一种具有对靶施药与苗带追踪功能的智能灭草单元的制作方法

本发明属于农业工程技术领域，涉及一种具有对靶施药与苗带追踪功能的智能灭草单元。实现该机器人系统在田间变量型靶向除草作业，提高喷施作业的质量与效率，保护作业者身体健康并避免除草剂的过量使用，旨在为实现农药精准喷洒和提高农药资源利用率。

背景技术：

在传统农业中，杂草肆虐是困扰农作物生长的基本问题。田间杂草灭除方法可概括为化学除草法和物理除草法，化学除草法由于其高效的除草能力而备受广大农民青睐，目前该方法已成农民的首选除草方式。然而长远看来化学除草法仍存在诸多弊端，⑴除草剂中的化学物质容易对空气、水体、土壤造成污染；⑵除草剂中毒害物质容易被农作物吸收，导致农药残留危及食品安全；⑶除草剂的频繁、大量施用容易强化杂草的耐药性，增加除草剂的后续使用剂量(近20年来，我国除草剂的施用量增加4倍，年消耗总量达47万吨)。由此可见改变传统化学除草方式显得尤为重要。

技术实现要素：

1、本发明在于提供一种具有对靶施药与苗带追踪功能的智能灭草单元，该除草系统主要包括；喷头转向系统，变量喷洒系统，yz平移系统，人机交互系统和散热系统。

该系统的外壳i(4)、外壳ii(29)、外壳iii(31)和外壳iv(34)均由厚度为3mm的铝板折弯而成，铝板上打有m5的通孔，连接各部分均为螺栓连接。机器外壳(4)的后侧下部打有电源线接口(10)、电磁阀i(7a)、电磁阀ii(7b)和电磁阀iii(7c)的固定孔，电磁阀i(7a)、电磁阀ii(7b)和电磁阀iii(7c)的入水口通过此孔与外部水管连接；机器的上盖(2)为有机玻璃材料制成的半圆柱壳体，下部连接端打有m5的通孔，从而与机器的外壳ii(29)、外壳iii(31)用螺栓连接，上盖(2)嵌有显示屏(1)，显示屏(1)与水平方向的倾角为45度，与上盖通过螺栓连接固定；机器的下盖(11)也是有机玻璃制成的半圆柱壳体，上部连接端也打有m5的通孔与机器的外壳ii(29)、外壳iii(31)用螺栓连接，喷头i(26a)、喷头ii(26b)、喷头iii(26c)所对应的正下方的下盖(11)有圆心角为100度、宽度为35mm的弧形切口，该区域为药液的喷洒区域，下盖(11)内部装有高速摄像头(38)用以进行杂草的识别检测，下盖的前端打有直径为3mm的孔，距离孔水平距离36mm处有一个长方体固定柱,固定柱上也有一个与下盖的前端3mm孔同轴且直径相等的孔，此处用以固定摄像头(38)，摄像头(38)正下方的下盖(11)打有直径为15mm的孔，摄像头(38)通过此孔进行图像识别；外壳v(20)为机器的散热区，同样由厚度为3mm的钣金切割而成，与外壳ii(29)、外壳iii(31)通过螺栓连接固定，外壳v(20)的内测固定有散热风扇(21)，散热风扇的规格为80*80*25mm，通过螺栓与外壳v(20)固定，风扇(21)上方为整个机器的处理系统(35)和控制系统(37)，二者通过螺栓固定在外壳ii(29)和外壳iii(31)上。

该系统的喷头转向系统由输水管(30)、转动水管(25)、喷头(26)、轴承座(24)、旋转水管接头(28)、大带轮(27)、小带轮(23)、皮带(12)、42步进电机(13)以及电机座(8)组成。输水管i(30a)、输水管ii(30b)、输水管iii(30c)两端分别连接电磁阀i(7a)、电磁阀ii(7b)、电磁阀iii(7c)和旋转水管接头i(28a)、旋转水管接头ii(28b)、旋转水管接头iii(28c)，水管接头分别与一端打有螺纹孔的水管i(25a)、水管ii(25b)、水管iii(25c)相连，可绕水管的轴线自由旋转，水管接头(28)接输水管(30)的一侧垂直于挡板(9)，且正对挡板(9)处打有与输水管(30)外径相等的圆孔，输水管(30)通过此孔与电磁阀(7)连接，水管(25)侧面开有与喷头(26)过盈配合的螺纹孔，喷头i(26a)、喷头ii(26b)、喷头iii(26c)分别与水管i(25a)、水管ii(25b)、水管iii(25c)通过该螺纹连接，输水管i(30a)、输水管ii(30b)、输水管iii(30c)与电磁阀i(7a)、电磁阀ii(7b)、电磁阀iii(7c)和水管i(25a)、水管ii(25b)、水管iii(25c)间均通过密封螺帽密封；水管i(25a)、水管ii(25b)、水管iii(25c)固定于轴承座i(24a)、轴承座ii(24b)、轴承座iii(24c)，轴承座(24)固定于中间挡板(9)上，中间挡板(9)通过螺栓固定在外壳ii(29)、外壳iii(31)两侧；步进电机i(13a)、步进电机ii(13b)、步进电机iii(13c)通过电机座i(8a)、电机座ii(8b)、电机座iii(8c)固定于外壳ii(29)、外壳iii(31)上，小带轮i(23a)、小带轮ii(23b)、小带轮iii(23c)与大带轮i(27a)、大带轮ii(27b)、大带轮iii(27c)之间分别采用皮带i(12a)、皮带ii(12b)、皮带iii(12c)传送，大带轮i(27a)、大带轮ii(27b)、大带轮iii(27c)正对挡板(9)处打有45mm*15mm的长方形切口，皮带(12)穿过此切口进行传动，大带轮i(27a)、大带轮ii(27b)、大带轮iii(27c)与水管i(25a)、水管ii(25b)、水管iii(25c)之间刚性连接，从而带动其进行旋转。

yz平移系统由固定座(33)、丝杠滑台(19)、连接件(14)、42丝杆直线步进电机(36)、滚珠丝杆螺母(40)、电机座(22)、轴承座(32)、滑台(18)以及滑道(16)组成。y方向上通过丝杠滑台(19)实现箱体的左右移动，丝杠滑台(19)的滑块与连接件(14)相连并与滚珠丝杆螺母(40)固定，连接件(14)与丝杠滑台(19)之间采用螺栓连接，并与滑块i(18a)、滑块ii(18b)螺栓连接，滑块i(18a)、滑块ii(18b)分别沿滑道i(16a)、滑道ii(16b)做直线运动，滑道i(16a)、滑道ii(16b)分别固定在机器外壳ii(29)、和外壳iii(31)上；丝杆直线步进电机(36)通过电机座固定于外壳ii(29)、外壳iii(31)，丝杆下端由轴承座(32)固定于外壳vi(15)上，实现滚珠丝杆螺母(40)带动箱体的升降；固定座(33)与丝杠滑台(19)间螺栓连接，固定座(33)打有螺纹孔，紧固螺栓插入可以使整个机器固定在其他移动设备上；箱体内右侧为步进电机驱动器(5)和直流电机驱动器(3)。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明做进一步的详细描述，其中：

图1为本发明的整体结构局剖示意图；

图2为本发明的整体结构示意图；

图3为喷头转向系统结构示意图；

图4为摄像头与测距模块安装示意图；

图5为水管与电磁阀布置示意图；

图6为控制系统示意图；

图7为z轴升降结构示意图；

图8为喷头转向整体结构示意图。

图中标号为：1.显示屏；2.上盖；3a.直流电机驱动板i；3b.直流电机驱动板ii；3c.直流电机驱动板iii；4.外壳i；5a.步进电机驱动器i；5b.步进电机驱动器ii；5c.步进电机驱动器iii；5d.步进电机驱动器iv；5e.步进电机驱动器v；6.中间挡板；7a.电磁阀i；7b.电磁阀ii；7c.电磁阀iii；8a.电机座i；8a.电机座ii；8a.电机座iii；9.挡板；10.航空接头；11.下盖；12a.皮带i；12b.皮带ii；12c.皮带iii；13a.42步进电机i；13b.42步进电机ii；13c.42步进电机iii；14.连接件；15.外壳vi；16a.滑道i；16b.滑道ii；17.丝杆；18a.滑块i；18b.滑块ii；19.丝杠滑台；20.外壳v；21.散热风扇；22.电机座iv；23a.小带轮i；23b.小带轮ii；23c.小带轮iii；24a.轴承座i；24b.轴承座ii；24c.轴承座iii；25a.水管i；25b.水管ii；25c.水管iii；26a.喷头i；26b.喷头ii；26c.喷头iii；27a.大带轮i；27b.大带轮ii；27c.大带轮iii；28a.旋转水管接头i；28b.旋转水管接头ii；28c.旋转水管接头iii；29.外壳ii；30a.输水管i；30b.输水管ii；30b.输水管iii；31.外壳iii；32.轴承座iv；33.固定座；34.外壳iv；35.处理系统；36.丝杆直线步进电机；37.控制系统；38.高速摄像头；39.距离传感模块；40.丝杆螺母。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创新点、达成的功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。

本发明所述的一种具有对靶施药与苗带追踪功能的智能灭草单元，主要由喷头转向系统，变量喷洒系统，yz平移苗带系统，人机交互系统和散热系统五大系统组成。

该机器底部装有激光测距模块(39)，能够测出此时机器到地面的高度并反馈给控制系统，控制系统再发送信号给丝杆直线步进电机(36)，命令其按照某一速度转动一定角度，实现丝杆螺母(40)的升降，从而调整整个机器达到合适的工作高度；处理系统(37)通过分析底部的高速摄像头(38)所摄取的图像信息能够识别苗带走向测出苗带与机器的水平距离，通过控制系统(35)控制水平丝杠滑台(19)调整机器与苗带的水平距离，使机器始终位于苗带的正上方，实现苗带追踪；当处理系统(37)通过图像处理识别杂草1，会将杂草的形状和位置信息发送给控制系统(35)，控制系统经过处理给步进电机(13a)一个角度信息，令其转动相应的角度，使小带轮(23a)通过皮带(12a)传动带动大带轮(27a)转动，从而带动水管(25a)及喷头(26a)绕旋转接头(28a)的轴线转动，喷头带有气罩，可以使散射状喷雾集中喷洒；与此同时控制系统(35)还会根据杂草的覆盖面积发送给直流电机驱动板(3a)相应的pwm脉冲信号，驱动板(3a)控制电磁阀(7a)的开闭情况，从而调节喷头(26a)的喷洒药量，实现变量喷施；当处理系统(37)通过图像处理识别杂草2，也会将杂草的形状和位置信息发送给控制系统(35)，控制系统经过处理给步进电机(13b)一个角度信息，令其转动相应的角度，使小带轮(23b)通过皮带(12b)传动带动大带轮(27b)转动，从而带动水管(25b)及喷头(26b)绕旋转接头(28b)的轴线转动，喷头带有气罩，可以使散射状喷雾集中喷洒；与此同时控制系统(35)还会根据杂草的覆盖面积发送给直流电机驱动板(3b)相应的pwm脉冲信号，驱动板(3b)控制电磁阀(7b)的开闭情况，从而调节喷头(26b)的喷洒药量，实现变量喷施；当处理系统(37)通过图像处理识别杂草3，同样会将草的形状和位置信息发送给控制系统(35)，控制系统经过处理给步进电机(13c)一个角度信息，令其转动相应的角度，使小带轮(23c)通过皮带(12c)传动带动大带轮(27c)转动，从而带动水管(25c)及喷头(26c)绕旋转接头(28c)的轴线转动，喷头带有气罩，可以使散射状喷雾集中喷洒；与此同时控制系统(35)还会根据杂草的覆盖面积发送给直流电机驱动板(3c)相应的pwm脉冲信号，驱动板(3c)控制电磁阀(7c)的开闭情况，从而调节喷头(26c)的喷洒药量，实现变量喷施。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含在内。