一种授粉喷施设备及系统的制作方法

本发明实施例涉及农业装备技术领域，具体涉及一种授粉喷施设备及系统。

背景技术：

温室环境下种植的果蔬作物，因缺乏自然授粉条件，需要在花期喷施生长调节剂和微量元素等，以促进花粉萌发，提高坐果率，保证产量。

通常，现有技术中会通过人工作业完成对果蔬作物的授粉。然而，人工授粉不仅成本高，而且需要在特定时间和特定条件下进行作业，劳动强度大、作业环境差、授粉效率低，并且激素对人体健康危害大，人工授粉是设施农业生产链中对作业者身体造成严重危害的劳动环节之一。

因此，如何取代人工授粉以及提高授粉效果和效率，成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明实施例提出一种授粉喷施设备及系统。

一方面，本发明实施例提出一种授粉喷施设备，包括：

用于设置在横杆上、并沿着所述横杆进行直线运动的移动装置；

所述移动装置上方设置有用于控制所述移动装置移动的控制装置；

所述移动装置下方设置有用于容置药液的药箱，在所述药箱下方设置有用于在所述控制装置的控制下移动至待喷施的目标花簇正面的机械臂；所述机械臂的一端与所述药箱的底部连接，另一端设置有喷头并悬空设置；所述喷头与紧贴机械臂外壁的导管的一端连接，所述导管的另一端与所述药箱的出液口连通；所述药液由所述出液口喷出后，经由所述导管并通过所述喷头向所述目标花簇进行喷施；

在所述药箱下方还设置有用于拍照的摄像装置，所述摄像装置与所述控制装置通信连接，用于将照片发送至所述控制装置，并由所述控制装置根据所述照片判断是否存在所述目标花簇。

本发明实施例提出的授粉喷施设备，由于可通过控制装置以及摄像装置确定目标花簇，且可通过药箱、机械臂以及喷头的配合实现对目标花簇的喷施，因此可取代人工授粉。此外，由于机械臂移动至待喷施的目标花簇正面，因此在喷施时药液可精确地喷洒至目标花簇，因此，本发明实施例提出的授粉喷施设备还可提高授粉效果和效率。

另一方面，本发明实施例提出一种授粉喷施系统，包括：

桁架，所述桁架包括多个竖杆、多个侧杆和至少一个横杆，所述横杆与所述竖杆之间具有偏距；其中，所述竖杆的上端设置在顶棚骨架上，所述侧杆固定在所述竖杆上，所述横杆固定设置在相邻的两个所述侧杆上；还包括如上文所述的授粉喷施设备，所述授粉喷施设备设置在所述横杆上。

本发明实施例提出的授粉喷施系统，由于还具有桁架，所述桁架的竖杆上端设置在顶棚骨架上，且授粉喷施设备设置在所述桁架的横杆上，因此使得该系统适合在例如温室大棚环境下进行授粉喷施作业。

附图说明

图1为本发明授粉喷施设备实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的授粉喷施设备控制原理示意图；

图3为本发明授粉喷施系统实施例的结构示意图；

图4为本发明授粉喷施系统实施例的局部结构放大示意图；

图5为本发明授粉喷施系统实施例的工作流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明授粉喷施设备实施例的结构示意图，参看图1，本发明实施例公开一种授粉喷施设备，包括：

移动装置1，所述移动装置1设置在横杆上，并沿着所述横杆进行直线运动；在所述移动装置1上方设置有用于控制所述移动装置1移动的控制装置2；所述移动装置1下方设置有药箱3，所述药箱3用于容置药液，在所述药箱3下方设置有用于在所述控制装置2的控制下移动至待喷施的目标花簇正面的机械臂4；所述机械臂4的一端与所述药箱3的底部连接，另一端设置有喷头5并悬空设置；所述喷头5与紧贴机械臂4外壁的导管的一端连接，所述导管的另一端与所述药箱3的出液口连通；所述药液由所述出液口喷出后，经由所述导管并通过所述喷头5向所述目标花簇进行喷施；在所述药箱3下方还设置有用于拍照的摄像装置6，所述摄像装置6与所述控制装置2通信连接，用于将照片通过有线或无线的方式发送至所述控制装置2，并由所述控制装置2根据所述照片判断是否存在所述目标花簇。

图2为本发明实施例提供的授粉喷施设备控制原理示意图，如图2所示，控制装置2用于接收摄像装置6和感应装置传送的信息，并向移动装置1，药箱3，机械臂4，喷头5发送相应地控制信息；移动装置1用于在横杆上进行直线运动；药箱3用于容置药液，并在控制装置2控制下调节每次喷施的药液量；机械臂4用于在所述控制装置2的控制下移动至待喷施的目标花簇正面；喷头5用于向目标花簇喷施经由所述导管到达喷头5的药液；摄像装置6用于采集照片，并将照片发送至控制装置2，并由控制装置2根据所述照片判断是否存在所述目标花簇。

其中，所述感应装置包括设置在横杆上的第一感应装置，以及设置在移动装置1内的第二感应装置，所述第一感应装置与第二感应装置配合产生启动信号和终止信号，以指示控制装置2，使其控制所述授粉喷施设备的启停。

本发明实施例提供的授粉喷施设备，其控制原理为：控制装置2处理摄像装置6所采集到的照片信息，再对其进行处理分析，提取目标花簇特征，计算目标花簇的空间位置和目标花簇面积信息，然后控制移动装置1和机械臂4运动至目标花簇，并控制药箱3和喷头5完成喷施动作，待授粉喷施设备完成对图像中所有目标花簇的喷施后，移动装置1继续下一移动周期的直线运动，重复上述过程，直到感应到终止信号才结束工作。

本发明实施例提出的授粉喷施设备，由于可通过控制装置2以及摄像装置6确定目标花簇，且可通过药箱3、机械臂4以及喷头5的配合实现对目标花簇的喷施，因此可取代人工授粉。此外，由于机械臂4移动至待喷施的目标花簇正面，因此在喷施时药液可精确地喷洒至目标花簇，因此，本发明实施例提出的授粉喷施设备还可提高授粉效果和效率。

进一步地，所述移动装置1继续下一移动周期的直线运动具体为：

所述控制装置2根据所述摄像装置6的视场范围，控制所述移动装置1每一移动周期进行直线运动的移动距离。

其中，所述视场范围指所述摄像装置6所能拍摄到实物的范围；在本实施例中，由于摄像装置6用于拍摄作物栽培区，且所述横杆距离所述作物栽培区距离较近，因此，所述视场范围有限；根据所述摄像装置6的视场角，以及所述设备距离所述作物栽培区的距离，则可计算出所述摄像装置6的视场范围的横向大小，进而可计算出所述移动装置1每一移动周期进行直线运动的移动距离。例如，若获知所述摄像装置6在作物栽培区所在平面内拍摄到的最大横向距离为0.5m，则所述移动装置1每一移动周期进行直线运动的移动距离也为0.5m。

这样的设置，可使所述摄像装置6拍摄的照片不会有重合，且在相邻移动周期拍摄的照片的实物可紧密的接合，从而保证待喷施花簇不会被遗漏，也避免了待喷施花簇被重复拍摄。

进一步地，所述控制装置2根据所述照片判断是否存在所述目标花簇具体包括：

S01、所述控制装置2将所述照片与待喷施的花簇样本进行对比，判断当前移动周期在所述摄像装置6的视场范围内是否存在与所述待喷施的花簇样本的特征匹配的待喷施花簇；

S02、若所述控制装置2判断获知存在所述待喷施花簇，则再根据所述摄像装置6提供的所述照片，计算出所述待喷施花簇距离所述设备的距离；

在本实施例中，所述摄像装置6优选为双目摄像头，所述双目摄像头的两个摄像头之间具有一定的间距，因此所述两个摄像头分别拍摄的照片中，同一待喷施花簇的位置会不同，由此，所述控制装置2可计算出待喷施花簇距离所述设备的距离。可选地，所述摄像装置6还可以是两个单目摄像头，所述两个单目摄像头之间具有一定的间距；可选地，所述摄像装置6还可以是单目摄像头以及距离探测器的组合。

S03、所述控制装置2根据所述机械臂4的最大伸展长度，判断所述待喷施花簇距离所述设备的距离是否位于所述最大伸展长度内；

S04、若是，则所述待喷施花簇则为所述目标花簇，所述控制装置2根据所述目标花簇的面积信息控制所述药箱3的喷液量。

其中，所述目标花簇具体指距离所述设备的距离位于所述机械臂4的最大伸展长度内的待喷施的花簇。

由于根据目标花簇的面积喷施对应量的药液，因此相较于现有技术，本实施例提出的授粉喷施设备可有效节约药液，从而提高了药液利用率。

其中，所述机械臂4包括多个舵机41，其中，最靠近药箱3的舵机41可实现360度的旋转，所述多个舵机41相互配合，用以完成不同空间位置的喷施。当然，所述舵机41的具体数量可根据实际情况和需求进行调整，本实施例对此不作限定。

优选地，根据上述任一实施例，还可将所述摄像装置6通过旋转装置设置在所述药箱3的下方。以使所述摄像装置6旋转例如90度、180度或270度，从而可使在不人为移动所述横杆以及所述设备的情况下，对位于所述设备其它侧的其它目标花簇进行喷施。

本发明实施例提出的授粉喷施设备，由于还采用了根据所述摄像装置6的视场范围来进行图像采集的方式，因此相对于短时间内多频次采集图像的现有技术，所述授粉喷施设备有效地减少了图像采集的次数，因此降低了与图像采集以及目标花簇判断有关的工作量，从而提高了确定目标花簇的效率。

图3为本发明授粉喷施系统实施例的结构示意图，参看图3，本发明实施例还公开一种授粉喷施系统，包括：

桁架，所述桁架包括多个竖杆31、多个侧杆32和至少一个横杆33，所述横杆33与所述竖杆31之间具有偏距；其中，所述竖杆31的上端设置在顶棚骨架上，所述侧杆32固定在所述竖杆31上，所述横杆33固定设置在相邻的两个所述侧杆32上；还包括如上文实施例所述的授粉喷施设备34，所述授粉喷施设备34设置在所述横杆33上。

本发明实施例提出的授粉喷施系统，由于还具有桁架，所述桁架的竖杆31上端设置在顶棚骨架上，且授粉喷施设备34设置在所述桁架的横杆33上，因此使得该系统适合在例如温室大棚环境下进行授粉喷施作业。

其中，所述竖杆31还设置有伸缩机构，以调节设置在所述横杆33上的所述授粉喷施设备34的作业高度，从而可使所述系统具备在不同高度下的作业能力，因而进一步提升了所述系统的作业范围。

图4为本发明授粉喷施系统实施例的局部结构放大示意图，参看图4，为使所述授粉喷施设备34的移动装置1在横杆33上可靠工作并且减小移动装置1在横杆33上运动过程中与横杆33之间的摩擦力，移动装置1底部可以设置有多个与横杆33上表面接触的主动轮35，控制装置2通过控制主动轮35实现移动装置1的移动；同时移动装置1底部可以设置多个环抱着横杆33的从动轮36，用以防止所述授粉喷施设备34在横杆33上运动的过程中发生侧翻。

进一步地，所述侧杆32上设置有垫块41，所述横杆33设置在所垫块41上。所述垫块41，以及所述横杆33与所述竖杆31之间的偏距31’的设置可确保所述授粉喷施设备34顺利通过所述侧杆32以及竖杆31而不与所述侧杆32以及竖杆31发生碰撞，进而保证所述授粉喷施设备34的作业顺利进行。

图5为本发明授粉喷施系统实施例的工作流程图，参看图5，本发明实施例提供的授粉喷施系统工作流程如下：

S1、启动设备；

在启动设备前，首先，需要在例如温室内的喷施工作区域完成桁架的设计与布置，并保证所述设备在运动过程中的障碍都被清理掉；其次，保证所述设备有充足的电量，药箱3内有充足的药量；然后，检查所述设备的各部分部件连接是否紧固，检查所述摄像装置6以及机械臂4是否正常工作，检查各个开关尤其是急停开关是否正常工作；最后，即可开启所述设备的电源，所述系统将按以下步骤完成喷施工作。

S2、若所述设备感测到启动信号，则开始沿所述横杆进行直线运动；若未感测到启动信号，则仅保持启动状态而不进行喷施作业，直到所述设备感测到启动信号；

具体地，所述第一感应装置与所述第二感应装置配合产生启动信号，以指示所述设备开始进行直线运动。其中，所述第一感应装置和第二感应装置可以为例如磁铁和霍尔传感器。

S4、所述设备完成一个移动周期后，所述摄像装置6开始拍照采集图像，并将拍摄的照片上传至所述控制装置2；

S5、所述控制装置2根据所述照片判断是否存在所述目标花簇；

具体地，步骤S5还包括：

S51、所述控制装置2将所述照片与待喷施的花簇样本进行对比，判断当前移动周期在所述摄像装置6的视场范围内是否存在与所述待喷施的花簇样本的特征匹配的待喷施花簇；

S52、若所述控制装置2判断获知存在所述待喷施花簇，则再根据所述摄像装置6提供的所述照片，计算出所述待喷施花簇距离所述设备的距离；

S53、所述控制装置2根据所述机械臂4的最大伸展长度，判断所述待喷施花簇距离所述设备的距离是否位于所述最大伸展长度内；

S54、若是，则所述待喷施花簇则为所述目标花簇，所述控制装置2根据所述目标花簇的面积信息控制所述药箱3的喷液量。

其中，所述目标花簇具体指距离所述设备的距离位于所述机械臂4的最大伸展长度内的待喷施的花簇。

S6、所述设备对所述目标花簇完成喷施；

具体地，所述控制装置2控制所述机械臂4依次移动至所述目标花簇的正面，并控制所述喷头5对所述目标花簇喷施从所述药箱3流出的相应量的药液；在完成对所有位于所述最大伸展长度内的所述目标花簇的喷施后，所述控制装置2控制所述移动装置1进行下一移动周期的直线运动。

由于根据目标花簇的面积喷施对应量的药液，因此相较于现有技术，本实施例提出的授粉喷施系统可有效节约药液，从而提高了药液利用率。

S7、若所述设备未感测到停止信号，则重复S3；

S8、若所述设备在进行下一移动周期的直线运动时感测到停止信号，则停止工作。

具体地，可在所述设备沿横杆33移动的终点处设置第一感应装置，在所述移动装置1内设置第二感应装置，所述第一感应装置与所述第二感应装置配合产生停止信号，以指示所述设备停止工作。

本发明实施例提出的授粉喷施系统，不仅适合在例如温室大棚环境下进行授粉喷施作业，而且由于所述竖杆31可进行伸缩，以及垫块41和偏距31’的设置，进而可使所述授粉喷施设备34在不同高度下顺利地进行喷施作业。另外，由于所述横杆33上还可预设有感应装置，用于指示所述授粉喷施设备34的启停，因此本发明实施例提供的授粉喷施系统还有较高的自动化作业的能力。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。