径向动态仿形对靶喷药机器人，其特征在于：所述喷药系统挂架上安装有若干三通支撑固定架，所述三通支撑固定架上均固定安装有风管三通，所述喷头固定连接在风管三通的出风口内，所述径流风机和风管三通之间连通；所述对靶喷药机构和径流风机均为两个，两个所述对靶喷药机构交错对称安装。

4.根据权利要求3所述的果树冠层径向动态仿形对靶喷药机器人，其特征在于：所述压力泵连通有调压阀，所述调压阀与喷头之间的输液管均设置有电磁阀，所述电磁阀与控制器电连接。

5.根据权利要求4所述的果树冠层径向动态仿形对靶喷药机器人，其特征在于：所述U型底座和第一支撑角铁靠近第一支撑竖角铁的端部均安装有第一接近开关，所述第一接近开关与控制器通讯连接。

6.根据权利要求5所述的果树冠层径向动态仿形对靶喷药机器人，其特征在于：所述下伸缩臂靠近第二带座轴承的一端固定连接有第二接近开关安装架，所述第二接近开关安装架上固定连接有第二接近开关，所述喷药系统挂架上设置有接近开关探测器，所述第二接近开关与控制器通信连接。

7.根据权利要求6所述的果树冠层径向动态仿形对靶喷药机器人，其特征在于：所述径流风机的进风口朝向激光雷达的方向，所述风管三通包括上风管三通、中风管三通和下风管三通，所述径流风机的出风口与上风管三通的进风端、上风管三通的出风端与中风管三通的进风端、中风管三通的出风端与下风管三通的进风端之间均固定连通有软管，所述下风管三通的出风端固定连接有封堵块。

8.根据权利要求7所述的果树冠层径向动态仿形对靶喷药机器人，其特征在于：所述U型底座的两侧设置有若干第一安装孔，所述第一支撑角铁和第二支撑角铁上设置有若干第二安装孔，所述第一安装孔和第二安装孔螺栓连接。

9.一种基于权利要求8所述的果树冠层径向动态仿形对靶喷药机器人的仿形对靶方法：包括以下步骤，

S1、激光雷达对果树竖直截面轮廓进行扫描，机器人前进过程中，激光雷达测量机器人与树干距离，当激光雷达运动到树干位置左右时，采集最短距离，再随着机器人向前进，激光雷达采集的L距离慢慢增大，通过树冠与激光雷达距离的变化趋势，定位树干位置；

S2、激光雷达获取当前树冠距喷头的距离S_avg和树冠的最大半径R_max，机器人喷头横向水平运动，同时旋转电机带动喷头旋转；

S3、当喷头运动到距树冠P距离时，开始喷药，P为喷药距离，因此可得在时间t_喷后，开启喷头，其中，

从喷头距树冠距离为P开始，喷头和风管保持喷药和送风，同时在随机器人前进过程中喷头旋转，并向横向运动；通过机器人的车速可获取机器人的前进距离，设前进距离为y，则y取[0,2(R_max+P)]之间的数，y=V_车t，则根据y值得出喷头转过的角度、喷头转动角速度和喷头横向运动速度，从喷药开始，直到喷头转过180°或机器人前进2(R_max+P) 后，喷药停止；其中，喷头转过的角度：

喷头转动角速度：

喷头横向运动速度：

。

10.一种基于权利要求8所述的果树冠层径向动态仿形对靶喷药机器人的仿形对靶方法：包括如下步骤，

S1、激光雷达对果树竖直截面轮廓进行扫描，机器人前进过程中，激光雷达测量机器人与树干距离，当激光雷达运动到树干位置左右时，采集最短距离，再随着机器人向前进，激光雷达采集的L距离慢慢增大，通过树冠与激光雷达距离的变化趋势，定位树干位置；

S2、激光雷达获取当前树冠距喷头的距离S_avg和树冠的最大半径R_max，机器人喷头横向水平运动，同时旋转电机带动喷头旋转；

S3、将喷头转动角速度和横向水平伸缩速度定义为定值，按照内接八边形的运动轨迹，则每一段轨迹线中喷头转动角速度和横向水平伸缩速度均为定值，得出横向水平伸缩速度V_伸和喷头转动角速度，从喷药开始，直到喷头转过180°或机器人前进2(R_max+P) 后，喷药停止，其中P为喷药距离；其中横向水平伸缩速度，负号代表运动方向相反：

喷头转动角速度：

。

Images