基于果树识别定位的自走对靶施药机器人及其控制方法技术

本发明专利技术公开了基于果树识别定位的自走对靶施药机器人及其控制方法，包括底盘、控制单元、探测单元、喷药单元，所述探测单元包括设在底盘上的激光雷达传感器、立体相机、光电传感器和超声波传感器，探测单元与控制单元电连接，所述控制单元的信号输出端连接驱动电机、转向电机与喷药组件，所述喷药组件包括药箱、药泵，药箱设在底盘上，药箱内设有药泵，药泵与控制单元的信号输出端电连接。本发明专利技术喷药方便，可自动巡航，自行走的过程中对果树精准喷药。

【技术实现步骤摘要】
基于果树识别定位的自走对靶施药机器人及其控制方法
本专利技术涉及农业机器人
，尤其涉及基于果树识别定位的自走对靶施药机器人及其控制方法。
技术介绍
由于我国果园作业机械研究起步较晚，果园机械化基础较差，一些用工量多、劳动强度大、时效性强和标准化要求高的环节，如苗木培育、嫁接移栽、灌溉、施药、除草、收获与运输等，都未很好地实现机械化和自动化作业，高效、省力化的果园管理装备与技术缺乏，已成为制约我国果园机械化发展的技术“瓶颈”。现有，我国果园喷药机械设备和喷药技术相对世界水平落后，大部分依靠人力喷洒，费时费力，易造成果园喷洒不均匀，农药利用率低；且农药对人体存在危害，长期人工作业可能导致身体健康受到损害。在中国专利：果园自动对靶喷药机器人及喷药方法(专利号：201710910183.4)中，记载了喷药系统包括固定设置在机体中部的药桶，药桶的顶部设置有左喷头和右喷头，左喷头和右喷头各通过一个电磁阀与药桶相连通，且两个电磁阀均匀控制器电连接，能够在果园中自动完成移动、转向、喷药和出果园的动作；然而其喷药角度等不可调节，也无法对树冠进行识别施药，造成使用不便。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供基于果树识别定位的自走对靶施药机器人，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于果树识别定位的自走对靶施药机器人，包括底盘、控制单元、探测单元、喷药单元，底盘通过驱动电机驱动后端两侧的驱动轮行走，底盘通过转向电机驱动前端两侧的转向轮转向，所述探测单元包括传感器、相机，探测单元设在底盘上，传感器与相机的信息输出端均与所述控制单元输入端连接，控制单元的指令输出端与驱动电机、转向电机以及喷药组件连接；所述喷药单元包括药箱、药泵，药箱设在底盘上，药箱内两侧均设有药泵，药泵与控制单元的指令输出端电连接；所述药箱相对两外侧均设有侧板，每块侧板的底端均与底盘顶面铰接，侧板与药箱通过调节机构连接，每块侧板上均设有出液孔，药泵的出液端口通过软管与对应的侧板出液孔连接；每块侧板的出液孔外端口处均活动连接有L形的喷药管，喷药管的出液端口处连接有喷头；在喷药管的外侧设有保护罩，且保护罩上设有调节喷药量的流量调节机构。进一步的，所述喷药管上间隔分布有若干个软管段，每个软管对应的保护罩上均设有所述的流量调节机构；所述流量调节机构包括螺栓、夹块，螺栓活动螺旋在对应保护罩上，夹块设在对应软管处，夹块的一端与螺栓连接，夹块另一端与对应软管外壁接触。进一步的，所述调节机构为电动伸缩杆，电动伸缩杆的固定端与药箱通过销轴连接，电动伸缩杆的伸缩端与对应侧板通过销轴连接，电动伸缩杆与外部电源导线连接，控制单元的指令输出端与电动伸缩杆连接。进一步的，所述保护罩包括圆筒形的底罩、顶罩，所述底罩与顶罩同轴螺旋连接。进一步的，所述夹块与软管的接触面为弧形凹面。进一步的，所述传感器包括激光雷达传感器、光电传感器、超声波传感器。进一步的，所述控制单元包括上位机、单片机，其中，上位机接收并处理探测单元信息，单片机与上位机电连接，单片机接收上位机发出的控制指令、并控制对应部件根据指令作业。本专利技术还提供了基于果树识别定位的自走对靶施药机器人的控制方法，具体包括以下步骤：步骤一：机器人移至工作地点，启动机器人，激光雷达传感器、光电传感器、超声波传感器探测机器人周边环境信息，并将探测信息传输至控制单元；步骤二：控制单元接收环境信息，实时规划行走路径，下达行走指令控制驱动电机、转向电机工作，机器人按照规划路径行走；步骤三：相机工作，拍摄机器人行走时周边环境信息、并将信息传输至控制单元，控制单元处理接收的信息，确定果树位置，下达喷药指令至控制药泵工作，对果树进行喷药。进一步的，在步骤三中对果树喷药时包含以下调节途径：立体相机对果树目标进行识别，获取果树树冠位置，将信息编码后传输至控制单元，控制单元控制调节电机与电动伸缩杆，调节喷头位置对准树冠精准施药。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术利用激光雷达采集数据，实现路径规划和避障，使得机器人可以自主避障，巡航，且单片机控制驱动电机、转向电机、调节电机和电动伸缩杆，方便调节喷药的范围，更加精准的喷药，节约成本。(2)本专利技术集合激光雷达、图像识别、传感感应多种技术为一体，实现了自动化喷洒果园的目的，大大提高了果园的生产效率，激光雷达和图像识别两种技术的应用使得果树的定位精确度进一步提高，大大减少了农药喷洒的浪费。(3)本专利技术通过电动伸缩杆以及调节机构可实现对喷头位置的调节，极大方便了实际作业，适应性广。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术的整体结构俯视图；图2为本专利技术的整体结构侧视图；图3为本专利技术的部分结构示意图；图4为本专利技术的工作原理图；图5为本专利技术采用Hough变换行检测算法规划行走路径结果示意图；图6为本专利技术操作流程图。图中：底板1、转向轮21、驱动轮22、保护罩3、调节电机4、安装板5、药泵6、安装室7、侧板调节机构8、药箱9、侧板10、从动齿轮11、软管12、硬管13、流量调节机构14、喷头15、弹簧16、夹块17。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。参见图1、图2，基于果树识别定位的自走对靶施药机器人，包括底盘、控制单元、探测单元、喷药单元，底盘包括底板1、驱动轮22、转向轮21，底板1的后端两侧均安装有驱动轮22，驱动轮22通过驱动电机行走；底板1的前端两侧均安装有转向轮21，转向轮21通过转向电机带动转向；所述控制单元设在底盘上，包括上位机、单片机，其中，上位机接收并处理探测单元信息，单片机与上位机电连接，单片机接收上位机发出的控制指令、并控制对应部件根据指令作业；所述探测单元包括传感器、工业相机，探测单元设在底盘上，所述传感器包括激光雷达传感器、光电传感器、超声波传感器；激光雷达传感器、光电传感器、超声波传感器均设在机器人的前端，相机设在药箱9的前端中部；其中，激光雷达传感器可采用思岚科技研发的RPLIDARA2，光电传感器可采用EN33-D1T100NAM2Z，超声波传感器可采用MSW-A1640H10TR；传感器与相机的信息输出端均与上位机输入端连接，单片机指令输出端与驱动电机、转向电机以及喷药组件连接；所述喷药单元包括药箱9、药泵6，药箱9设在底盘上，药箱9内两侧均设有药泵6，药泵6与单片机的指令输出端电连接；所述药箱9相对两外侧均设有侧板10，每块侧板10的底端均与底盘顶面铰接，侧板10与药箱9通过调节机构8连接，每块侧板10上均设有出液孔，药泵6的出液端口通过软管与对应的侧板10出液孔连接；每块侧板10的出液孔外端口处均活动连接有L形的喷药管，侧板10上设有驱动喷药管转动的角度调节机构，喷药管的出液端口处连接有喷头15；在喷药管的外侧设有保护罩3，且保护罩3上设有调节喷药量的流量调节机构14；在药箱9前端的底盘上设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于果树识别定位的自走对靶施药机器人，包括底盘、控制单元、探测单元、喷药单元，底盘通过驱动电机驱动后端两侧的驱动轮(22)行走，底盘通过转向电机驱动前端两侧的转向轮转向，其特征在于：所述探测单元包括传感器、相机，探测单元设在底盘上，传感器与相机的信息输出端均与所述控制单元输入端连接，控制单元的指令输出端与驱动电机、转向电机以及喷药组件连接；所述喷药单元包括药箱(9)、药泵(6)，药箱(9)设在底盘上，药箱(9)内两侧均设有药泵(6)，药泵(6)与控制单元的指令输出端电连接；所述药箱(9)相对两外侧均设有侧板(10)，每块侧板(10)的底端均与底盘顶面铰接，侧板(10)与药箱(9)通过调节机构(8)连接，每块侧板(10)上均设有出液孔，药泵(6)的出液端口通过软管与对应的侧板(10)出液孔连接；每块侧板(10)的出液孔外端口处均活动连接有L形的喷药管，喷药管的出液端口处连接有喷头(15)；在喷药管的外侧设有保护罩(3)，且保护罩(3)上设有调节喷药量的流量调节机构(14)。

【技术特征摘要】
1.基于果树识别定位的自走对靶施药机器人，包括底盘、控制单元、探测单元、喷药单元，底盘通过驱动电机驱动后端两侧的驱动轮(22)行走，底盘通过转向电机驱动前端两侧的转向轮转向，其特征在于：所述探测单元包括传感器、相机，探测单元设在底盘上，传感器与相机的信息输出端均与所述控制单元输入端连接，控制单元的指令输出端与驱动电机、转向电机以及喷药组件连接；所述喷药单元包括药箱(9)、药泵(6)，药箱(9)设在底盘上，药箱(9)内两侧均设有药泵(6)，药泵(6)与控制单元的指令输出端电连接；所述药箱(9)相对两外侧均设有侧板(10)，每块侧板(10)的底端均与底盘顶面铰接，侧板(10)与药箱(9)通过调节机构(8)连接，每块侧板(10)上均设有出液孔，药泵(6)的出液端口通过软管与对应的侧板(10)出液孔连接；每块侧板(10)的出液孔外端口处均活动连接有L形的喷药管，喷药管的出液端口处连接有喷头(15)；在喷药管的外侧设有保护罩(3)，且保护罩(3)上设有调节喷药量的流量调节机构(14)。2.根据权利要求1所述的基于果树识别定位的自走对靶施药机器人，其特征在于：所述喷药管上间隔分布有若干个软管(12)段，每个软管(12)对应的保护罩(3)上均设有所述的流量调节机构(14)；所述流量调节机构(14)包括螺栓(16)、夹块(17)，螺栓(16)活动螺旋在对应保护罩(3)上，夹块(17)设在对应软管(17)处，夹块(17)的一端与螺栓(16)连接，夹块(17)另一端与对应软管(12)外壁接触。3.根据权利要求1或2所述的基于果树识别定位的自走对靶施药机器人，其特征在于：所述调节机构(8)为电动伸缩杆，电动伸缩杆的固定端与药箱(9)通过销轴连接，电动伸缩杆的伸缩端与对应侧板(10)通过销轴连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘路，储财源，徐国强，程开瑞，欧洋，陈黎卿，朱敏，
申请(专利权)人：安徽农业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34