CN115281172B - 用于激光除草机器人的阵列联控式激光平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热伤除草领域，具体是涉及用于激光除草机器人的阵列联控式激光平台，包括固定平台和若干个呈点阵状态分布于固定平台上的热伤射筒，每个热伤射筒均集成有激光器和测距器，所述固定平台呈波浪状，以所述弧形上凹板和所述弧形下凹板的弧长方向为行，母线方向为列，固定平台上每一列和每一列的所有激光器发出的激光聚焦线交叉形成辐射网。本发明以面覆盖的方式取代传统线覆盖的方式，形成了整张辐射网对杂草进行全域覆盖，辐射网以呈点阵状分布的激光光斑阵列实现对正下方的杂草进行适时热伤，避免了传统线覆盖方式带来的激光束交叉的问题，同时每个激光器配有独立的测距器和升降器，实现了每束激光均能以最佳状态作用于杂草表面。

Description

用于激光除草机器人的阵列联控式激光平台

技术领域

本发明涉及热伤除草领域，具体是涉及用于激光除草机器人的阵列联控式激光平台。

背景技术

随着工业的不断进步，国内外针对田间除草机器人的研究非常广泛，新兴除草方式多样，包括火焰除草、热水除草等等。激光除草作为新兴的除草方式逐渐受到关注。

激光除草的核心装置是激光器，它能集中大量的能量于一束窄的激光束中，能精确快速的指向目标，并且激光束能聚焦在一个小的面积内，增加单位面积上的能量，激光可以选择性传递高能量密度给植物，升高植物细胞中水分的温度，从而致使它停止或者延迟生长。

实验表明，应用激光可以有效的抑制杂草的再生长，有时甚至对杂草产生致命影响，而不带来任何污染。激光杂草控制的效果与激光的波长、照射时间、光斑大小、功率以及杂草的种类有关。

我国公告号为CN103766317B的名为“一种基于热伤除草的全覆盖激光点阵结构和方法“，其公开了一种由圆柱面形状的固定框架和呈点阵状态分布于该固定框架上的激光器所组成的激光除草结构，该圆柱面上的所有激光器发生的激光汇集于一条聚焦线上，该聚焦线会随着农机的前移而移动，实现以线覆盖平移的热伤方式进行除草。

如图1所示，在随农机前移进行热伤除草的过程中，其通过圆柱面上依序排列的激光器持续的在行进间逐一发射激光束进行除草，由于其采用激光聚焦线平移的方式，因此在固定框架行进的过程中，最前端的激光器会发射激光对A处杂草进行最后照射，而此时最后端的激光器会发射激光对B处杂草进行最先照射，此时两束激光束会发生交叉干涉，由于激光为高能粒子束，二者交叉时会对其所携带的能量产生影响，从而使杂草的热伤达不到预期效果；

另外，由于杂草并不总是位于同一水平高度，行进过程中遇到高低不断变化的杂草也会使激光无法准确的作用于杂草表面。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术问题，提供用于激光除草机器人的阵列联控式激光平台。

为解决现有技术问题，本发明采用的技术方案为：

用于激光除草机器人的阵列联控式激光平台，包括固定平台和若干个呈点阵状态分布于固定平台上的热伤射筒，每个热伤射筒均集成有激光器和测距器；

所述固定平台由若干个沿农机行进方向依序交错排列的弧形上凹板和弧形下凹板组成，所有所述弧形上凹板与所有所述弧形下凹板依序首尾相连形成波浪状的固定平台；

每个所述弧形上凹板的两端以及弧顶处均设有所述热伤射筒，且该弧形上凹板上的所有激光器发出的激光汇聚在一条直线L1上；

每个所述弧形下凹板的弧底处均设有所述热伤射筒，且该弧形下凹板上的所有激光器发出的激光汇聚在一条直线L2上；

以所述弧形上凹板和所述弧形下凹板的弧长方向为行，母线方向为列，固定平台上每一列的所有所述激光器发出的激光依次汇聚在若干条互相平行的直线L3上，所有的L1、L2和L3共同形成一张激光辐照网。

进一步的，所述弧形上凹板的弦长与弧形下凹板的弦长相等。

进一步的，直线L1与直线L2之间的间距以及相邻两条直线L3之间的间距D相等，并且所有激光器发出的激光在地面上的光斑直径为r，其中D/2＜r＜D。

进一步的，每个所述热伤射筒还集成有升降器，所述升降器用于带动激光器沿热伤射筒的轴向进行移动。

进一步的：所述测距器位于激光器的前侧，所述固定平台随农机行进时，所述测距器发出的检测光线先于激光器发出的激光接触杂草。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明以面覆盖的方式取代传统线覆盖的方式，形成了整张辐射网对杂草进行全域覆盖，辐射网以呈点阵状分布的激光光斑阵列实现对正下方的杂草进行适时热伤，避免了传统线覆盖方式带来的激光束交叉的问题，同时每个激光器配有独立的测距器和升降器，实现了每束激光均能以最佳状态作用于杂草表面。

附图说明

图1是传统线覆盖式激光除草过程的原理示意图；

图2是本发明的立体结构示意图；

图3是本发明的固定平台的行列示意图；

图4是本发明的热伤射筒的一种结构参照示意图；

图5是热伤射筒在固定平台上的激光束发射方向示意图；

图6是激光束的光斑大小r与线距D的参照示意图；

图中标号为：1-固定平台；1a-弧形上凹板；1b-弧形下凹板；2-热伤射筒；2a-激光器；2b-测距器；2c-升降器。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

参照图2至图6所示，用于激光除草机器人的阵列联控式激光平台，包括固定平台1和若干个呈点阵状态分布于固定平台1上的热伤射筒2，每个热伤射筒2均集成有激光器2a和测距器2b，所述测距器2b位于激光器2a的前侧，所述固定平台1随农机行进时，所述测距器2b发出的检测光线先于激光器2a发出的激光接触杂草，每个所述热伤射筒2还集成有升降器2c，所述升降器2c用于带动激光器2a沿热伤射筒2的轴向进行移动，

所述固定平台1由若干个沿农机行进方向依序交错排列的弧形上凹板1a和弧形下凹板1b组成，所有所述弧形上凹板1a与所有所述弧形下凹板1b依序首尾相连形成波浪状的固定平台1，所述弧形上凹板1a的弦长与弧形下凹板1b的弦长相等；

每个所述弧形上凹板1a的两端以及弧顶处均设有所述热伤射筒2，且该弧形上凹板1a上的所有激光器2a发出的激光汇聚在一条直线L1上；

每个所述弧形下凹板1b的弧底处均设有所述热伤射筒2，且该弧形下凹板1b上的所有激光器2a发出的激光汇聚在一条直线L2上；

以所述弧形上凹板1a和所述弧形下凹板1b的弧长方向为行，母线方向为列，固定平台1上每一列的所有所述激光器2a发出的激光依次汇聚在若干条互相平行的直线L3上，所有的L1、L2和L3共同形成一张激光辐照网。

直线L1与直线L2之间的间距以及相邻两条直线L3之间的间距D相等，并且所有激光器2a发出的激光在地面上的光斑直径为r，其中D/2＜r＜D。

工作原理：本发明的固定平台1主体呈波浪板结构，其弧形下凹板1b也可等同替换为直板，保证该直板的宽度与弧形下凹板1b的弦长一致即可，弧形上凹板1a上每一列的三个激光器2a所发出的激光在地面上均汇集重合于一处，该弧形上凹板1a上所有行上的激光器2a所发射的激光在地面上的汇集点共同形成上述线条L1，固定平台1沿其列方向上的所有交替分布的线条L1和L2，与固定平台1沿其行方向上的所有线条L3共同构成上述激光辐照网，所有线条L1、L2和L3均是由激光光斑排列而成的光斑点阵，而相邻两个光斑之间的距离等于线条之间的间距D，因而将光斑的直径r设定在D/2～D之间，以确保点阵之间的空挡间隙能够被光斑填满，进而保证了上述激光辐照网上没有辐照间隙，激光辐照网通过采用面覆盖的方式取代了传统的线覆盖的方式，避免了线覆盖的方式在行进的过程中会产生激光束交叉干涉的情况。

本固定平台1随农机保持匀速前行，整个固定平台1上激光器2a在地面形成的激光辐照网，农机上的监视器基于杂草识别技术来定位杂草所在方位，从而确定需要工作的激光器2a的行列坐标，进而控制对应的激光器2a工作进行热伤除草，由于激光除草想要有较好的效果，需要一定的照射时间，固定平台1随农机前进的速速不能过快，以需保证激光能够对杂草进行足量时间的照射；

为进一步确保固定平台1在前进的过程中，激光束能够对杂草进行足量时间的照射，弧形上凹板1a上每一列的三个激光器2a能够在靠近杂草时、经过杂草时以及离开杂草时这三个时间段依次保持对下方的杂草进行照射，从而使固定平台1在经过下方杂草的整个过程中均保持对杂草进行照射；

此过程中，每个激光器2a的前方均设置测距器2b，通过测距器2b实时测量该激光器2a与目标杂草之间的距离，再通过总控制器(图中未示出)来独立调节激光器2a的发散角，由于激光在能见度高的情况下，其传播距离与其发散角相关，因此通过实时调节激光器2a的发散角来调整发射激光的传播距离，以此保证激光束能够刚好照射传播至杂草的表面，进而保证激光能够稳定的辐射在杂草表面抑制其生长；

同时，在固定平台1前进的过程中，由于杂草存在高度上的起伏变化，使得激光器2a与杂草之间的距离也时刻发生变化，激光器2a与目标杂草之间的距离变化，会造成作用于杂草表面的光斑大小发生改变，经研究得知，不同的光斑大小对杂草的抑制效果均不相同，因此为保证激光器2a始终能够以预设的光斑大小作用于杂草表面，需要实时调节激光器2a与目标杂草之间的距离，方能保证激光器2a对杂草始终具有最佳的抑制效果；

基于此，为获得最佳的除草效果，需要保证激光始终以预设的光斑大小照射于杂草表面，从而为每个激光器2a均配设一个独立控制的升降器2c，农机行进过程中，测距器2b向总控制器实时反馈激光器2a与杂草之间的距离，总控制器通过控制升降器2c来调整激光器2a在热伤射筒2内进行平移，以此方式使激光器2a与目标杂草之间始终保持一恒定的距离，进而保证激光器2a始终能够以最佳的预设光斑大小作用于目标杂草表面，通过此方式保证了最佳的除草效果。

以上实施例仅表达了本发明的一种或几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.用于激光除草机器人的阵列联控式激光平台，其特征在于，包括固定平台（1）和若干个呈点阵状态分布于固定平台（1）上的热伤射筒（2），每个热伤射筒（2）均集成有激光器（2a）和测距器（2b）；

所述固定平台（1）由若干个沿农机行进方向依序交错排列的弧形上凹板（1a）和弧形下凹板（1b）组成，所有所述弧形上凹板（1a）与所有所述弧形下凹板（1b）依序首尾相连形成波浪状的固定平台（1）；

每个所述弧形上凹板（1a）的两端以及弧顶处均设有所述热伤射筒（2），且该弧形上凹板（1a）上的所有激光器（2a）发出的激光汇聚在一条直线L1上；

每个所述弧形下凹板（1b）的弧底处均设有所述热伤射筒（2），且该弧形下凹板（1b）上的所有激光器（2a）发出的激光汇聚在一条直线L2上；

以所述弧形上凹板（1a）和所述弧形下凹板（1b）的弧长方向为行，母线方向为列，固定平台（1）上每一列的所有所述激光器（2a）发出的激光依次汇聚在若干条互相平行的直线L3上，所有的L1、L2和L3共同形成一张激光辐照网；

所述弧形上凹板（1a）的弦长与弧形下凹板（1b）的弦长相等；

直线L1与直线L2之间的间距以及相邻两条直线L3之间的间距D相等，并且所有激光器（2a）发出的激光在地面上的光斑直径为r，其中D/2＜r＜D。

2.根据权利要求1所述的用于激光除草机器人的阵列联控式激光平台，其特征在于，每个所述热伤射筒（2）还集成有升降器（2c），所述升降器（2c）用于带动激光器（2a）沿热伤射筒（2）的轴向进行移动。

3.根据权利要求1所述的用于激光除草机器人的阵列联控式激光平台，其特征在于：所述测距器（2b）位于激光器（2a）的前侧，所述固定平台（1）随农机行进时，所述测距器（2b）发出的检测光线先于激光器（2a）发出的激光接触杂草。

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