CN113925036A - 一种基于机器视觉精准自动施药装置 - Google Patents

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周俊博
汪洋
牛明珉
赵婷婷
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Abstract

本发明专利公开了一种基于机器视觉精准自动施药装置，涉及到农业施药领域，包括导航装置、四轮底盘装置、控制器、电源箱、施药装置，导航装置用于对道路情况进行识别，并将获得信息传递给控制器，控制器对信息进行处理，并将控制命令传递给四轮底盘装置，四轮底盘装置上安装有施药装置，施药装置的相机对秧苗信息进行采集，将秧苗的位置信息发送给控制器，控制器控制施药装置的运动装置将喷雾器定位到秧苗正上方的适当位置，同时喷雾器工作对秧苗进行施药，针对施药利用率低，环境污染大的问题，本装置有效地避免了环境的污染与药物的浪费，实现对作物的精准施药。

Description

一种基于机器视觉精准自动施药装置
技术领域
本发明涉及到农业施药领域，具体涉及一种基于机器视觉的精准施药装置
背景技术
秧苗的施药是农业种植中的重要环节，传统的施药主要是依赖于人工完成，或是采用无人机等设备完成，在施药过程中是统一均匀性施药，为了保证目标区域喷洒足够接受足够多的农药量，采用全面喷洒过量的农药方式，因此在很大程度上造成了药物的浪费，同时对土地造成很大程度的污染，生产的瓜果蔬菜也容易造成农药含量超标，不仅造成了生态平衡的破坏，同时也对人体造成了危害，因此需要一种精准的施药装置，只针对目标秧苗施药，避免了对环境的污染，同时有效地降低农药残留量和降低生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种精准施药的装置，可以代替人工完成施药工作，同时可以精准定位到待施药作物上，对作物实现精准施药，有效地避免了由于统一施药和过量施药造成的环境污染问题以及降低了农药的残留量和生产成本。
为了实现上述目的，本大明提供以下技术方案：一种基于机器视觉的精准施药装置其特征在于包括导航装置、四轮底盘装置、控制器、电源箱、施药装置；
所述导航装置1安装在四轮底盘装置2的正前方，导航装置1由深度相机101、深度相机安装架102组成，深度相机101固定在深度相机安装架102上，同时深度相机安装架102安装在四轮底盘装置2上，深度相机101获取前方道路的图像，并将获取的信息传递给控制器3，控制器3对获取的彩色图像进行处理，并结合最小二乘法拟合出航线，并将控制命令传递个底盘装置2实现车辆的自主导航；
所述的四轮底盘装置2由上层安装板201，转向电机202，支撑架A203，传动皮带A204，皮带轮205，驱动轴206，支撑架B207，驱动电机208，支撑架C209，前安装架A201，小齿轮211，齿条212，前安装架B213，支撑架C214，转向杆215组成，前梁216，后梁217组成；支撑架C209与支撑架D214安装在前梁216上，自己支撑架A203，支撑架B207安装在后梁217，上层安装板201安装在支撑架A203，支撑架B207，支撑架C209，支撑架D214上，转向电机202安装在上层安装板201的正前方，并且在电机上轴上安装有小齿轮211，小齿轮211与齿条212啮合，齿条212安装在转向杆215上，转动杆215安装在前安装架A210与前安装架B213上，前安装架A210与前安装架B213安装在上层安装板201上，转向电机202转动，带动小齿轮212，从而使得与之啮合的齿条212平动，齿条212的运动带动转向杆运动最终实现前轮的的转向，驱动电机208安装在后梁217上，并通过皮带204带动安装在驱动轴206上的皮带轮205，皮带轮205的运动带动驱动轴206运动，后轮与驱动轴连接，最终实现后轮驱动，从而使得四轮底盘装置2运动；
所述的施药装置5主要由移动载板501，Z方向丝杠滑台502，Z方向安装板A503，Z方向安装板B504，气缸A505，T形块506，气缸B507，Z方向安装板C508，喷雾器推杆509，喷雾器510，定位相机511，定位相机安装板512，X方向滑台A513，X方向滑台B514，Y方向丝杠515，Y方向滑台516，Z方向丝杠517，导轨滑块518，直线导轨519，X方向丝杠A520，X方向丝杠B521组成，X方向滑台A513与X方向滑台B514分别安装在X方向丝杠A520与X方向丝杠B521上，Y方向丝杠515的两端固定在X方向滑台A513与X方向滑台B514上，Y方向滑台516安装在Y方向丝杠515上，同时Y方向滑台516上安装有移动载板501，移动载板501上安装有Z方向安装板A503上，Z方向丝杠517安装在Z方向安装板A503上面，而Z方向丝杠滑台502则安装在Z方向丝杠517上，同时Z方向安装板B504固定在Z方向丝杠滑台502上，在Z方向安装板B504上安装有直线导轨519与导轨滑块518，导轨滑块518可以在直线导轨519上移动，Z方向安装板C508安装在导轨滑块518上，气缸A505安装在Z方向安装板B504的正上方，气缸B507安装在Z方向安装板C508的正上方，喷雾器510安装在Z方向安装板C508上，同时喷雾器510上安装有喷雾器推杆509，T形块506安装在Z方向安装板C508上，T形块506与气缸A505通过销钉连接在一起，气缸B507与喷雾器推杆509连接在一起，喷雾器推杆509安装在喷雾器510上，定位相机511安装在定位相机安装板512前方，定位相机安装板512固定在上层安装板201上，定位相机511获取到位于上层安装板201下方的秧苗的信息，并将信息传递给控制器3；
所述导航装置1、四轮底盘装置2、控制器3、施药装置5所需的能源均由电源箱4提供。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
(1)此装置借助机器视觉实现自动导航；
(2)此装置可以实现对作物的精准施药；
(3)有效地避免了过量施药；
(4)此装置有多级运动结构可以针对不同生长周期与作物调整喷雾器的高度，增强施药效果；
(5)有效地降低了生产成本；
(6)减少了农作物的农药残留量与减少了对土地的环境污染。
附图说明
图1是装置的总体结构示意图；
图2是施药装置的结构图；
图3是施药装置运动结构部分示意图；
图4是四轮底盘装置的总体结构示意图；
图5是四轮底盘装置的内部结构示意图。
图中标号名称：导航装置；2、四轮底盘装置；3、控制器；4、电源箱；5、施药装置；101、深度相机；102、深度相机安装架；201、上层安装板；202、转向机；203、支撑架A；204、传动皮带A；205、皮带轮；206、驱动轴；207、支撑架B；208、驱动电机；209、支撑架C；210、前安装架A；211、小齿轮；212、齿条；213、前安装架B；214、支撑架C；215、转向杆；501、Z方向移动载板；502、Z方向丝杠滑台；503、Z方向安装板A；504、Z方向安装板B；505气缸A；506、T形块；507、气缸B；508、Z方向安装板C；509、喷雾器推杆；510、喷雾器；511、定位相机；512、定位相机安装板；513、X方向滑台A；514、X方向滑台B；515、Y方向丝杠A；516、Y方向滑台；517、Y方向气缸固定板；518、导轨滑块；519、直线导轨；520、X方向丝杠A；521、X方向丝杠B。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本保护的范围。
实施例1：请参阅图1至图5，本发明提供一种技术方案，一种基于机器视觉精准自动施药装置，其特征在于：包括导航装置1、四轮底盘装置2、控制器3、电源箱4、施药装置5；
所述导航装置1安装在四轮底盘装置2的正前方，导航装置1由深度相机101、深度相机安装架102组成，深度相机101固定在深度相机安装架102上，同时深度相机安装架102安装在四轮底盘装置2上，深度相机101获取前方道路的图像，并将获取的信息传递给控制器3，控制器3对获取的彩色图像进行处理，并结合最小二乘法拟合出航线，并将控制命令传递个底盘装置2实现车辆的自主导航；
所述的四轮底盘装置2由上层安装板201，转向电机202，支撑架A203，传动皮带A204，皮带轮205，驱动轴206，支撑架B207，驱动电机208，支撑架C209，前安装架A210，小齿轮211，齿条212，前安装架B213，支撑架C214，转向杆215组成，前梁216，后梁217组成；上层安装板201通过，支撑架A203，支撑架B207，支撑架C209与支撑架D214安装在前梁216，后梁217上，上层安装板201上安装有导航装置1、控制器3、电源箱4、施药装置5，同时转向电机202也安装在上层安装板201上，转向电机的前端装有小齿轮211，小齿轮211又和齿条212啮合，齿条212通过螺纹安装在转向杆215上，通过齿条212的运动带动转向杆215运动，转动杆215安装在前安装架A210与前安装架B213上，前安装架A210与前安装架B213安装在上层安装板201上，同时转动杆215与前轮连接，通过转向杆的摆动实现前轮的转向，驱动电机208安装在后梁217上，并通过皮带204带动安装在驱动轴206上的皮带轮205，皮带轮205与驱动轴206连接在一起，后轮与驱动轴连接，驱动电机208通过皮带204和皮带轮205带动驱动轴206运动，最终实现后轮驱动，从而使得四轮底盘装置2运动；
所述的施药装置5主要由移动载板501，Z方向丝杠滑台502，Z方向安装板A503，Z方向安装板B504，气缸A505，T形块506，气缸B507，Z方向安装板C508，喷雾器推杆509，喷雾器510，定位相机511，定位相机安装板512，X方向滑台A513，X方向滑台B514，Y方向丝杠515，Y方向滑台516，Z方向丝杠517，导轨滑块518，直线导轨519，X方向丝杠A520，X方向丝杠B521组成，X方向滑台A513与X方向滑台B514分别安装在X方向丝杠A520与X方向丝杠B521上，Y方向丝杠515的两端固定在X方向滑台A513与X方向滑台B514上，Y方向滑台516安装在Y方向丝杠515上，同时Y方向滑台516上安装有移动载板501，移动载板501上安装有Z方向安装板A503上，Z方向丝杠517安装在Z方向安装板A503上面，而Z方向丝杠滑台502则安装在Z方向丝杠517上，同时Z方向安装板B504固定在Z方向丝杠滑台502上，在Z方向安装板B504上安装有直线导轨519与导轨滑块518，导轨滑块518可以在直线导轨519上移动，Z方向安装板C508安装在导轨滑块518上，气缸A505安装在Z方向安装板B504的正上方，气缸B507安装在Z方向安装板C508的正上方，喷雾器510安装在Z方向安装板C508上，同时喷雾器510上安装有喷雾器推杆509，T形块506安装在Z方向安装板C508上，T形块506与气缸A505通过销钉连接在一起，气缸B507与喷雾器推杆509连接在一起，定位相机511安装在定位相机安装板512前方，定位相机安装板512固定在上层安装板201上，定位相机511获取到位于上层安装板201下方的秧苗的信息，并将信息传递给控制器3，控制器3获取秧苗的坐标位置，并控制X方向丝杠A520与X方向丝杠B521上转动，进而实现X方向滑台A513，X方向滑台B514运动，与此同时控制器3控制Y方向丝杠515转动，进一步的使得Y方向滑台516平动，最终将喷雾器510定位到待施药秧苗的正上方，为了配合不同秧苗的高度，Z方向丝杠517转动从而带动Z方向丝杠滑台502运动，实现了Z方向的一级运动，气缸A505运动，通过T形块506推动Z方向安装板C508在直线导轨519上运动，从而可以实现在z方向上的二级运动，喷雾器510距离秧苗合适的高度的时候，气缸B507推动喷雾器推杆509使得药液从喷雾器510的雾化喷头中喷出，当完成一颗秧苗的施药后，气缸A505回返带动Z方向安装板C508回到原高度，同时Y方向丝杠515运动，定位到同一行不同列的下一颗秧苗，气缸A505推动Z方向安装板C508运动，定位适当位置，气缸B507再一次推动喷雾器推杆509使得药液从喷雾器510的雾化喷头中喷出完成秧苗的施药工作，当一行的秧苗完成施药工作之后，X方向丝杠A520，X方向丝杠B运动，将喷雾器510定位到下一行，从而完成一块上层安装板201下方的秧苗施药工作，当完成目标区域的所有秧苗施药工作之后，四轮底盘装置2向前运动开始下一目标区域的施药工作；
所述导航装置1、四轮底盘装置2、控制器3、施药装置5所需的能源均由电源箱4提供。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种基于机器视觉精准自动施药装置，其特征在于：包括导航装置(1)、四轮底盘装置(2)、控制器(3)、电源箱(4)、施药装置(5)；
所述导航装置(1)安装在四轮底盘装置(2)的正前方，导航装置(1)由深度相机(101)、深度相机安装架(102)组成，深度相机(101)固定在深度相机安装架(102)上，同时深度相机安装架(102)安装在四轮底盘装置(2)上，深度相机(101)获取前方道路的图像，并将获取的信息传递给控制器(3)，控制器(3)对获取的彩色图像进行处理，并结合最小二乘法拟合出航线，并将控制命令传递个底盘装置(2)实现车辆的自主导航；
所述的四轮底盘装置(2)由上层安装板(201)，转向电机(202)，支撑架A(203)，传动皮带A(204)，皮带轮(205)，驱动轴(206)，支撑架B(207)，驱动电机(208)，支撑架C(209)，前安装架A(201)，小齿轮(211)，齿条(212)，前安装架B(213)，支撑架C(214)，转向杆(215)组成，前梁(216)，后梁(217)组成，支撑架C(209)与支撑架D(214)安装在前梁(216)上，自己支撑架A(203)，支撑架B(207)安装在后梁(217)，上层安装板(201)安装在支撑架A(203)，支撑架B(207)，支撑架C(209)，支撑架D(214)上，转向电机(202)安装在上层安装板(201)的正前方，并且在电机上轴上安装有小齿轮(211)，小齿轮(211)与齿条(212)啮合，齿条(212)安装在转向杆(215)上，转动杆(215)安装在前安装架A(210)与前安装架B(213)上，前安装架A(210)与前安装架B(213)安装在上层安装板(201)上，转向电机(202)转动，带动小齿轮(212)，从而使得与之啮合的齿条(212)平动，齿条(212)的运动带动转向杆运动最终实现前轮的的转向，驱动电机(208)安装在后梁(217)上，并通过皮带(204)带动安装在驱动轴(206)上的皮带轮(205)，皮带轮(205)的运动带动驱动轴(206)运动，后轮与驱动轴连接，最终实现后轮驱动，从而使得四轮底盘装置(2)运动；
所述的施药装置(5)主要由移动载板(501)，Z方向丝杠滑台(502)，Z方向安装板A(503)，Z方向安装板B(504)，气缸A(505)，T形块(506)，气缸B(507)，Z方向安装板C(508)，喷雾器推杆(509)，喷雾器(510)，定位相机(511)，定位相机安装板(512)，X方向滑台A(513)，X方向滑台B(514)，Y方向丝杠(515)，Y方向滑台(516)，Z方向丝杠(517)，导轨滑块(518)，直线导轨(519)，X方向丝杠A(520)，X方向丝杠B(521)组成，X方向滑台A(513)与X方向滑台B(514)分别安装在X方向丝杠A(520)与X方向丝杠B(521)上，Y方向丝杠(515)的两端固定在X方向滑台A(513)与X方向滑台B(514)上，Y方向滑台(516)安装在Y方向丝杠(515)上，同时Y方向滑台(516)上安装有移动载板(501)，移动载板(501)上安装有Z方向安装板A(503)上，Z方向丝杠(517)安装在Z方向安装板A(503)上面，而Z方向丝杠滑台(502)则安装在Z方向丝杠(517)上，同时Z方向安装板B(504)固定在Z方向丝杠滑台(502)上，在Z方向安装板B(504)上安装有直线导轨(519)与导轨滑块(518)，导轨滑块(518)可以在直线导轨(519)上移动，Z方向安装板C(508)安装在导轨滑块(518)上，气缸A(505)安装在Z方向安装板B(504)的正上方，气缸B(507)安装在Z方向安装板C(508)的正上方，喷雾器(510)安装在Z方向安装板C(508)上，同时喷雾器(510)上安装有喷雾器推杆(509)，T形块(506)安装在Z方向安装板C(508)上，T形块(506)与气缸A(505)通过销钉连接在一起，气缸B(507)与喷雾器推杆(509)连接在一起，喷雾器推杆(509)安装在喷雾器(510)上，定位相机(511)安装在定位相机安装板(512)前方，定位相机安装板(512)固定在上层安装板(201)上，定位相机(511)获取到位于上层安装板(201)下方的秧苗的信息，并将信息传递给控制器(3)；
所述导航装置(1)、四轮底盘装置(2)、控制器(3)、施药装置(5)所需的能源均由电源箱(4)提供。
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