[發(fā)明專利]一種應用于溫室的自主導航智能變量噴霧系統(tǒng)及其控制方法

在審

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• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN107422726A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發(fā)明（設計）人: 沈躍;高彬;劉慧;劉琳;潘成凱
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種室內(nèi)導航噴霧技術領域，尤其是涉及一種基于植株目標的變流量噴霧系統(tǒng)。

背景技術

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，塑料大棚和溫室的建設面積已經(jīng)從20世紀90年代初的4萬多公頃發(fā)展到現(xiàn)在近15.67萬公頃，位居世界第一位。然而，在我國噴藥施藥技術比較落后、自動化水平比較低的情況下，農(nóng)藥的使用率較低，易造成農(nóng)藥的浪費以及環(huán)境的污染，引發(fā)環(huán)境安全、農(nóng)產(chǎn)品和果品安全、操作者安全等問題。因此研究溫室內(nèi)自主導航噴霧系統(tǒng)不僅能夠大大解放勞動力，提高自動化程度，而且還能大大提高生產(chǎn)效率，降低勞動成本。

目前基于紅外線、超聲波對靶技術設計的噴霧機應用較為廣泛，但是由于這類傳感器精度較低、測量速度較慢、容易受溫度、濕度以及噴霧機噴霧氣流等因素的影響，降低了噴霧對靶的精確性以及農(nóng)藥的使用效率。本發(fā)明中使用的激光傳感器較紅外傳感器以及超聲波傳感器具有更高的檢測精度、更快的掃描速度以及不受采光影響的特點，因此將它應用于精密變量噴霧研究中。本發(fā)明中的智能變量噴霧系統(tǒng)，作為一種先進的農(nóng)藥噴施技術，能適應不同植株的生長差異以及存在的外形差異，能快速準確識別植株目標的有無、大小、形狀以及密度等特征信息，通過分析噴嘴對應區(qū)域的植株目標特征進行變流量噴霧，從而達到提高農(nóng)藥利用率、降低噴施脫靶率和減少環(huán)境污染的目的。

發(fā)明內(nèi)容

針對實現(xiàn)溫室內(nèi)智能小車軌跡規(guī)劃的目標要求，本發(fā)明通過一種自主導航的方法，有效消除了視覺成像的畸變失真、傾斜失真、比例失真以及減少了人力勞動。無線設備實現(xiàn)了計算機、車平臺的通訊，實時地將計算機規(guī)劃的軌跡信息以及室內(nèi)路面信息傳輸給車平臺，用于自動引導智能小車基于平面矢量圖的行駛。能夠高精度地實現(xiàn)對各智能小車實時位置的監(jiān)控，從而確保各智能小車行駛在規(guī)劃的軌跡上，具有操作性好、柔性高、實時性好的特點。

針對目前實時傳感器識別植株過程中存在的不足，無法實現(xiàn)針對獨立噴嘴對應區(qū)域目標特征的變量噴霧。為了克服向無目標區(qū)域、恒量噴灑的缺點，本發(fā)明基于植株目標獨立噴嘴控制的變流量噴霧方法，設計了一種采用激光傳感器對植株目標進行掃描的智能變量噴霧系統(tǒng)，通過激光傳感器對車平臺兩邊植株的掃描，能夠根據(jù)掃描區(qū)域內(nèi)植株目標的有無、大小、形狀和密度等特征信息，結合流量控制算法計算出各個噴嘴對應電磁閥的占空比，單片機接收嵌入式計算機的指令并產(chǎn)生各電磁閥對應的PWM波，再結合延時補償算法補償車平臺行走速度以及噴霧系統(tǒng)所產(chǎn)生的延時時間，進而保證噴嘴到達目標植株時，對各噴嘴對應電磁閥實時控制實現(xiàn)變流量噴霧施藥。

本發(fā)明的技術方案為：

一種應用于溫室的自主導航智能變量噴霧系統(tǒng)，包括車平臺、變量噴霧系統(tǒng)、自主導航控制系統(tǒng)、電池組(4)；

所述車平臺包括車架、自轉向行走機構、固定Sick激光傳感器的可控升降桿(2)；

所述變量噴霧系統(tǒng)包括Sick激光傳感器(1)、車載速度傳感器(13)、車載嵌入式計算機(3)、水箱(6)、水泵(7)、噴桿(5)、噴嘴(8)、無線通信模塊(20)；放置Sick激光傳感器(1)的可控升降桿固定于車平臺鋁板上的升降桿安置槽中，和車載嵌入式計算機(3)相連，車載嵌入式計算機(3)與無線通信模塊(20)、車載速度傳感器(13)相連，無線通信模塊(20)與各噴嘴(8)的電磁閥相連；水箱(6)、水泵(7)分別固定于車平臺上，通過水管相連；兩根噴桿(5)分別固定于車平臺后部的左右兩邊，通過水管與水泵(7)相連接，并在兩根噴桿(5)上分別固定5個等間距的帶獨立電磁閥的噴嘴(8)；根據(jù)噴桿上各噴嘴(8)之間的距離關系，對左右兩側噴嘴噴施空間進行平均分割，每個噴嘴對應于一個噴施區(qū)域；

所述自主導航控制系統(tǒng)包括攝像頭(15)、控制室內(nèi)計算機(14)、無線通信模塊(20)、運動控制模塊(21)、超聲波避障系統(tǒng)(19)、報警裝置(18)；攝像頭(15)采集溫室內(nèi)地面圖像，并將采集到的圖像通過無線網(wǎng)傳輸給控制室內(nèi)計算機(14)，控制室內(nèi)計算機(14)通過無線網(wǎng)將規(guī)劃的路徑傳輸給車平臺上的無線通信模塊(20)，運動控制模塊(21)根據(jù)無線通信模塊接收的路徑信息調(diào)控車平臺的行駛路徑；波避障系統(tǒng)(19)固定于車平臺正前方，與運動控制模塊相連，用于車平臺的實時避障以及觸發(fā)報警裝置(18)實時報警；

所述電池組用于給車平臺、變量噴霧系統(tǒng)、自主導航控制系統(tǒng)提供理想的電能環(huán)境。