一种植株智能喷药机器人的制作方法

本发明涉及一种植株智能喷药机器人，属于农业植保技术领域。

背景技术：

在农作物生长过程中，农作物需要时常喷药，传统喷药大多采用背负式，这种方式不仅需要大量劳动力，而且喷洒效率低、施药不均而且药液对人体的伤害巨大，工作效率极低。目前市场上的喷药机器人，大都体积巨大，且价格昂贵。对于大片农田，现有的机器人能够做到均匀喷洒，但是对于单根植株，特别是对于苹植株、梨树、樱桃等乔木植株，现有喷药机器人不能确保单根植株的树冠全方位均匀受药，导致现有喷药机器人的施药效果并不显著。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够解决现有喷药机器人所存在问题，能够针对单株植株实现全方位均匀喷药，显著提高喷药效果的植株智能喷药机器人。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种植株智能喷药机器人，用于针对待喷药植株，实现自动化侦测、喷药操作；包括控制模块、待喷药植株图像定位模块、驱动装置载体、升降装置、定位装置、压力泵装置、电控推伸装置、第一图像捕获装置、第二图像捕获装置、第三图像捕获装置、储药箱、中间件、通信装置、两根弧形架、两个直径调节器、至少两个喷头；

其中，驱动装置载体与控制模块相连接，驱动装置载体在控制模块的控制下、实现多方向移动，储药箱固定设置于驱动装置载体上，储药箱上表面设置进水口；控制模块、待喷药植株图像定位模块、通信装置设置于储药箱上，控制模块与通信装置相连接，定位装置用于实现驱动装置载体的定位，定位装置与控制模块相连接；升降装置竖直固定设置于储药箱的上表面，第一图像捕获装置设置于升降装置的顶部，且第一图像捕获装置的图像捕获方向与驱动装置载体的正向前进方向同向；升降装置与控制模块相连接，升降装置在控制模块的控制下、实现其工作端在竖直方向上的上下移动，且升降装置的工作端所面向方向与驱动装置载体的正向前进方向同向；电控推伸装置与控制模块相连接，电控推伸装置与升降装置的工作端相固定连接，电控推伸装置的移动端指向驱动装置载体的正向前进方向，且电控推伸装置移动端的移动路径呈水平姿态，电控推伸装置与控制模块相连接，电控推伸装置的移动端随控制模块的控制而前后移动；

电控推伸装置的移动端与中间件侧边的中点位置相固定连接，中间件呈水平姿态，中间件的两端分别通过直径调节器、分别活动对接各根弧形架的其中一端，中间件和两根弧形架三者共面，且两根弧形架的弧形内侧彼此相向；第二图像捕获装置、第三图像捕获装置分别设置于两根弧形架上远离中间件的一端上，且第二图像捕获装置的图像捕获方向、第三图像捕获装置的图像捕获方向均指向其所设弧形架的弧形内侧区；第一图像捕获装置、第二图像捕获装置、第三图像捕获装置分别与待喷药植株图像定位模块相连接，待喷药植株图像定位模块根据各图像捕获装置的所获图像，实现对待喷药植株的定位，待喷药植株图像定位模块与控制模块相连接；各个喷头平均分布设置于两根弧形架的弧形内侧面上，且各个喷头的输出端均指向其所设弧形架的弧形内侧区域；压力泵装置设置于储药箱上，压力泵装置的输入端对接储药箱内部空间，实现药液的获取，压力泵装置的输出端通过管路依次对接各个喷头的输入端，压力泵装置与控制模块相连接，在控制模块的控制下实现工作。

作为本发明的一种优选技术方案：所述电控推伸装置包括齿板、电控推杆装置、推板和至少一个齿轮支撑装置；其中，齿板的表面为长方形，齿板的其中一端与升降装置的工作端相固定连接，齿板呈水平姿态，且齿板另一端指向驱动装置载体的正向前进方向；电控推杆装置的电机与控制模块相连接，电控推杆装置的电机固定设置于齿板上表面、对接升降装置工作端的一侧，且电控推杆装置的推杆移动端水平指向驱动装置载体的正向前进方向；齿板上表面非电控推杆装置电机设置区域的两侧边上、分别设置齿槽轨，且两道齿槽轨规格彼此相同；推板的长度大于齿板上表面非电控推杆装置电机设置区域的长度，推板的宽度不大于齿板上两齿槽轨之间的间距；推板的其中一端与电控推杆装置的推杆移动端相固定连接，推板呈水平姿态，推板的另一端指向驱动装置载体的正向前进方向；各齿轮支撑装置分别均包括转动轴和两个齿轮，推板上分别设置各个水平贯穿其两侧边的通孔，通孔的数量与齿轮支撑装置的数量相等，且通孔的内径大于齿轮支撑装置中转动轴的外径，以及各通孔的中心线均与驱动装置载体的正向前进方向相垂直，各齿轮支撑装置分别与推板上各通孔的数量一一对应，各齿轮支撑装置中的转动轴分别穿过推板上的对应通孔，且各转动轴的两端分别位于对应通孔的两侧，各齿轮支撑装置中的两个齿轮分别对接于对应转动轴的两端；各齿轮支撑装置中的两个齿轮分别与齿板上相应位置的齿槽轨相咬合；推板的另一端与中间件侧边的中点位置相固定连接。

作为本发明的一种优选技术方案：所述直径调节器包括转动电机和两连接件，直径调节器中，各连接件的其中一端分别对接转动电机的驱动杆，两连接件在转动电机驱动杆的作用下，彼此相对转动，各连接件的另一端分别对接对应中间件的一端、以及对应弧形架的一端；各直径调节器的转动电机分别与控制模块相连接，由控制模块针对各直径调节器的转动电机进行控制。

作为本发明的一种优选技术方案：所述定位装置包括陀螺仪和gps定位模块，陀螺仪和gps定位模块分别设置于所述储药箱上，陀螺仪和gps定位模块分别与控制模块相连接，通过陀螺仪和gps定位模块实现对驱动装置载体的联合定位。

作为本发明的一种优选技术方案：还包括设置于所述储药箱中的液位传感器，液位传感器与所述控制模块相连接。

作为本发明的一种优选技术方案：还包括设置于所述驱动装置载体上的蜂鸣器，且蜂鸣器与所述控制模块相连接。

作为本发明的一种优选技术方案：所述驱动装置载体为橡胶履带底盘总成。

作为本发明的一种优选技术方案：所述各个喷头均为雾化喷头。

本发明所述一种植株智能喷药机器人采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

(1)本发明所设计一种植株智能喷药机器人，以图像捕获装置所获影像作为依据，由控制模块针对驱动装置载体进行行进控制，以及通过图像捕获装置获得待喷洒植株的位置，通过所设计升降装置、电控推伸装置，以及直径调节器，采用设置各个喷头的两根弧形架实现对植株的包围，再通过压力泵装置对储药箱进行控制，针对所包围的植株实现喷药操作，有效提高植株喷洒效率；

(2)本发明所设计一种植株智能喷药机器人中，电控推伸装置的引入，能够有效避免了机器人与植株距离太近、对植株造成伤害；而且通过内置于储药箱中的液位传感器，能够针对药液量的多少进行实时监控，为植株喷洒提供保障；还有结合直径调节器的两根弧形架包围设计，在对植株进行喷药时，能够确保植株全方位均匀受药；还有蜂鸣器的设计，能够确保在大面积的果园中快速、准确的找到机器人；不仅如此，通讯装置的安装增强了所述环抱式智能喷药机器人的人工可干预性能。

附图说明

图1是本发明提出的一种植株智能喷药机器人整体示意图；

图2是本发明提出的一种植株智能喷药机器人电控推伸装置示意图；

图3是本发明提出的一种植株智能喷药机器人弧形架示意图；

图4是本发明提出的一种植株智能喷药机器人电路示意图。

其中，1.驱动装置载体，2.升降装置，3.陀螺仪，4.gps定位模块，5.蜂鸣器，6.压力泵装置，701.第一图像捕获装置，702.第二图像捕获装置，703.第三图像捕获装置，8.齿板，9.齿轮支撑装置，10.电控推杆装置，11.弧形架，12.喷头，13.直径调节器，14.储药箱，15.进水口，16.液位传感器，17.推板，18.中间件。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本发明设计了一种植株智能喷药机器人，用于针对待喷药植株，实现自动化侦测、喷药操作；实际应用当中，如图1所示，包括控制模块、待喷药植株图像定位模块、驱动装置载体1、升降装置2、定位装置、蜂鸣器5、压力泵装置6、电控推伸装置、第一图像捕获装置701、第二图像捕获装置702、第三图像捕获装置703、储药箱14、中间件18、通信装置、两根弧形架11、两个直径调节器13、液位传感器16、至少两个喷头12。

其中，驱动装置载体1与控制模块相连接，驱动装置载体1在控制模块的控制下、实现多方向移动，储药箱14固定设置于驱动装置载体1上，储药箱14上表面设置进水口15；液位传感器16设置于储药箱14中，液位传感器16与控制模块相连接；控制模块、待喷药植株图像定位模块、通信装置设置于储药箱14上，控制模块与通信装置相连接，定位装置用于实现驱动装置载体1的定位，定位装置与控制模块相连接；

实际应用中，定位装置包括陀螺仪3和gps定位模块4，陀螺仪3和gps定位模块4分别设置于所述储药箱14上，陀螺仪3和gps定位模块4分别与控制模块相连接，通过陀螺仪3和gps定位模块4实现对驱动装置载体1的联合定位。

升降装置2竖直固定设置于储药箱14的上表面，第一图像捕获装置701设置于升降装置2的顶部，且第一图像捕获装置701的图像捕获方向与驱动装置载体1的正向前进方向同向；升降装置2与控制模块相连接，升降装置2在控制模块的控制下、实现其工作端在竖直方向上的上下移动，且升降装置2的工作端所面向方向与驱动装置载体1的正向前进方向同向；电控推伸装置与控制模块相连接，电控推伸装置与升降装置2的工作端相固定连接，电控推伸装置的移动端指向驱动装置载体1的正向前进方向，且电控推伸装置移动端的移动路径呈水平姿态，电控推伸装置与控制模块相连接，电控推伸装置的移动端随控制模块的控制而前后移动；实际应用中，升降装置2采用液压升降装置。

如图2所示，电控推伸装置包括齿板8、电控推杆装置10、推板17和至少一个齿轮支撑装置9；其中，齿板8的表面为长方形，齿板8的其中一端与升降装置2的工作端相固定连接，齿板8呈水平姿态，且齿板8另一端指向驱动装置载体1的正向前进方向；电控推杆装置10的电机与控制模块相连接，电控推杆装置10的电机固定设置于齿板8上表面、对接升降装置2工作端的一侧，且电控推杆装置10的推杆移动端水平指向驱动装置载体1的正向前进方向；齿板8上表面非电控推杆装置10电机设置区域的两侧边上、分别设置齿槽轨，且两道齿槽轨规格彼此相同；推板17的长度大于齿板8上表面非电控推杆装置10电机设置区域的长度，推板17的宽度不大于齿板8上两齿槽轨之间的间距；推板17的其中一端与电控推杆装置10的推杆移动端相固定连接，推板17呈水平姿态，推板17的另一端指向驱动装置载体1的正向前进方向；各齿轮支撑装置9分别均包括转动轴和两个齿轮，推板17上分别设置各个水平贯穿其两侧边的通孔，通孔的数量与齿轮支撑装置9的数量相等，且通孔的内径大于齿轮支撑装置9中转动轴的外径，以及各通孔的中心线均与驱动装置载体1的正向前进方向相垂直，各齿轮支撑装置9分别与推板17上各通孔的数量一一对应，各齿轮支撑装置9中的转动轴分别穿过推板17上的对应通孔，且各转动轴的两端分别位于对应通孔的两侧，各齿轮支撑装置9中的两个齿轮分别对接于对应转动轴的两端；各齿轮支撑装置9中的两个齿轮分别与齿板8上相应位置的齿槽轨相咬合；推板17的另一端与中间件18侧边的中点位置相固定连接。

如图3所示，电控推伸装置的移动端与中间件18侧边的中点位置相固定连接，中间件18呈水平姿态，中间件18的两端分别通过直径调节器13、分别活动对接各根弧形架11的其中一端，中间件18和两根弧形架11三者共面，且两根弧形架11的弧形内侧彼此相向。

实际应用中，直径调节器13包括转动电机和两连接件，直径调节器13中，各连接件的其中一端分别对接转动电机的驱动杆，两连接件在转动电机驱动杆的作用下，彼此相对转动，各连接件的另一端分别对接对应中间件18的一端、以及对应弧形架11的一端；各直径调节器13的转动电机分别与控制模块相连接，由控制模块针对各直径调节器13的转动电机进行控制，具体实际应用中，直径调节器13可依据植株的大小，调节两根弧形架11所组成整体弧形的大小。

第二图像捕获装置702、第三图像捕获装置703分别设置于两根弧形架11上远离中间件18的一端上，且第二图像捕获装置702的图像捕获方向、第三图像捕获装置703的图像捕获方向均指向其所设弧形架11的弧形内侧区；第一图像捕获装置701、第二图像捕获装置702、第三图像捕获装置703分别与待喷药植株图像定位模块相连接，待喷药植株图像定位模块根据各图像捕获装置的所获图像，实现对待喷药植株的定位，待喷药植株图像定位模块与控制模块相连接；各个喷头12平均分布设置于两根弧形架11的弧形内侧面上，且各个喷头12的输出端均指向其所设弧形架11的弧形内侧区域；压力泵装置6设置于储药箱14上，压力泵装置6的输入端对接储药箱14内部空间，实现药液的获取，压力泵装置6的输出端通过管路依次对接各个喷头12的输入端，压力泵装置6与控制模块相连接，在控制模块的控制下实现工作。

蜂鸣器5设置于驱动装置载体1上的，且蜂鸣器5与控制模块相连接；实际应用中，驱动装置载体1为橡胶履带底盘总成；各个喷头12均为雾化喷头。

基于图4所示，将本发明所设计一种植株智能喷药机器人应用实际当中，设置于升降装置2顶部的第一图像捕获装置701，实时捕获驱动装置载体1正向行进方向上的影像，并实时上传至控制模块当中，由控制模块根据实时所获的影像，控制驱动装置载体1的行进，同时，控制模块将实时所获来自第一图像捕获装置701的影像发送至待喷药植株图像定位模块，由待喷药植株图像定位模块针对影像进行分析，获得待喷药植株的位置，当控制模块通过待喷药植株图像定位模块获得待喷药植株位置时，控制模块首先控制直径调节器13工作，将两根弧形架11打开，然后控制模块升降装置2工作，调整设置喷头12的弧形架11的高度，高度调节中，判断待喷药植株照片的拍摄角度，对计算得出的待喷药植株高度进行倾角修正，得出真实的待喷药植株高度，然后控制模块根据真实的待喷药植株高度，即可调节升降装置2的升降范围。

接着控制模块控制电控推杆装置10伸长，将中间件18、直径调节器13、弧形架11的整体结构向着待喷药植株移动，即控制展开的两根弧形架11向着喷药植株移动，在向着待喷药植株的移动过程中，配合分别设置于两根弧形架11上第二图像捕获装置702、第三图像捕获装置703的实时捕获影像，控制模块实时接收来自该两个图像捕获装置的实时影像，观测喷药植株相对两根弧形架11的位置，当待喷药植株位于两根弧形架11之间时，控制模块随即控制电控推杆装置10停止工作，进一步控制模块控制两个直径调节器13工作，控制两根弧形架11向着待喷药植株包围式移动，同样配合来自第二图像捕获装置702、第三图像捕获装置703的实时影像，直至控制模块判断待喷药植株位于两根弧形架11之间，最后，控制模块即可控制压力泵装置6工作，将储药箱14中的药液经管路送至分设两根弧形架11上的各个喷头12，进而由各个喷头12喷出，实现对待喷药植株的喷洒。

上述技术方案所设计植株智能喷药机器人，以图像捕获装置所获影像作为依据，由控制模块针对驱动装置载体1进行行进控制，以及通过图像捕获装置获得待喷洒植株的位置，通过所设计升降装置2、电控推伸装置，以及直径调节器13，采用设置各个喷头12的两根弧形架11实现对植株的包围，再通过压力泵装置6对储药箱14进行控制，针对所包围的植株实现喷药操作，有效提高植株喷洒效率。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。