一种基于机器视觉的智能施药机及施药方法技术

本发明专利技术提供了一种基于机器视觉的智能施药机及方法，属于农业施药技术领域。包括DSP、驱动装置、视觉感知系统、施药装置、车架、电池组，视觉感知系统拍摄并识别农作物的病虫害点，将信息传递给DSP，将施药的命令传达给施药装置，由施药装置进行施药。视觉感知系统实时监测整个施药机的运动情况，当施药机偏移路线时，视觉感知系统将该信息传达给DSP，将需要回正的命令下达给驱动装置，驱动装置通过左右两边的差速调整回正，使得施药机保持直线行进。视觉感知系统检测在不到农作物时关闭水泵，并进行转向。本发明专利技术能够有效解决农药利用率低，及因施药造成的环境污染和人畜中毒等问题，降低劳动成本，提高施药效率，扩宽应用场景。扩宽应用场景。扩宽应用场景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器视觉的智能施药机及施药方法


[0001]本专利技术属于农业施药
，涉及一种施药机及施药方法，特别是一种基于机器视觉的智能施药机及施药方法。

技术介绍

[0002]农药是现如今农业生产中使用较为普遍的一种药剂。从作用上看，农药主要用于预防和控制那些可能会危害农、林业的虫害、杂草、病、菌等以及其他有害物对农产品的迫害作用以及能够调节植物或昆虫生长。特别是当前人们对于蔬菜、水果等农资产品的质量越发重视，为了避免农作物遭到虫害、杂草等有害影响，往往都会采用农药喷洒的方式来进行除虫、除草等目的。
[0003]然而，对于大面积的农产品种植，传统的人力手工喷洒农药既费时又费力，并且还伴随着喷洒不均、用量难以控制等问题。对于先进而自动化的农药喷洒机械的研究是十分必要的。经检索，如中国专利文献公开了一种农用农药自动喷洒装置【专利号：ZL 201911356178.9；授权公告号：CN 110876373B】。农用农药自动喷洒装置，涉及农业机械设备的
，包括支撑板、喷洒管和喷洒箱，喷洒管水平且左右朝向设于支撑板的正下方，喷洒管包括若干个波纹管，波纹管之间通过管接头串连在一起，靠两边的管接头为三通接头并在三通接头上安装有竖直朝下的侧喷头，靠中间的管接头为四通接头并在四通接头上安装有水平朝前的延长管，延长管的外伸端安装有竖直朝下的中喷头，喷洒箱通过安装框固定安装在支撑板的上端面，安装框的中部借助加强板均布焊接有连接板，连接板上通过螺栓悬伸安装有悬伸板，悬伸板的悬伸端安装有竖直朝上的电机二，电机二的输出轴上安装有螺旋桨，安装框的后侧焊接有安装条一并在安装条一上安装有增压泵。
[0004]这种农用农药自动喷洒装置虽然减轻了工作量，但是，只适用于大面积集中喷洒，并不能够根据实际需求针对性的来提高农药喷洒的效率和质量。

技术实现思路

[0005]本专利技术的第一个目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种基于机器视觉的智能施药机。
[0006]本专利技术的第一个目的可通过下列技术方案来实现：
[0007]一种基于机器视觉的智能施药机，包括机架、DSP和电池组，其特征在于，
[0008]所述的机架包括顶板、稳定架一和稳定架二，稳定架一和稳定架二均与顶板固定，稳定架一、稳定架二上分别设置有驱动装置一、驱动装置二，驱动装置一包括万向轮轮组一、驱动轮组一和驱动轮组二，驱动装置二包括万向轮轮组二、驱动轮组三和驱动轮组四，驱动轮组一、驱动轮组二、驱动轮组三和驱动轮组四上均设置有轮毂电机，且顶板设置有轮毂控制器；
[0009]所述的顶板上设置有施药装置，施药装置包括药箱盖、药箱和若干水泵、水管、喷头；
[0010]所述的顶板上设置有视觉感知系统，视觉感知系统包括前置摄像头、稳定器、树莓派和两个检测摄像头。
[0011]作为优选，所述的药箱固定在顶板上，药箱具有储药腔，药箱盖螺纹连接在药箱上，稳定架一、稳定架二之间过固定有安装杆，喷头设置在安装杆上，且喷头与药箱之间均通过水管连通，水泵设置在各对应水管上。
[0012]作为优选，所述的前置摄像头安装在药箱上，用于对整个施药机的运行路线的监测，稳定器设置在前置摄像头前，作为标志物用于在保证施药机沿直线行走；检测摄像头分别安置在车架顶板的下表面两侧，用于对农作物的施药点进行识别。
[0013]作为优选，所述的DSP、驱动装置、视觉感知系统、施药装置所需的能源均由电池组提供。
[0014]作为优选，所述的DSP与树莓派每次通讯获取两字节有效数据，第一有效字节为施药机偏离农作物行信息数据，第二有效字节提供打开水泵的信息，两字节共16位，前6位给方向信息，7
‑
8位给转向或者停止信息，9
‑
14位为所需打开电平有效位，两个字节是根据拍照频率和树莓派处理速度一次性给DSP传输16位数据，DSP接收到数据首先初始化，避免上一次信号的干扰，由6个GPIO口输出电平控制24v直流电机驱动器AT8236芯片控制水泵，实现变量施药的功能。
[0015]本专利技术的第二个目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种基于机器视觉的智能施药机的施药方法。
[0016]本专利技术的第二个目的可通过下列技术方案来实现：
[0017]一种基于机器视觉的智能施药机的施药方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0018]步骤1、收集已有病虫害图片，并利用算法对图库进行训练，建立训练好的病虫害模型图库；
[0019]步骤2、轮毂电机工作，驱动施药机以额定速度开始行走；
[0020]步骤3、前置摄像头以一定频率就施肥机前进方向拍摄照片，以稳定器作为参考标志物，在出现偏移时及时修正，保证直线行走；
[0021]步骤4、施药机行进过程中检测摄像头检测农作物是否存在病虫害点，树莓派接收图片与已有训练好的病虫害模型图库对比发出信号，并通过转换线传输给DSP，DSP收到信息后控制施药；
[0022]步骤5、前置摄像头拍摄的图片里不含农作物，且检测摄像头也检测不到农作物时关闭水泵，并延迟1秒开始转向；
[0023]步骤6、施药机施药完成，或电池电量用尽时，施药机关机。
[0024]作为优选，在步骤1中，对于病虫害模型图库的训练包含以下子步骤：
[0025]步骤1a、模型准备，收集病虫害图片，按序号重命名，用labelme标注出病虫害区域并转换源文件，结合json标注文件，得到训练模型需要的各种数据，将生成的数据整理成模型需要的格式；
[0026]步骤1b、模型训练，通过对图像生成候选区域提取特征，判别特征类别并修正候选框位置；MsakRCNN使用Resnet101作为主干特征提取网络，对输入的图像要求是正方形且宽高可以整除26，不足的将会在外侧添加灰色区域；
[0027]步骤1c、模型测试，根据训练好的模型，喂入一张含有农作物图片进行识别，便可
在图片中标出病虫害区域，并输出区域的像素位置。
[0028]作为优选，在步骤5中，树莓派将转向信号发送给DSP，DSP再发送信号给轮毂控制器，对应的轮毂控制器的输出转速由单片机产生pwm波控制Buck电路输出1
‑
4V的电压信号，并将该信号施加于轮毂控制器的转把线上；控制器根据电压信号大小调整输出的三相电流波形用以控制轮毂电机转速；驱动装置一、驱动装置二产生较大差速时即可实现转向，转向完成后驶入下一列农作物中，回到步骤二。
[0029]作为优选，在步骤5中，施药机发出转弯信号处理步骤如下：
[0030]步骤5a、前置摄像头拍摄的照片为BGR三通道的彩色图像，为便于进行颜色判断，将该图片转化为HSV色彩空间，单独提取H通道的值；
[0031]步骤5b、根据是否含有大量农作物颜色为判断依据，将H通道矩阵视为一幅二值图像，在OpenCV中，绿色为H＝60，将每一个像素值的H值设置为60附近的值，优先选取30
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90，并将原来显示为绿色的像素点的值设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的智能施药机，包括机架、DSP(1)和电池组(2)，其特征在于，所述的机架包括顶板(13a)、稳定架一(13b)和稳定架二(13c)，稳定架一(13b)和稳定架二(13c)均与顶板(13a)固定，稳定架一(13b)、稳定架二(13c)上分别设置有驱动装置一、驱动装置二，驱动装置一包括万向轮轮组一(4)、驱动轮组一(5)和驱动轮组二(15)，驱动装置二包括万向轮轮组二(14)、驱动轮组三和驱动轮组四，驱动轮组一(5)、驱动轮组二(15)、驱动轮组三和驱动轮组四上均设置有轮毂电机，且顶板(13a)设置有轮毂控制器(3)；所述的顶板(13a)上设置有施药装置，施药装置包括药箱(10)盖(9)、药箱(10)和若干水泵(11)、水管、喷头(12)；所述的顶板(13a)上设置有视觉感知系统，视觉感知系统包括前置摄像头(6)、稳定器、树莓派(7)和两个检测摄像头(8)。2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的智能施药机，其特征在于，所述的药箱(10)固定在顶板(13a)上，药箱(10)具有储药腔，药箱(10)盖(9)螺纹连接在药箱(10)上，稳定架一(13b)、稳定架二(13c)之间过固定有安装杆，喷头(12)设置在安装杆上，且喷头(12)与药箱(10)之间均通过水管连通，水泵(11)设置在各对应水管上。3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的智能施药机，其特征在于，所述的前置摄像头(6)安装在药箱(10)上，用于对整个施药机的运行路线的监测，稳定器设置在前置摄像头(6)前，作为标志物用于在保证施药机沿直线行走；检测摄像头(8)分别安置在车架(13)顶板(13a)的下表面两侧，用于对农作物的施药点进行识别。4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的智能施药机，其特征在于，所述的DSP(1)、驱动装置、视觉感知系统、施药装置所需的能源均由电池组(2)提供。5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的智能施药机，其特征在于，所述的DSP(1)与树莓派(7)每次通讯获取两字节有效数据，第一有效字节为施药机偏离农作物行信息数据，第二有效字节提供打开水泵(11)的信息，两字节共16位，前6位给方向信息，7
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8位给转向或者停止信息，9
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14位为所需打开电平有效位，两个字节是根据拍照频率和树莓派(7)处理速度一次性给DSP(1)传输16位数据，DSP(1)接收到数据首先初始化，避免上一次信号的干扰，由6个GPIO口输出电平控制24v直流电机驱动器AT8236芯片控制水泵(11)，实现变量施药的功能。6.根据权利要求5所述的一种基于机器视觉的智能施药机的施药方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、收集已有病虫害图片，并利用算法对图库进行训练，建立训练好的病虫害模型图库；步骤2、轮毂电机工作，驱动施药机以额定转速行走；步骤3、前置摄像头(6)一定频率就施肥机前进方向拍摄照片，以稳定器作为参考标志物，在出现偏移时及...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘娜，胡子航，郭鹏飞，马驰岳，孙国志，谢晟东，冉茂豪，姬明月，李毅，
申请(专利权)人：石河子大学，
类型：发明
国别省市：