一种智能对靶喷施机器人制造技术

本发明专利技术涉及智能农业装备领域，具体说是一种智能对靶喷施机器人，包括移动底盘、仿形施药系统、信息采集系统和控制系统。在果园作业时能够通过激光雷达提取果树的方位信息并创建果园地图，两侧仿形臂对目标果树由树冠上方扫至树冠底端对其进行均匀喷施。同时在自主喷施过程中由于传感器测量误差、果园地形环境、停车惯性等因素影响使机器人施药位置偏离时，上位机通过激光雷达传递的实时目标果树位置信息，在原地对小车姿态进行调整确保目标果树位于仿形臂内，减少药液损失，提高施药效果。提高施药效果。提高施药效果。

【技术实现步骤摘要】
一种智能对靶喷施机器人


[0001]本专利技术涉及智能农业装备领域，具体说是一种智能对靶喷施机器人。

技术介绍

[0002]果园植保是减少作物损失，保证生产高质、高量的重要环节。我国植保机械起步较晚，果园植保机械由最初的机动喷雾机、人力施药机械，发展至风送式喷雾机以及采用信息、控制等高新技术的中大型植保机械
[1]，我国的植保机械得到了长足的发展。激光雷达凭借其分辨率高、抗有源干扰能力强、体积小、质量轻等特点逐渐应用于果园植保领域。如中国专利申请公布号为CN212279614U的一种基于激光雷达的果园对靶风送喷雾机，该喷雾机通过二维激光雷达采集果树靶标参数信息实现对果树施药的药量与风力协同按需调控。中国专利申请公布号为CN107125229A的一种果园对靶喷雾机及其对果树冠层的喷雾方法，其应用二维激光雷达探测果树冠层信息从而将冠层体积网格划针对性的进行施药作业，提高果园施药效果。中国专利申请公布号为CN108849830A的一种适用于柑橘果园地形的自动仿形喷雾机，该喷雾机将激光雷达扫描到周围环境的点云数据传至主控制器，实时规划出各作业姿态。中国专利申请公布号为CN109892311A的一种果园作业自主导航喷药机器人利用惯性导航装置、卫星定位装置、控制系统等，实现喷药机器人的自主作业降低果园喷药工作的用工数量以及劳动强度。中国专利申请公布号为CN213705100U的一种自走式喷雾机悬架系统，该专利提出一种根据行走路面状况主动调整悬架系统的工作情况进而保证自走式喷雾机的稳定性，提高喷雾精度。以上专利或应用各种传感器检测靶标各信息参数，从而相应控制施药作业关键参数实现施药效果精准度的提高；或提出新的结构方案提高喷雾机的工作性能保证施药作业的质量。但喷雾机进行施药作业时由于地形环境及传感器测量误差等因素使施药机构偏离理想施药位置的问题其均未给出解决方法。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种智能对靶喷施机器人，实现施药位置的精确调整，保证靶标在施药过程中位于仿形臂内，从而解决由于地形环境、传感器测量误差、停车惯性等引起的机器人偏离理想施药位置的问题。
[0004]为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0005]一种智能对靶喷施机器人，包括移动底盘、仿形施药系统、信息采集系统和控制系统；
[0006]所述移动底盘包括：轮毂电机、万向轮、支撑架、车身本体和电池，所述轮毂电机作为驱动轮安装在车身本体下方前侧，所述万向轮作为从动轮置于车身本体下方后侧，所述支撑架固定于车身本体上方，所述电池置于车身本体内部，用于给机器人提供电能；
[0007]所述仿形施药系统包括两套仿形机构和一套喷药机构，所述仿形机构包括步进电机、滚筒、卷绳和仿形臂，所述步进电机带动所述滚筒经所述卷绳控制所述仿形臂的升降；所述喷药机构包括药箱、水泵、多个电磁阀和与电磁阀一对一安装的喷嘴，所述水泵用于将
所述药箱中的药液泵向所述喷嘴，所述电磁阀用于控制所述喷嘴的通断；安装有电磁阀的喷嘴分布于仿形臂上，所述仿形臂位于所述支撑架的两侧；
[0008]所述信息采集系统包括激光雷达和编码器，所述激光雷达用于扫描周边环境获取环境点云数据；所述编码器将轮毂电机旋转角位移转换成电信号；
[0009]所述控制系统包括上位机、下位机、继电器、步进电机驱动器和轮毂电机驱动器；所述下位机包括单片机一和单片机二，所述单片机一依次与所述轮毂电机驱动器、所述轮毂电机连接，用于控制小车的运动；所述单片机二依次与两个所述步进电机驱动器和两个所述步进电机连接，用于控制两套所述仿形机构的动作，所述单片机二还依次与所述继电器和所述电磁阀连接，用于控制所述喷药机构的动作；所述上位机与下位机连接，用于发出指令控制机器人的行进及喷施动作；所述上位机与信息采集系统连接，用于接收信息采集系统上传的数据，计算确定机器人的位置和姿态。
[0010]在上述技术方案的基础上，所述机器人的施药位置由以下方法进行调整：
[0011]首先在上位机内对所需喷药的果园提前进行场地模型仿真，建立以场地中心为原点的坐标系，同时在果园坐标系中标注所需喷药的果树的坐标数据；
[0012]其次在上位机内，再以移动底盘的两驱动轮轮心连线的中点为原点，建立空间直角坐标系，同时标注仿形臂的爪形部分的质心在此空间直角坐标系下的空间位置坐标；
[0013]在移动底盘的行走作业过程中，通过激光雷达和编码器发送数据给上位机，并通过上位机的计算，获得当时移动底盘在整个场地中的位置；
[0014]控制系统控制移动底盘行走，在上位机内将果园垄道两侧的果树连线的中点作为移动底盘行走过程中的停止点，并将停止点的坐标在场地模型内标记出来，移动底盘两侧仿形臂的爪形部分的质心连线的中点在垂直投影方向上与果园坐标系中停止点的重合时，控制系统控制移动底盘停止移动；
[0015]当移动底盘停止后，上位机内通过坐标计算将调整的信息转化为两个驱动轮的转速，并将两个轮子的转速经上位机发送给单片机一来控制移动底盘的左右摆动，使移动底盘上方的仿形臂完全罩在需要喷施的果树上。
[0016]在上述技术方案的基础上，所述水泵位于支撑架下方，所述步进电机置于支撑架上方，所述药箱位于支撑架下方，所述滚筒固定在支撑架上；所述移动底盘上方还设有配电箱，所述配电箱内安装所述继电器、步进电机驱动器、上位机和单片机二；所述单片机一置于所述车身本体内，所述激光雷达置于移动底盘上的前方中间位置，所述编码器和轮毂电机驱动器内置于所述轮毂电机。
[0017]在上述技术方案的基础上，八个所述喷嘴分别置于所述仿形臂手抓关节处，施药时仿形臂从树冠上方以圆弧状轨迹向树冠底端摆动，对目标果树的一侧进行施药。
[0018]在上述技术方案的基础上，所述上位机为计算机。
[0019]在上述技术方案的基础上，所述激光雷达为二维激光雷达。
[0020]本专利技术所述的智能对靶喷施机器人，具有以下有益效果：
[0021]本专利技术的果园智能对靶喷施机器人在果园作业时能够通过激光雷达提取果树的方位信息并创建果园地图，两侧仿形臂对目标果树由树冠上方扫至树冠底端对其进行均匀喷施。同时在自主喷施过程中由于传感器测量误差、果园地形环境、停车惯性等因素影响使机器人施药位置偏离时，上位机通过激光雷达传递的实时目标果树位置信息，在原地对小
车姿态进行调整确保目标果树位于仿形臂内，减少药液损失提高施药效果。
附图说明
[0022]本专利技术有如下附图：
[0023]图1为果园智能对靶喷施机器人的立体结构示意图；
[0024]图2为配电箱的内部示意图；
[0025]图3为果园智能对靶喷施机器人的果园施药路径规划示意图；
[0026]图4为果园智能对靶喷施机器人的控制系统硬件示意图。
[0027]附图标记：
[0028]1—轮毂电机；2—编码器；3—水泵；4—激光雷达；5—药箱；6—支撑架；7—仿形臂；8—电磁阀；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能对靶喷施机器人，其特征在于：包括移动底盘、仿形施药系统、信息采集系统和控制系统；所述移动底盘包括：轮毂电机、万向轮、支撑架、车身本体和电池，所述轮毂电机作为驱动轮安装在车身本体下方前侧，所述万向轮作为从动轮置于车身本体下方后侧，所述支撑架固定于车身本体上方，所述电池置于车身本体内部，用于给机器人提供电能；所述仿形施药系统包括两套仿形机构和一套喷药机构，所述仿形机构包括步进电机、滚筒、卷绳和仿形臂，所述步进电机带动所述滚筒经所述卷绳控制所述仿形臂的升降；所述喷药机构包括药箱、水泵、多个电磁阀和与电磁阀一对一安装的喷嘴，所述水泵用于将所述药箱中的药液泵向所述喷嘴，所述电磁阀用于控制所述喷嘴的通断；安装有电磁阀的喷嘴分布于仿形臂上，所述仿形臂位于所述支撑架的两侧；所述信息采集系统包括激光雷达和编码器，所述激光雷达用于扫描周边环境获取环境点云数据；所述编码器将轮毂电机旋转角位移转换成电信号；所述控制系统包括上位机、下位机、继电器、步进电机驱动器和轮毂电机驱动器；所述下位机包括单片机一和单片机二，所述单片机一依次与所述轮毂电机驱动器、所述轮毂电机连接，用于控制小车的运动；所述单片机二依次与两个所述步进电机驱动器和两个所述步进电机连接，用于控制两套所述仿形机构的动作，所述单片机二还依次与所述继电器和所述电磁阀连接，用于控制所述喷药机构的动作；所述上位机与下位机连接，用于发出指令控制机器人的行进及喷施动作；所述上位机与信息采集系统连接，用于接收信息采集系统上传的数据，计算确定机器人的位置和姿态。2.如权利要求1所述的智能对靶喷施机器人，其特征在于，所述机器人的施药位置由以下方法进行调整：首先在上位机内对所需喷药的果园提前进行场地模型仿真，建立以场地中心为原点的坐标系...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏道毕力格，蔡宇，王慧，蒋波，刘斌宏，李朝阳，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：