一种果园自动仿形弥雾施药机及施药控制方法技术

本发明专利技术公开了一种果园自动仿形弥雾施药机及施药控制方法。果园自动仿形弥雾施药机由弥雾喷施装置、车体、摆动装置和探测装置组成。小型深度传感器安装于车体前方，在车体行进过程中获取果树的树冠轮廓并完成对其坐标位置、距离与轮廓范围的测量，进而根据树冠轮廓和车身行进速度自动计算电磁阀打开的延迟时间、持续弥雾施药时间、喷筒斜向后的弥雾机摆动规律，从而完成对果树的自动仿形弥雾喷施。通过深度传感器检测和斜向后摆动弥雾喷施解决了仿形施药中树冠检测和喷施实时性差、仿形喷施系统复杂和控制难度大的难题，实现了果园仿形施药设备的小型化和轻简化，大大降低了药液消耗和整机成本。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】 所属
本专利技术涉及农业装备领域，具体涉及一种果园自动仿形弥雾施药机及控制方法。
技术介绍
鉴于连续喷施所造成的农药浪费巨大、面源污染严重等问题，更精确高效的对靶 与仿形喷施技术已经成为果园植保的发展趋势。与对靶喷施仅检测植株的有无从而实现间 隔喷施相比，仿形喷施可以通过检测树冠形状自动控制农药对树冠范围喷施，从而大大提 高农药利用率。现有仿形喷施技术在树冠检测和喷施响应上仍存在一定不足： (1)树冠检测 目前树形检测的方式有视觉、超声、激光扫描等，其中视觉检测应用于差异大和信 息量大的果蔬检测时速度过慢，且易受光照条件影响；超声检测的精度与抗干扰能力差且 检测范围有限，往往需要多个传感器同时检测进而累加计算，距离实际应用有很大距离；激 光扫描的测距精度高，但需要附加机械运动才能实现三维扫描，因而三维扫描效果容易受 到车体的速度与方向变化、地面倾斜颠簸等因素的影响。 (2)喷施响应 现有仿形喷施系统一般采用多喷头结构，必须配置多自由度的机械系统用以控制 喷头的位置，并结合多个喷头的阀控来实现仿形喷施，造成系统复杂、控制难度大且实时性 受到影响。同时，由于采用探测与喷施装置在车身的横向布置，造成行进中探测与喷施的间 隔过短，对其响应速度提出极大挑战并对作业效率造成影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，以满足果 园减量高效的车载农药喷施作业需要。 为了解决以上技术问题，本专利技术采用的具体技术方案如下： 一种果园自动仿形弥雾施药机，其特征在于：由弥雾喷施装置、车体（8)、摆动装 置和探测装置组成；弥雾喷施装置通过摆动装置安装于车体（8)上，探测装置固定于车体 (8)上； 所述弥雾喷施装置包括脉冲轴流弥雾机（2)、药箱（3)和电磁阀；所述脉冲轴流弥 雾机（2)的喷筒向斜后方倾斜，脉冲轴流弥雾机（2)的喷筒与车体纵向后方具有夹角α， 30。彡 α 彡 90 ; 所述探测装置包括小型深度传感器（4)和支杆（9);所述小型深度传感器（4)通 过支杆（9)固定于车体（8)上脉冲轴流弥雾机（2)的喷筒朝向一侧，小型深度传感器（4) 在车体（8)上位于脉冲轴流弥雾机（2)的喷筒的前方，小型深度传感器（4)的探测头面向 车体（8)上脉冲轴流弥雾机（2)的喷筒朝向一侧的外侧。 所述小型深度传感器（4)为Intel Realsense深度传感器、微软Kinect深度传感 器中的任一种。 利用所述的果园自动仿形弥雾施药机进行果园自动仿形弥雾施药的控制方法，其 特征在于包括以下步骤： 步骤一，启动脉冲轴流弥雾机（2)，使得车体（8)以速度V沿着果树行前进； 步骤二，当车体（8)到达果树Si，小型深度传感器（4)获取沿车体（8)行进方向竖 直平面内果树S i的树冠轮廓，并完成对树冠轮廓最后端H点的坐标位置与距离、树冠轮廓 最前端K点的坐标位置与距离、树冠轮廓范围测量； 步骤三，车体（8)以速度V继续前进，同时控制系统以小型深度传感器（4)在车体 (8)上的安装点作为坐标原点O计算从当果树S i的树冠轮廓最后端H点在行进方向到达坐 标原点O的时刻到电磁阀打开所需的延迟时间Τη、电磁阀打开后的持续弥雾施药时间T i2 和电机（7)的运转规律； 步骤四，车体（8)以速度V继续前进，经过延迟时间Til后电磁阀自动打开，同时电 机（7)以控制系统计算得到的电机（7)运转规律开始转动； 步骤五，车体（8)以速度V继续前进，经过持续弥雾施药时间Ti2后电磁阀关闭，同 时电机（7)停止转动并复位，直至车体（8)到达下一果树S i+1开始对果树Si+1的自动仿形弥 雾施药作业； i 为次序；i = 1，2，…； Si为一行内第i棵果树；T η为经小型深度传感器（4)探测，从第i棵果树S i的树 冠轮廓最后端H点在行进方向到达坐标原点O的时刻开始，直到电磁阀自动打开所需的延 迟时间；Ti2为从电磁阀自动打开到自动关闭，对第i棵果树S i进行弥雾施药的持续时间。 延迟时间 Til= /v(i = I, 2, ···) (I) p为小型深度传感器（4)所获取的果树Si的树冠轮廓最后端H点的y向水平距 离，e为脉冲轴流弥雾机（2)的机身上铰链（1)的安装位置B点到坐标原点O的y向水平距 离，a为脉冲轴流弥雾机⑵的机身与车体⑶行进方向后方即X坐标轴负方向的夹角，f 为脉冲轴流弥雾机（2)的机身上铰链（1)的安装位置B点到坐标原点O的X向水平距离， V为车体（8)的行进速度； 电磁阀打开后的持续弥雾施药时间Ti2为 Ti2= D i/v (2) i = 1，2,... Di为小型深度传感器（4)所获取的行进方向的果树S i的树冠轮廓范围； 弥雾柱中心M点在H点与K点所在的竖直平面内走过的路径曲线ζ (X，z)为 Htl为脉冲轴流弥雾机（2)的机身上铰链（1)的安装位置B点到地面的高度，t为 时间，β (t)为时间t时脉冲轴流弥雾机（2)的机身与水平面的夹角。 本专利技术具有有益效果。本专利技术通过深度传感器检测和斜向摆动弥雾喷施解决了仿 形施药中树冠检测和喷施实时性差、仿形喷施系统复杂和控制难度大的难题，实现了果园 仿形施药设备的小型化和轻简化，大大降低了药液消耗和整机成本。【附图说明】 图1为本专利技术的果园自动仿形弥雾施药机结构示意图； 图2为本专利技术的果园自动仿形弥雾施药作业的俯视参数关系示意图； 图3为本专利技术的仿形弥雾施药过程的弥雾柱中心路径曲线示意图。 图中，1.铰链，2.脉冲轴流弥雾机，3.药箱，4.小型深度传感器，5.连杆，6.曲柄， 7.电机，8.车体，9.支杆，10.支架。【具体实施方式】 下面结合附图，对本专利技术的技术方案做进一步详细说明。 如图1所示，一种果园自动仿形弥雾施药机，由弥雾喷施装置、车体8、摆动装置和 探测装置组成。 其中弥雾喷施装置包括脉冲轴流弥雾机2、药箱3和电磁阀，由电磁阀控制药箱3 内药液向脉冲轴流弥雾机2的进药，脉冲轴流弥雾机2的喷筒向斜后方倾斜，脉冲轴流弥雾 机2的喷筒与车体纵向后方具有夹角30° < α <90°。 其中探测装置由小型深度传感器4和支杆9组成，所述的小型深度传感器4可为 Intel Realsense深度传感器、微软Kinect深度传感器中的任一种。小型深度传感器4通 过支杆9固定于车体8上脉冲轴流弥雾机2的喷筒朝向一侧，小型深度传感器4在车体8 上位于脉冲轴流弥雾机2的喷筒的前方，小型深度传感器4的探测头面向车体8上脉冲轴 流弥雾机2的喷筒朝向一侧的外侧。 其中摆动装置包括铰链1、连杆5、曲柄6、电机7和支架10。支架10固定于车体8 上，铰链1安装于支架10和脉冲轴流弥雾机2的机身之间，连杆5两端分别与脉冲轴流弥 雾机2的尾部和曲柄6铰接，曲柄6由电机7带动。 利用本专利技术的果园自动仿形弥雾施药机实现对果园自动仿形弥雾施药的控制过 程如下：当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种果园自动仿形弥雾施药机，其特征在于：由弥雾喷施装置、车体(8)、摆动装置和探测装置组成；弥雾喷施装置通过摆动装置安装于车体(8)上，探测装置固定于车体(8)上；所述弥雾喷施装置包括脉冲轴流弥雾机(2)、药箱(3)和电磁阀；所述脉冲轴流弥雾机(2)的喷筒向斜后方倾斜，脉冲轴流弥雾机(2)的喷筒与车体纵向后方具有夹角α，30°≤α≤90；所述探测装置包括小型深度传感器(4)和支杆(9)；所述小型深度传感器(4)通过支杆(9)固定于车体(8)上脉冲轴流弥雾机(2)的喷筒朝向一侧，小型深度传感器(4)在车体(8)上位于脉冲轴流弥雾机(2)的喷筒的前方，小型深度传感器(4)的探测头面向车体(8)上脉冲轴流弥雾机(2)的喷筒朝向一侧的外侧。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘继展，王芹，李茂，唐善奇，毛罕平，李萍萍，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32