基于图像处理的智能喷药方法及喷药机器人的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于图像处理的智能喷药方法和基于图像处理的喷药机器人；本发明能正确的辨别特定的作物和杂草，并根据需要喷药的作物和杂草分布状况进行定点对靶喷药，即：对杂草进行喷洒除草剂，对作物喷洒相应的除虫剂等药物，从而实现人工无干扰下的智能喷药；同时本发明加入无线视频传输，工作人员能够通过手持监控器对喷药机器人进行监视和控制；因此，本发明所述的智能喷药机器人不仅降低了工作人员的劳动强度和喷药成本，也降低了农药的用量，减少了土壤环境下的农药残留，对于提高我国农业喷药智能化、现代化、加快农业精准化具有不可估量的意义。
【专利说明】基于图像处理的智能喷药方法及喷药机器人
【技术领域】
[0001]本发明属于农业机械领域，具体涉及喷药方法，特别涉及一种基于图像处理的智能喷药方法，还涉及一种基于图像处理的喷药机器人。
【背景技术】
[0002]当前我国常见的喷药反式为由工作人员背负机械式或电动式喷药机对某一区域需要除草的田地或者植物进行大面积喷洒，这种方式存在很多缺点:1、喷药效率低，使得农民投入加大；这是因为需要对区域的所有植物包括杂草进行喷药，造成喷药的面积增大，另外，传统的机械式或电动式喷药机效率低下；2、对操作者身体伤害大；这是由于由于农药中含有大量的化学成分，这些化学成分对人体都有不同程度的毒性；3、对环境的负面影响大；这是由于药液极易通过渗透等途径进入土壤和水源从而间接污染环境，调查研究显示，农药污染往往需要数百年的时间才能恢复。
[0003]中国专利201320057120.6提出了一种“单/双子叶杂草识别喷药管理装置”，该系统包括:智能手机或掌上电脑，及集成在其上依次连接的图像采集、图像识别、叶片分类和结果显示及发送模块。该装置可在识别农田单/双子叶杂草及群落组合的基础上，快速给出不同除草剂配比组合的方案，实现除草剂的变量和高效利用，具有便携、实用、普及率高的特点。然而，由于该装 置主要针对单/双子叶杂草的识别，只能智能识别特定的杂草而不能针对特定的作物进行喷药，这样大大限制了喷药的功能及范围；同时该系统的图像处理采用的是工控机，成本较高，并且工控机的功耗较大，不利于使用在便携的设备上。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于图像处理的智能喷药方法；本发明还提供了基于图像处理的喷药机器人，所述喷药机器人既能对作物进行除虫剂的喷洒，还能对杂草进行识别并喷洒除草剂。
[0005]本发明的技术方案是:基于图像处理的智能喷药的方法包括如下步骤:通过视频采集模块实时采集前方区域的图像并送入数字信号处理器分析、处理，数字信号处理器将处理结果送至嵌入式处理器，嵌入式处理器根据移动平台所在区域内植物和杂草的分布情况，控制移动平台移动至待采集区域附近，嵌入式处理器通过喷药机械手舵机驱动器进而驱动喷药机械手将喷药杆送到待喷药区域内的杂草附近。嵌入式处理器控制除草剂喷药电机继电器吸合进而控制除草剂喷药电机转动进行喷洒除草剂，同时喷药杆所连舵机转动从而带动除草剂喷头转动，达到喷洒均匀的目的；喷洒完毕后，嵌入式处理器控制除草剂喷药电机继电器释放进而停止除草剂喷药电机转动；然后，嵌入式处理器通过喷药机械手舵机驱动器进而驱动喷药机械手将喷药杆送到待喷药区域内的作物附近，此时嵌入式处理器控制除虫剂喷药电机继电器吸合进而控制除虫剂喷药电机转动进行喷洒除虫剂，喷洒完毕后，嵌入式处理器控制除虫剂喷药电机继电器释放进而停止除虫剂喷药电机转动。
[0006]优选的是，所述喷药方法还包括人工干预步骤:喷药机器人喷洒农药时，无线视频发射模块将路况摄像机采集的视频实时传输给无线视频接收器，无线视频接收器通过AV线与监控显示器连接，工作人员通过监控显示器可以实时观测智能喷药机器人所处区域的工作环境和工作状态；同时，工作人员通过操作按键进而通过ZIGBEE协调器发射信号，ZIGBEE节点接收信号后传输给MSP430控制器，MSP430控制器通过控制两自由度云台驱动器进而控制两自由度云台动作，工作人员可以查看不同角度的喷药机器人周围工作环境和工作状态；根据查看结果控制喷药装置的判断喷药机器人的喷药区域和药量。
[0007]基于图像处理的喷药机器人，包括移动平台和设置在移动平台上的视频采集系统、喷药系统和供电系统；所述供电系统与控制系统、喷药系统分别相连接并为其提供电源，所述视频采集系统通过控制系统与喷药系统相连接，所述控制系统与移动平台相连实现喷药机器人的行走；所述移动平台包括平台车架和设置在平台车架上的驱动轮总成；所述移动平台上还设有二维滑台，所述二维滑台包括手轮、滚珠导轨、滚珠丝杠、滑块、挡块和底座；所述手轮通过联轴器和滚珠丝杠连接，所述滚珠丝杠上套有滑块，所述滚珠丝杠的两端和挡块连接，所述挡块固定在底座上；所述视频采集系统包括第一彩色模拟摄像机和第二彩色模拟摄像机，所述第一彩色模拟摄像机和第二彩色模拟摄像机分别通过摄像机支架固定在滑块上；所述喷药系统包括除草剂喷药系统、除虫剂喷药系统和喷药机械手，所述除草剂喷药系统和除虫剂喷药系统均包括喷药电机、药箱和喷头，所述喷药电机通过继电器与供电系统相连接，所述药箱与喷药电机的进药口连通，所述喷头与喷药电机的出药口连通；所述喷药机械手包括喷药杆和圆盘底座，所述喷药杆通过连接部件与圆盘底座相连，所述连接部件包括三个舵机和两个连杆，所述三个舵机之间通过两个连杆相连，所述舵机通过舵机支架与连杆相连，所述圆盘底座固定在移动平台上；所述除草剂喷药系统和除虫剂喷药系统的喷头均设置在喷药机械手的喷药杆上；所述控制系统为第一控制柜，所述第一控制柜包括数字信号处理器、电源稳压模块、喷药机械手舵机驱动器、ZIGBEE节点、嵌入式控制器和移动平台驱 动模块；所述电源稳压模块与数字信号处理器、喷药机械手舵机驱动器、ZIGBEE节点、嵌入式控制器和移动平台驱动模块连接并为其提供电源，所述数字信号处理器与所述第一彩色模拟摄像机和第二彩色模拟摄像机连接，所述喷药机械手舵机驱动器与喷药机械手舵机连接并为其提供驱动电源，所述移动平台驱动模块与驱动轮总成相连，ZIGBEE节点的串口与嵌入式控制器的串口连接，数字信号处理器的串口与嵌入式控制器的串口线连接。
[0008]优选的是，所述基于图像处理的喷药机器人还包括路况采集系统，所述路况采集系统包括路况摄像机、两自由度云台和无线视频接收器，所述路况摄像机通过两自由度云台固定在移动平台上，所述无线视频接收器通过AV线与路况摄像机相连；所述供电系统与路况摄像机相连并为其提供电源；所述两自由度云台包括两个舵机及舵机支架、U形支架、底座，所述舵机A通过其舵机支架与U形支架连接，所述U形支架通过舵机B及其舵机支架与底座连接；所述路况摄像机固定设置在U形支架上；所述第一控制柜还包括与两自由度云台的舵机相连的驱动器。
[0009]优选的是，所述基于图像处理的喷药机器人还包括手持监控器，所述手持监控器包括显示器和第二控制柜，所述第二控制柜包括供电模块、MSP430控制器、无线视频接收器、ZIGBEE协调器、液晶显示模块和按键模块；所述供电模块通过电源线与MSP430控制器、无线视频接收器、ZIGBEE协调器和液晶显示模块分别连接并为其提供电源，所述ZIGBEE协调器通过串口与MSP430控制器的串口连接进行通讯，所述按键模块与MSP430控制器的I/O口连接；所述显示器与无线视频接收器连接，供电模块与显示器连接并为其提供电源。
[0010]优选的是，所述除草剂喷药系统包括除草剂喷头、药液管道、除草剂喷药电机、除草剂喷药电机继电器和除草剂药箱，所述除草剂喷头通过药液管道与除草剂喷药电机的进药口连接，除草剂药箱通过药液管道与除草剂喷药电机的出药口连接，所述除草剂喷药电机继电器与除草剂喷药电机连接；所述除虫剂喷药系统包括除虫剂喷头、药液管道、除虫剂喷药电机、除虫剂喷药电机继电器和除虫剂药箱，所述除虫剂喷头通过药液管道与除虫剂喷药电机的进药口连接，除虫剂药箱通过药液管道与除虫剂喷药电机的出药口连接，所述除虫剂喷药电机继电器与除虫剂喷药电机连接。 [0011]优选的是，所述喷药杆通过舵机C及其舵机支架与连杆I的一端相连，所述连杆I的另一端通过舵机D及其舵机支架与连杆II的一端相连，所述连杆II的另一端通过舵机E及其舵机支架与圆盘底座固定相连。
[0012]优选的是，所述供电系统为锂电池组，所述锂电池组由八块锂电池级联和并联而成；所述锂电池组通过电源线与电源稳压模块连接并为其提供电源。
[0013]优选的是，所述无线视频接收器还包括一个接收天线，所述接收天线通过屏蔽电缆和无线视频接收器的接收头连接，用于接收无线视频和音频信号。
[0014]优选的是，所述显示器为七寸彩色IXD显示器，所述IXD显示器通过AV线与无线视频接收器连接，锂电池供电模块通过电源线与LCD显示器连接并为其提供电源；所述移动平台的驱动轮总成与平台车架之间采用螺栓连接；所述第一彩色模拟摄像机和第二彩色模拟摄像机通过BNC双绞线与数字信号处理器的视频捕获口连接，第一彩色模拟摄像机和第二彩色模拟摄像机通过螺栓固定设置在摄像机支架上；所述驱动轮总成包括车轮、转轴、减速齿轮箱、直流电机和支架；所述减速齿轮箱与车轮之间由转轴连接，所述直流电机和减速齿轮箱通过螺栓螺母固定在支架上，所述支架通过螺栓螺母固定在平台车架上。
[0015]其中，为了便于调节两个模拟彩色摄像机之间的距离以及两模拟彩色摄像机与作物之间的距离，在移动平台上设置了二维滑台，所述二维滑台通过手轮带动滚珠丝杠转动，进而带动滑块以及设置在滑块上的模拟彩色摄像机的移动；为了减少药液等液体对电路系统的影响，所述除草剂喷药电机和除虫剂喷药电机均通过螺栓螺母固定在移动平台的下方；为了便于调节摄像机的拍摄角度，摄像机支架上方设置有螺母调节结构，可以随意调节摄像机的姿态和方位，所述摄像机包括第一彩色模拟摄像机、第二彩色模拟摄像机和路况摄像机；为了提高喷药效率，所述喷药机械手顶端的垂直方向上安装四个喷头，这样不仅有利于作物叶面的喷药，也有利于作物叶子背面的喷药工作。
[0016]本发明的有益效果:
[0017](I)本发明能正确的辨别特定的作物和杂草，并根据需要喷药的作物和杂草分布状况进行定点对靶喷药，即:对杂草进行喷洒除草剂，对作物喷洒相应的除虫剂等药物，从而实现人工无干扰下的智能喷药；同时本发明加入无线视频传输，工作人员能够通过手持监控器对喷药机器人进行监视和控制；因此，本发明所述的智能喷药机器人不仅降低了工作人员的劳动强度和喷药成本，也降低了农药的用量，减少了土壤环境下的农药残留，对于提高我国农业喷药智能化、现代化、加快农业精准化具有不可估量的意义；
[0018](2)本发明利用双目摄像机对需要喷药区域的作物和杂草进行图像采集，分析作物和杂草位置，避免了错喷、漏喷的情况；
[0019](3)本发明利用喷药机械手实现自动喷药，无需人工干预，极大地降低了生产成本，同时减少了农药对工作人员的身体伤害；
[0020](4)本发明采用除草剂和除虫剂的双喷头，对作物和杂草分别进行喷药，具有双重功能，减少了农药的使用量，降低了农药在土壤中的残留，有利于环保和节能；
[0021](5)本发明对喷药机器人所在区域的视频进行实时传输，使操作人员易于控制和干预。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明基于图像处理的喷药机器人的立体结构示意图； [0023]图2为本发明基于图像处理的喷药机器人的主视图；
[0024]图3为本发明基于图像处理的喷药机器人的俯视图；
[0025]图4为本发明喷药机械手的结构示意图；
[0026]图5为本发明第一控制柜的结构示意图；
[0027]图6为本发明两自由度云台的结构示意图；
[0028]图7为本发明第二控制柜的内部结构示意图；
[0029]图8为本发明第二控制柜的主视图；
[0030]图9为本发明二维滑台的俯视图；
[0031]图10为本发明二维滑台的主视图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本发明做进一步的说明。
[0033]实施例1:
[0034]基于图像处理的智能喷药方法，包括如下步骤:
[0035]①通过喷药机器人的视频采集模块实时采集前方区域的图像，并将采集到的图像送入数字信号处理器3a分析和处理；
[0036]②数字信号处理器3a将处理结果送至嵌入式控制器3f，嵌入式控制器3f根据移动平台I所在区域内植物和杂草的分布情况，控制移动平台I移动至待喷药区域附近；嵌入式控制器3f通过喷药机械手舵机驱动器3c驱动喷药机械手5将喷药杆5e送到待喷药区域内的杂草附近；
[0037]③嵌入式控制器3f控制除草剂喷药电机继电器4g吸合，进而控制除草剂喷药电机4e转动喷洒除草剂；同时喷药杆5e所连舵机转动从而带动除草剂喷头4a转动，达到喷洒均匀的目的；喷洒完毕后，嵌入式控制器3f控制除草剂喷药电机继电器4g释放，进而停止除草剂喷药电机4e转动；
[0038]④嵌入式控制器3f通过喷药机械手舵机驱动器5a进而驱动喷药机械手5将喷药杆5e送到待喷药区域内的作物附近；嵌入式控制器3f控制除虫剂喷药电机继电器4h吸合，进而控制除虫剂喷药电机4f转动喷洒除虫剂；喷洒完毕后，嵌入式控制器3f控制除虫剂喷药电机继电器4h释放进而停止除虫剂喷药电机4f转动。
[0039]基于图像处理的喷药机器人，包括移动平台I和设置在移动平台I上的视频采集系统、喷药系统和供电系统；所述供电系统与控制系统、喷药系统分别相连接并为其提供电源，所述视频采集系统通过控制系统与喷药系统相连接，所述控制系统与移动平台I相连实现喷药机器人的行走。
[0040]所述供电系统为锂电池组6，所述锂电池组6由八块锂电池级联和并联而成；所述锂电池组6通过电源线与电源稳压模块3b连接并为其提供电源。
[0041]所述控制系统为第一控制柜3，所述第一控制柜3包括数字信号处理器3a、电源稳压模块3b、喷药机械手舵机驱动器3c、ZIGBEE节点3e、嵌入式控制器3f和移动平台驱动模块3g ;所述电源稳压模块3b与数字信号处理器3a、喷药机械手舵机驱动器3c、ZIGBEE节点3e、嵌入式控制器3f和移动平台驱动模块3g连接并为其提供电源，所述数字信号处理器3a与所述第一彩色模拟摄像机2a和第二彩色模拟摄像机2b连接，所述喷药机械手舵机驱动器3c与喷药机械手舵机连接并为其提供驱动电源，所述移动平台驱动模块3g与驱动轮总成Ia相连，ZIGBEE节点3e的串口与嵌入式控制器3f的串口连接，数字信号处理器3a的串口与嵌入式控制器3f的串口线连接。
[0042]所述移动平台I包括平台车架Ib和设置在平台车架Ib上的驱动轮总成Ia和二维滑台9。所述驱动轮总成Ia包括车轮、转轴、减速齿轮箱、直流电机和支架；所述减速齿轮箱与车轮之间由转轴连接，所述直流电机和减速齿轮箱通过螺栓螺母固定在支架上，所述支架通过螺栓螺母固定在平台车架上。所述二维滑台9包括手轮9a、滚珠导轨％、滚珠丝杠9c、滑块9d、挡块9e和底座9f ;所述手轮9a通过联轴器和滚珠丝杠9c连接，所述滚珠丝杠9c上套有滑块9d,所述滚珠丝杠9c的两端和挡块9e连接,所述挡块9e固定在底座上。
[0043]所述视频采集系统包括第一彩色模拟摄像机2a和第二彩色模拟摄像机2b，所述第一彩色模拟摄像机2a和第二彩色模拟摄像机2b分别通过摄像机支架固定在滑块9d上。所述第一彩色模拟摄像机2a和第二彩色模拟摄像机2b通过BNC双绞线与数字信号处理器3a的视频捕获口连接，第一彩色模拟摄像机2a和第二彩色模拟摄像机2b通过螺栓固定设置在摄像机支架上。为了便于调节摄像机的拍摄角度，摄像机支架的上方设置有螺母调节结构，可以随意调节摄像机的姿态和方位。
[0044]所述喷药系统包括除草剂喷药系统、除虫剂喷药系统和喷药机械手5。所述除草剂喷药系统包括除草剂喷头4a、药液管道4c、除草剂喷药电机4e、除草剂喷药电机继电器4g和除草剂药箱4i，所述除草剂喷头4a通过药液管道4c与除草剂喷药电机4e的进药口连接，除草剂药箱4i通过药液管道4c与除草剂喷药电机4e的出药口连接，所述除草剂喷药电机继电器4g与除草剂喷药电机4e连接。所述除虫剂喷药系统包括除虫剂喷头4b、药液管道4c、除虫剂喷药电机4f、除虫剂喷药电机继电器4h和除虫剂药箱4j，所述除虫剂喷头4b通过药液管道4c与除虫剂喷药电机4f的进药口连接，除虫剂药箱4j通过药液管道4c与除虫剂喷药电机4f的出药口连接，所述除虫剂喷药电机继电器4h与除虫剂喷药电机4f连接。
[0045]所述喷药机械手5包括喷药杆5e和圆盘底座5c，所述喷药杆5e通过连接部件与圆盘底座5c相连，所述除草剂喷头4a和除虫剂喷头4b均设置在喷药机械手5的喷药杆5e上。所述连接部件包括三个舵 机和两个连杆，所述舵机包括舵机C5al、舵机D5a2和舵机E5a3，所述连杆包括连杆I5dl和连杆II5d2 ;所述喷药杆5e通过舵机C5al及其舵机支架与连杆I5dl的一端相连，所述连杆I5dl的另一端通过舵机D及其舵机支架5b2与连杆II5d2的一端相连，所述连杆II5d2的另一端通过舵机E及其舵机支架5b3与圆盘底座5c固定相连，所述圆盘底座5c固定在移动平台I上。
[0046]实施例2:
[0047]本实施例与实施例1不同的是，所述基于图像处理的喷药机器人，还包括路况采集系统，所述路况采集系统包括路况摄像机8a、两自由度云台7和无线视频接收器10，所述路况摄像机8a通过两自由度云台7固定在移动平台I上，所述无线视频接收器10通过AV线与路况摄像机8a相连；所述供电系统与路况摄像机8a相连并为其提供电源；所述两自由度云台7包括两个舵机及舵机支架、U形支架7c、底座7d，所述舵机包括舵机A7al和舵机B，所述舵机A7al通过其舵机支架与U形支架7c连接，所述U形支架7c通过舵机B及其支架7b2与底座7d连接；所述路况摄像机8a固定设置在U形支架7c上；所述第一控制柜3还包括与两自由度云台的舵机相连的驱动器3d。
[0048]实施例3:
[0049]本实施例与实施例1不同的是，采用所述基于图像处理的喷药机器人进行智能喷药的方法还包括人工干预步骤:
[0050](a)喷洒农药时，无线视频发射模块将路况摄像机8a采集的视频实时传输给无线视频接收器10，所述无线视频接收器10通过AV线与监控显示器12连接，工作人员通过监控显示器12可以实时观测智能喷药机器人所处区域的工作环境和工作状态； [0051](b)根据实时观测 的结果，工作人员通过操作按键模块Ilg进而通过ZIGBEE协调器Ilc发射信号，ZIGBEE节点3e接收信号后传输给MSP430控制器lld，所述MSP430控制器Ild通过控制两自由度云台驱动器3d进而控制两自由度云台7动作，从而控制路况摄像机8a的图像米集范围；
[0052](c)工作人员根据路况摄像机8a采集的图像查看不同角度的工作环境和工作状态；根据查看结果控制喷药装置的判断喷药机器人的喷药区域和药量。
[0053]本实施例与实施例1不同的是，所述基于图像处理的喷药机器人，还包括路况采集系统和手持监控器。
[0054]所述路况采集系统包括路况摄像机8a、两自由度云台7和无线视频接收器10，所述路况摄像机8a通过两自由度云台7固定在移动平台I上，所述无线视频接收器10通过AV线与路况摄像机8a相连；所述供电系统与路况摄像机8a相连并为其提供电源；所述两自由度云台7包括两个舵机及舵机支架、U形支架7c、底座7d，所述舵机包括舵机A7al和舵机B，所述舵机A7al通过其舵机支架与U形支架7c连接，所述U形支架7c通过舵机B及其支架7b2与底座7d连接；所述路况摄像机8a固定设置在U形支架7c上；所述第一控制柜3还包括与两自由度云台的舵机相连的驱动器3d。
[0055]所述手持监控器，所述手持监控器包括显示器12和第二控制柜11，所述第二控制柜11包括供电模块lie、MSP430控制器lid、无线视频接收器lib、ZIGBEE协调器11c、液晶显示模块Hf、按键模块Ilg ;所述供电模块Ile通过电源线与MSP430控制器lid、无线视频接收器lib、ZIGBEE协调器Ilc和液晶显示模块Ilf分别连接并为其提供电源，所述ZIGBEE协调器Ilc通过串口与MSP430控制器Ild的串口连接进行通讯，所述按键模块Ilg与MSP430控制器Ild的I/O 口连接。所述显示器12为七寸彩色IXD显示器，所述IXD显示器通过AV线与无线视频接收器Ilb连接，锂电池供电模块lie通过电源线与IXD显示器连接并为其提供电源；所述无线视频接收器Ilb还包括一个接收天线11a，所述接收天线Ila通过屏蔽电缆和无线视频接收头连接，用于接收无线视频和音频信号。
【权利要求】
1.基于图像处理的智能喷药方法，其特征在于，包括如下步骤: ①通过喷药机器人的视频采集模块实时采集前方区域的图像，并将采集到的图像送入数字信号处理器(3a)分析和处理； ②数字信号处理器(3a)将处理结果送至嵌入式控制器(3f)，嵌入式控制器(3f)根据移动平台(1)所在区域内植物和杂草的分布情况，控制移动平台(1)移动至待喷药区域附近；嵌入式控制器(3f)通过喷药机械手舵机驱动器(3c)驱动喷药机械手(5)将喷药杆(5e)送到待喷药区域内的杂草附近； ③嵌入式控制器(3f)控制除草剂喷药电机继电器(4g)吸合，进而控制除草剂喷药电机(4e)转动喷洒除草剂；同时喷药杆(5e)所连舵机转动从而带动除草剂喷头(4a)转动，达到喷洒均匀的目的；喷洒完毕后，嵌入式控制器(3f)控制除草剂喷药电机继电器(4g)释放，进而停止除草剂喷药电机(4e)转动； ④嵌入式控制器(3f)通过喷药机械手舵机驱动器(5a)进而驱动喷药机械手(5)将喷药杆(5e)送到待喷药区域内的作物附近；嵌入式控制器(3f)控制除虫剂喷药电机继电器(4h)吸合，进而控制除虫剂喷药电机(4f)转动喷洒除虫剂；喷洒完毕后，嵌入式控制器(3f)控制除虫剂喷药电机继电器(4h)释放进而停止除虫剂喷药电机(4f)转动。
2.根据权利要求1所述的基于图像处理的智能喷药方法，其特征在于:还包括人工干预步骤: (a)喷洒农药时，无线视频发射模块将路况摄像机(8a)采集的视频实时传输给无线视频接收器(10)，所述无线视频接收器(10)通过AV线与监控显示器(12)连接，工作人员通过监控显示器(12)可以实时观测智能喷药机器人所处区域的工作环境和工作状态； (b)根据实时观测的结果，工作人员通过操作按键模块(Ilg)进而通过ZIGBEE协调器(He)发射信号，ZIGBEE节点(3e)接收信号后传输给MSP430控制器(Ild)，所述MSP430控制器(Ild)通过控制两自由度云台驱动器(3d)进而控制两自由度云台(7)动作，从而控制路况摄像机(8a)的图像采集范围； (c)工作人员根据路况摄像机(8a)采集的图像查看不同角度的工作环境和工作状态；根据查看结果控制喷药装置的判断喷药机器人的喷药区域和药量。
3.基于图像处理的喷药机器人，包括移动平台(1)和设置在移动平台(1)上的视频采集系统、喷药系统和供电系统；所述供电系统与控制系统、喷药系统分别相连接并为其提供电源，所述视频采集系统通过控制系统与喷药系统相连接，所述控制系统与移动平台(1)相连实现喷药机器人的行走，其特征在于:所述移动平台(1)包括平台车架(Ib)和设置在平台车架(Ib)上的驱动轮总成(Ia);所述移动平台(1)上还设有二维滑台(9)，所述二维滑台O)包括手轮(9a)、滚珠导轨(9b)、滚珠丝杠(9c)、滑块(9d)、挡块(9e)和底座(9f)；所述手轮(9a)通过联轴器和滚珠丝杠(9c)连接，所述滚珠丝杠(9c)上套有滑块(9d)，所述滚珠丝杠(9c)的两端和挡块(9e)连接，所述挡块(9e)固定在底座上；所述视频采集系统包括第一彩色模拟摄像机(2a)和第二彩色模拟摄像机(2b)，所述第一彩色模拟摄像机(2a)和第二彩色模拟摄像机(2b)分别通过摄像机支架固定在滑块(9d)上；所述喷药系统包括除草剂喷药系统、除虫剂喷药系统和喷药机械手(5)，所述除草剂喷药系统和除虫剂喷药系统均包括喷药电机、药箱和喷头，所述喷药电机通过继电器与供电系统相连接，所述药箱与喷药电机的进药口连通，所述喷头与喷药电机的出药口连通；所述喷药机械手(5)包括喷药杆(5e)和圆盘底座(5c)，所述喷药杆(5e)通过连接部件与圆盘底座(5c)相连，所述连接部件包括三个舵机和两个连杆，所述三个舵机之间通过两个连杆相连，所述舵机通过舵机支架与连杆相连，所述圆盘底座(5c)固定在移动平台(I)上；所述除草剂喷药系统和除虫剂喷药系统的喷头均设置在喷药机械手(5)的喷药杆(5e)上；所述控制系统为第一控制柜(3)，所述第一控制柜(3)包括数字信号处理器(3a)、电源稳压模块(3b)、喷药机械手舵机驱动器(3c)、ZIGBEE节点(3e)、嵌入式控制器(3f)和移动平台驱动模块(3g);所述电源稳压模块(3b)与数字信号处理器(3a)、喷药机械手舵机驱动器(3c)、ZIGBEE节点(3e)、嵌入式控制器(3f)和移动平台驱动模块(3g)连接并为其提供电源，所述数字信号处理器(3a)与所述第一彩色模拟摄像机(2a)和第二彩色模拟摄像机(2b)连接，所述喷药机械手舵机驱动器(3c)与喷药机械手舵机连接并为其提供驱动电源，所述移动平台驱动模块(3g)与驱动轮总成(Ia)相连，ZIGBEE节点(3e)的串口与嵌入式控制器(3f)的串口连接，数字信号处理器(3a)的串口与嵌入式控制器(3f)的串口线连接。
4.根据权利要求3所述的基于图像处理的喷药机器人，其特征在于:还包括路况采集系统，所述路况采集系统包括路况摄像机(8a)、两自由度云台(7)和无线视频接收器(10)，所述路况摄像机(8a)通过两自由度云台(7)固定在移动平台(I)上，所述无线视频接收器(10)通过AV线与路况摄像机(8a)相连；所述供电系统与路况摄像机(8a)相连并为其提供电源；所述两自由度云台(7)包括两个舵机及舵机支架、U形支架(7c)、底座(7d)，所述舵机A(7al)通过其舵机支架与U形支架(7c)连接，所述U形支架(7c)通过舵机B及其支架(7b2)与底座(7d)连接；所述路况摄像机(8a)固定设置在U形支架(7c)上；所述第一控制柜(3)还包括与两自由度云台的舵机相连的两自由度云台驱动器(3d)。
5.根据权利要求4所述的基于图像处理的喷药机器人，其特征在于:还包括手持监控器，所述手持监控器包括显示器(12)和第二控制柜(11)，所述第二控制柜(11)包括供电模块(lle)、MSP430控制器(lid)、无线视频接收器(Ilb)、ZIGBEE协调器(He)、液晶显示模块(Hf)、按键模块(Ilg);所述供电模块(lie)通过电源线与MSP430控制器(lid)、无线视频接收器(11b)、ZIGBEE协调器(Ilc)和液晶显示模块(Ilf)分别连接并为其提供电源，所述ZIGBEE协调器(Ilc)通过串口与MSP430控制器(Ild)的串口连接进行通讯，所述按键模块(Ilg)与MSP430控制器(Ild)的I/O 口连接；所述显示器(12)与无线视频接收器(Ilb)连接，供电模块(lie)与显示器(12)连接并为其提供电源。
6.根据权利要求3所述的基于图像处理的喷药机器人，其特征在于:所述除草剂喷药系统包括除草剂喷头(4a)、药液管道(4c)、除草剂喷药电机(4e)、除草剂喷药电机继电器(4g)和除草剂药箱(4i)，所述除草剂喷头(4a)通过药液管道(4c)与除草剂喷药电机(4e)的进药口连接，除草剂药箱(4i)通过药液管道(4c)与除草剂喷药电机(4e)的出药口连接，所述除草剂喷药电机继电器(4g)与除草剂喷药电机(4e)连接；所述除虫剂喷药系统包括除虫剂喷头(4b)、药液管道(4c)、除虫剂喷药电机(4f)、除虫剂喷药电机继电器(4h)和除虫剂药箱(4j)，所述除虫剂喷头(4b)通过药液管道(4c)与除虫剂喷药电机(4f)的进药口连接，除虫剂药箱(4j)通过药液管道(4c)与除虫剂喷药电机(4f)的出药口连接，所述除虫剂喷药电机继电器(4h)与除虫剂喷药电机(4f)连接。
7.根据权利要求3所述的基于图像处理的喷药机器人，其特征在于:所述喷药杆(5e)通过舵机C(5al)及其舵机 支架与连杆I (5dl)的一端相连，所述连杆I (5dl)的另一端通过舵机D及其舵机支架(5b2)与连杆II(5d2)的一端相连，所述连杆II (5d2)的另一端通过舵机E及其舵机支架(5b3)与圆盘底座(5c)固定相连。
8.根据权利要求3-7任意一项所述的基于图像处理的喷药机器人，其特征在于:所述供电系统为锂电池组(6)，所述锂电池组(6)由八块锂电池级联和并联而成；所述锂电池组 (6)通过电源线与电源稳压模块(3b)连接并为其提供电源。
9.根据权利要求5所述的基于图像处理的喷药机器人，其特征在于:所述无线视频接收器(Ilb)还包括一个接收天线(11a)。
【文档编号】A01M7/00GK103918636SQ201410174241
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】杨然兵, 郭亭亭, 李娟 , 李哲, 闫法兵, 柴恒辉, 李新勇 申请人:青岛农业大学