一种触碰树干探测的对靶仿形喷药装置的制作方法

本发明涉及农业机械领域，特别是涉及一种触碰树干探测的对靶仿形喷药装置。

背景技术：

农药喷洒技术是一门综合性的技术，农药喷洒技术水平的高低，不仅取决于农药品种和剂型的发展及人们对病虫害发生规律和病虫生态习性的认识水平，还取决于施药器械的性能和制造水平。目前病虫害的防治主要靠化学农药，然而农药的过量使用会导致农药残留，从而严重污染生态环境，威胁农产品安全，而无靶标喷施造成的靶标外大量农药沉积是果园农药残留的主要原因之一。对靶喷药技术是降低农药残留的有效手段，其关键技术是靶标探测技术。目前果园靶标探测主要采用红外、图像和超声等探测技术感知树干冠层形状及位置信息，但是，采用此种探测技术探测树干的精度不高，而且控制器中的算法十分复杂。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种触碰树干探测的对靶仿形喷药装置，通过触碰式探测树体检测，提高检测精度，降低算法复杂度。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种触碰树干探测的对靶仿形喷药装置，包括行走装置，所述行走装置上方设置有水平台，在所述水平台上设置有施药装置、液压装置和控制器，在所述行走装置的一端设有对靶调节装置，在所述行走装置内部设有动力输出装置，所述动力输出装置用于为所述施药装置、液压装置和控制器提供电力；

所述对靶调节装置包括机架、液压缸、伸缩内套筒、液压缸连接支架以及液压马达，所述机架为中空直筒结构且与所述伸缩内套筒构成滑动副，所述机架一端通过悬挂装置与所述行走装置平行于地面固定连接，所述液压缸的缸筒远离活塞杆的一端与所述机架固定连接，所述液压缸的活塞杆与所述伸缩内套筒伸出机架的一端通过所述液压缸连接支架的一端头固定连接，所述液压马达在垂直于地面方向与所述液压缸连接支架远离所述伸缩内套筒的另一端头固定连接；

所述施药装置包括：

药箱，设置在所述行走装置的表面，用于盛装药液；

药箱泵，与所述药箱连通，并通过第一电磁阀控制药液的输出；

喷杆支架和喷头，所述喷杆支架为中空支架，通过软管与所述药箱泵的输出口连接，在所述软管上设有电磁阀，所述喷头均匀的分布在所述喷杆支架的一侧面，用于对树干进行喷药；

在与所述喷头同侧面的喷杆支架上设置有对靶传感器，所述对靶传感器用于识别探测靶标树干，并将探测信息反馈至所述控制器中，所述控制器根据探测信息控制所述施药装置施药；

所述液压装置包括：

液压油箱，设置在所述行走装置的表面，用于盛装液压油；

油泵，与所述液压油箱连通，并通过第二电磁阀和第三电磁阀控制液压油的输出；用于为所述对靶调节装置的液压缸和液压马达提供动力，其中，所述第二电磁阀设置在所述液压缸与所述油泵连接的管路上，所述第三电磁阀设置在所述液压马达与所述油泵连接的管路上；

所述探测装置包括月牙开口平行于地面的月牙形圆盘、探测触头和角度传感器，所述液压马达的输出轴与所述月牙形圆盘下端面连接，所述月牙形圆盘的豁口背面与所述喷杆支架固定连接，在所述月牙形圆盘的豁口的一端设有角度传感器，所述探测触头设置在所述角度传感器的输出轴上；

所述控制器分别与所述行走装置、施药装置、液压装置及对靶传感器电连接。

作为优化，所述行走装置采用履带式；所述行走装置包括后方的驱动轮、前方的导向轮、中间的支撑轮以及履带，所述控制器与控制驱动轮的发动机电连接，用于控制驱动轮的速度，控制器与控制导向轮的差速器电连接，用于控制导向轮的方向。

作为优化，所述对靶传感器包括红外传感器和超声传感器，所述红外传感器用于定位靶标树干的位置以及树干轮廓、树干轮廓重叠区并将信息反馈至所述控制器，所述超声传感器用于探测树干轮廓、树干轮廓重叠区并将信息反馈至所述控制器，红外传感器和超声传感器互相提供决策支撑，所述控制器根据反馈的信息计算出树干的直径和树干的位置，并根据树干的直径信息，所述控制器控制行走装置、液压马达以及液压缸相互配合对树干进行喷药。

作为优化，所述行走装置的车头部设有与所述控制器电连接的激光探头，所述激光探头用于探测所述行走装置在行程线路上的障碍物。

作为优化，在所述机架与所述悬挂装置连接处的下方设有第一承重轮，在所述液压缸连接支架下方设有第二承重轮。

作为优化，所述第一承重轮和第二承重轮均为万向轮。

作为优化，所述液压缸连接支架为钝角型的支架。

作为优化，所述悬挂装置为v字形的直杆。

本发明的有益效果是：

1.本发明设计的触碰树干探测的对靶仿形喷药装置，以触碰式探测树体检测，提高检测精度，降低算法的复杂度，降低成本。

2.树体180度自动仿形喷药，覆盖面积大，喷药效果好。

附图说明

图1为本发明所述的一种触碰树干探测的对靶仿形喷药装置的结构图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明所述的一种触碰树干探测的对靶仿形喷药装置的月牙形圆盘的工作示意图。

附图中，1为水平台，2为控制器，3为液压油箱，4为药箱，5为悬挂装置，6为机架，7为第一承重轮，8为液压缸，9为伸缩内套筒，10为第二承重轮，11为液压缸连接支架，12为液压马达，13为喷杆支架，14为喷头，15为树干，16为角度传感器，17为探测触头，18为月牙形圆盘，19为药箱泵，20为油泵，21为履带，22为导向轮，23为驱动轮，24为支撑轮，25为对靶长传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

在本发明的描述中，除非另有说明，“豁口”的含义为月牙的凹面，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1-3所示，一种触碰树干探测的对靶仿形喷药装置，包括行走装置，行走装置上方设置有水平台1，在水平台1上设置有施药装置、液压装置和控制器2，在行走装置的一端设有对靶调节装置，本实施例中，是在行走装置的后端设置对靶调节装置。在行走装置内部设有动力输出装置(图中未标示)，本实施例中，动力输出装置采用电机，电机为施药装置、液压装置和控制器提供电力。行走装置采用履带式，包括后方的驱动轮23、前方的导向轮21、中间的支撑轮24以及履带21，控制器2与控制驱动轮23的发动机电(图中未标示)连接，用于控制驱动轮23的速度，控制器2与控制导向轮22的差速器(图中未标示)电连接，用于控制导向轮22的方向；差速器使左右转向轮，行走装置的车头部设有与控制器电连接的激光探头(图中未标示)，激光探头用于探测行走装置在行程线路上的障碍物。当激光探头探测到行走装置前方有障碍物时，激光探头将障碍物距离行走装置的信息以及障碍物的大小信息反馈至控制器2，控制器控制差速器以便导向轮转向。

对靶调节装置包括机架6、液压缸8、伸缩内套筒9、液压缸连接支架11以及液压马达12，机架6为中空直筒结构且与伸缩内套筒9构成滑动副，机架6一端通过悬挂装置5与行走装置平行于地面固定连接，液压缸8的缸筒远离活塞杆的一端与机架6固定连接，液压缸8的活塞杆与伸缩内套筒9伸出机架6的一端通过液压缸连接支架11的一端头固定连接，液压马达12在垂直于地面方向与液压缸连接支架11远离伸缩内套筒9的另一端头固定连接。本实施例中，液压缸连接支架11为钝角型的支架，在机架6与悬挂装置5连接处的下方设有第一承重轮7，在液压缸连接支架11下方设有第二承重轮10，第一承重轮7和第二承重轮10均为万向轮，用于支撑对靶调节装置、施药装置以及探测装置的重量。本实施例中，第二承重轮10设置在液压缸连接支架11夹角的正下方，悬挂装置为v字形的直杆，v字形开口与行走装置的后端连接。

液压装置包括设置在行走装置的表面的液压油箱3和油泵20，液压油箱3用于盛装液压油，油泵20与液压油箱3连通，并通过与控制器2电连接的第二电磁阀(图中未标示)和第三电磁阀(图中未标示)控制液压油的输出；分别用于为对靶调节装置的液压缸8和液压马达12提供动力，其中，第二电磁阀设置在液压缸8与油泵20连接的管路上，第三电磁阀设置在液压马达12与油泵20连接的管路上。

施药装置包括设置在行走装置的表面的药箱4和药箱泵19，药箱4用于盛装药液；药箱泵19与药箱4连通，并通过第一电磁阀(图中未标示)控制药液的输出；喷杆支架13和喷头14，喷杆支架13为中空支架，通过软管(图中未标示)与药箱泵19的输出口连接，在软管上设有与控制器2电连接的第一电磁阀，喷头14均匀的分布在喷杆支架13的一侧面，用于对树干进行喷药；在与喷头14同侧面的喷杆支架14上设置有与控制器2电连接的对靶传感器25，对靶传感器25用于识别探测靶标树干，并将探测信息反馈至控制器2中，控制器2根据探测信息控制施药装置施药。

本实施例中，对靶传感器25包括红外传感器和超声传感器，红外传感器用于定位靶标树干的位置以及树干轮廓、树干轮廓重叠区并将信息反馈至控制器，超声传感器用于探测树干轮廓、树干轮廓重叠区并将信息反馈至控制器，红外传感器和超声传感器互相提供决策支撑，控制器2根据反馈的信息计算出树干的直径和树干的位置，并根据树干的直径信息，控制器2控制行走装置、液压马达12以及液压缸8相互配合对树干进行喷药。

探测装置包括月牙开口平行于地面的月牙形圆盘18、探测触头17和角度传感器16，液压马达12的输出轴与月牙形圆盘18下端面连接，月牙形圆盘18的豁口背面与喷杆支架13固定连接，在月牙形圆盘18的豁口的一端设有角度传感器16，探测触头17设置在角度传感器16的输出轴上。当月牙形圆盘18在初始位置时，探测触头17接触到树干并将接触信息传输给控制器2，控制器2控制喷药装置进行喷药，当液压马达12旋转180°时，月牙形圆盘18绕过树干，喷头14的运动随月牙形圆盘18旋转180°，即围绕树干180°进行喷药；当月牙形圆盘18绕过树干后，处于终点位置，探测触头17与树干分离，控制器2控制喷药装置停止喷药，液压马达12再反转180°，使月牙形圆盘18回到初始位置，并等待对下一棵树干进行探测和喷药。

本发明的工作原理：本发明可实现对树干标靶仿形喷药。控制器通过对靶传感器检测的信息控制第三电磁阀开启，调整液压缸的伸缩量，保证月牙形圆盘的豁口对准树干。另外，在果树排列规则的果园中，也可以用人工比对的方式让月牙形圆盘的豁口对准果树树干。行走装置向前运动，当探测触头接触到树干时，控制器控制第一电磁阀开启，喷头开启向树干喷药，同时控制器控制第二电磁阀开启，液压马达带动月牙形圆盘、喷杆支架绕树干旋转，旋转速度与行走装置前进速度以及液压缸伸缩量相匹配，保证月牙形圆盘的豁口始终对准树干。月牙形圆盘从初始位置，旋转到终点位置，随着行走装置前进运动，液压缸和液压马达以及行走装置相互配合运动，当液压马达旋转180°时，月牙形圆盘绕过树干，在此过程中喷头均处于打开喷药状态，喷头的运动随月牙形圆盘旋转180°，即围绕树干180°进行喷药。当月牙形圆盘绕过树干后，处于终点位置，探测触头回位，此时喷药停止。液压马达反转180°，使月牙形圆盘回到初始位置，并等待对下一棵树干进行探测和喷药。

最后应说明的是：本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等统计数的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。