CN104186451B - 一种基于机器视觉的除虫除草喷药机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于机器视觉的除虫除草喷药机器人，其包括可行走的车架、药水箱、视觉导航装置、视觉感知装置、动力装置、主控系统和喷药装置；本发明能够快速有效的识别田间草害和虫害，并根据草害和虫害程度定点变量喷洒除草剂和(或)除虫剂，适合农机实时田间作业，大大提高了作业效率，降低了农田管理成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于机器视觉的除虫除草喷药机器人，属于农业机械技术领域。
背景技术
中国是发展的农业大国，改革开放三十年，中国农业和农村经济取得了飞跃进步，但我国农业发展仍然面临着严峻的挑战。在农作物的田间生产管理过程中，杂草和病虫害一直是影响农作物生长和产量的主要因素。据不完全统计，我国因虫害草害引起的作物产量损失每年约占粮食总产23％，损失粮食达上百亿公斤。我国农药化肥的生产量和施用量居世界首位，单位面积使用量是美国的2.6倍，但农药的利用率仅在30％左右。因此研究一种高效的除虫除草喷药机器人，对提高农业生产效率和粮食等作物产量均具有重要的现实意义和广阔的应用前景。
传统农田除虫除草采用田间大面积统一定量均匀喷洒，导致化学除虫剂和除草剂利用率较低。同时，还导致严重的环境污染、化学农药残留超标和害虫及杂草抗药性增强等严重的生态与农产品安全问题，严重威胁人类的健康，智能变量喷施除虫除草剂能够保护环境和提高作物产量，是促进农业可持续发展战略的重要途径。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于机器视觉的除虫除草喷药机器人。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于机器视觉的除虫除草喷药机器人，一种基于机器视觉的除虫除草喷药机器人，其包括可行走的车架、药水箱、视觉导航装置、视觉感知装置、动力装置、主控系统和喷洒装置，其特征在于，所述的药水箱为两个；所述的视觉导航装置包括第一支架和两个第一摄像头，所述的第一支架安装在所述的车架的前端，所述的两个第一摄像头均以与地面成45度角的方式并排安装在所述的第一支架上，所述的第一摄像头与所述的主控系统相连，所述的主控系统将所述的第一摄像头采集到的图像经过处理后，用来识别所述除虫除草喷药机器人在农田中的导航路径；所述的视觉感知装置包括设置在所述的车架两端的两个第二支架和设置在每个第二支架上的第二摄像头，所述的两个第二摄像头均以与地面成45度角的方式分别安装在各自的第二支架上，所述的第二摄像头与所述的主控系统相连，所述的主控系统将所述的第二摄像头采集到的图像经过处理后，对农田的杂草和农作物上的害虫进行识别和定位；所述的喷洒装置设置于所述的药水箱的后方，所述的喷洒装置包括两排横向水管和分别沿所述的两排横向水管间隔分布的除草喷头和除虫喷头，所述的除草喷头与除虫喷头相间隔布置。
进一步，为了提高除草喷头与除虫喷头喷洒的压力，以提高喷洒效果，该基于机器视觉的除虫除草喷药机器人还包括水泵，所述的水泵安装在车架上，所述的药水箱的出水端经所述的水泵的进水管和所述的水泵的进水口相连，所述的水泵的出水管与所述的喷洒装置的横向水管相连。
为了进一步提高除草喷头与除虫喷头的喷洒效果，使二者能够以合理的流速和流量进行喷洒，所述水泵的出水管和所述喷洒装置之间还设有分水机构。
进一步，作为优选，所述的分水机构包括分水管和控制该分水管流量的分水控制器，所述的喷洒装置的横向水管具有能分别与所述分水管的出水管口相对接的入水口。
进一步为了提高了整个机器人的动力以及抓地力，适合于在田间行走，所述的动力装置由柴油发动机提供动力，并采用四轮驱动。
进一步，为了使该机器人具有较好的导航能力，所述的第一支架的高度高于一米，且高于所述的第二支架的高度。
本发明采用上述技术方案所能达到的有益效果是：本发明提供的一种基于机器视觉的除虫除草喷药机器人能够快速有效的识别田间草害和虫害程度，并根据草害和虫害程度变量喷洒除草剂或者除虫剂，适合田间实时工作。以机器代替了人工劳动，降低了劳动强度。将农药通过水泵提取，通过视觉感知系统实现对杂草和虫害的识别及定位，由控制系统根据杂草和虫害的位置信息及危害程度，分别利用尾部2横向水管的多个喷头变量喷洒农药，大大提高了工作效率，农田管理成本得到降低。
附图说明
图1是本发明的一种基于机器视觉的除虫除草喷药机器人的正视图；
图2是本发明的一种基于机器视觉的除虫除草喷药机器人的侧视图；
图3是本发明的一种基于机器视觉的除虫除草喷药机器人的后视图.
图中，1、药水箱，2、车架，3、第一支架，4、第一摄像头，5、第二支架，6、第二摄像头，7、横向水管，8、除草喷头，9、除虫喷头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1-3所示，本发明提供了一种基于机器视觉的除虫除草喷药机器人，其包括可行走的车架2、药水箱1、视觉导航装置、视觉感知装置、动力装置、主控系统和喷洒装置，药水箱1为两个；视觉导航装置包括第一支架3和两个第一摄像头4，第一支架3安装在车架2的前端，两个第一摄像头4均以与地面成45度角的方式并排安装在第一支架3上，第一摄像头4与主控系统相连，主控系统将第一摄像头4采集到的图像经过处理后，用来识别除虫除草喷药机器人在农田中的行走导航路径；视觉感知装置包括设置在车架2两端的两个第二支架5和设置在每个第二支架5上的第二摄像头6，两个第二摄像头6均以与地面成45度角的方式分别安装在各自的第二支架5上，第二摄像头6与主控系统相连，主控系统将第二摄像头6采集到的图像经过处理后，对农田的杂草和农作物上的害虫进行识别和定位；喷洒装置设置于药水箱1的后方，喷洒装置包括两排横向水管7和分别沿两排横向水管7间隔分布的除草喷头8和除虫喷头9，除草喷头8与除虫喷头9相间隔布置。
为了提高除草喷头与除虫喷头喷洒的压力，以提高喷洒效果，该基于机器视觉的除虫除草喷药机器人还包括水泵，水泵安装在车架2上，药水箱1的出水端经水泵的进水管和水泵的进水口相连，水泵的出水管与喷洒装置的横向水管7相连。
为了进一步提高除草喷头与除虫喷头的喷洒效果，使二者能够以合理的流速和流量进行喷洒，水泵的出水管和喷洒装置之间还设有分水机构。
在本实施例中，分水机构包括分水管和控制该分水管流量的分水控制器，喷洒装置的横向水管7具有能分别与分水管的出水管口相对接的入水口。
进一步为了提高了整个机器人的动力以及抓地力，适合于在田间行走，动力装置由柴油发动机提供动力，并采用四轮驱动。
此外，为了使该机器人具有较好的导航能力，第一支架3的高度高于一米，且高于第二支架6的高度。
理论和实践证明，本实例的机器人在前进过程中，杂草以及害虫可以有效的清除，工作效率高，节省农药，起到了环境保护的作用。
本发明所创新的地方在于可同时进行除虫除草的工作，并且根据虫害和草害的危害程度控制喷洒量，将农药通过水泵提取，通过视觉感知装置对杂草和虫害的识别和定位，由主控系统根据杂草和虫害的位置信息和危害程度，利用尾部的两个横向水管上的喷头变量喷出农药，大大提高了工作效率，耕作成本更低，对提升食品和作业安全、降低环境污染具有显著地意义。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (3)
1.一种基于机器视觉的除虫除草喷药机器人，其包括可行走的车架、药水箱、视觉导航装置、视觉感知装置、动力装置、主控系统和喷洒装置，其特征在于，所述的药水箱为两个；所述的视觉导航装置包括第一支架和两个第一摄像头，所述的第一支架安装在所述的车架的前端，所述的两个第一摄像头均以与地面成45度角的方式并排安装在所述的第一支架上，所述的第一摄像头与所述的主控系统相连，所述的主控系统将所述的第一摄像头采集到的图像经过处理后，用来识别所述除虫除草喷药机器人在农田中的导航路径；所述的视觉感知装置包括设置在所述的车架两端的两个第二支架和设置在每个第二支架上的第二摄像头，所述的两个第二摄像头均以与地面成45度角的方式分别安装在各自的第二支架上，所述的第二摄像头与所述的主控系统相连，所述的主控系统将所述的第二摄像头采集到的图像经过处理后，对农田的杂草和农作物上的害虫进行识别和定位；所述的喷洒装置设置于所述的药水箱的后方，所述的喷洒装置包括两排横向水管和分别沿所述的两排横向水管间隔分布的除草喷头和除虫喷头，所述的除草喷头与除虫喷头相间隔布置；所述的第一支架的高度高于一米，且高于所述的第二支架的高度；还包括水泵，所述的水泵安装在车架上，所述的药水箱的出水端经所述的水泵的进水管和所述的水泵的进水口相连，所述的水泵的出水管与所述的喷洒装置的横向水管相连；所述的动力装置由柴油发动机提供动力，并采用四轮驱动。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的除虫除草喷药机器人，其特征在于，所述水泵的出水管和所述喷洒装置之间还设有分水机构。
3.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的除虫除草喷药机器人，其特征在于，所述的分水机构包括分水管和控制该分水管流量的分水控制器，所述的喷洒装置的横向水管具有能分别与所述分水管的出水管口相对接的入水口。
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