CN114747555A - 一种用于设施茄果类蔬菜的自动导航施药系统与施药方式 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于设施茄果类蔬菜的自动导航施药系统与施药方式，涉及施药设备技术领域，包括支撑平台、单片机控制系统、行走系统、施药系统、检测传感系统。其中行走系统包括两个驱动轮，通过两个伺服电机差速驱动，两个前后万向轮，伺服电动机与单片机控制模块电性连接；施药系统包括施药支架架设在支撑平台上，支撑平台与固定框连接，药箱固定设置在固定框中间，水泵放置在泵平台上与药箱连接，喷药管与水泵连接，喷药管远端连接施药喷头固定在施药架上，检测传感系统包括压力传感器以及外置的图像采集器，分别与单片机控制模块电性连接。本发明能够适应大棚内环境，在不损伤植株的情况下实现自动导航和变量施药。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动导航施药设备，具体是指一种用于设施茄果类蔬菜的自动导航施药系统与施药方式，属于施药设备技术领域。
背景技术
设施农业逐渐成为我国重要农业经济支柱，但设施农业机械化、智能化作业水平较低，特别是在施药设备技术领域，现阶段仍以背负式手动喷雾器和背负式机动弥雾机为主，这种施药方式主要依靠人力，施药效率低、药液分布不均、污染环境，作物很有可能会残留少量农药，进而引发食品安全问题。尤其是一些经常出现在人们的餐桌上的茄果类蔬菜的种植，远不能满足当代设施农业发展需要及环境保护要求。
针对上述问题，急需设计一种用于设施茄果类蔬菜的自动导航施药系统与施药方式，本设备的主要研究内容是适用于设施茄果类蔬菜的施药机器人，主要是以大棚茄子和番茄为对象，能够适应大棚内的环境，可以实现自动导航和变量施药。
发明内容
本发明针对设施农业茄果类蔬菜，进行一种自动导航施药设备的设计，能够适应大棚内环境，在不损伤植株的情况下实现自动导航和变量施药。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括支撑平台(1)、外壳(10)、单片机控制系统(11)、蓄电池(4)、行走系统、施药系统、检测传感系统；
所述行走系统包括驱动轮(3)、万向轮(2)、链轮(12)、直角行星减速器(13)、直流伺服电动机(14)，所述驱动轮(3)通过转轴枢接在支撑平台(1)上，所述链轮(12)固定在转轴上，所述直流伺服电动机(14)与直角行星减速器(13)通过齿轮啮合传动，所述直角行星减速器(13)的输出轴上固定设置有驱动齿轮，所述驱动齿轮通过链条与链轮(12)啮合，所述支撑平台上设置有单片机控制系统(11)，所述直流伺服电动机(14)与单片机控制系统(11)电性连接，所述万向轮(2)通过转轴枢接在支撑平台(1)上。两个驱动轮(3)布置在车体的中部，用两个直流伺服电动机(14)分别驱动，即差速驱动，前后各布置一个万向轮(3)，当控制两个驱动轮(3)的转速不同时，通过与万向轮(2)的结合，即可实现机器人的转向和掉头功能。
所述施药系统包括泵平台(5)、水泵(6)、固定框(7)、施药架(8)、药箱(9)、药箱盖(15)、施药喷头(17)，所述泵平台架设在支撑平台(1)上，蓄电池(4)置于泵平台(5)内部所述水泵(6)固定在泵平台(5)上，所述固定框(7)固定在支撑平台(1)后端，所述药箱(9)固定设置在固定框(7)中间与水泵(6)相连接，所述药箱盖(15)通过螺纹啮合在药箱(9)上端，所述施药架(8)架设在支撑平台(1)上与固定框(7)相连接。所述施药喷头(17)固定在施药架(8)上，通过喷药管与水泵(6)连接。施药架(8)是用来固定水管和施药喷头(17)的支承零件，布置在施药机器人的后部的两侧，为了能够同时对茄子植株的侧面和顶部进行施药，所以施药架(8)大致呈一个“7”字型。其上设有15各施药喷头(17)安装点，可根据实际情况对喷头的安装位置进行调整。
所述传感检测系统包括图像采集器(16)、压力传感器(22)，所述图像采集器(16)固定于水泵(6)前侧，与单片机控制系统(11)电性连接，所述压力传感器(22)固定在水泵(6)出水口内侧，与单片机控制系统(11)电性连接。所述图像采集器(16)可以对图像进行数字化处理，将真实的图像转变为可存储的格式。图像采集设备需要采集茄子植株的图像，并将其传输到计算机中进行分析和处理。所述压力传感器(22)是用来实时检测水泵出口压力的传感器，并将测量值传输到控制器中。可选传感器的量程为0-1.0Mpa，可过载150％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)该设备传动系统采用链传动，能保证准确的传动比，传动效率高，压轴力小，结构较为紧凑，能在高温和潮湿的环境下工作，比齿轮传动成本低，适于远距离传动，低速重载，工作环境恶劣，以及其他不适宜采用齿轮传动的场合；
(2)该设备采用双电机差速驱动驱动轮，并通过与万向轮的结合，即可实现机器人的转向和掉头功能，结构简单，稳定性好，转弯半径小；
(3)该设备具备变量施药控制系统。根据植株实际情况，通过水泵调节水压和流量，以此来控制施药量的大小；
(4)该设备具备路径识别系统，在行驶过程中实时对路径进行识别和修正，保证机器人处于直线行驶；
(5)该设备行走系统采用轮式系统，该系统结构简单，价格便宜，控制容易，运动效率高，速度快，稳定性良好。
附图说明
图1是自动导航施药设备总体主视图示意图；
图2是自动导航施药设备总体俯视图示意图；
图3是自动导航施药设备总体侧视图示意图；
图4是自动导航施药设备驱动轮的剖面图示意图；
图5是自动导航施药设备车轮布置方式示意图；
图6是自动导航施药设备自动导航原理图；
图7是自动导航施药设备变量施药原理图；
图中标号名称：1、支撑平台；2、万向轮；3、驱动轮；4、蓄电池；5、泵平台；6、水泵；7、固定框；8、施药架；9、药箱；10、外壳；11、单片机控制系统；12、链轮；13、直角行星减速器；14、直流伺服电动机；15、药箱盖；16、图像采集器；17、施药喷头；18、轴承座；19、驱动轴；20、轴承；21、螺钉；22、压力传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：本发明公开了一种用于设施茄果类蔬菜的自动导航施药系统与施药方式
参阅图1至图4：所述行走系统包括驱动轮(3)、万向轮(2)、链轮(12)、直角行星减速器(13)、直流伺服电动机(14)，所述驱动轮(3)通过转轴枢接在支撑平台(1)上，所述链轮(12)固定在转轴上，所述直流伺服电动机(14)与直角行星减速器(13)通过齿轮啮合传动，所述直角行星减速器(13)的输出轴上固定设置有驱动齿轮，所述驱动齿轮通过链条与链轮(12)啮合，所述支撑平台上设置有单片机控制系统(11)，所述直流伺服电动机(14)与单片机控制系统(11)电性连接，所述万向轮(2)通过转轴枢接在支撑平台(1)上。所述施药系统包括泵平台(5)、水泵(6)、固定框(7)、施药架(8)、药箱(9)、药箱盖(15)、施药喷头(17)，所述泵平台架设在支撑平台(1)上，蓄电池(4)置于泵平台(5)内部所述水泵(6)固定在泵平台(5)上，所述固定框(7)固定在支撑平台(1)后端，所述药箱(9)固定设置在固定框(7)中间与水泵(6)相连接，所述药箱盖(15)通过螺纹啮合在药箱(9)上端，所述施药架(8)架设在支撑平台(1)上与固定框(7)相连接。所述施药喷头(17)固定在施药架(8)上，通过喷药管与水泵(6)连接。所述传感检测系统包括图像采集器(16)、压力传感器(22)，所述图像采集器(16)固定于水泵(6)前侧，与单片机控制系统(11)电性连接，所述压力传感器(22)固定在水泵(6)出水口内侧，与单片机控制系统(11)电性连接。
参阅图6：本设备选用视觉导航技术作为施药机器人的自动导航技术的实现方法，定位方法选择地标匹配定位。拟在路面设置红色的地标作为施药机器人的定位点。
参阅图7：本设备选用变量施药技术作为施药机器人的主要技术，主要是采用各种定位识别技术，获取作业目标图像，然后对图像进行各种处理得到靶标图像，并以此作为施药系统施药的依据，再根据压力传感器实时调节喷药流量。
一种用于设施茄果类蔬菜的自动导航施药系统与施药方式的具体工作过程如下：
1、在施药机器人工作过程中，两个直流伺服电机14通过链轮12传动带动驱动轮3转动，当转速相同时，施药机器人沿直线运动，当某一个驱动轮的转速大于另一个时，施药机器人的万向轮2向转速小的驱动轮方向转向，当两个驱动轮具有不同的转速差时，施药机器人即可实现在不同转弯半径下进行转弯和掉头。
2、施药设备置于车体后部，包括施药架8、药箱9、水泵6等，施药架约高1.55m，宽0.3m，伸出部分约长0.4m，一个施药架上共布置有15个施药喷头17固定位置，可根据实际情况安装喷头，在施药过程中可同时对植株的侧面和顶部进行喷施。
3、水泵出口装有压力传感器22，实时监测水压，并且通过调节水压来改变流量大小以实现变量施药。施药机器人前部装有图像采集器16，主要负责路径信息的采集，并将其传送至计算机中进行分析，然后输出相应的指令来控制电机的转速以此来改变机器人的运行速度或是转向与掉头。
本自动导航施药设备在以上工作方式下，通过单片机电性控制电机元件实现自动行驶、自动导航、变量喷药等功能。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种用于设施茄果类蔬菜的自动导航施药系统与施药方式，包括支撑平台(1)、外壳(10)、单片机控制系统(11)、蓄电池(4)、行走系统、施药系统、检测传感系统。其特征在于：所述行走系统包括驱动轮(3)、万向轮(2)、链轮(12)、直角行星减速器(13)、直流伺服电动机(14)，所述驱动轮(3)通过转轴枢接在支撑平台(1)上，所述链轮(12)固定在转轴上，所述直流伺服电动机(14)与直角行星减速器(13)通过齿轮啮合传动，所述直角行星减速器(13)的输出轴上固定设置有驱动齿轮，所述驱动齿轮通过链条与链轮(12)啮合，所述支撑平台上设置有单片机控制系统(11)，所述直流伺服电动机(14)与单片机控制系统(11)电性连接，所述万向轮(2)通过转轴枢接在支撑平台(1)上；
所述施药系统包括泵平台(5)、水泵(6)、固定框(7)、施药架(8)、药箱(9)、药箱盖(15)、施药喷头(17)，所述泵平台架设在支撑平台(1)上，蓄电池(4)置于泵平台(5)内部所述水泵(6)固定在泵平台(5)上，所述固定框(7)固定在支撑平台(1)后端，所述药箱(9)固定设置在固定框(7)中间与水泵(6)相连接，所述药箱盖(15)通过螺纹啮合在药箱(9)上端，所述施药架(8)架设在支撑平台(1)上与固定框(7)相连接。所述施药喷头(17)固定在施药架(8)上，通过喷药管与水泵(6)连接；
所述传感检测系统包括图像采集器(16)、压力传感器(22)，所述图像采集器(16)固定于水泵(6)前侧，与单片机控制系统(11)电性连接，所述压力传感器(22)固定在水泵(6)出水口内侧，与单片机控制系统(11)电性连接。
2.根据权力要求1所述的一种用于设施茄果类蔬菜的自动导航施药系统与施药方式，其特征在于：所述行走系统将两个驱动轮(3)布置在车体的中部，用两个直流伺服电机(14)分别驱动，即差速驱动，前后各布置一个万向轮(2)。
3.根据权力要求2所述的一种用于设施茄果类蔬菜的自动导航施药系统与施药方式，其特征在于：所述驱动轮(3)包括链轮(12)、螺钉(21)、驱动轴(19)、轴承座(18)、轴承(20)，所述链轮(12)通过螺钉(21)固定在驱动轴(19)上，所述驱动轮(3)固定在驱动轴(19)上，所述驱动轴(19)通过轴承(20)固定在轴承座(18)内并可以旋转。
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