一种静电喷雾植保机器人及其控制方法与流程

本发明涉及一种农业植保技术领域，特别涉及一种静电喷雾植保机器人及其控制方法。

背景技术：

当前农村果园经济作物种植面积越来越大，果园植保施肥喷药管理精细化要求越来越高，需要投入大量人力物力。

现有的植保机械主要采用人工背负喷雾器喷洒农药或者依靠人工驾驶操作植保机械喷洒作业，不论大型植保机械设备或小型背负式药箱，还停留于粗放型施肥喷药作业，不能很好的控制喷洒量，药液多数喷洒于树冠表层叶面，甚至喷洒到空气中，树冠内层、外层叶面附着药液量不均匀，叶面药液也容易滴落，导致土地空气环境污染，植保综合经济性效果不是太好。另外人员直接参与施药作业，一方面增加了人员的劳动强度，另一方面农药对人体也不可避免的造成中毒伤害，生产需求已不能满足农村劳动力对美好生活愿望的追求。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种静电喷雾植保机器人，该机器人能够合理利用农药用量，提高树冠内层、外层叶面施药量的一致性，提高叶面正反面着药量及均匀度，避免施药对人员伤害、减少对土地空气环境污染，提高劳动生产效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

提供了一种静电喷雾植保机器人，包括根关节平台，所述根关节平台的底部设有行走机构，根关节平台的顶部设有喷雾系统，

所述喷雾系统包括多自由度喷枪，所述多自由度喷枪的底部与根关节平台连接，多自由度喷枪内置有驱动电机，驱动电机驱动多自由度喷枪实现多自由度的转动动作；

所述根关节平台上设有药液箱，所述药液箱内盛装有喷雾药液，所述多自由度喷枪的底部通过水泵与药液箱连通，多自由度喷枪的顶部连接有雾化喷头；

所述药液箱内设有静电高压发生器，所述药液箱的内壁固定连接有充电电极，所述静电高压发生器的高压静电负极端与充电电极连接；

所述根关节平台上还设有嵌入式计算机控制系统，所述行走机构、驱动电机以及水泵通过嵌入式计算机控制系统控制。

优选的，多自由度喷枪的底部通过供药管与药液箱内的喷雾药液连接。

优选的，水泵设于供药管与多自由度喷枪之间，并且水泵的进液口与供药管连接，水泵的出液口与多自由度喷枪连接。

优选的，多自由度喷枪包括若干段关节以及连接在关节上的药液管，每相邻的两段关节之间互相转动连接，并且位于最底部位置的关节远离相邻关节的一端与根关节平台连接，药液管的一端与水泵的出液口连接，药液管的另一端连接雾化喷头，所述雾化喷头通过位于最顶部的关节支撑。

优选的，位于最顶部位置的所述关节通过喷杆与所述雾化喷头连接，所述喷杆的一端与药液管出药口连接，另一端与雾化喷头的进药口连接。

优选的，药液管分布在关节的外部，且药液管通过固定夹夹持在关节的外侧。

优选的，关节设有三段，分别为大臂、小臂以及腕关节，所述驱动电机包括肩关节电机、臂关节电机、腕关节电机以及指关节电机，所述肩关节电机连接根关节平台与大臂，臂关节电机连接大臂与小臂，腕关节电机连接小臂与腕关节，指关节电机连接腕关节与喷杆，所述肩关节电机、臂关节电机、腕关节电机以及指关节电机分别与嵌入式计算机控制系统连接。

优选的，行走系统包括分别设于根关节平台两侧的履带、履带驱动轮，所述履带驱动轮通过直流无刷电机驱动转动，履带驱动轮驱动履带行走。

优选的，嵌入式计算机控制系统的外部设有与嵌入式计算机控制系统连接的摄像头，摄像头为嵌入式计算机控制系统提供图像视频信号；嵌入式计算机控制系统还设有无线通讯模块，嵌入式计算机控制系统通过无线通讯模块与远程计算机控制端建立无线通讯。

本发明还提供了多自由度静电喷雾植保机器人的控制方法，包括以下步骤：

s1、开启多自由度静电喷雾植保机器人的启动开关，使得嵌入式计算机控制系统处于工作状态；

s2、嵌入式计算机控制系统内置的gps定位模块对多自由度静电喷雾植保机器人的位置进行定位；

s3、摄像头对植被冠部的图像视频信号进行采集，并将该图像视频信号传输至嵌入式计算机控制系统的数据处理模块中；

s4、嵌入式计算机控制系统对图像视频信号进行处理计算，并输出计算结果；

s5、嵌入式计算机控制系统根据计算结果，驱动多自由度喷枪以及行走系统运动，使多自由度喷枪的喷雾端靠近所要喷雾的植被冠部位置；

s6、嵌入式计算机控制系统控制水泵工作，使得多自由度喷枪对植被冠部进行喷雾。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明通过多自由度喷枪连接雾化喷头，而多自由度喷枪内置有驱动电机，通过驱动电机驱动，使得多自由度喷枪能够自由的深入植被冠部的内、外两侧，从而有效的解决了传统作业中药液仅喷洒到植被表层叶面的现象，提高了植被叶片的着药量以及附着在植被叶片两侧表面药液的均匀性；

2.本发明通过嵌入式计算机控制系统来控制药液的喷洒以及多自由度喷枪的运动，实现了自动化喷药，通过计算机控制系统的控制，能够精确的控制药液的喷洒量以及喷洒范围，提高了喷洒药液药量的合理性；

3.本发明采用嵌入式计算机控制系统来控制多自由度喷枪的驱动电机的运动，能够精确的控制雾化喷头的喷射方向，从而能够有效的避免药液喷洒到空气中的现象，一方面提高了药液的利用率，避免浪费药液，另一方面能够防止药液喷洒到空气中造成空气污染的现象，避免环境污染；

4.本发明采用静电高压发生器实现药液的静电喷雾，使得药液雾滴能够对植被叶片的上、下表面形成有效的包围，防止药液滴落；

5.本发明在根关节平台的底部安装行走机构，并将行走机构通过嵌入式计算机控制系统进行控制，从而能够取代现有的人工喷洒药液的方式，解放了劳动力，降低了操作人员的劳动强度，同时也避免了施药过程对人员造成伤害的现象，提高了安全性。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的右视图；

图3是本发明的多自由多喷枪的结构示意图；

图4是本发明的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1、2所示，本发明公开了一种静电喷雾植保机器人，包括根关节平台1，根关节平台1的底部设有行走机构2，根关节平台1的顶部设有喷雾系统，喷雾系统的数量至少为一个，在本实施例中，喷雾系统的数量为两个，两个喷雾系统均匀的分布在根关节平台1的顶部，用以提高药液的喷洒效率，节约时间。

如图1～3所示，本发明的喷雾系统包括多自由度喷枪3，多自由度喷枪3的底部与根关节平台1连接，多自由度喷枪3内置有驱动电机4。本发明的根关节平台1上设有药液箱5，药液箱5内盛装有喷雾药液，多自由度喷枪3的底部通过水泵7与药液箱5连通，多自由度喷枪3的顶部连接有雾化喷头304。药液管305的一端与水泵7的出液口连接，药液管305的另一端连接雾化喷头304。

本发明的药液箱5内设有静电高压发生器8，药液箱5的内壁固定连接有充电电极(图中未画出)，静电高压发生器8的高压静电负极端与充电电极连接，通过静电高压发生器8与充电电极，给药液箱5内的药液提供静电粒子，从而实现静电喷雾。

驱动电机4驱动多自由度喷枪3实现多自由度的转动动作。多自由度喷枪3包括若干段关节以及连接在关节上的药液管305，每相邻的两段关节之间互相转动连接，以便于多自由度喷枪3能够形成多自由度的运动，位于最底部位置的关节远离相邻关节的一端与根关节平台1连接，本发明的雾化喷头304通过位于最顶部的关节支撑，并且位于最顶部位置的关节通过喷杆306与雾化喷头304连接，喷杆306的一端与药液管305出药口连接，另一端与雾化喷头304的进药口连接。

本实施例中，药液管305的底部通过供药管(图中未画出)与药液箱5内的喷雾药液连接，水泵7设于供药管与药液管305之间，并且水泵7的进液口与供药管连接，水泵7的出液口与药液管305连接。通过设置供药管，只需要将供药管插入药液箱5内的药液内，即可能够启动水泵7，无需将水泵7也安装到药液箱5内，从而方便安装水泵7。

如图3所示，本实施例中，多自由度喷枪3的关节设有三段，分别为大臂301、小臂302以及腕关节303，驱动电机4包括肩关节电机401、臂关节电机402、腕关节电机403以及指关节电机404，肩关节电机401连接根关节平台1与大臂301，臂关节电机402连接大臂401与小臂402，腕关节电机403连接小臂402与腕关节403，指关节电机404连接腕关节403与喷杆306，本发明通过肩关节电机401、臂关节电机402、腕关节电机403分别驱动大臂301、小臂302、腕关节303在垂直面上做0～180°的转动动作，而指关节电机404则驱动喷杆306在水平面上做0～180°的转动动作，以此实现多自由度喷枪3的运动动作，提高多自由度喷枪3运动的精确性。

根关节平台1上还设有嵌入式计算机控制系统6，行走机构2、肩关节电机401、臂关节电机402、腕关节电机403、指关节电机404、以及水泵7分别通过嵌入式计算机控制系统6控制，而且行走机构2、肩关节电机401、臂关节电机402、腕关节电机403、指关节电机404、以及水泵7与嵌入式计算机控制系统6分别通过can总线及开关信号连接控制。

本实施例，在设置药液管305时，可以将药液管305分布在关节的外部，且药液管305通过固定夹307夹持在关节的外侧。也可以将药液管305分布在关节的内部，此时，需要将多自由度喷枪3的每根关节的中心均开设用于药液管305穿过的中心通道，中心通道的直径与药液管305的外径相适应，然后使药液管305穿过各个关节的中心通道，实现药液管305的定位。但是无论哪种方式，在固定药液管305时，均需要在各个关节的衔接处留有余量，以便于药液管305在关节转动时能够收放自如，防止药液管305被扯断。

本实施例的行走系统2包括分别设于根关节平台1两侧的履带201、履带驱动轮202，履带驱动轮202通过直流无刷电机203驱动转动，履带驱动轮202驱动履带201行走。在本实施例中，直流无刷电机203通过电机控制器电信号连接控制，电机控制器电信号连接嵌入式计算机控制系统6，嵌入式计算机控制系统6控制根关节平台1前进、后退，原地左转、右转动作。

嵌入式计算机控制系统6的外部设有与嵌入式计算机控制系统6连接的摄像头9，摄像头9为嵌入式计算机控制系统6提供图像信息。嵌入式计算机控制系统6还设有无线通讯模块，嵌入式计算机控制系统6通过无线通讯模块与远程计算机控制端建立无线通讯。

如图4所示，本发明的多自由度静电喷雾植保机器人的控制步骤如下：

s1、开启多自由度静电喷雾植保机器人的启动开关，使得嵌入式计算机控制系统6处于工作状态；

s2、嵌入式计算机控制系统6内置的gps定位模块对多自由度静电喷雾植保机器人的位置进行定位；

s3、摄像头9对植被冠部的图像视频信号进行采集，并将该图像视频信号传输至嵌入式计算机控制系统6的数据处理模块中；

s4、嵌入式计算机控制系统6对图像视频信号进行处理计算，并输出计算结果；

s5、嵌入式计算机控制系统6根据计算结果，驱动多自由度喷枪3以及行走系统2运动，使多自由度喷枪3的喷雾端靠近所要喷雾的植被冠部位置；

s6、嵌入式计算机控制系统6控制水泵7工作，使得多自由度喷枪3对植被冠部进行喷雾。

另外，在嵌入式计算机控制系统6中，设有切换控制开关，以便于对控制模式进行切换。具体的，本实施例在嵌入式计算机控制系统6的作用下，分为自动和远程遥控两种工作模式。

自动工作模式下，通过嵌入式计算机控制系统6的触摸屏提前规划行走路线，嵌入式计算机控制系统6根据gps定位模块信息，依照规划路线控制运动根关节前进、后退，原地左转、右转。摄像头9实时采集植被冠部的图像视频信号，嵌入式计算机控制系统6对图像视频信号进行处理计算，计算出植被冠部的形状，然后嵌入式计算机控制系统6的数据处理模块确定出工作目标三维立体空间坐标，确定多自由度喷枪3的运动路线及施药范围后，嵌入式计算机控制系统6分别驱动两个多自由度喷枪3的各个关节电机，使雾化喷头304到达各自需要喷雾的位置，然后嵌入式计算机控制系统6控制启动水泵7，静电喷雾系统工作。

远程遥控模式下，摄像头9实时采集植被冠部的图像视频信号，嵌入式计算机控制系统6对图像视频信号进行处理计算，计算出植被冠部的形状，然后嵌入式计算机控制系统6通过无线通讯模块实时传输视频图像及gps定位模块位置信息给远程计算机控制端，远程计算机控制端实时监控工作目标图像信息，发送操控指令给嵌入式计算机控制系统6，嵌入式计算机控制系统6根据相应操控指令，控制控制运动根关节前进、后退，原地左转、右转，驱动多自由度喷枪3的各个关节电机，操控静电喷雾系统工作，在远程控制模式下，两个多自由度喷枪3分别设有控制键。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明，本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案，例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。