选择性喷洒系统，协同施药系统及协作方法技术方案

本发明专利技术地面喷雾机适用的选择性喷洒系统通过可以卷伸的柔性喷杆对杂草部位有针对性的施药，能够节约农药用量，避免污染周边环境或损害作物健康，且能有效防止滴漏，降低农药浪费，提高作业质量。本发明专利技术协同施药系统及协作方法，利用无人飞机的航空测量能力，进行农田信息采样，建立作物时空光谱数据，再由机载工控机反演出作物健康状况，将健康异常区域的位置坐标和病害类型、等级等信息发送至地面喷雾机，使无人飞机和地面喷雾机能够在统一的环境模型中收集和共享信息，利用地面喷雾机具喷幅宽、续航时间长、作业效率高的优点，使无人飞机与地面喷雾机同时开展作业，极大提高了作业效率，并降低了农药/化肥的使用量。

【技术实现步骤摘要】
选择性喷洒系统，协同施药系统及协作方法
本专利技术涉及农业机械
，具体为一种地面喷雾机适用的选择性喷洒系统，协同施药系统及协作方法。
技术介绍
近年来，小型无人驾驶飞机由于机动、灵活、控制精度高的特点，被广泛用于化学农药、液态化肥喷洒等农业生产活动中，但同时也存在载荷小、喷洒均匀性差、雾滴飘移严重、续航时间短等问题。例如CN201811031041.1专利申请文献，公开的一种《基于处方图的无人飞机智能喷施系统及方法》，该系统包括无人飞机飞行决策系统、无人飞机精准作业系统、作业处方系统和无人飞机工勘系统，可实现无人飞机的精准作业，但是仍然具有载荷小、雾滴飘移严重、续航时间短等问题。常规的地面施药机械，例如喷杆喷雾机，具有喷幅宽、续航时间长、作业效率高、有效载荷大、喷洒均匀、雾滴飘移少的优点，但其采用的“地毯式”喷洒模式，给每亩地定量施药，统一喷洒，造成了大量的农药浪费，也对生态环境安全存在较大的威胁。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种新型的地面喷雾机适用的选择性喷洒系统，以及基于地面喷雾机与无人飞机的协同施药系统及协作方法，所述选择性喷洒系统可以实现非常精确的对靶喷洒，极大的降低了农药浪费和对生态环境的影响。具有选择性喷洒系统的地面无人机，在与无人飞机配合的协同作业过程中，利用无人飞机快速探查与精确定位的优点，可快速开展点片式作业模式，显著提高了植保作业的工作效率和作业质量。本专利技术提供的技术方案包括：方案一一种地面喷雾机适用的选择性喷洒系统其特征在于，设有柔性卷曲吊喷机构；所述柔性卷曲吊喷机构包括沿喷雾机喷杆支架延伸方向布置的多个施药模组，所述施药模组包括微型气泵和柔性吊杆；所述柔性吊杆上安装有卷簧，并设有管状的喷腔和气囊，所述喷腔和气囊的延伸方向与卷簧延伸一致，所述柔性吊杆的顶端连接在喷杆支架上，末端为自由端，自然状态下，由卷簧控制卷曲呈盘状；所述喷腔的入口设置在柔性吊杆的顶端，通过设有液泵的输药管路与药箱连接，喷腔的出口，即喷嘴，设置在柔性吊杆末梢的自由端；所述气囊的进/排气口与微型气泵连接，由微型气泵控制其充气或排气，气囊充气膨胀时，克服卷簧弹性，柔性吊杆整体呈伸展状态，垂直于地面；气囊排气缩扁时，柔性吊杆在卷簧控制下，恢复卷曲状态；所述微型气泵、液泵与施药控制器连接，由施药控制器控制启停。在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：进一步的，所述喷腔位于柔性喷杆的中间位置，其左右两侧各设有一气囊，两气囊管壁的外侧端各安装有一卷簧。进一步的，所述选择性喷洒系统，设有图像传感模块和控制模块，所述控制模块包括所述施药控制器和具有GPU图形处理能力的工控机；所述图像传感模块包括摄像机和双目视觉惯性模组，二者信号输出端分别与控制模块连接；摄像机前置，安装在车体上，用于杂草追踪；双目视觉惯性模组后置，安装在喷杆上，与施药模组一一对应，用于杂草的识别与验证；控制模块根据追踪到的杂草位置，控制喷杆上相应的施药模组工作，控制该施药模组的柔性吊杆在到达杂草位置前伸展，在到达杂草位置时，通过控制电磁开关阀开启喷嘴实现对靶喷施除草剂。方案二一种用于农田管理的协同施药系统，包括无人飞机和与所述无人飞机协同作业的第一喷雾机，设所述选择性喷洒系统为第一选择性喷洒系统，所述第一喷雾机即为配置了所述第一选择性喷洒系统的地面喷雾机；所述无人飞机设有机载工控机、多光谱相机、双目视觉惯性模组、惯性测量单元、GPS传感器和垂直向下安装的激光高度传感器；所述多光谱相机用于采集农田的光谱信息图像，双目视觉惯性模组用于采集构建农田地图三维模型的地表图像，惯性测量单元用于采集无人飞机的姿态数据，GPS传感器用来获取无人飞机的经度、纬度坐标，激光高度传感器用于测量无人飞机的飞行高度；所述双目视觉惯性模组、惯性测量单元、GPS传感器、激光高度传感器的信号输出端与机载工控机的信号输入端分别连接，机载工控机将双目视觉惯性模组、惯性测量单元测得的图像、姿态数据进行融合，进行在线位姿估计，创建农田地图，并根据得到的光谱信息图像，计算植被指数，通过反演的方法，得出作物健康状况和异常区域的位置坐标，并将其发送给远程控制中心或地面喷雾机；如果发送给远程控制中心，经过远程处理以后，再借助移动互联网发送给地面喷雾机；第一喷雾机收到远程控制中心或无人飞机发送的信息后，根据异常区域的位置坐标，行驶到目标区域，进行喷洒作业。在上述方案二的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：所述协同施药系统，还包括与所述无人飞机协同作业的第二喷雾机，所述第二喷雾机即配置了第二选择性喷洒系统的地面喷雾机；所述第二选择性喷洒系统由施药控制器、电磁开关阀、比例溢流阀、流量传感器、压力传感器、转速传感器、电机、液泵、输液管路和多个喷嘴组成，所述的多个喷嘴均匀布置在第二喷雾机的喷杆上，所述电磁开关阀与喷嘴一一对应，根据作物健康状况，施药控制器输出多路相同或不同占空比的脉宽调制信号指令，每个喷嘴的电磁开关阀单独由一路脉宽调制信号控制，电磁开关阀的开度通过脉宽调制信号的占空比进行改变；所述流量传感器设置在连接喷嘴的输药管路上，药箱通过并联的两路支路与流量传感器所在的管路位置连接，其中第一支路与药箱回流入水口连接，第二支路与药箱出水口连接，所述比例溢流阀设置在第一支路上，液泵及其驱动电机安装在第二支路上，所述压力压传感器安装在第二支路上液泵的下游，用于检测喷杆的施药压力，所述转速传感器用于监测电机的转速；第二喷雾机接收到远程控制中心或无人飞机发送的信息后，根据异常区域的位置坐标，行驶到目标区域，根据作物健康指标（病虫草害类型、等级）,独立控制每个喷嘴的流量，进行变流量喷洒作业。方案三基于所述协同施药系统的协作方法，其特征在于，包括以下步骤：1）控制无人飞机起飞对农田进行拍摄，获取农田反射光谱空间场信息，机载工控机根据获得的反射光谱空间场信息，实时计算植被指数，通过反演的方法，获得农田作物的健康状况，并标记出异常区域的位置坐标；2）无人飞机将其检测的作物健康状况和异常区域的位置坐标发送给远程控制中心，远程控制中心或无人飞机根据作物健康状况判断应派遣的地面喷雾机类型，并将作物健康状况和异常区域的位置坐标发送给执行作业的地面喷雾机；3）接收到远程控制中心或无人飞机信息的地面喷雾机根据所述异常区域的位置坐标行驶到目标区域，根据作物健康指标（病虫草害类型、等级），开始进行喷洒作业。其中，当第二喷雾机接收到远程控制中心或无人飞机发送的信息后，判断是喷洒农药，还是喷洒液态肥料，在药箱中补充对应的药剂后，开始规划路线，行驶到目标区域，开始进行施药作业；施药控制器根据异常区域的位置坐标、第二喷雾机当前的位置坐标以及第二喷雾机的结构参数，判断各喷嘴对应的喷施区域，并结合各喷嘴喷施区域内作物的健康状况和预设的作物健康指标，确定需要开启的喷嘴，以及结合第二喷雾机的行驶速度，计算相应喷嘴的喷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地面喷雾机适用的选择性喷洒系统，其特征在于，设有柔性卷曲吊喷机构；/n所述柔性卷曲吊喷机构包括沿喷雾机喷杆支架延伸方向布置的多个施药模组，所述施药模组包括微型气泵（14）和柔性吊杆（3）；/n所述柔性吊杆（3）上安装有卷簧，并设有管状的喷腔和气囊，所述喷腔和气囊的延伸方向与卷簧延伸一致，所述柔性吊杆（3）的顶端连接在喷杆支架上，末端为自由端，自然状态下，由卷簧控制卷曲呈盘状；/n所述喷腔的入口设置在柔性吊杆的顶端，通过设有液泵的输药管路与药箱连接，喷腔的出口，即喷嘴，设置在柔性吊杆（3）末梢的自由端；/n所述气囊的进/排气口与微型气泵（14）连接，由微型气泵（14）控制其充气或排气，气囊充气膨胀时，克服卷簧弹性，柔性吊杆整体呈伸展状态，垂直于地面；气囊排气缩扁时，柔性吊杆在卷簧控制下，恢复卷曲状态；/n所述微型气泵（14）、液泵与施药控制器连接，由施药控制器控制启停。/n

【技术特征摘要】
1.一种地面喷雾机适用的选择性喷洒系统，其特征在于，设有柔性卷曲吊喷机构；
所述柔性卷曲吊喷机构包括沿喷雾机喷杆支架延伸方向布置的多个施药模组，所述施药模组包括微型气泵（14）和柔性吊杆（3）；
所述柔性吊杆（3）上安装有卷簧，并设有管状的喷腔和气囊，所述喷腔和气囊的延伸方向与卷簧延伸一致，所述柔性吊杆（3）的顶端连接在喷杆支架上，末端为自由端，自然状态下，由卷簧控制卷曲呈盘状；
所述喷腔的入口设置在柔性吊杆的顶端，通过设有液泵的输药管路与药箱连接，喷腔的出口，即喷嘴，设置在柔性吊杆（3）末梢的自由端；
所述气囊的进/排气口与微型气泵（14）连接，由微型气泵（14）控制其充气或排气，气囊充气膨胀时，克服卷簧弹性，柔性吊杆整体呈伸展状态，垂直于地面；气囊排气缩扁时，柔性吊杆在卷簧控制下，恢复卷曲状态；
所述微型气泵（14）、液泵与施药控制器连接，由施药控制器控制启停。


2.根据权利要求1所述的一种地面喷雾机适用的选择性喷洒系统，其特征在于，所述喷腔（3-3）位于柔性喷杆的中间位置，其左右两侧各设有一气囊（3-2,3-4），两气囊（3-2,3-4）管壁的外侧端各安装有一卷簧（3-1,3-5）。


3.根据权利要求1或2所述的一种地面喷雾机适用的选择性喷洒系统，其特征在于，设有图像传感模块和控制模块；
所述控制模块包括所述施药控制器和具有GPU图形处理能力的工控机；
所述图像传感模块包括摄像机（1）和双目视觉惯性模组（2），二者信号输出端分别与控制模块连接；摄像机（1）前置，安装在车体上，用于杂草追踪；双目视觉惯性模组（2）后置，安装在喷杆上，与施药模组一一对应，用于杂草的识别与验证；控制模块根据追踪到的杂草位置，控制喷杆上相应的施药模组工作，控制该施药模组的柔性吊杆在到达杂草位置前伸展，在到达杂草位置时，通过控制电磁开关阀开启喷嘴，实现对靶喷施除草剂。


4.一种用于农田管理的协同施药系统，包括无人飞机和与所述无人飞机协同作业的第一喷雾机，设权利要求1-3中任一项所述选择性喷洒系统为第一选择性喷洒系统，所述第一喷雾机即为配置了所述第一选择性喷洒系统的地面喷雾机；
所述无人飞机设有机载工控机、多光谱相机、双目视觉惯性模组、惯性测量单元、GPS传感器和垂直向下安装的激光高度传感器；
所述多光谱相机用于采集农田的光谱信息图像，双目视觉惯性模组用于采集构建农田地图三维模型的地表图像，惯性测量单元用于采集无人飞机的姿态数据，GPS传感器用来获取无人飞机的经度、纬度坐标，激光高度传感器用于测量无人飞机的飞行高度；
所述双目视觉惯性模组、惯性测量单元、GPS传感器、激光高度传感器的信号输出端与机载工控机的信号输入端分别连接，机载工控机将双目视觉惯性模组、惯性测量单元测得的图像、姿态数据进行融合，进行在线位姿估计，创建农田地图，并根据得到的光谱信息图像，计算植被指数，通过反演的方法，得出作物健康状况和异常区域的位置坐标，并将其发送给远程控制中心或地面喷雾机；如果发送给远程控制中心，经过远程处理以后，再借助移动互联网发送给地面...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔龙飞，薛新宇，乐飞翔，孙涛，金永奎，丁素明，杨风波，张宋超，孙竹，
申请(专利权)人：农业农村部南京农业机械化研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32