一种基于人工智能技术的多喷路可控喷幅式精准对靶除草模块的制作方法

本发明公开了一种基于人工智能技术的多喷路可控喷幅式精准对靶除草模块，涉及农业机械领域、自动控制领域以及人工智能领域，具体应用于农业领域多种作物的田间智能除草。

背景技术：

粮食生产关系到国家的粮食安全，但是在农业生产作业过程中，农田草害与农药过度使用等问题对粮食产量与生产安全构成严重威胁：农田杂草同作物竞争光、热、水、肥等资源，影响粮食产量。调查资料显示，2018年，全国粮食总产量达到65789万吨，因为草害损失的粮食就有300亿公斤，杂草危害造成的粮食产量损失高达4.56％。因此，为克服杂草对农业生产的危害，目前国内外现有除草方式主要为人力除草，机械除草，化学除草，生物除草，国内外研究机构还有对激光除草、电流除草的研究但是目前技术仍不成熟。由于人力除草效率低，耗时耗力，已经不适合现代农业的发展。机械除草除草效率高，但是伤苗问题依然存在。生物除草成本昂贵，针对性强无法解决大田多品种杂草。在过去50多年里，化学除草已成为全球现代农业生产的重要组成部分，但是目前化学除草采用粗放型“地毯式”“广幅式”除草剂投放方式，造成了严重的除草剂资源浪费和生态环境污染。过量的农药投入导致面源污染和环境持续恶化，不仅直接增加农业生产成本，也间接增加环境治理成本。农药减量控害对于转变农业生产方式、推进农业绿色发展的重要性不言而喻。传统除草剂喷施作业完全忽略杂草区域分布的差异性，采用粗放型“地毯式”除草剂投放方式，造成了严重的除草剂资源浪费和生态环境污染。过量的农药投入导致面源污染和环境持续恶化，不仅直接增加农业生产成本，也间接增加环境治理成本。农药减量控害对于转变农业生产方式、推进农业绿色发展的重要性不言而喻。传统除草剂喷施作业完全忽略杂草区域分布的差异性，采用粗放型“地毯式”除草剂投放方式，造成了严重的除草剂资源浪费和生态环境污染。由此可见，如何做到减量增效，提高药液利用率已成为当下化学除草技术的一个研究热点，在“精准农业”的政策推动下，随着人工智能技术快速发展，将给基于杂草识别与检测的变量靶向喷施装备的研究与应用带来了机遇。

技术实现要素：

本发明针对化学除草粗放型“地毯式”“广幅式”除草剂投放方式，造成了严重的除草剂资源浪费和生态环境污染问题，设计了一款基于人工智能技术的多喷路可控喷幅式精准对靶除草模块。该模块可挂载于多种农业机械搭载平台，可实现快速插装。本装置适用于多种田间作物不同生长周期田间除草。本装置采用轻量级卷积神经网络识别杂草信息，为药剂品种选择、靶喷参数流量、压力、喷头角度自动优化、沉降区域规划提供依据；多通道靶喷单元能够针对不同类型的杂草，喷施多种不同类型的除草剂，同步带滑台带动喷头横向位移实现对杂草精准对靶喷施，并能根据杂草聚生大小调节喷洒范围。该对靶喷施系统能够减少农药使用量，减轻生态环境污染，有效提高工作效率。

为实现上述目的，本发明所提供的的技术方案是一种基于人工智能技术的多喷路可控喷幅式精准对靶除草模块，其特征是装置由固定部分、图像采集器、移动部分一层、移动部分二层，三组可移动结构与新型可控喷幅式喷头单元组成，固定部分由方钢骨架1、一层方钢板9、直线导轨10、二层方钢板5、同步带滑台固定座19、同步带滑台6、电机固定块7、86步进电机8、直线位移传感器固定卡26、直线位移传感器27、3d打印垫块4、二层同步带滑台固定钢板31、电磁阀2、电磁阀固定钢板3组成，图像采集器由工业摄像头16、摄像头固定钢板件组成17，移动部分一层由滑块18、一层喷头单元固定铝板件13、连接铝板件20、滑台滑块固定铝板件21、直线位移传感器连接铝板件22组成，移动部分二层由滑块18、二层喷头单元固定铝板件23、连接铝板20、二层滑台滑块固定铝板件25、二层直线位移传感器连接铝板件24组成，可变范围喷头组由3d打印外壳14、金属舵机28、舵机齿轮29、喷头15、喷头齿轮30、二位4孔分气排12、分气排堵头11组成，其中一层方钢板9通过螺栓固定到方钢骨架1，直线导轨10通过螺栓固定到一层方钢板9，摄像头固定钢板件17固定到一层方钢板9下方，工业摄像头16通过螺栓固定到摄像头固定钢板件17上，86步进电机8通过电机固定块7与同步带滑台6连接，同步带滑台固定座19将同步带滑台6固定到一层方钢板9上，二层方钢板5通过螺栓与方钢骨架1连接，直线位移传感器17通过直线位移传感器固定卡26固定到二层方钢板5上，直线导轨10通过螺栓固定到二层方钢5上，二层同步带滑台固定钢板25通过3d打印垫块4与二层方钢板5连接并通过螺栓固定，86步进电机8通过电机固定块7与同步带滑台6连接，同步带滑台固定座19将同步带滑台6固定到二层同步带滑台固定钢板31上，电磁阀固定钢板3通过3d打印垫块4与二层方钢板5连接并通过螺栓固定，电磁阀2固定在电磁阀固定钢板3上，舵机齿轮29与金属舵机28固定后将金属舵机28固定在3d打印外壳14上，用分气排堵头11将二位4孔分气排12多余的两个孔堵住，将喷头15固定在二位4孔分气排12最下面的通气孔上，将喷头齿轮30固定在喷头15上，喷头齿轮30与舵机齿轮29咬合，以一层喷头固定铝板13为主体将滑块18固定在其下方，并使滑块18滑入直线导轨10，用螺栓将新型可控喷幅式喷头单元、连接铝板件20、直线位移传感器连接铝板件22固定在其上，通过滑台滑块固定铝板件21将同步带滑台6与连接铝板件20连接，通过直线位移传感器连接铝板件22与直线位移传感器27相连接，以二层喷头固定铝板23为主体将滑块18固定在其下方，并使滑块18滑入直线导轨10，用螺栓将新型可控喷幅式喷头单元、连接铝板20件固定在其上，通过二层滑台滑块固定铝板件25将同步带滑台6与连接铝板件20连接，将二层直线位移传感器连接铝板件24固定在二层滑台滑块固定铝板件25上，通过二层直线位移传感器连接铝板件24与直线位移传感器27相连接。

整机通过方钢骨架1实现与搭载平台的挂接，该模块集成三组可横向移动喷路，三个喷路负责不同类别的杂草，每个喷路上有三个新型可控喷幅式喷头单元，三个新型可控喷幅式喷头单元共同负责一垄宽度的覆盖区域。整机通过方钢骨架1与搭载平台挂接，工业摄像头16位于模块覆盖区域中央上方进行苗草识别，视觉检测，检测到是那种类别的杂草后，喷施对应除草剂的喷路由同步带滑台6带动滑台滑块固定铝板件21、连接铝板件20、一层喷头单元固定铝板件13，进而带动整个喷路实现三个新型可控喷幅式喷头单元进行横向位移，从而实现精准对靶喷施，哪里有草喷哪里，只喷杂草不喷苗，什么杂草喷能够杀死这大类杂草的除草机。同时在一层喷头单元固定铝板件13的带动下，直线位移传感器连接铝板件22带动直线位移传感器27，将移动部分一层的整体位移实时反馈形成闭合回路。在工业摄像头16识别到杂草后会对杂草的信息进行采集，对聚生区域大的杂草调大喷施覆盖范围，通过金属舵机28驱动下通过舵机齿轮29和喷头齿轮30的传动实现可控喷幅式喷头喷射锥角的调节，并且通过调节电磁阀2的占公比实现大草多喷，小草少喷，变量喷施，减少除草剂使用量，减轻生态环境污染。

本发明与现有传统广幅式化学除草方式相比，有如下优点和有益效果：本发明针对现有化学除草设备采取广幅，粗放式，高剂量，高浓度的喷洒除草剂造成的土壤，饮水，环境污染，农药残留的问题，其采用人工智能技术，通过视觉系统进行苗草识别，对杂草精准定位，实现精准对靶喷施，只喷草不喷苗，减轻作物上除草剂的残留和土壤、环境污染问题。通过视觉系统深度学习识别杂草的种类，结合模块多喷路设计，实现是什么草喷射什么药，减缓杂草的抗药性和多种类除草剂混合对庄稼、土壤的毒害性。通过视觉系统识别杂草的聚生区域的大小，结合本模块新型可控喷幅式喷头单元的设计，可实现大草多喷小草少喷，变量喷施。

附图说明

图1为本发明的简图

图2为本发明的侧视图

图3为本发明的主视图

图4为本发明内部结构图

图5为本发明的单个喷路移动功能单元

图6为本发明的新型可控喷幅式喷头单元

具体实施方式

是一种基于人工智能技术的多喷路可控喷幅式精准对靶除草模块，其特征是装置由固定部分、图像采集器、移动部分一层、移动部分二层，三组可移动结构与新型可控喷幅式喷头单元组成，固定部分由方钢骨架1、一层方钢板9、直线导轨10、二层方钢板5、同步带滑台固定座19、同步带滑台6、电机固定块7、86步进电机8、直线位移传感器固定卡26、直线位移传感器27、3d打印垫块4、二层同步带滑台固定钢板31、电磁阀2、电磁阀固定钢板3组成，图像采集器由工业摄像头16、摄像头固定钢板件组成17，移动部分一层由滑块18、一层喷头单元固定铝板件13、连接铝板件20、滑台滑块固定铝板件21、直线位移传感器连接铝板件组成22，移动部分二层由滑块18、二层喷头单元固定铝板件23、连接铝板20、二层滑台滑块固定铝板件25、二层直线位移传感器连接铝板件24三组成，可变范围喷头组由3d打印外壳14、金属舵机28、舵机齿轮29、喷头15、喷头齿轮30、二位4孔分气排12、分气排堵头11组成，其中一层方钢板9通过螺栓固定到方钢骨架1，直线导轨10通过螺栓固定到一层方钢板9，摄像头固定钢板件17固定到一层方钢板9下方，工业摄像头16通过螺栓固定到摄像头固定钢板件17上，86步进电机8通过电机固定块7与同步带滑台6连接，同步带滑台固定座19将同步带滑台6固定到一层方钢板9上，二层方钢板5通过螺栓与方钢骨架1连接，直线位移传感器17通过直线位移传感器固定卡26固定到二层方钢板5上，直线导轨10通过螺栓固定到二层方钢5上，二层同步带滑台固定钢板25通过3d打印垫块4与二层方钢板5连接并通过螺栓固定，86步进电机8通过电机固定块7与同步带滑台6连接，同步带滑台固定座19将同步带滑台6固定到二层同步带滑台固定钢板31上，电磁阀固定钢板3通过3d打印垫块4与二层方钢板5连接并通过螺栓固定，电磁阀2固定在电磁阀固定钢板3上，舵机齿轮29与金属舵机28固定后将金属舵机28固定在3d打印外壳14上，用分气排堵头11将二位4孔分气排12多余的两个孔堵住，将喷头15固定在二位4孔分气排12最下面的通气孔上，将喷头齿轮30固定在喷头15上，喷头齿轮30与舵机齿轮29咬合，以一层喷头固定铝板13为主体将滑块18固定在其下方，并使滑块18滑入直线导轨10，用螺栓将新型可控喷幅式喷头单元、连接铝板件20、直线位移传感器连接铝板件22固定在其上，通过滑台滑块固定铝板件21将同步带滑台6与连接铝板件20连接，通过直线位移传感器连接铝板件22与直线位移传感器27相连接，以二层喷头固定铝板23为主体将滑块18固定在其下方，并使滑块18滑入直线导轨10，用螺栓将新型可控喷幅式喷头单元、连接铝板20件固定在其上，通过二层滑台滑块固定铝板件25将同步带滑台6与连接铝板件20连接，将二层直线位移传感器连接铝板件24固定在二层滑台滑块固定铝板件25上，通过二层直线位移传感器连接铝板件24与直线位移传感器27相连接。

整机通过方钢骨架1实现与搭载平台的挂接，该模块集成三组可横向移动喷路，三个喷路负责不同类别的杂草，每个喷路上有三个新型可控喷幅式喷头单元，三个新型可控喷幅式喷头单元共同负责一垄宽度的覆盖区域。整机通过方钢骨架1与搭载平台挂接，工业摄像头16位于模块覆盖区域中央上方进行苗草识别，视觉检测，检测到是那种类别的杂草后，喷施对应除草剂的喷路由同步带滑台6带动滑台滑块固定铝板件21、连接铝板件20、一层喷头单元固定铝板件13，进而带动整个喷路实现三个新型可控喷幅式喷头单元进行横向位移，从而实现精准对靶喷施，哪里有草喷哪里，只喷杂草不喷苗，什么杂草喷能够杀死这大类杂草的除草机。同时在一层喷头单元固定铝板件13的带动下，直线位移传感器连接铝板件22带动直线位移传感器27，将移动部分一层的整体位移实时反馈形成闭合回路。在工业摄像头16识别到杂草后会对杂草的信息进行采集，对聚生区域大的杂草调大喷施覆盖范围，通过金属舵机28驱动下通过舵机齿轮29和喷头齿轮30的传动实现可控喷幅式喷头喷射锥角的调节，并且通过调节电磁阀2的占公比实现大草多喷，小草少喷，变量喷施，减轻生态环境污染，有效提高工作效率。