一种用于果园作业的自主导航喷药机器人及其工作方法技术

本发明专利技术涉及一种用于果园作业的自主导航喷药机器人及其工作方法，属于农业智能装备领域；该机器人包括机器人本体和附属设备，机器人本体包括移动式底盘、风送喷药装置、惯性导航装置、卫星定位装置、控制系统、远程通信装置和能源动力系统，机器人本体的前后端均设置有雷达避障装置；附属设备包括遥控器和通讯基站；风送喷药装置、惯性导航装置、卫星定位装置、能源动力系统和雷达避障装置均与控制系统连接；控制系统与远程通信装置连接，远程通讯装置通过通讯基站连接互联网，远程通讯装置还通过无线连接遥控器。本发明专利技术能够显著降低果园喷药作业用工数量和劳动强度，对现代果业的提质增效和新旧动能转换意义重大。

【技术实现步骤摘要】
一种用于果园作业的自主导航喷药机器人及其工作方法
本专利技术涉及一种用于果园作业的自主导航喷药机器人及其工作方法，属于农业智能装备

技术介绍
果园管理属于劳动密集型产业，用工成本在总成本中的占比较高，且劳动力短缺问题日益凸显。果园的日常管理主要包括喷药、修剪、除草、浇水、施肥等活动，其中喷药是必不可少的作业环节之一。长期以来，广大果农主要依靠喷雾器、打药机等简易机械辅助喷药，其作业效率低，劳动强度大，且常因吸入药雾对人体健康造成危害。近年来，随着人工智能等技术的不断创新发展，智能机器人在多个行业逐渐得到应用。而在农业领域，利用智能机器人来代替人工进行果树喷药，无疑具有十分重要的现实意义。在果园喷药机器人的技术研究和装备研制方面，国内已有相关单位和技术人员提出了各自的解决方案，对其逐一对比分析如下。中国专利申请公布号为CN107639640A的一种多喷头智能喷药机器人，通过在多个直立且可变高度的电动推杆顶端设置喷头实现喷药，带有GPS接收机可接收位置信息，但其不足在于，在缺乏风送机构参与的情况下单靠压力喷射，其喷药距离、雾化程度及穿透树冠的效果均难以保证；另外，机器人是否无人驾驶、如何导航等信息均未给出。中国专利申请公布号为CN107678318A的一种智能喷药机器人，通过图像分析的方式实现喷药控制，用遥控器来控制机器人行走，操作人员仍需跟在机器人旁边，而非由其自主导航。中国专利申请公布号为CN108098779A的一种喷药机器人的控制系统，将喷头设置在上下调节机构上，并由主控模块进行控制，仅适用于教学试验，并无实用意义。中国专利申请公布号为CN104186451B的一种基于机器视觉的除虫除草喷药机器人，利用机器视觉识别田间草害和虫害，主要用于大田环境，且无法用于果园喷药。中国专利公开号为CN206963767U的喷药机器人，其喷药机构为弥雾机，且无导航功能。中国专利公开号为CN206651269U的一种远程遥控式智能喷药机器人，利用机械臂带动高压喷枪和雾化调节机构进行喷药，药雾覆盖面小，喷药效率低；采用遥控器控制，无导航功能。中国专利申请公开号为CN106708036A的一种基于嵌入式的喷药机器人路径导航装置及其实现方法，利用图像处理技术提取路径拟合点并进行导航控制；其不足之处在于，非针对果园环境，也未考虑果园路径的复杂性、果树枝叶遮挡、白天强光照射或夜晚弱光环境下作业等实际情况，且未给出喷药方案及效果，因此不具实用性。中国专利公开号为CN103891697B的一种室内自主移动喷药机器人的变量喷药方法，利用摄像头及超声波传感器实现在温室内的变量喷药和自主移动，不可适用于露天果园环境，无可比性。中国专利公开号为CN104820425B的一种基于电磁检测的农田智能喷药机器人和公开号为CN107544511A的果园喷药机器人的自动执行系统及自动执行方法，两者都为机器人的自主行进设置了前提条件，前者需要在路径上布设导线，后者需要在路径边缘设置挡板，在实际生产中均不具有可操作性。中国专利申请公开号为CN106719544A的一种智能喷药机器人，仅适于大田喷药，且无导航功能。中国专利申请公开号为CN108391649A的一种果园自动喷药装置，需要在田间预先铺设轨道，一是实施起来较为繁琐，且投资较大；二是轨道的铺设会对果园其他农艺活动造成影响。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种用于果园作业的自主导航喷药机器人及其工作方法。本专利技术采用以下技术方案：一方面，本专利技术提供一种用于果园作业的自主导航喷药机器人，包括机器人本体和附属设备；所述机器人本体包括移动式底盘，以及设置于移动式底盘上的风送喷药装置、惯性导航装置、卫星定位装置、控制系统、远程通信装置和为喷药机器人提供动力的能源动力系统，所述机器人本体的前后端均设置有雷达避障装置；所述附属设备包括遥控器和通讯基站；所述风送喷药装置、惯性导航装置、卫星定位装置、能源动力系统和雷达避障装置均与所述控制系统连接，所述控制系统连接所述移动式底盘来控制移动式底盘的前进、后退、转向、加速、减速和停止；控制系统接收和处理来自卫星定位装置、惯性导航装置等发来的数据，实现机器人的驱动控制、路径学习、自主导航、喷药控制、远程通信等功能，通过控制系统实现上述功能均可采用现有的成熟技术实现，此处不作过多陈述。所述控制系统与所述远程通信装置连接，所述远程通讯装置通过通讯基站连接互联网，所述远程通讯装置还通过无线连接所述遥控器。优选的，所述机器人本体还包括状态感知系统，所述状态感知系统包括位于所述风送喷药装置的液位传感器，位于能源动力系统的电量传感器，位于惯性导航装置的速度和航向传感器，位于卫星定位装置的位置传感器，以及位于机器人上的摄像头等，用于实时感知药液量、电量、位置、速度、航向及视频等，并可实现远传，状态感知系统的各个传感器均连接至所述控制系统，上述各个传感器的型号可根据实际情况灵活选择，均不影响本专利技术的实施。优选的，所述移动式底盘为轮式底盘或履带式底盘，机器人采用轮式或履带式底盘作为载体和移动平台。优选的，所述通讯基站为塔式基站，最好设置于果园的几何中心区域，通讯基站为固定设施，一次建立长期使用，通讯基站包括固定底座和立杆支架，所述立杆支架上安装有无线网桥、通信天线、电台天线、卫星天线等通信设备，信号覆盖果园范围；喷药机器人的状态感知系统会将自身的相关信息如药液量、电量、位置、速度及视频图像等通过通讯基站传送至遥控器及互联网；喷药机器人可接收遥控器或远程互联网端的控制指令并执行相应任务，实现人对喷药机器人手动遥控或远程控制。优选的，所述风送喷药装置采用集成式多喷头风送喷药装置，所述集成式多喷头风送喷药装置包括药液箱、柱塞泵、多个喷头和风机，所述药液箱通过出水管与多个喷头连接。喷雾时，药液箱内的药液在柱塞泵的作用下具有一定的压力，经出水管通过多个喷头以雾状喷出，并通过风机强大气流，将雾滴再次进行雾化，同时将雾化后的细雾滴送到果树的树冠内，风机优选为电动风机，强化喷药距离和雾化效果。优选的，所述惯性导航装置包括MEMS陀螺仪和处理器，所述处理器与所述控制系统连接，所述处理器为STM32微处理器，用于对MEMS陀螺仪发出的信号进行处理并传递至控制系统。惯性导航装置可以确保机器人在果园内因树冠遮挡等导致间歇性卫星失联时也能正常导航行走。所述惯性导航装置的型号优选为北京航天军创JCG-ZCR-G4A2-J12型惯导模块。优选的，所述卫星定位装置采用GPS接收机或北斗卫星接收机，并配备有双卫星天线和卫星定位基站，实现高精度差分定位；双卫星天线用于接收导航定位卫星的定位信号，GPS接收机或北斗卫星接收机用于处理收到的定位信号，并解算出位置坐标。优选的，所述卫星定位装置中，通讯基站接收机型号为上海司南M300，移动端接收机型号为上海司南M600U，卫星天线型号为上海司南AT340。优选的，所述能源动力系统包括发电机、蓄电池和电机等，为机器人提供能源和动力。优选的，所述雷达避障装置包括超声波传感器和超声波控制器，所述超声波传感器设置于喷药机器人的前后端位置以辅助避障，所述超声波传感器包括发射单元和接收单元，分别用于发射和接收超声波，所述超声波控制器与所述超声波传感器连接，依据发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于果园作业的自主导航喷药机器人，其特征在于，包括机器人本体和附属设备；所述机器人本体包括移动式底盘，以及设置于移动式底盘上的风送喷药装置、惯性导航装置、卫星定位装置、控制系统、远程通信装置和为喷药机器人提供动力的能源动力系统，所述机器人本体的前后端均设置有雷达避障装置；所述附属设备包括遥控器和通讯基站；所述风送喷药装置、惯性导航装置、卫星定位装置、能源动力系统和雷达避障装置均与所述控制系统连接，所述控制系统连接所述移动式底盘来控制移动式底盘的前进、后退、转向、加速、减速和停止；所述控制系统与所述远程通信装置连接，所述远程通讯装置通过通讯基站连接互联网，所述远程通讯装置还通过无线连接所述遥控器。

【技术特征摘要】
1.一种用于果园作业的自主导航喷药机器人，其特征在于，包括机器人本体和附属设备；所述机器人本体包括移动式底盘，以及设置于移动式底盘上的风送喷药装置、惯性导航装置、卫星定位装置、控制系统、远程通信装置和为喷药机器人提供动力的能源动力系统，所述机器人本体的前后端均设置有雷达避障装置；所述附属设备包括遥控器和通讯基站；所述风送喷药装置、惯性导航装置、卫星定位装置、能源动力系统和雷达避障装置均与所述控制系统连接，所述控制系统连接所述移动式底盘来控制移动式底盘的前进、后退、转向、加速、减速和停止；所述控制系统与所述远程通信装置连接，所述远程通讯装置通过通讯基站连接互联网，所述远程通讯装置还通过无线连接所述遥控器。2.根据权利要求1所述的用于果园作业的自主导航喷药机器人，其特征在于，所述机器人本体还包括状态感知系统，所述状态感知系统包括位于所述风送喷药装置的液位传感器，位于惯性导航装置的速度和航向传感器，位于卫星定位装置的位置传感器，以及位于机器人上的摄像头，所述液位传感器、速度和航向传感器、位置传感器和摄像头均连接至所述控制系统。3.根据权利要求1所述的用于果园作业的自主导航喷药机器人，其特征在于，所述移动式底盘为轮式底盘或履带式底盘；优选的，所述通讯基站为塔式基站，位于果园的几何中心区域。4.根据权利要求1所述的用于果园作业的自主导航喷药机器人，其特征在于，所述风送喷药装置采用集成式多喷头风送喷药装置，所述集成式多喷头风送喷药装置包括药液箱、柱塞泵、多个喷头和风机，所述药液箱通过出水管与多个喷头连接。5.根据权利要求1所述的用于果园作业的自主导航喷药机器人，其特征在于，所述惯性导航装置包括MEMS陀螺仪和处理器，所述处理器与所述控制系统连接，所述处理器为STM32微处理器。6.根据权利要求1所述的用于果园作业的自主导航喷药机器人，其特征在于，所述卫星定位装置采用GPS接收机或北斗卫星接收机，并配备有双卫星天线和卫星定位基站。7.根据权利要求1所述的用于果园作业的自主导航喷药机器人，其特征在于，所述雷达避障装置包括超声波传感器和超声波控制器，所述超声波传感器设置于喷药机器人的前后端位置，所述超声波传感器包括发射单元和接收单元，所述超声波控制器与所述超声波传感器连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚明华，
申请(专利权)人：济南钰成霖信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37