一种自动对靶喷施系统技术方案

本发明专利技术公开了一种自动对靶喷施系统，包括全方位移动平台，所述全方位移动平台上安装有图像采集装置、喷施装置，以及用于接收和分析图像采集装置输出的作物图像信息，并控制喷施装置、全方位移动平台工作的控制装置；喷施装置包括：药箱；出液管，一端与药箱相通，另一端连有喷杆，喷杆上固定有若干喷头；输送泵，安装在出液管上，用于将药箱中的肥料或农药泵入出液管；机械臂，喷杆固定在该机械臂上；图像采集装置包括固定在机械臂上的CMOS相机和距离传感器。将CMOS相机、距离传感器和喷杆安装在机械臂上，既对作物进行全方位图像采集，也对作物进行全方位地、精细地喷施农药或肥料，从而提高了农药或肥料的利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种自动对靶喷施系统
本专利技术属于农业机械
，具体涉及一种自动对靶喷施系统。
技术介绍
病虫害防治是农作物种植过程中的重要环节，在目前的中国，近80%的施药作业仍采用手动式喷雾器，将农药大范围喷洒在作物上。施药方法简单粗放，“跑、冒、滴、漏”现象严重，农药利用率只有20%左右，造成严重的浪费和环境污染，同时也会影响到农作物的销售、食用和出口。每年都会发生不少因施药造成的农药中毒事件。研制既能有效控制病虫害发展，又能保证生态环境，提高农药利用率的施药系统械和方法成为当务之急。围绕这一目标，研制针对植株病害部位的快速判断和对靶变量施药作业装置成为研究者们关注的执占。近年来，国内外在对靶施药系统械方面也做了大量研究，并取得了一定进展。Giles D K 等(Giles D K, Slaughter D C.Precision band spraying with machine-visionguidance and adjustable yaw nozzles[J].Transactions of ASAE,1997，40(I):29 — 36.)使用摄像头定位了植株中心线，控制喷头进行对祀喷雾。Sammons (Sammons P J, FurukawaT, Bulgin A.Autonomous pesticide spraying robot for use in a greenhouse[A].Australian Conference on Robotics and Automation, Sydney Australian.2005:1 — 8.)研制了温室喷雾机器人，可以利用贴在地面的标记进行定点喷雾。Singh等(Singh S，BurksT, Lee W S.Autonomous r obotic vehicle for greenhouse spraying[A].2004ASAE/CSAEAnnual International Meeting.0ttawa, Ontario, Canada.2004.)开发了 6 轮差动驱动小车，结合机器视觉好激光雷达技术用于精确导航控制施药。另外，美国ITS、日本SM、韩国Agro-Mister、国内的碧斯凯公司的PG-1I型和京鹏公司的JYG-1型等喷灌机产品也可用于温室喷雾使用，但缺乏病害信息获取能力，不能实现变量喷雾。国内何雄奎等(何雄奎.改变我国植保机械和施药技术严重落后的现状[J].农业工程学报，2004，20 (I):13 - 15.)研制了基于红外技术的果园自动喷雾机，通过判断果树的有无控制对靶喷雾。葛玉峰等(葛玉峰，周宏平，郑加强，张惠春.基于机器视觉的室内农药自动精确喷雾系统[J].农业机械学报，2005，36 (3):86-89.)设计了基于机器视觉的农药精准喷雾系统，探讨了施药过程中的决策问题和运动模拟。但上述研究还是以整棵的植株为对象进行施药控制，也缺乏对病害情况的判断能力，农药利用率仍较为低下，且对靶精度不高。张俊雄等(张俊雄，曹峥勇，耿长兴，等.温室精准对靶喷雾机器人研制[J].农业工程学报，2009，25 (2):70 一 73.)进行了温室精准对靶喷雾机器人的研制，通过在温室内搭建导轨，使机器人可以在植株上方滑动，以0.2m*0.2m为最小施药单兀,结合机器视觉技术简单判断病害程度，取得了很好的成效。但仍存在一些问题:一是铺设导轨增加了成本；二是将应用环境局限在了温室内种植的篱架型植物；三是由于施药系统器人悬挂在导轨上，由于机器人的重量会引起导轨和机械臂发生形变，产生一定误差，且误差可能累积，误差积累后会对施药精度和准确度造成影响。
技术实现思路
本专利技术提供了一种自动对靶喷施系统，该自动对靶喷施系统使用范围广，能够在0.lm*0.1m~0.2m*0.2m范围内进行精细的施药或施肥操作。一种自动对祀喷施系统，包括全方位移动平台，所述全方位移动平台上安装有:用于采集作物图像信息的图像采集装置；用于向作物喷施农药或肥料的喷施装置；以及用于接收和分析图像采集装置输出的作物图像信息，并控制喷施装置、全方位移动平台工作的控制装置；所述喷施装置包括:用于盛放农药或肥料的药箱；出液管，一端与所述药箱相连通，另一端连通有喷杆，所述喷杆上固定有若干喷头;输送泵，安装在所述出液管上，用于将药箱中的肥料或农药泵入出液管；所述输送泵与驱动电机相连； 机械臂，所述喷杆固定在该机械臂上；所述图像采集装置包括固定在所述机械臂上的CMOS相机和距离传感器，所述距离传感器用于采集CMOS相机与作物之间的距离信息。全方位移动平台有助于提高本专利技术的自动对靶喷施系统对狭小、无回转作业道路的适应性。距离传感器采集CMOS相机与作物之间的距离信息并传输给控制装置，控制装置根据该距离信息控制机械臂移动，调整CMOS相机与作物之间的距离为预设值；再采用CMOS相机高清拍摄作物图像，控制装置对接收到的作物图像信息进行分析，或进行病斑提取或进行叶面面积分析，最后控制喷头对病斑喷施农药或对叶片喷施肥料。喷杆、喷头、CMOS相机和距离传感器均安装在机械臂上，机械臂可实现多个自由度的运动，既可实现对作物进行全方位图像采集，也可实现对作物进行全方位地、精细地喷施农药或肥料，从而提高了农药或肥料的利用率，减少了农药对施药者健康的危害，并降低了对环境的污染。所述机械臂为机械臂，作为优选，所述机械臂包括:固定在所述全方位移动平台上的竖直导轨；升降座，与所述竖直导轨滑动定位配合；水平导轨，固定在所述升降座上且与所述竖直导轨垂直布置；移动座，与所述水平导轨滑动定位配合；液压伸缩杆，固定在所述移动座上且垂直于水平导轨和竖直导轨,CMOS相机、距离传感器和喷杆固定均在该液压伸缩杆上。该机械臂为三自由度机械臂，通过液压伸缩杆、水平导轨、竖直导轨分别实现X、Y、Z三个自由度的运动。其中，水平导轨随升降座一同沿着竖直导轨上升或下降，先将CMOS相机、距离传感器和喷杆定位至某一垂直高度上；然后液压伸缩杆随移动座沿着水平导轨移动，再将CMOS相机、距离传感器和喷杆定位至某一水平方位上；此时距离传感器采集CMOS相机与作物之间的距离信息并传输给控制装置，控制装置根据该距离信息(作物深度信息)控制液压伸缩杆伸缩，将CMOS相机和喷杆定位至某一作物深度上，CMOS相机采集该空间位点处的作物图像。作为优选，所述出液管包括:一端与所述药箱连通的出液总管；与所述出液总管相连通的若干出液支管，每条出液支管的出液口分别与喷杆上的喷头一一连通。将喷头与独立的出液支管相连，便于调整每一个喷头的喷施量，实现精确喷施，避免喷施过多，提高农药或肥料的利用率。本专利技术中，每一个喷头的喷施量是通过如下方式调节的:每条出液支管上均安装有流量传感器和电磁阀，所述控制装置接收流量传感器的输出信息并控制电磁阀的开启或关闭。电磁阀安装在每条出液支管的出液口与喷头的连接处。在同一时刻内，从药箱进入出液总管的总农药量或总肥料量是一定的，当控制装置对每一喷头的喷施量进行调整时，每次喷施后出液总管或出液支管中的残留农药量或残留肥料量会增多，增大了对出液总管或出液支管的压力，降低了使用寿命。为防止该情况出现，本专利技术中，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动对靶喷施系统，包括全方位移动平台，所述全方位移动平台上安装有：用于采集作物图像信息的图像采集装置；用于向作物喷施农药或肥料的喷施装置；以及用于接收和分析图像采集装置输出的作物图像信息，并控制喷施装置、全方位移动平台工作的控制装置；其特征在于，所述喷施装置包括：用于盛放农药或肥料的药箱；出液管，一端与所述药箱相连通，另一端连通有喷杆，所述喷杆上固定有若干喷头；输送泵，安装在所述出液管上，用于将药箱中的肥料或农药泵入出液管；所述输送泵与驱动电机相连；机械臂，所述喷杆固定在该机械臂上；所述图像采集装置包括固定在所述机械臂上的CMOS相机和距离传感器，所述距离传感器用于采集CMOS相机与作物之间的距离信息。

【技术特征摘要】
1.一种自动对靶喷施系统，包括全方位移动平台，所述全方位移动平台上安装有:用于采集作物图像信息的图像采集装置；用于向作物喷施农药或肥料的喷施装置；以及用于接收和分析图像采集装置输出的作物图像信息，并控制喷施装置、全方位移动平台工作的控制装置；其特征在于， 所述喷施装置包括: 用于盛放农药或肥料的药箱； 出液管，一端与所述药箱相连通，另一端连通有喷杆，所述喷杆上固定有若干喷头；输送泵，安装在所述出液管上，用于将药箱中的肥料或农药泵入出液管；所述输送泵与驱动电机相连； 机械臂，所述喷杆固定在该机械臂上； 所述图像采集装置包括固定在所述机械臂上的CMOS相机和距离传感器，所述距离传感器用于采集CMOS相机与作物之间的距离信息。2.如权利要求1所述的自动对靶喷施系统，其特征在于，所述机械臂包括: 固定在所述全方位移动平台上的竖直导轨； 升降座，与所述竖直导轨滑动定位配合； 水平导轨，固定在所述升降座上且与所述竖直导轨垂直布置； 移动座，与所述水平导轨滑动定位配合； 液压伸缩杆，固定在所述移动座上且垂直于水平导轨和竖直导轨，CMOS相机、距离传感器和喷杆固定均在该液...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞，丁希斌，何勇，张初，孔汶汶，方慧，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33