一种跨垄式草莓智能变量变喷幅喷雾机器人结构及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种跨垄式草莓智能变量变喷幅喷雾机器人结构及其控制方法。包括跨垄式移动底盘1，所述跨垄式移动底盘由驱动轮组11、万向轮组12、底盘支架13和支架平台14组成；跨垄式移动底盘1两侧安装有超声波传感器21和电池3；支架平台14上固定中央处理模块5、GNSS导航模块23和伸缩喷雾系统6；所述伸缩喷雾系统由水箱61、水泵62、喷嘴63、作业支架64、伸缩喷杆65、电动推杆66和PVC透明软管67组成；超声波传感器21、图像采集模块22和GNSS导航模块23组成感知模块2；中央处理模块5对感知到的数据进行处理，并且对机器人的轨迹追踪提供算力。本发明专利技术能够实现自主变量变喷幅喷雾作业，并且通过无线图传实现人机分离。过无线图传实现人机分离。过无线图传实现人机分离。

【技术实现步骤摘要】
一种跨垄式草莓智能变量变喷幅喷雾机器人结构及其控制方法


[0001]本专利技术属于一种喷雾机器人，更具体地说是一种跨垄式智能变量变喷幅喷雾机器人结构及控制方法。

技术介绍

[0002]草莓是一种具有高附加值潜力的经济作物，草莓大棚栽培，不受季节限制，利于管理和标准化种植。草莓栽培全阶段病虫害频繁发生，需要大量施药，且在温室环境下，病虫害传染更加严重。而目前，由于温室狭窄环境的限制，较为成熟的大田、果园施药机难以进入作业，在实际生产应用中，还是以人工手持喷雾作业为主，存在工作效率低、药液浪费、人员安全和劳动强度高等问题。此外，大棚种植在防治病虫害的同时还需要浇水以促进生长，针对这一问题，设计能实现变量变喷幅的自主喷雾机器人。

技术实现思路

[0003]基于上述草莓大棚中喷雾作业要求，本专利技术公开了一种跨垄式草莓智能变量变喷幅喷雾机器人结构。
[0004]本专利技术的目的在于设计一种跨垄式草莓智能变量变喷幅喷雾机器人结构，能够实现手动遥控、根据场景自动控制施药量、自动完成草莓大棚作业行驶、根据施药场景自动控制施药机构伸展、持续性作业等任务。
[0005]本专利技术的技术方案包括：一种跨垄式草莓智能变量变喷幅喷雾机器人结构，包括跨垄式移动底盘(1)、超声波传感器(21)、电池(3)、图像采集模块(22)、中央处理模块(5)、伸缩喷雾系统(6)、GNSS导航模块(23)、支架平台(14)；
[0006]所述伸缩喷雾系统(6)包括电动推杆(66)、水箱(61)、水泵(62)、作业支架(64)、伸缩喷杆(65)、喷嘴(63)、PVC透明软管(67)；
[0007]所述跨垄式移动底盘(1)由驱动轮组(11)、万向轮组(12)、底盘支架(13)、支架平台(14)组成，所述底盘支架(13)上设有支架平台(14)，所述底盘支架(13)一端活动相连左前、右前驱动轮组(11)，另一端活动连接左后、右后万向轮组(12)；所述超声波传感器(21)、图像采集模块(22)、GNSS导航模块(23)、驱动轮组(11)、电动推杆(66)、水泵(62)与中央处理模块(5)电连接，对采集的数据进行处理并对电机控制和相关算法提供算力；所述支架平台(14)上设有伸缩喷雾系统(6)；所述伸缩喷雾系统(6)通过伸缩喷杆(65)的伸缩功能实现，所述喷杆由电动推杆(66)控制伸缩，并且喷杆下端安装有喷嘴(63)；所述喷嘴(63)通过PVC透明软管(67)与水泵(62)和水箱(61)相连，所述水泵(62)根据机器人行进速度，实时调节水泵(62)的流量和喷嘴(63)的喷雾量，作业支架(64)和底盘支架(13)通过金属角件连接。
[0008]进一步，所述支架平台(14)是亚克力材质并且按照设计要求设置相应安装孔，使图像采集模块(22)、水泵(62)、水箱(61)以及中央处理模块(5)紧密固定在支架平台(14)
上；所述支架平台(14)由铝型材和铝板通过金属脚件连接而成，给整个系统提供支撑和承重的同时也减轻了平台重量。
[0009]进一步，所述跨垄式移动底盘(1)用于喷雾机器人的转向以及姿态、位置调整，并为作业系统提供搭载平台；所述跨垄式移动底盘(1)由驱动轮组(11)带动万向轮组(12)，通过超声波传感器(21)、图像采集模块(22)、GNSS导航模块(23)进行环境感知，经过中央控制模块(5)对驱动轮组(11)进行差速PID控制，改变前进速度和转向。
[0010]进一步，所述水箱(61)固定在支架平台(14)上，所述水泵(62)共2个，每个水泵分别控制各自相连的一组喷嘴(63)的流量大小；所述水箱(61)通过PVC透明软管(67)与水泵(62)和喷嘴(63)连接；所述喷嘴(63)通过管夹固定于伸缩喷杆(65)下端；所述喷嘴(63)共26个，在水平方向上等距排列。
[0011]根据权利要求1所述的一种跨垄式草莓智能变量变喷幅喷雾机器人结构，其特征在于，所述电池(3)为锂电池，将其固定于跨垄式移动底盘(1)的支架结构中，为水泵(62)、电动推杆(66)、驱动轮组(11)、中央控制模块(5)、超声波传感器(21)、图像采集模块(22)以及GNSS导航模块(23)提供电力。
[0012]进一步，所述伸缩喷杆(65)采用剪叉式伸缩结构，所述伸缩喷杆(65)考虑强度和重量的因素，采用双层和单层相结合的结构；所述伸缩喷杆两端固定有超声波传感器(21)；所述伸缩喷杆(65)与电动推杆(66)相连，由中央处理模块(5)发出指令，根据超声波传感器(21)的反馈控制电动推杆(66)执行推拉动作带动伸缩喷杆(65)进行伸缩；所述喷嘴(63)固定于伸缩喷杆(65)下端，根据伸缩喷杆(65)的收展改变机器人喷雾喷幅。
[0013]进一步，所述中央处理模块(5)固定于支架平台(14)上；所述中央处理模块(5)为STM32F103C8,通过驱动模块与驱动轮组(11)、水泵(62)、电动推杆(66)电连接；所述图像采集模块(22)通过中央处理模块(5)的WIFI功能模块进行无线图传。
[0014]本专利技术方法的技术方案为：一种跨垄式草莓智能变量变喷幅喷雾机器人结构的控制方法，利用GNSS导航模块(23)获取喷雾机器人的经度纬度和高度的位置信息和机器人姿态信息，根据利用纯跟踪算法对根据果园实际情况规划好的路径进行跟踪，利用RGBD相机对草莓植株进行识别，结合机器人运动模型进行变量喷雾；
[0015]利用GNSS导航模块(23)获取喷雾机器人的经度纬度和高度的位置信息和机器人姿态信息，根据利用纯跟踪算法对根据果园实际情况规划好的路径进行跟踪步骤如下：
[0016]步骤1：选取跟踪目标的轨迹方程或给定目标点序列；
[0017]步骤2：基于机器人当前状态，计算车辆到目标点的横向偏差和航向角误差；
[0018]步骤3：根据当前横向偏差和航向角误差，计算前视距离；
[0019]步骤4：根据前视距离和车辆的运动状态，计算车辆的转向角度和速度指令；
[0020]步骤5：将转向角度和速度指令转换为左右轮的速度指令，实现控制；
[0021]利用RGBD相机对草莓植株进行识别，结合机器人运动模型进行变量喷雾方法如下：
[0022]步骤6：获取RGBD图像，使用RGBD相机采集草莓大棚垄上的图像数据，包括RGB图像和深度图像，并进行图像预处理；
[0023]步骤7：目标检测，使用YOLOv4算法对RGB图像进行目标检测，识别出图像中的草莓目标，并得到其边界框、类别标签和置信度分数；
[0024]步骤8：深度图像处理，利用深度图像和目标检测结果，对草莓目标在深度图像中进行提取和处理；
[0025]步骤9：边缘检测，采用Sobel边缘检测算法对深度图像中的草莓目标进行边缘检测，得到草莓目标的边缘信息；
[0026]步骤10：根据边缘信息进行轮廓提取；
[0027]步骤11：基于目标检测结果和深度图像的轮廓信息计算轮廓的宽度w和高度h；
[0028]步骤12，根本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种跨垄式草莓智能变量变喷幅喷雾机器人结构，其特征在于，包括跨垄式移动底盘(1)、超声波传感器(21)、电池(3)、图像采集模块(22)、中央处理模块(5)、伸缩喷雾系统(6)、GNSS导航模块(23)、支架平台(14)；所述伸缩喷雾系统(6)包括电动推杆(66)、水箱(61)、水泵(62)、作业支架(64)、伸缩喷杆(65)、喷嘴(63)、PVC透明软管(67)；所述跨垄式移动底盘(1)由驱动轮组(11)、万向轮组(12)、底盘支架(13)、支架平台(14)组成，所述底盘支架(13)上设有支架平台(14)，所述底盘支架(13)一端活动相连左前、右前驱动轮组(11)，另一端活动连接左后、右后万向轮组(12)；所述超声波传感器(21)、图像采集模块(22)、GNSS导航模块(23)、驱动轮组(11)、电动推杆(66)、水泵(62)与中央处理模块(5)电连接，对采集的数据进行处理并对电机控制和相关算法提供算力；所述支架平台(14)上设有伸缩喷雾系统(6)；所述伸缩喷雾系统(6)通过伸缩喷杆(65)的伸缩功能实现，所述喷杆由电动推杆(66)控制伸缩，并且喷杆下端安装有喷嘴(63)；所述喷嘴(63)通过PVC透明软管(67)与水泵(62)和水箱(61)相连，所述水泵(62)根据机器人行进速度，实时调节水泵(62)的流量和喷嘴(63)的喷雾量，作业支架(64)和底盘支架(13)通过金属角件连接。2.根据权利要求1所述的一种跨垄式草莓智能变量变喷幅喷雾机器人结构，其特征在于，所述支架平台(14)是亚克力材质并且按照设计要求设置相应安装孔，使图像采集模块(22)、水泵(62)、水箱(61)以及中央处理模块(5)紧密固定在支架平台(14)上；所述支架平台(14)由铝型材和铝板通过金属脚件连接而成，给整个系统提供支撑和承重的同时也减轻了平台重量。3.根据权利要求1所述的一种跨垄式草莓智能变量变喷幅喷雾机器人结构，其特征在于，所述跨垄式移动底盘(1)用于喷雾机器人的转向以及姿态、位置调整，并为作业系统提供搭载平台；所述跨垄式移动底盘(1)由驱动轮组(11)带动万向轮组(12)，通过超声波传感器(21)、图像采集模块(22)、GNSS导航模块(23)进行环境感知，经过中央控制模块(5)对驱动轮组(11)进行差速PID控制，改变前进速度和转向。4.根据权利要求1所述的一种跨垄式草莓智能变量变喷幅喷雾机器人结构，其特征在于，所述水箱(61)固定在支架平台(14)上，所述水泵(62)共2个，每个水泵分别控制各自相连的一组喷嘴(63)的流量大小；所述水箱(61)通过PVC透明软管(67)与水泵(62)和喷嘴(63)连接；所述喷嘴(63)通过管夹固定于伸缩喷杆(65)下端；所述喷嘴(63)共26个，在水平方向上等距排列。5.根据权利要求1所述的一种跨垄式草莓智能变量变喷幅喷雾机器人结构，其特征在于，所述电池(3)为锂电池，将其固定于跨垄式移动底盘(1)的支架结构中，为水泵(62)、电动推杆(66)、驱动轮组(11)、中央控制模块(5)、超声波传感器(21)、图像采集模块(22)以及GNSS导航模块(23)提供电力。6.根据权利要求1所述的一种跨垄式草莓智能变量变喷幅喷雾机器人结构，其特征在于，所述伸缩喷杆(65)采用剪叉式伸缩结构，所述伸缩喷杆(65)考虑强度和重量的因素，采用双层和单层相结合的结构；所述伸缩喷杆两端固定有超声波传感器(21)；所述伸缩喷杆(65)与电动推杆(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘岳松，沈跃，刘慧，杨官学，杜志鹏，杨锋，郭奕，王泽，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：