[發明專利]一種新型的變量噴霧路徑規劃自主導航系統及方法

有效

• 申請號: 201811329280.5
• 申請日: 2018-11-09
• 公開（公告）號: CN109471434B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 劉慧;朱晟輝;沈躍
• 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

本文公開一種新型的變量噴霧路徑規劃自主導航系統及方法，采用四輪驅動行走機構，以適應路面崎嶇的情況，主要由數據采集單元、運動控制單元和變量噴霧單元三部分組成。其中，數據采集單元包括inter D435深度攝像頭、微型計算機、GPS等，運動控制單元包括微型計算機、輪轂電機驅動器、帶輪轂電機的驅動輪等，變量噴霧單元包括水箱、水泵、電磁閥噴嘴、噴桿等。變量噴霧機器人全長0.60m，寬0.59m，底部距離地面高度0.20m。車體為四輪結構，通過四個驅動輪分別裝配一臺400W的輪轂電機實現獨立驅動，控制方便。該系統滿足噴霧機器人對目標作物的實時檢測和識別，同時實現噴霧機器人自主行駛和噴霧參數的實時控制，減少了人工勞作的時間，提高了噴霧自動化的水平。

技術領域

本發明涉及一種適用于果園環境下的通過前置深度攝像頭完成變量噴霧自主導航的技術，屬于農業自動化控制技術領域。

背景技術

我國是一個農業大國，作為現代農業技術的先進生產方式，設施農業自動化顯得尤為重要。目前，在農業噴霧領域中，果園噴霧作業占比逐漸增加，與此同時，隨著現代科學技術和控制理論的不斷發展、我國的農業裝備自動化技術不斷完善，研發出可以適應果園作業的無人化自主噴霧機器人就顯得至關重要。

在早期的果園噴霧施藥的過程中，只有極少量的農藥能夠經過噴霧噴灑在目標作物上并起到防治作用，經科學驗證，傳統施藥裝備在噴霧過程中只有不足1％的農藥能夠命中目標作物的防治區域，只有不足0.03％的農藥能夠起到殺蟲的作用，農藥噴霧的效率非常低。所以如何提高農藥噴霧的效率、減少農藥在噴霧過程中的使用量并達到精準噴霧，是目前農業裝備技術發展的一個重要目標。

本發明借助因特爾公司開發的深度攝像頭，設計了一種依靠圖像處理的變量噴霧路徑規劃自主導航機器人。與目前大都采用激光傳感器掃描植株實施變量噴霧、采用GPS進行路徑規劃和導航相比，本發明采用的深度攝像頭成本更低、精度更高，在果園的環境內更具有適用性和實用性。

發明內容

為針對實現噴霧機器人的路徑規劃、行走控制和噴霧工作，本發明通過一種基于深度攝像頭的圖像采集方法，進行實時避障、變量噴霧，有效的減少了勞動的時間和成本。嵌入式微型計算機采集深度攝像頭拍攝到的深度圖像和彩色圖像，通過算法分別用于實時路徑規劃和變量噴霧。通過提取深度圖像中作物的深度信息，并結合速度傳感器檢測到的當前行駛的速度，預測噴霧所需的延時時間。通過分割彩色圖像中的作物部分，計算需要的噴霧量及每個噴嘴所對應電磁閥的占空比并將其傳輸給電磁閥驅動器，并產生各電磁閥相對應的PWM波，延時對每個噴嘴進行工作，保證變量噴霧的準確性。

本發明的系統的技術方案為：一種新型的變量噴霧路徑規劃自主導航系統，包括車身平臺、自主行走避障系統、變量噴霧系統；

所述車身平臺包括車架(9)、放置深度攝像頭(1)的可控升降托板(10)、固定可控升降托板的可控升降桿(2)，放置深度攝像頭(1)的可控升降托板(10)固定卡扣在升降桿(2)兩側，升降桿(2)底部焊接在車架(9)前端；