本发明专利技术公开一种智能化农作物全方位除草装置及方法，包括机架、视觉与智能电控系统、深度与高度调节装置、行间除草装置、株间除草装置、智能喷药装置。位于机架上的三点悬挂机构与行走机械连接；视觉与智能电控系统用于采集植株与株间除草铲及喷头的相对位置信息，控制株间除草装置及智能喷药装置的工作状态；深度与高度调节装置用于调节行间除草铲和株间除草铲的入土深度及机架底盘高度；行间除草装置和株间除草装置用于植株行间及株间杂草的清除；智能喷药装置用于对株间除草铲不能除掉的植株根部的杂草进行清除。本发明专利技术保护了植株不受株间除草铲的损伤，并解决了植株根部杂草阻碍农作物生长的问题，实现了农作物行间及株间杂草的全方位清除。
【技术实现步骤摘要】
一种智能化农作物全方位除草装置及方法
本专利技术涉及农作物管理机械，特别涉及一种智能化农作物全方位除草装置，属于农业机械领域。
技术介绍
杂草的存在是农作物生长过程中遇到的最普遍的问题，尤其是植株根部的杂草，直接和农作物竞争水分、养分和阳光，严重影响农作物的生长。目前田间除草主要靠化学药剂除草，导致广泛使用除草剂，虽然取得了显著成效，但也带来了很多问题，粗犷式的喷洒方式造成了能源的浪费，引起杂草的抗药性和农药残留引起的安全问题等。这就需要一种能够代替大面积施药进行除草的方式。针对除草药剂滥用这种问题，国内外都有相应的除草机器人的研究。南京林业大学提出了一种直接施药方法的除草机器人，主要结构包括主体、机械臂、轮子和摄像头，在喷药机器人进行工作时，首先根据摄像头采集田间图像进行技术确定杂草位置，然后通过控制系统调节机械臂相关参数进行喷药除草，结果表明，运用此种机器人能够合理的进行除草，减少化学药剂的滥用。澳大利亚还提出一种智能化农田施药机器，一旦发现杂草就能根据识别进行决策确定除草剂用量，只向杂草喷洒除草剂，成本只有传统药物除草的10%。虽然有效地降低了除草剂的使用量，但相对于机械除草来说，除草剂的使用还是很多，对于植株行间和离植株根部有一定距离的株间来说，可以用机械除草的方式代替化学除草。机械除草是可持续发展农业中的一项关键技术，开始受到越来越多的重视，就目前技术而言，行间除草技术较为成熟，除草效率能够达到90%以上，国内针对于株间除草的除草机械的研究处于起步阶段。德国奥斯纳布吕克大学与亚马逊联合开发了一种摆线锄(Dedousis，2007)，用于玉米地里的行间与株间除草，八爪除草爪齿呈圆形安装在一个旋转体上组成除草机构，旋转体由液压泵驱动旋转，使除草爪齿做圆周运动，机器前进时除草爪齿做余摆运动，每个除草爪齿均能独立展开和收拢，避免接触农作物，但其对围绕作物周围18mm宽的区域内的杂草无法清除，如果稍有调整不当就会对作物造成损伤，并且受土壤影响较大，不能避免较大土块损伤作物。华南农业大学以此为参考，提出了一种基于爪齿余摆运动的智能化株行间除草机（罗锡文等，2012），除草爪齿的运动轨迹为余摆线，余摆线的环扣部分在株间区域内时利用除草爪齿除去株间区域杂草，减小一根或几根除草爪齿的旋转半径可以实现除草爪齿避让作物。随着前进速度的增加伤苗率亦增大，伤苗率在8%以内，进入株间区域的除草爪齿数量与作物栽种的株距有关，株距20cm以内栽种的作物不能保证每个株间区域均有除草爪齿进入株间进行除草，因此有一部分的株间无法进行除草，尤其是植株根部的杂草。为了解决上述问题，本专利技术意在提供一种可进行全方面除草的装置，株间除草装置采用L型铲，降低对株距的要求，适当增大植株根部区域的保护范围，采用液压伺服系统控制株间除草铲工作，快速响应，精确定位，降低伤苗率；增加智能喷药系统，对株间除草铲不能除掉的植株根部的杂草进行清除，采用智能控制系统精确控制喷药装置对准植株根部位置施药，机械除草与化学除草相结合，有效降低除草剂的使用，达到株行间全方位除草的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种智能化农作物全方位除草装置及方法，以实现对处于不同生长期的农作物行间和株间进行智能精确的物理除草和化学除草相结合，机电液一体化的全方位除草，既保护植株不受株间除草刀具的损伤，又清除植株根部的杂草，达到快速响应，精确定位，提高工作效率，实现农作物行间及株间杂草的全方位清除。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种智能化农作物全方位除草装置，其特征在于：包括机架（2）、视觉与智能电控系统、深度与高度调节装置、行间除草装置、株间除草装置、智能喷药装置；位于机架（2）上的三点悬挂机构（1）与行走机械连接，由行走机械牵引前行；视觉与智能电控系统用于采集植株与株间除草铲(11)及喷头(25)的相对位置信息，控制株间除草装置及智能喷药装置的工作状态；深度与高度调节装置用于调节行间除草铲（15）和株间除草铲(11)的入土深度及机架（2）底盘高度；行间除草装置和株间除草装置用于植株的行间及株间杂草的清除；智能喷药装置用于对株间除草铲（11）不能除掉的植株根部的杂草进行清除。所述视觉与智能电控系统包括摄像头（13）、图像处理器（14）、智能控制器（4）、电瓶（3）；摄像头（13）垂直安装在喷头（25）与行间除草铲（15）之间、机架（2）的后下方，用于拍摄记录植株中心位置、植株与株间除草铲（11）及喷头（25）的相对位置图片；图像处理器（14）用于接收和识别摄像头（13）采集到的图像信息并进行处理，确定出植株中心位置、植株与株间除草铲（11）及喷头（25）的相对位置，生成株间除草铲（11）的运动轨迹；智能控制器（4）根据生成的运动轨迹，精确控制株间除草铲（11）张开进入株间除草区域或闭合避让农作物植株，以及智能喷药装置中的电磁阀（9）打开或关闭；电瓶（3）用于供电。行间除草装置安装在机架（2）的横向中间位置、行走车轮(18)的正后方，行间除草铲（15）采用三角铲，可拆卸，可根据不同的行距更换合适宽度的三角铲，由可调节定位器（16）固定，通过可调节定位器（16）调节行间除草铲（15）与机架（2）的相对高度，控制行间除草铲（15）和株间除草铲（11）的入土深度；行走车轮（18）的中心安装有速度传感器（19），主要检测除草装置的行走速度；行走车轮（18）由可调节定位器（20）固定，通过可调节定位器（20）调节车架底盘的高度，满足不同生长时期的植株的除草要求；多个全方位除草装置单元并排使用同时进行多行除草作业时，每个单元独立工作；所述株间除草装置由一对株间除草铲（11）、一对液压油缸（22）、一组电磁阀（24）、位移传感器（23）和智能控制器(4)组成；智能控制器(4)同时控制多个所述的全方位除草装置单元；株间除草装置安装在株间除草装置外箱（10）内，位于机架(2)后端；一个单元的一对株间除草铲(11)，一对液压油缸（22）和电磁阀(24)沿机架（2）的中心线左右对称布置；液压油缸(22)的一端与液压泵站输出点相连，液压泵站输出点通过一组电磁阀（24）控制一对液压油缸（22）的横向运动状态，液压油缸（22）的另一端通过销与株间除草铲（11）顶端的长槽型孔连接形成关节。所述株间除草装置中，液压油缸（22）的横向运动机构连接位移传感器（23）的一端，在伺服系统中用作位移反馈元件，位移传感器（23）的另一端与智能控制器（4）相连，智能控制器（4）通过控制液压油缸（22）的横向伸出与缩回量，精确控制株间除草铲（11）张开进入株间除草区域或闭合避让农作物植株，液压油缸（22）的横向伸出与缩回量由位移传感器（23）检测。所述智能喷药装置包括储药罐(6)、高压泵(8)、电磁阀(9)、输药管(7)、喷药杆(12)和喷头(25)；储药罐(6)安装在机架(2)上方储药罐安装座(5)上，通过输药管(7)连接高压泵(8)，喷药杆(12)固定在机架(2)上；喷头(25)向外倾斜，对着植株根部方向。一种智能化农作物全方位除草方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，利用智能控制器（4）预先设定与植株中心距离为S的前后位置为植株受保护区域的前后边界，对围绕作物周围宽为S的区域内的杂草不进行株间除本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种智能化农作物全方位除草装置，其特征在于：包括机架（2）、视觉与智能电控系统、深度与高度调节装置、行间除草装置、株间除草装置、智能喷药装置；位于机架（2）上的三点悬挂机构（1）与行走机械连接，由行走机械牵引前行；视觉与智能电控系统用于采集植株与株间除草铲(11)及喷头(25)的相对位置信息，控制株间除草装置及智能喷药装置的工作状态；深度与高度调节装置用于调节行间除草铲（15）和株间除草铲(11)的入土深度及机架（2）底盘高度；行间除草装置和株间除草装置用于植株的行间及株间杂草的清除；智能喷药装置用于对株间除草铲（11）不能除掉的植株根部的杂草进行清除。
【技术特征摘要】
1.一种智能化农作物全方位除草装置，其特征在于：包括机架（2）、视觉与智能电控系统、深度与高度调节装置、行间除草装置、株间除草装置、智能喷药装置；位于机架（2）上的三点悬挂机构（1）与行走机械连接，由行走机械牵引前行；视觉与智能电控系统用于采集植株与株间除草铲(11)及喷头(25)的相对位置信息，控制株间除草装置及智能喷药装置的工作状态；深度与高度调节装置用于调节行间除草铲（15）和株间除草铲(11)的入土深度及机架（2）底盘高度；行间除草装置和株间除草装置用于植株的行间及株间杂草的清除；智能喷药装置用于对株间除草铲（11）不能除掉的植株根部的杂草进行清除；所述的行间除草装置安装在机架（2）的横向中间位置、行走车轮(18)的正后方，行间除草铲（15）采用三角铲，可拆卸，可根据不同的行距更换合适宽度的三角铲，由可调节定位器（16）固定；行走车轮（18）的中心安装有速度传感器（19），行走车轮（18）由可调节定位器（20）固定；多个全方位除草装置单元并排使用同时进行多行除草作业时，每个单元独立工作；所述株间除草装置由一对株间除草铲（11）、一对液压油缸（22）、一组电磁阀（24）、位移传感器（23）和智能控制器(4)组成；所述的智能控制器(4)同时控制多个所述的全方位除草装置单元；株间除草装置安装在株间除草装置外箱（10）内，位于机架(2)后端；一个单元的一对株间除草铲(11)，一对液压油缸（22）和电磁阀(24)沿机架（2）的中心线左右对称布置；液压油缸(22)的一端与液压泵站输出点相连，液压泵站输出点通过一组电磁阀（24）控制一对液压油缸（22）的横向运动状态，液压油缸（22）的另一端通过销与株间除草铲（11）顶端的长槽型孔连接形成关节。2.根据权利要求1所述的一种智能化农作物全方位除草装置，其特征在于：所述视觉与智能电控系统包括摄像头（13）、图像处理器（14）、智能控制器（4...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛罕平，杨亚男，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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