一种基于机器视觉的果树喷药机器人的制作方法

本实用新型属于果园农业机械技术领域，具体涉及一种基于机器视觉的果树喷药机器人。

背景技术：

目前普遍存在的喷药方式仍为人工喷药方式，人工喷药方式存在喷药效率低、喷药不均、浪费严重等问题。另外，自动化程度较高的无人机喷药方式虽喷药效率较高，但存在成本高昂、维修不便等问题。

技术实现要素：

本实用新型设计了一种基于机器视觉的果树喷药机器人，旨在提供一种既操作简便、自动化程度高、效率高、成本低，又能节省人力、节省农药、环境污染小的喷药装置。

为了实现上述目的，本实用新型公开了：

一种基于机器视觉的果树喷药机器人，包括行走底盘及设置在所述行走底盘上的喷药机构、控制模块、循迹模块和导向模块，所述喷药机构的喷药杆设置在升降机构上以实现所述喷药杆的上下位置调节，所述喷药杆上还设置有机器视觉模块。

进一步，所述行走底盘包括底盘框架、设置在所述底盘框架前后两端的麦弗逊式独立悬挂系统、设置在所述底盘框架四角的麦克纳姆轮及车轮电机，所述底盘框架的上端设置有底板；所述麦弗逊式独立悬挂系统中的弹簧相对于所述底板成45度角斜置，上端固定在所述底盘框架上，下端固定在相对应车轮电机承托上。

进一步，所述车轮电机的输出轴上还设置有码盘。

进一步，所述车轮电机是38直流行星减速器电机，所述底板是碳纤维底板，所述底盘框架由铝型材搭建而成。

进一步，所述喷药机构还包括增压泵和声音模块，所述增压泵和声音模块与所述控制模块连接。

进一步，所述喷药杆的一端通过舵机与所述升降机构连接以实现所述喷药杆在竖直平面内转动。

进一步，所述喷药杆有两根，且左右对称设置。

进一步，所述升降机构是同步带升降机构，所述同步带升降机构通过同步带承载架设置在所述行走底盘上，所述同步带升降机构由步进电机驱动；所述步进电机与所述控制模块连接。

进一步，所述控制模块包括主控制器，所述主控制器分别与所述循迹模块、所述导向模块、所述行走底盘的车轮电机和码盘、所述喷药机构的增压泵、升降机构、舵机、机器视觉模块和声音模块相连接。

进一步，所述主控制器采用stm32芯片。

进一步，所述循迹模块包括循迹传感器。

进一步，所述导向模块包括红外传感器和九轴传感器。

进一步，所述机器视觉模块采用OpenMv机器视觉模块。

工作时，电源通电，循迹模块、导向模块和机器视觉模块开始工作，其中循迹模块负责巡线，导向模块，即红外传感器和九轴传感器负责控制导向，从而自动确定小车行走路线；而后控制模块输出信号，控制车轮电机转动，从而带动麦克纳姆轮转动，机器人按照行走路线行走；到达指定位置后，机器视觉模块识别喷药目标，并向控制模块发送停止信号，使车轮电机停止转动，机器人停止前进；步进电机由控制模块向其发送pwm波来控制其转动一定圈数，从而带动同步带升降机构上下移动，使喷药杆到达指定高度；舵机由控制模块向其发送展开信号，使其控制两个喷药杆展开；增压泵由控制模块向其发送喷药信号，使其对喷药杆进行供药，从而实现定点、定量喷药。

具体地，当机器视觉模块检测到喷药杆与喷药目标处于同一竖直方向时，机器人停止前进，同时步进电机通电，同步带带动喷药杆沿同步带升降机构的光轴作上下移动以瞄准喷药目标。待喷头达到指定位置后，增压泵通电进行喷药操作。

当喷药全部结束后，喷头高度调整，舵机带动喷药杆向上旋转90°收起以减小整体体积；然后，步进电机通电，带动升降台降至底部，即完成工作。

该基于机器视觉的果树喷药机器人具有以下有益效果：

（1）本实用新型采用麦克纳姆轮保证了其转向前进的灵活性，喷药杆上设置机器视觉模块保证了其喷药的精准性，前后麦弗逊式独立悬挂系统保证了其适应地形的多样性，双喷杆喷药系统保证了其喷药的高效性。整体来说，相比人工喷药的繁重劳累和无人机喷药的高昂成本，本实用新型产品操作简便、可实现定点喷药、精准喷药，自动化程度高、节省人力、节省农药、环境污染小、可适应的地形广泛。

（2）本实用新型中，机器人不工作时，两喷药杆处于竖直状态，整体体积较小。工作时，两喷药杆张开成两翼之势，对两边不同目标进行喷药，解决了转向浪费时间的问题，大大提高了喷药效率。

附图说明

图1：本实用新型实施方式中基于机器视觉的果树喷药机器人的结构示意图；

图2：本实用新型实施方式中基于机器视觉的果树喷药机器人的主视图；

图3：本实用新型实施方式中基于机器视觉的果树喷药机器人的右视图；

图4：本实用新型实施方式中基于机器视觉的果树喷药机器人喷药杆收起时的结构示意图。

附图标记说明：

1—行走底盘；11—底盘框架；12—麦弗逊式独立悬挂系统；13—麦克纳姆轮；14—底板；15—车轮电机；16—码盘；17—车轮电机承托；2—喷药机构；21—机器视觉模块；22—同步带升降机构；23—同步带承载架；24—步进电机；25—舵机；26—喷药杆；27—增压泵；28—声音模块；3—控制模块；4—循迹模块；5—九轴传感器；6—红外传感器。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型做进一步说明：

图1至图4示出了本实用新型基于机器视觉的果树喷药机器人的具体实施方式。图1是本实施方式中基于机器视觉的果树喷药机器人的结构示意图；图2是本实施方式中基于机器视觉的果树喷药机器人的主视图；图3是本实施方式中基于机器视觉的果树喷药机器人的右视图；图4是本实施方式中基于机器视觉的果树喷药机器人喷药杆收起时的结构示意图。

如图1至图4所示，本实施方式中的基于机器视觉的果树喷药机器人，包括行走底盘1及设置在行走底盘1上的喷药机构2、控制模块3、循迹模块4和导向模块，喷药机构2的喷药杆26设置在升降机构上以实现喷药杆26的上下位置调节，喷药杆26上还设置有机器视觉模块21。机器视觉模块21确定喷药目标。

优选地，行走底盘1包括底盘框架11、设置在底盘框架11前后两端的麦弗逊式独立悬挂系统12、设置在底盘框架11四角的麦克纳姆轮13及车轮电机15，底盘框架11的上端设置有底板14。麦弗逊式独立悬挂系统12中的弹簧相对于底板14成45度角斜置，上端固定在底盘框架11上，下端固定在相对应车轮电机承托17上。

优选地，车轮电机15的输出轴上还设置有码盘16，如图1所示，通过码盘16测量轴转角进行计步。

本实施例中，车轮电机15采用38直流行星减速器电机，底板14是碳纤维底板，底盘框架11由铝型材搭建而成。

优选地，喷药机构2还包括增压泵27，增压泵27与控制模块3连接。

优选地，喷药杆26的一端通过舵机25与升降机构连接以实现喷药杆26在竖直平面内转动。本实施例中，喷药杆26有两根，且左右对称设置，舵机25通过喷药杆承载架与升降机构连接。舵机25由控制模块3向其发送信号，使其控制喷药杆26展开或向上转动收起。

优选地，所述升降机构是同步带升降机构22，同步带升降机构22通过同步带承载架23设置在行走底盘1上，同步带升降机构22由步进电机24驱动；步进电机24与控制模块3连接。步进电机24由控制模块3向其发送pwm波来控制其转动一定圈数，从而带动同步带升降机构22上下移动，使喷药杆26到达指定高度。

优选地，喷药机构2还包括声音模块28，声音模块28与控制模块3连接。

优选地，控制模块3包括主控制器，所述主控制器分别与循迹模块4、导向模块、行走底盘1的车轮电机15和码盘16、喷药机构2的增压泵27、升降机构、舵机25、机器视觉模块21和声音模块28相连接。本实施例中，主控制器采用stm32芯片。

优选地，循迹模块4包括循迹传感器。本实施例中，循迹传感器采用灰度传感器。

优选地，所述导向模块包括红外传感器6和九轴传感器5。

优选地，机器视觉模块21采用OpenMv机器视觉模块。

工作时，电源通电，循迹模块4、导向模块和机器视觉模块21开始工作，其中循迹模块4负责巡线，导向模块，即红外传感器6和九轴传感器5负责控制导向，从而自动确定小车行走路线；而后控制模块3输出信号，控制车轮电机15转动，从而带动麦克纳姆轮13转动，机器人按照行走路线行走；到达指定位置后，机器视觉模块21识别喷药目标，并向控制模块3发送停止信号，使车轮电机15停止转动，机器人停止前进；步进电机24由控制模块3向其发送pwm波来控制其转动一定圈数，从而带动同步带升降机构22上下移动，使喷药杆26到达指定高度；舵机25由控制模块3向其发送展开信号，使其控制两个喷药杆26展开；增压泵27由控制模块3向其发送喷药信号，使其对喷药杆26进行供药，从而实现定点、定量喷药。

具体地，当机器视觉模块21检测到喷药杆26与喷药目标处于同一竖直方向时，机器人停止前进，同时步进电机24通电，同步带带动喷药杆26沿同步带升降机构22的光轴作上下移动以瞄准喷药目标。待喷头达到指定位置后，增压泵27通电进行喷药操作。

当喷药全部结束后，喷头高度调整，舵机25带动喷药杆26向上旋转90°收起以减小整体体积，如图4所示；然后，步进电机24通电，带动升降台降至底部，即完成工作。

本实用新型基于机器视觉可以自动识靶，在避免使用大量人力物力的同时，从而达到用最少的农药获得最优施药效果的目标，可实现定点喷药、精准喷药。

本实用新型由智能stm32芯片作为主控制器，由灰度、红外传感器和九轴传感器确定机器人行走路线，由OpenMv机器视觉模块识别喷药目标，由前后麦弗逊式独立悬架显著提高产品地面适应性，从而实现对果树的定点喷药、精准喷药，具有操作简便、自动化程度高、节省人力、节省农药、环境污染小、可适应地形广泛等优点。

本实用新型中，机器人不工作时，两喷药杆处于竖直状态，整体体积较小。工作时，两喷药杆张开成两翼之势，对两边不同目标进行喷药，解决了转向浪费时间的问题，大大提高了喷药效率。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性的描述，显然本实用新型的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围内。