CN109452253B - 一种用于高射程喷雾机精确对靶喷雾的矢量式末端调整***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于高射程喷雾机精确对靶喷雾的矢量式末端调整***及方法，包括传感器扫描***、矢量式末端调整***、高射程喷雾机和载具。传感器扫描***由图像传感器、激光扫描传感器构成，完成目标识别和施药判断。矢量式末端调整***由舵机扇叶阵列、安装套筒、喷头组和控制电路构成。本***首先由图像传感器判断对靶目标，然后开启激光传感器扫描对靶目标的距离、分布范围和密度，最后由控制电路处理传感器数据，获取树冠表面相对于高射程喷雾机风筒的瞬时空间位置，并调整扇叶使出风方向始终与树冠表面垂直，进而喷洒施药。本发明可实现微分精确对靶，从而显著节省药量，保护环境。本发明可适应不同类型的高射程喷雾机，应用范围广泛。
Description
技术领域
本发明涉及植保机械领域，具体涉及一种用于高射程喷雾机精确对靶喷雾的矢量式末端调整***及方法。
背景技术
传统的对靶施药方式有以下几种：
1、现有喷雾机末端没有任何处理装置，直接向树冠施药，上述方式用药量大，挥发明显，残留严重，且使得农药弥漫在树冠表面和树木周围，造成较大面积化学污染；
2、现有高射程喷雾机所喷风向始终是与其风扇筒的轴线相平行，如图10所示，上述方式喷雾机无法正对树冠的瞬时表面进而也无法调整瞬时的风向变化，无法实现精确对靶，作业效率较低；
3、现有高射程喷雾机采用根据目标的分布密度，通过控制风速来减少施药量，上述方式无法细化喷雾，风速不当时无法保证施药的许用穿透力，施药效果差；
上述方式都无法直接高效解决精确对靶施药问题，且存在施药防治效果差，浪费和污染严重等问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种用于高射程喷雾机精确对靶喷雾的矢量式末端调整***及方法。该方法功能完整，可靠，便于在林间实施作业。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种用于高射程喷雾机精确对靶喷雾的矢量式末端调整***，包括传感器扫描***、矢量式末端调整***、高射程喷雾机和载具；
所述传感器扫描***包括图像传感器、激光扫描传感器、底座和固定架；所述固定架固定安装在载具上的底座上，所述图像传感器和激光扫描传感器分别安装在固定架的前方和后方；
所述矢量式末端调整***包括安装套筒、扇叶、舵机、控制电路、电源和若干电线，所述扇叶由舵机固定并控制，所述舵机固定在安装套筒上，并由控制电路控制，所述控制电路与电源安装在载具上；
所述高射程喷雾机设有喷头、药箱、水泵、电磁阀和输药管；所述输药管的一端通过水泵连接药箱，另一端连接喷头；所述输药管上设有电磁阀并受控于控制电路，以控制药液输送的通断；所述喷头配置电磁阀和输药管；所述控制电路的控制线路接入原高射程喷雾机的控制线路；
所述载具用于牵引高射程喷雾机及实现矢量式末端调整***装置的主体单元实现连续行走和作业。
所述矢量式末端调整***的安装套筒包括上安装套筒、下安装套筒，所述扇叶包括第一扇叶、第二扇叶、第三扇叶、第四扇叶；扇叶的两端分别由舵机固定并控制，所述舵机固定在上安装套筒上，组成扇叶阵列，并通过螺栓连接，由控制电路控制，所述上安装套筒通过螺栓连接安装在风扇筒上。
所述输药管与喷头的进液管相连，喷头至少为6个，固定在喷头安装架，并沿喷头安装架均布。
所述高射程喷雾机包括水平旋转机构和曲柄连杆机构，水平旋转机构使风扇筒实现水平角度变位，曲柄摇杆机构使风扇筒实现一定角度范围的上下摆动。
所述控制电路包括传感器扫描***；所述图像传感器设置在载具顶部，安装在载具顶部底座的固定架上，其位置在激光扫描传感器的前方，面向靶区；所述激光扫描传感器设置在在载具顶部，安装在载具顶部底座的固定架上，其位置在图像传感器的后方。
所述图像传感器通过识别靶区的颜色信号进行识别处理，来判断是否对靶目标，进而控制激光扫描传感器的开关和闭合；所述激光扫描传感器发出和接收激光信号，感应对靶目标区域，控制电路对信号进行处理，计算出末端处理装置与对靶目标之间的瞬时空间位置，通过瞬时空间位置来判断所述矢量式末端调整***是否正对对靶目标范围，以决定输药量和扇叶组所开面积与角度，实现微分控制，所述激光扫描传感器及其传感器控制器受控于控制电路以控制相应输药电磁阀的开和关以及舵机的旋转角度。
本发明还公布了所述的用于高射程喷雾机精确对靶喷雾的矢量式末端调整***的实施方法，包括如下步骤：
1)药液准备：在药箱内事先装好药液，待用；
2)施药过程：高射程喷雾机精确对靶喷雾的矢量式末端调整***就位：通过电机带动曲柄连杆机构使风扇筒复位至载具的侧方，并开启风扇电机；
3)施药模式选择：控制电路根据现场环境和作业时间选择不同的传感器，并根据传感器反馈信号分析，控制相应输药电磁阀的开和关；
4)开始对靶作业：在载具的带动下，高射程喷雾机精确对靶喷雾的矢量式末端调整装置上下摆动并随之匀速前进，当图像传感器判断到达对靶目标位置后，开启激光扫描传感器进行点云扫描，伴随着载具的行进，控制电路根据传感器的反馈信号控制舵机扇叶阵列中各扇叶的角度，位于末端的喷头和舵机扇叶阵列开启，使得风筒吹出的药液不仅精确的落在对靶目标上，而且其风向始终与对靶目标表面保持垂直，达到最好的施药效果；如传感器未检测出对靶目标，则关闭激光扫描传感器、喷头和舵机扇叶阵列；
5)施药结束：高射程喷雾机和末端调整***复位，关闭整体装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明可以根据传感器传输的信号来判断对靶目标的精确位置和外观形状，实现精确对靶。
2、本发明舵机扇叶阵列中的扇叶的数量是可以调整的，理论上扇叶数量和其对靶喷雾的精度是是呈正相关的，可以实现根据目标密度形状分布，实现微分控制喷洒药量，这样不仅可以根据实际工作环境的需要，选择不同的精度的装置进而细化喷雾，而且也可以节约资源，提高经济效应。
3、在工作过程中，一则可以根据是否有对靶目标来决定喷头的开和关，二则喷筒的末端舵机扇叶阵列可以根据实际情况进行调整出风口的面积和风向，保证在伴随着载具的前进，使得风向始终与对靶目标表面保持垂直，如图9所示，达到对树木树冠病虫害进行直接、有效、及时的防治。同时传感器控制器控制实施树木树冠病虫害精确防治，节约农药，降低成本，减少污染。
4、在工作过程中，在当风扇筒在0～70度摆动到任意位置时，可以通过本装置的舵机扇叶阵列的调整，实现上中下中任意风向的局部调整，这样大大提高了对靶喷雾的精度，实现精准喷雾，如图11所示。
5、本发明针对树木树冠时，能连续施药防治病虫害，连续施水施肥，连续喷洒热水和热蒸汽进行树冠热处理，达到了更好的施药效果。
附图说明
图1是本发明整体装置***示意图。
图2是本发明矢量式对靶喷雾末端调整装置完整图。
图3是本发明末端调整和喷头***装置正视图。
图4是本发明矢量式末端调整装置示意图。
图5是本发明末端调整装置内部结构图。
图6是本发明末端调整装置的上安装套筒示意图。
图7是本发明传感器扫描***示意图。
图8是本发明对靶喷雾整体作业示意图。
图9是本发明对靶喷雾风筒出风作业动态过程俯视图：
图(a)是本发明对靶喷雾整体作业的起始位置俯视图；
图(b)(c)(d)(e)依次是本发明对靶喷雾出风作业效果俯视图。
图10是现有对靶喷雾风筒出风作业效果俯视图：
图(a)(b)(c)(d)依次是现有对靶喷雾出风作业效果俯视图。
图11是本发明末端调整装置在任一时刻的微分调整效果右视图：
图(a)(b)(c)依次是本发明装置任意时刻上中下微分调整右视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
一种用于高射程喷雾机精确对靶喷雾的矢量式末端调整***，包括传感器扫描***、矢量式末端调整***、高射程喷雾机和载具。
所述传感器扫描***1包括图像传感器40、激光扫描传感器39、底座37和固定架38；所述固定架38固定安装在载具4上的底座37上，所述图像传感器40和激光扫描传感器39分别安装在固定架38的前方和后方。
所述矢量式末端调整***包括安装套筒、扇叶、舵机34、控制电路2、电源6和若干电线，所述扇叶由舵机34固定并控制，所述舵机固定在安装套筒上，并由控制电路2控制，所述控制电路2与电源6安装在载具7上。
所述高射程喷雾机设有喷头22、药箱16、水泵、电磁阀和输药管；所述输药管的一端通过水泵连接药箱，另一端连接喷头22；所述输药管上设有电磁阀并受控于控制电路2，以控制药液输送的通断；所述喷头配置电磁阀和输药管；所述控制电路的控制线路接入原高射程喷雾机的控制线路。
所述载具7用于牵引高射程喷雾机及实现矢量式末端调整***装置3的主体单元实现连续行走和作业。
所述矢量式末端调整***的安装套筒包括上安装套筒24、下安装套筒25，所述扇叶包括第一扇叶21、第二扇叶20、第三扇叶19、第四扇叶18；扇叶的两端分别由舵机34固定并控制，所述舵机34固定在上安装套筒24上，组成扇叶阵列，并通过螺栓连接，由控制电路2控制，通过控制电路2根据实时所接收的信号来控制舵机34的角度，进而控制扇叶的角度，达到瞬时改变风向的功能；所述上安装套筒24通过螺栓连接安装在风扇筒8上。
实施例中，舵机固定在末端处理舵机架上，组成7*7扇叶组，通过两组7*7扇叶组组成的舵机扇叶阵列，并通过螺栓连接，由芯片控制，当然可以通过增加扇叶的数量来提高其风向精度，所述末端舵机架通过螺栓连接安装在风扇筒上，所述控制电路与电源安装在载具上。
所述输药管与喷头22的进液管相连，喷头22至少为6个，固定在喷头安装架32，并沿喷头安装架32均布。一个喷头配置一个电磁阀和一根输药管；通过控制电路接收的信号，来控制地磁阀的开与关，进而达到控制药液的排量的功能。实施例中的喷头组是外接于高射程喷雾机本身的喷头中，这样既不会对原有结构进行改动，而且也有利于喷头的互换性。
所述高射程喷雾机包括水平旋转机构5和曲柄连杆机构4，水平旋转机构5使风扇筒实现水平角度变位，曲柄摇杆机构使风扇筒8实现0～70度范围的上下摆动。
所述控制电路包括传感器扫描***；所述图像传感器40设置在载具7顶部，安装在载具7顶部底座37的固定架38上，其位置在激光扫描传感器39的前方，面向靶区201；所述激光扫描传感器39设置在在载具7顶部，安装在载具7顶部底座37的固定架38上，其位置在图像传感器40的后方。
所述图像传感器40通过识别靶区201的颜色信号进行识别处理，来判断是否对靶目标，进而控制激光扫描传感器39的开关和闭合；所述激光扫描传感器39发出和接收激光信号，感应对靶目标区域201，控制电路2对信号进行处理，计算出末端处理装置1与对靶目标201之间的瞬时空间位置距离、位置、角度，通过瞬时空间位置距离、位置、角度来判断所述矢量式末端调整***3是否正对对靶目标范围，以决定输药量和扇叶组所开面积与角度，实现微分控制，所述激光扫描传感器39及其传感器控制器受控于控制电路2以控制相应输药电磁阀的开和关以及舵机34的旋转角度。
本发明还公布了所述的用于高射程喷雾机精确对靶喷雾的矢量式末端调整***的实施方法，包括如下步骤：
1)药液准备：在药箱16内事先装好药液，待用；
2)施药过程：高射程喷雾机精确对靶喷雾的矢量式末端调整***3就位：通过电机带动曲柄连杆机构使风扇筒复位至载具的侧方，并开启风扇电机；
3)施药模式选择：控制电路2根据现场环境和作业时间选择不同的传感器，并根据传感器反馈信号分析，控制相应输药电磁阀的开和关；
4)开始对靶作业：在载具7的带动下，高射程喷雾机精确对靶喷雾的矢量式末端调整装置上下摆动并随之匀速前进，当图像传感器40判断到达对靶目标201位置后，开启激光扫描传感器39进行点云扫描，伴随着载具7的行进，控制电路2根据传感器的反馈信号控制舵机扇叶阵列中各扇叶的角度，位于末端的喷头22和舵机扇叶阵列开启，使得风筒吹出的药液不仅精确的落在对靶目标201上，而且其风向始终与对靶目标表面保持垂直，达到最好的施药效果；如传感器未检测出对靶目标，则关闭激光扫描传感器39、喷头22和舵机扇叶阵列；
5)施药结束：高射程喷雾机和末端调整***复位，关闭整体装置。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于高射程喷雾机精确对靶喷雾的矢量式末端调整***，其特征在于：包括传感器扫描***、矢量式末端调整***、高射程喷雾机和载具；
所述传感器扫描***(1)包括图像传感器(40)、激光扫描传感器(39)、底座(37)和固定架(38)；所述固定架(38)固定安装在载具(7)上的底座(37)上，所述图像传感器(40)和激光扫描传感器(39)分别安装在固定架(38)的前方和后方；
所述矢量式末端调整***包括安装套筒、扇叶、舵机(34)、控制电路(2)、电源(6)和若干电线，所述扇叶由舵机(34)固定并控制，所述舵机固定在安装套筒上，并由控制电路(2)控制，所述控制电路(2)与电源(6)安装在载具(7)上；
所述高射程喷雾机设有喷头(22)、药箱(16)、水泵、电磁阀和输药管；所述输药管的一端通过水泵连接药箱，另一端连接喷头(22)；所述输药管上设有电磁阀并受控于控制电路(2)，以控制药液输送的通断；所述喷头配置电磁阀和输药管；所述控制电路的控制线路接入原高射程喷雾机的控制线路；
所述载具(7)用于牵引高射程喷雾机及实现矢量式末端调整***(3)装置的主体单元，实现连续行走和作业；
所述矢量式末端调整***的安装套筒包括上安装套筒(24)、下安装套筒(25)，所述扇叶包括第一扇叶(21)、第二扇叶(20)、第三扇叶(19)、第四扇叶(18)；扇叶的两端分别由舵机(34)固定并控制，所述舵机(34)固定在上安装套筒(24)上，组成扇叶阵列，并通过螺栓连接，由控制电路(2)控制，所述上安装套筒(24)通过螺栓连接安装在风扇筒(8)上；
所述图像传感器(40)通过识别靶区的颜色信号进行识别处理，来判断是否对靶目标，进而控制激光扫描传感器(39)的开关和闭合；所述激光扫描传感器(39)发出和接收激光信号，感应对靶目标(201)区域，控制电路(2)对信号进行处理，计算出末端处理装置与对靶目标(201)之间的瞬时空间位置，通过瞬时空间位置来判断所述矢量式末端调整***(3)是否正对对靶目标范围，以决定输药量和扇叶组所开面积与角度，实现微分控制，所述激光扫描传感器(39)及其传感器控制器受控于控制电路(2)以控制相应输药电磁阀的开和关以及舵机(34)的旋转角度。
2.根据权利要求1所述的用于高射程喷雾机精确对靶喷雾的矢量式末端调整***，其特征在于：所述输药管与喷头(22)的进液管相连，喷头(22)至少为6个，固定在喷头安装架(32)，并沿喷头安装架(32)均布。
3.根据权利要求1所述的用于高射程喷雾机精确对靶喷雾的矢量式末端调整***，其特征在于：所述高射程喷雾机包括水平旋转机构(5)和曲柄连杆机构(4)，水平旋转机构(5)使风扇筒实现水平角度变位，曲柄摇杆机构使风扇筒(8)实现一定角度范围的上下摆动。
4.根据权利要求1所述的用于高射程喷雾机精确对靶喷雾的矢量式末端调整***，其特征在于：所述控制电路包括传感器扫描***；所述图像传感器(40)设置在载具(7)顶部，安装在载具(7)顶部底座(37)的固定架(38)上，其位置在激光扫描传感器(39)的前方，面向靶区；所述激光扫描传感器(39)设置在载具(7)顶部，安装在载具(7)顶部底座(37)的固定架(38)上，其位置在图像传感器(40)的后方。
5.基于权利要求1-4任一项所述的用于高射程喷雾机精确对靶喷雾的矢量式末端调整***的实施方法，其特征在于：包括如下步骤：
药液准备：在药箱(16)内事先装好药液，待用；
施药过程：高射程喷雾机精确对靶喷雾的矢量式末端调整***(3)就位：通过电机带动曲柄连杆机构使风扇筒复位至载具的侧方，并开启风扇电机；
施药模式选择：控制电路(2)根据现场环境和作业时间选择不同的传感器，并根据传感器反馈信号分析，控制相应输药电磁阀的开和关；
开始对靶作业：在载具(7)的带动下，高射程喷雾机精确对靶喷雾的矢量式末端调整装置上下摆动并随之匀速前进，当图像传感器(40)判断到达对靶目标(201)位置后，开启激光扫描传感器(39)进行点云扫描，伴随着载具(7)的行进，控制电路(2)根据传感器的反馈信号控制舵机扇叶阵列中各扇叶的角度，位于末端的喷头(22)和舵机扇叶阵列开启，使得风筒吹出的药液不仅精确的落在对靶目标(201)上，而且其风向始终与对靶目标表面保持垂直，达到最好的施药效果；如传感器未检测出对靶目标，则关闭激光扫描传感器(39)、喷头(22)和舵机扇叶阵列；
施药结束：高射程喷雾机和末端调整***复位，关闭整体装置。
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2019
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