【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及农业植物处理领域，且更具体地涉及一种用于使用高精度和高分辨率点状喷洒进行选择性施用的方法。
技术介绍
1、点状喷洒是将液体的液滴施用在特定及预定位置上的能力。这种方法近来已成为农业中大幅减少杀虫剂的量的一种方式。实际上，在农业中施用化学品在目前是利用喷嘴以连续操作的方式来完成的。喷嘴轨迹上的每个物体都被喷洒。尽管调制技术(诸如，利用pwm的喷嘴流量控制)可以促成剂量减少和优化，但它们并不能从根本上改变使用无目标性施用的标准喷洒器的问题。将化学品喷洒到各处是低效的过程，从而导致成本更高、土壤和植物中的化学残留物更高、对生物多样性的损害、由于植物毒性所致的对作物产量的损害、待运输的水的量更高等。
2、对于点状喷洒，喷嘴配备有可以非常快速地打开/关闭流量的机电控制阀。默认情况下，流量是关闭的，并且只有当将要喷洒目标时才打开。这允许大幅减少化学品，且因此降低成本。化学残留物得以有力地减少，以及水和土壤污染及对生物多样性的损害也得以有力地减少。最后，当对作物进行少量喷洒时，由于有限选择性所致的植物毒性得以有力地降低，从而导致作物植物更健康且具有更好的抗虫性，由此导致作物产量更高。
3、在任何喷洒应用中，无论是连续喷洒还是点状喷洒，都必须控制两个关键参数以保证施用的效果。第一个是液滴的尺寸，它对液体与目标相互作用的方式具有根本性的影响。对于植物上的大多数应用，所期望的效果是植物叶子吸收液体(或者更准确地说，吸收由运输液体(普遍为水)携带的活性分子)。为了获得良好的吸收，液滴必须具有受控制的尺寸。太小，它
4、两个参数影响液滴尺寸：喷洒的压力(越高，则液体所具有的速度越快，并且液滴越成碎片且越小)和喷嘴的几何形状(发散角、喷洒样式形状、流速、喷嘴出口几何形状等)。通常，这些参数不能动态地改变，因为喷嘴是机加工的和固定的：发散角和流速是固定的，并且仅受压力影响。压力通常是恒定的，并固定到产生理想液滴尺寸的值。通常可以在机器上更换喷嘴，以适应具有各种液滴尺寸和施用速率的各种应用。为此，已开发了具有在几种不同喷嘴之间进行手动或自动切换的系统。但这些更换通常是从一块田地到另一块田地、或从一种作物到另一种作物、或从一种施用种类到另一种施用种类(除草剂、杀菌剂等)来完成的，但在田间操作期间，喷嘴是固定的。
5、在常规的农业喷洒应用中，喷嘴放置在喷洒杆上，该喷洒杆正交于其上安装有喷洒杆的车辆的位移方向并且平行于待喷洒的表面而对准。喷嘴以发散的喷洒角为特征，以便将液体均匀地施用在待喷洒的表面上，该表面通常是土地，但它也可以是竖直植物的横向散开的叶子。喷嘴通常彼此分开均匀的节距距离。它们的发散射流将允许将液体施用在给定表面上，这取决于从喷嘴到目标的距离(通常是从喷嘴到土地或植物的高度距离)。
6、通常，选择该高度，使得施用宽度对应于喷嘴到喷嘴的距离，从而导致没有射流重叠并且没有遗漏区。但施用距离(通常是高度)也可以增加，并且在这种情况下，相邻喷嘴射流将重叠。因此，每单位面积的施用剂量不仅取决于每个喷嘴的流速，而且还取决于由喷嘴到喷嘴节距距离给出的每单位长度的喷嘴密度。高度将影响重叠，但不影响剂量。显然，剂量也将与车辆的速度成反比。
7、控制每单位面积的施用液体对于施用效率具有根本的重要性。对于具有恒定和固定的喷嘴流量以及固定的喷嘴到喷嘴距离的喷洒构型，唯一剩下的控制参数便是车辆的速度了。在实践中，当农民想要修改每单位面积的施用剂量时，这是优选的控制参数。实际上，他不能轻易地更换喷嘴，也不能改变它们在喷洒杆上的密度(喷嘴到喷嘴节距距离)、服务压力、混合物的推荐的施用速率。他还可以在活性成分的稀释方面发挥一点作用，但要在化学制造商和操作条件(温度和湿度)指定的裕度内。
8、几十年前，对喷洒器引入了脉宽调制(pwm)，以允许进行更好的剂量控制。在该技术中，机电致动阀放置在每个喷嘴前面，从而快速打开/关闭其流量。射流的占空比(在总持续时间内射流打开的持续时间)可以从最小水平变化到完全喷嘴打开，以便修改平均施用的喷嘴流速。为了得到均匀的施用，该过程必须以相对高的换向频率发生，限制是机电控制的阀的打开和关闭速度。该技术允许随意具有另一个参数以独立于喷洒器速度来控制流速且因此控制每单位面积的剂量。这已是可能的，例如考虑到喷洒器的u型转弯的半径以减少喷洒杆内侧上的流量并增加外侧上的流量，从而保持整块土地上的均匀的施用速率。
9、与上述常规的喷洒应用(其中液体以均匀的方式施用到各处，并且其中所有喷嘴都一起喷洒)形成对比，在点状喷洒应用中，液体仅施用在一些所识别的目标上，这些目标可以是植物的一部分、完整的植物、一组植物、或土地的一部分、或其他物体。为此，为了以高精度控制产品的施用位置，系统必须将喷嘴定位在确切位置处，并执行非常短的喷洒操作，这是具有给定持续时间的脉冲，该持续时间影响施用剂量。如果射流发散(在期望小液滴的情况下是这种情况)，则发散角、到目标的距离和喷嘴样式的形状将决定喷洒点的大小及其形状。将喷嘴放置在目标附近将产生小的点，但每单位面积的剂量高。将喷嘴放置在较大的距离处将产生较大的点，但每单位面积的剂量更低。
10、如果机器正在移动，则该移动将修改每单位面积的施用剂量。例如，让我们考虑5x5cm的正方形喷洒样式和25ms的喷洒脉冲持续时间。如果机器以2m/s移动，则正方形将不再是正方形，因为喷洒将在脉冲的25ms期间移动5cm。点将测得为5x 10cm，且因此每单位面积的剂量将平均而言除以二。移动的另一个影响是：考虑到流从喷嘴飞行到目标所需的时间，喷嘴必须在竖直地经过目标之前被打开。这个时间将等同于喷洒距离除以射流速度。在喷嘴竖直地经过其目标之前，必须使用相同的时间量以预期喷嘴的打开。由于车辆移动所致，这个时间转化为预期的距离，该距离等于时间乘以车辆速度。
11、为了精确地定位喷嘴以进行喷洒，控制其横向和纵向位置是必要的。沿纵向方向(与车辆的移动对准的方向)，喷洒动作的位置将仅由图像采集(从中识别目标的位置)与喷洒之间的正确定时来确定。在知道车辆的速度的情况下，通过控制射流打开的确切时刻，人们确切地控制其位置。可通过横向移动喷嘴来控制横向定位。在实践中，实现这一点是复杂的，并且固定、密集喷嘴的阵列是优选的。两个相邻喷嘴之间的节距或距离是重要的，因为它将限定射流的可能的离散位置。它们的参考土地或植物的定位精度可以比节距高得多，但射流的可能位置将由喷嘴沿着喷洒杆的放置来限定。显然，节距越小，对射流横向位置的控制就越好。
12、简而言之，每单位面积的施用液体的剂量控制或量对于任何喷洒应用都是重要的。在常规的喷洒器中，在喷嘴横向密度、流速和压力固定的情况下，剂量可以仅由喷嘴在土地之上的速度来控制。添加对喷嘴流量的pwm控制允许独立于车辆速度来控制剂量。对于点状喷洒，还有两个参数影响剂量。第一个是脉冲(impulsion)打开的持续时间，且本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种利用农业喷洒车辆来选择性地喷洒耕作的田地(10)的区域的方法，所述农业喷洒车辆包括喷洒设备(200)，所述喷洒设备具有：至少一个成像系统(210)；至少一个尾随的喷洒杆(300)，所述喷洒杆在操作时沿着与所述农业喷洒车辆的方向垂直的方向对准，所述喷洒杆包括多个机电喷嘴(310)，所述多个机电喷嘴彼此间隔开恒定的节距距离并且被构造成选择性地喷洒所述区域，并且所述多个机电喷嘴包括对应的多个喷嘴(314)和对应的多个机电阀(312)，所述农业喷洒设备(200)进一步包括：罐和压力系统(230)；以及包括处理单元的控制单元(220)，所述控制单元用以控制每个机电喷嘴(310)的所述机电阀(312)，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，限定所述待喷洒的植物(14)的框沿所有方向径向扩展一距离(52)以确定待喷洒的扩展区(50)，从而确保即使在所述(多个)选定喷嘴的横向位置方面或在所述(多个)喷嘴的打开和关闭时刻方面存在不精确性的情况下也将正确地喷洒对应的植物(14)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，限定所述待喷洒的植物(14)的框沿所有
4.根据前一项权利要求所述的方法，其中，所述扩展区(50)或减小区的横向相对侧被减小了与所述横向射流移位距离对应的距离(54、55)以确定横向减小的喷洒区(56)，从而确保横向射流发散度不会引起所述喷洒样式落在对应于所述待喷洒的植物(14)的径向扩展区(50)或减小区之外。
5.根据前一项权利要求所述的方法，其中，计算围绕已被所述至少一个成像系统(210)识别为不应喷洒的植物(12)的植物的缓冲区(57)，其中，所述缓冲区(57)对减小的喷洒区(56)的一部分进行裁剪以确定进一步减小的喷洒区(58)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述控制单元(220)根据以下各者来选择并打开机电喷嘴(310)的一个或多个机电阀(312)：
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述多个机电喷嘴(310)的所述机电阀(312)被控制为打开喷洒用喷嘴以根据以下构型中的任一者来施用范围为从总剂量的25％至100％的剂量量：
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，对所述(多个)对应喷嘴的所述一个或多个机电阀(312)的选择和打开与PWM组合以打开所述(多个)喷嘴，以便进一步调制喷洒剂量，从而以便提高每单位面积的总施用量的精度。
9.根据前一项权利要求所述的方法，其中，对所述(多个)对应喷嘴的所述一个或多个机电阀(312)的选择和打开在连续PWM脉冲之间周期性地改变，以便获得具有改进的施用均匀性的交错的点状喷洒样式。
10.根据前一项权利要求所述的方法，其中，两个相邻喷嘴中的一个在第一PWM脉冲期间打开，而所述两个相邻喷嘴中的另一个在第二PWM脉冲期间打开。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述喷洒设备(200)包括彼此平行布置的至少两个喷洒杆(302、304)，每个喷洒杆(302、304)包括多个机电喷嘴(310)，其中，每个所述喷洒杆的所述多个喷嘴(314)彼此间隔开恒定的节距距离，并且其中，一个喷洒杆(302)从另一喷洒杆(304)横向移位的距离等于所述节距距离的一半。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述喷洒设备(200)包括彼此平行布置的至少三个喷洒杆，每个喷洒杆包括多个机电喷嘴(310)，其中，每个喷洒杆的所述多个喷嘴(314)彼此间隔开恒定的节距距离，并且其中，一个喷洒杆从另外两个喷洒杆中的一个横向移位的距离等于所述节距距离的三分之一，同时所述一个喷洒杆从所述另外两个喷洒杆中的另一个横向移位的距离等于所述节距距离的三分之二。
13.一种利用农业喷洒车辆来选择性地喷洒耕作的田地(10)的区域的方法，所述农业喷洒车辆包括喷洒设备(200)，所述喷洒设备具有：至少一个成像系统(210)；彼此平行布置的至少两个喷洒杆(302、304)，每个喷洒杆(302、304)包括多个机电喷嘴(310)，所述多个机电喷嘴包括对应的多个喷嘴(314)和对应的多个机电阀(312)，其中，每个喷洒杆的所述多个喷嘴(314)彼此间隔开恒定的节距距离，并且其中，一个喷洒杆(302)从另一喷洒杆(304)横向移位的距离等于所述节距距离的一半，所述农业喷洒设备(200)进一步包括：每喷洒杆的罐和压力系统(2...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种利用农业喷洒车辆来选择性地喷洒耕作的田地(10)的区域的方法，所述农业喷洒车辆包括喷洒设备(200)，所述喷洒设备具有：至少一个成像系统(210)；至少一个尾随的喷洒杆(300)，所述喷洒杆在操作时沿着与所述农业喷洒车辆的方向垂直的方向对准，所述喷洒杆包括多个机电喷嘴(310)，所述多个机电喷嘴彼此间隔开恒定的节距距离并且被构造成选择性地喷洒所述区域，并且所述多个机电喷嘴包括对应的多个喷嘴(314)和对应的多个机电阀(312)，所述农业喷洒设备(200)进一步包括：罐和压力系统(230)；以及包括处理单元的控制单元(220)，所述控制单元用以控制每个机电喷嘴(310)的所述机电阀(312)，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，限定所述待喷洒的植物(14)的框沿所有方向径向扩展一距离(52)以确定待喷洒的扩展区(50)，从而确保即使在所述(多个)选定喷嘴的横向位置方面或在所述(多个)喷嘴的打开和关闭时刻方面存在不精确性的情况下也将正确地喷洒对应的植物(14)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，限定所述待喷洒的植物(14)的框沿所有方向径向减小一距离以确定待喷洒的减小区，从而确保即使在所述(多个)选定喷嘴的横向位置方面或在所述(多个)喷嘴的打开和关闭时刻方面存在不精确性的情况下所述喷洒样式也被控制在待喷洒的对应的植物(14)内部。
4.根据前一项权利要求所述的方法，其中，所述扩展区(50)或减小区的横向相对侧被减小了与所述横向射流移位距离对应的距离(54、55)以确定横向减小的喷洒区(56)，从而确保横向射流发散度不会引起所述喷洒样式落在对应于所述待喷洒的植物(14)的径向扩展区(50)或减小区之外。
5.根据前一项权利要求所述的方法，其中，计算围绕已被所述至少一个成像系统(210)识别为不应喷洒的植物(12)的植物的缓冲区(57)，其中，所述缓冲区(57)对减小的喷洒区(56)的一部分进行裁剪以确定进一步减小的喷洒区(58)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述控制单元(220)根据以下各者来选择并打开机电喷嘴(310)的一个或多个机电阀(312)：
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述多个机电喷嘴(310)的所述机电阀(312)被控制为打开喷洒用喷嘴以根据以下构型中的任一者来施用范围为从总剂量的25％至100％的剂量量：
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，对所述(多个)对应喷嘴的所述一个或多个机电阀(312)的选择和打开与pwm组合以打开所述(多个)喷嘴，以便进一步调制喷洒剂量，从而以便提高每单位面积的总施用量的精度。
9.根据前一项权利要求所述的方法，其中，对所述(多个)对应喷嘴的所述一个或多个机电阀(312)的选择和打开在连续pwm脉冲之间周期性地改变，以便获得具有改进的施用均匀性的交错的点状喷洒样式。
10.根据前一项权利要求所述的方法，其中，两个相邻喷嘴中的一个在第一pwm脉冲期间打开，而所述两个相邻喷嘴中的另一个在第二pwm脉冲期间打开。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述喷洒设备(200)包括彼此平行布置的至少两个喷洒杆(302、304)，每个喷洒杆(302、304)包括多个机电喷嘴(310)，其中，每个所述喷洒杆的所述多个喷嘴(314)彼此间隔开恒定的节距距离，并且其中，一个喷洒杆(302)从另一喷洒杆(304)横向移位的距离等于所述节距距离的一半。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述喷洒设备(200)包括彼此平行布置的至少三个喷洒杆，每个喷洒杆包括多个机电喷嘴(310)，其中，每个喷洒杆的所述多个喷嘴(314)彼此间隔开恒定的节距距离，并且其中，一个喷洒杆从另外两个喷洒杆中的一个横向移位的距离等于所述节距距离的三分之一，同时所述一个喷洒杆从所述另外两个喷洒杆中的另一个横向移位的距离等于所述节距距离的三分之二。
13.一种利用农业喷洒车辆来选择性地喷洒耕作的田地(10)的区域的方法，所述农业喷洒车辆包括喷洒设备(200)，所述喷洒设备具有：至少一个成像系统(210)；彼此平行布置的至少两个喷洒杆(302、304)，每个喷洒杆(302、304)包括多个机电喷嘴(310)，所述多个机电...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·谭纳，
申请(专利权)人：益高环保机器人股份公司，
类型：发明
国别省市：
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