專利名稱：對靶噴霧機械臂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種溫室環(huán)境下對植株 病害進行對靶噴霧的智能化機械臂。
背景技術(shù)：
目前，我國在蔬菜植株病蟲害防治上施藥設(shè)備以中小型機具為 主，手動植保機械占絕對主導(dǎo)地位。但這些植保機械絕大部分都是上
世紀(jì)50-60年代定型的產(chǎn)品，無論是技術(shù)性能還是結(jié)構(gòu)都相當(dāng)落后， 這些機具的施藥方式容量大，往往將蔬菜噴灑至"藥液滴淌"，大部分 都流失到土壤、水源和空氣中去，造成農(nóng)藥浪費和環(huán)境污染，使人畜 中毒事件增加，對人們的健康造成嚴(yán)重的威脅。同時，在溫室等設(shè)施
農(nóng)業(yè)環(huán)境下，因施藥中毒人數(shù)每年都在遞增。
對靶噴霧是目前農(nóng)業(yè)信息技術(shù)領(lǐng)域的 一個研究熱點。根據(jù)靶標(biāo)的 尺度不同，對靶噴霧有不同的層次。對作物植株單體甚至是單個葉片 內(nèi)病害區(qū)域進行對靶噴霧是當(dāng)前的一個難點。研制精準(zhǔn)對靶施藥裝 備，實現(xiàn)根據(jù)病害植株的位置以及單個葉片的病害區(qū)域進行定位施藥 處理，有利于提高農(nóng)藥應(yīng)用的效率，減少農(nóng)藥在蔬菜作物上的農(nóng)藥殘 留，降低工作人員的勞動強度和直接接觸農(nóng)藥的機會。因此針對植株 和病害部位進行對靶變量施藥的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)器械的研究成為熱點。
對靶施藥器械一直是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)方面研究的重點之一，目前國內(nèi)外 對于精準(zhǔn)對靶施藥器械的研制主要根據(jù)植株的形狀或葉片大小決定 施藥的數(shù)量，對靶的硬件主要通過車載或拖拉機懸掛噴桿的方式實 現(xiàn)，其使用具有一定的局限性，在提高噴霧精度和農(nóng)藥利用率方面仍 存在較多問題
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于提供 一種其使用不受限制的對靶噴霧機械 臂，以解決噴霧精度和農(nóng)藥利用率低的問題。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是釆用一種對靶噴霧機械
臂，包括Y向移動導(dǎo)軌20,朝與地面平行的Y向設(shè)置；承載臺10， 設(shè)在所述Y向移動導(dǎo)軌20上；Z向移動機構(gòu)ll， 一端與行走于高架 導(dǎo)軌的移動平臺1的下方連接，另一端與所述Y向移動導(dǎo)軌20連接， 用于朝與地面垂直的Z向移動所述Y向移動導(dǎo)軌20;兩個圖像采集 攝像頭21，分別設(shè)在所述Y向移動導(dǎo)軌20的上方、所述Z向移動機 構(gòu)11的兩側(cè)；X向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，包括旋轉(zhuǎn)支架31和相對該旋轉(zhuǎn)支架31 旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸30,所述旋轉(zhuǎn)支架31固接在所述承載臺10的前側(cè)， 所述旋轉(zhuǎn)軸30的軸線與同時垂直于所述Z向和Y向的X向一致；噴 桿32，設(shè)在所述旋轉(zhuǎn)軸30的一端，與所述旋轉(zhuǎn)軸30垂直，其桿體 上設(shè)有噴嘴33。
其中，所述Z向移動機構(gòu)11為交剪式吊架，通過電動機拉動鋼 絲繩實現(xiàn)所述Y向移動導(dǎo)軌20的升降動作。
其中，所述Y向移動導(dǎo)軌20為同步帶式直線導(dǎo)軌。
其中，所述噴桿32上還設(shè)有電磁閥34，所述電磁閥34用于控 制所述噴嘴33的通斷時間。
其中，所述噴嘴33設(shè)有若干個，沿著所述噴桿32的桿體方向均 句分布，每個噴嘴33對應(yīng)一個所述電磁閥34。
還提供一種對靶噴霧方法，該方法包括
51、 通過設(shè)在Y向移動導(dǎo)軌20上的圖像釆集攝像頭21,掃描植
被場景圖像，確定植被病害區(qū)域的位置信息和檢測植被病害程度信 自
巧、5
52、 根據(jù)所述位置信息，控制Z向移動機構(gòu)11朝與地面垂直的 Z向Y向移動導(dǎo)軌20,之后控制X向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn)設(shè)在所述承載臺 10前側(cè)的噴桿32至與地面垂直；
553、 控制承載臺IO沿著Y向移動導(dǎo)軌20朝與地面平行的Y向 移動，以使設(shè)在所述承載臺10前側(cè)的噴桿32到達(dá)植被病害區(qū)域；
54、 在承載臺IO移動的同時，根據(jù)所述病害程度信息與位置信 息，當(dāng)承載臺10帶動設(shè)在噴桿32上與電磁閥34固連的噴嘴33指向 需要噴霧的區(qū)域時，控制設(shè)在所述噴桿32上的電磁閥34的通斷時間， 使與電磁閥34對應(yīng)的噴嘴33對病害植被進行變量噴霧。
其中，所述步驟S2中的X向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)支架31和相對 該旋轉(zhuǎn)支架31旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸30,所述旋轉(zhuǎn)軸30的軸線與同時垂直 于所述Z向和Y向的X向一致。
其中，步驟S2中的所述噴桿32通過所述旋轉(zhuǎn)軸30旋轉(zhuǎn)至與地 面垂直。
其中，步驟S5中的噴嘴33設(shè)有若干個，所述噴嘴33均勾分布 在所述噴桿32上，每個噴嘴33對應(yīng)一個所述電磁閩34。
其中，所述步驟S1中的Z向移動機構(gòu)11為交剪式吊架，通過電 動機拉動鋼絲繩實現(xiàn)所述承載臺10的升降動作；所述步驟S4中的Y 向移動導(dǎo)軌20為同步帶式直線導(dǎo)軌。
本發(fā)明由于釆用交剪式升降吊架，因此其工作范圍大、剛度性能 優(yōu)良，當(dāng)上部移動平臺移動時交剪式升降吊架處于收縮狀態(tài)，較好地 解決了機械臂移動時與植株以及導(dǎo)軌的干涉問題，并提高了機器人系 統(tǒng)的運動穩(wěn)定性。
Z向交剪式升降吊架與Y向同步帶式直線導(dǎo)軌組成豎直平面上的 二維移動平臺，可實現(xiàn)豎直平面內(nèi)任意位置的定位。
三自由度噴霧機械臂配合電磁閥控制的噴嘴，可實現(xiàn)1.2 mxl.2m 區(qū)域內(nèi)以0.2 mx0.2 m的不同單元進行變量噴霧。


圖l是本發(fā)明的對靶噴霧機械臂的立體圖； 圖2是本發(fā)明的對靶噴霧機械臂的主視圖；圖3是本發(fā)明的對靶噴霧機械臂的左視圖4是本發(fā)明的對靶噴霧機械臂的俯視圖。
圖中1、移動平臺；10、承載臺；11、 Z向移動機構(gòu)；20、 Y向 移動導(dǎo)軌；21、圖像釆集攝像頭；30、旋轉(zhuǎn)軸；31、旋轉(zhuǎn)支架；32、 噴桿；33、噴嘴；34、電磁閥。
具體實施例方式
以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。 本實施方式所涉及的對靶噴霧機械臂包括Y向移動導(dǎo)軌20，朝 與地面平行的Y向設(shè)置；承載臺IO,設(shè)在所述Y向移動導(dǎo)軌20上；Z
向移動機構(gòu)ll， 一端與行走于高架導(dǎo)軌的移動平臺l的下方連接，另 一端與所述Y向移動導(dǎo)軌20連接，用于朝與地面垂直的Z向移動所述Y 向移動導(dǎo)軌20;兩個圖像采集攝像頭21,分別設(shè)在所述Y向移動導(dǎo)軌 20的上方、所述Z向移動機構(gòu)11的兩側(cè)；X向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，包括旋轉(zhuǎn)支 架31和相對該旋轉(zhuǎn)支架31旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸30,所述旋轉(zhuǎn)支架31固接在所 述承載臺IO的前側(cè)，所述旋轉(zhuǎn)軸30的軸線與同時垂直于所述Z向和Y 向的X向一致；噴桿32,設(shè)在所述旋轉(zhuǎn)軸30的一端，與所述旋轉(zhuǎn)軸30 垂直，其桿體上設(shè)有噴嘴33。
本發(fā)明中，Z向移動機構(gòu)11優(yōu)選的是使用如圖1所示的交剪式 升降吊架，通過電動機(未圖示)拉動鋼絲繩(未圖示)實現(xiàn)所述Y 向移動導(dǎo)軌20的升降動作。
并且，本發(fā)明中，Y向移動導(dǎo)軌20優(yōu)選的是使用同步帶式直線 導(dǎo)軌。
并且，優(yōu)選的是，在噴桿32上設(shè)置電磁閥34,電磁閥34根據(jù) 圖像采集攝像頭21釆集的圖像信息通斷噴嘴33。
并且，優(yōu)選的是，沿著噴桿32的桿體方向均勻設(shè)置若干個噴嘴33， 每個噴嘴33對應(yīng) 一個所述電磁閥34。
下面以黃瓜等籬架型植物為例，對本發(fā)明的對靶噴霧機械臂進行說明。
Z向交剪式吊架ll通過電動機(未圖示)拉動鋼絲繩(未圖示)
進而實現(xiàn)Y向同步帶式直線導(dǎo)軌20的升降動作，有效行程2.5m, Y向 同步帶式直線導(dǎo)軌20與X向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)及噴桿32等全部安裝于吊架下 方。機械臂整體吊裝于移動平臺后可實現(xiàn)離地面0.4m 2m高度范圍的 覆蓋，由于溫室環(huán)境下黃瓜植株拉線高度基本控制在2m左右，此外, 考慮到噴霧作業(yè)時霧滴具有一定的漂浮性，因此在該行程范圍內(nèi)可基 本實現(xiàn)對黃瓜植株的覆蓋。在單次壟內(nèi)噴霧作業(yè)完成之后，Z向交剪 式吊架ll可將承載臺10上升至約2.5m的高度，處于收縮狀態(tài)。較好地
解決了上方的平臺移動時與黃瓜植株以及導(dǎo)軌的干涉問題，并提高了 機械臂的運動穩(wěn)定性。
￥向同步帶式直線導(dǎo)軌20的有效行程為1.2111,承載臺10可在有效 行程范圍內(nèi)運動。旋轉(zhuǎn)支架31固連于承載臺10的前側(cè)，用于驅(qū)動噴桿 32在士卯。的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。噴桿32的總長為1.2 m，上面間隔0.2m均勻 分布6個噴嘴33，每個噴嘴通過電磁閥34與噴桿32連接。
根據(jù)當(dāng)前各噴嘴32位置上對應(yīng)的作物病害信息通過PLC控制電 磁閥34的通斷時間，進而達(dá)到變量對靶噴霧的目的。
下面對本實施例所涉及的對靶噴霧機械臂的工作過程進行說明。
51、 通過設(shè)在Y向移動導(dǎo)軌20上的圖像釆集攝像頭21，掃描植
被場景圖像，確定植被病害區(qū)域的位置信息和檢測植被病害程度信 $
A、 7
52、 根據(jù)所述位置信息，控制Z向移動機構(gòu)11朝與地面垂直的 Z向Y向移動導(dǎo)軌20,之后控制X向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn)設(shè)在所述承載臺 10前側(cè)的噴桿32至與地面垂直；
53、 控制承載臺IO沿著Y向移動導(dǎo)軌20朝與地面平行的Y向 移動，以使設(shè)在所述承載臺10前側(cè)的噴桿32到達(dá)植被病害區(qū)域；
54、 在承載臺IO移動的同時，根據(jù)所述病害程度信息與位置信息，當(dāng)承載臺10帶動設(shè)在噴桿32上與電磁閥34固連的噴嘴33指向需要噴 霧的區(qū)域時，控制設(shè)在所述噴桿32上的電磁閥34的通斷時間，使與電 磁閥34對應(yīng)的噴嘴33對病害植被進行變量噴霧。
本實施方式由于釆用交剪式升降吊架，因此其工作范圍大、剛度 性能優(yōu)良，當(dāng)上部移動平臺移動時交剪式升降吊架處于收縮狀態(tài)，較 好地解決了機械臂移動時與黃瓜植株以及導(dǎo)軌的干涉問題，并提高了 機器人系統(tǒng)的運動穩(wěn)定性。
Z向交剪式升降吊架與Y向同步帶式直線導(dǎo)軌組成豎直平面上的 二維移動平臺，可實現(xiàn)豎直平面內(nèi)任意位置的定位。
三自由度噴霧機械臂配合電磁閥控制的噴嘴，可實現(xiàn)1.2mxl.2m 區(qū)域內(nèi)以0.2 mx0.2 m的不同單元進行變量噴霧。
在結(jié)構(gòu)化溫室環(huán)境下，植株的生長較為規(guī)則，因此機械臂整體構(gòu) 架基于直角坐標(biāo)型機器人設(shè)計。由于該類構(gòu)型機器人逆運動學(xué)簡單， 且關(guān)節(jié)是解耦的，因此避免出現(xiàn)運動學(xué)奇異點，降低了控制系統(tǒng)的復(fù) 雜度。
以上為本發(fā)明的最佳實施方式，依據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，本領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員能夠顯而易見地想到一些雷同、替代方案，但這些方 案均應(yīng)落入本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種對靶噴霧機械臂，其特征在于，包括Y向移動導(dǎo)軌(20)，朝與地面平行的Y向設(shè)置；承載臺(10)，設(shè)在所述Y向移動導(dǎo)軌(20)上；Z向移動機構(gòu)(11)，一端與行走于高架導(dǎo)軌的移動平臺(1)的下方連接，另一端與所述Y向移動導(dǎo)軌(20)連接，用于朝與地面垂直的Z向移動所述Y向移動導(dǎo)軌(20)；兩個圖像采集攝像頭(21)，分別設(shè)在所述Z向移動機構(gòu)(11)的兩側(cè)；X向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，包括旋轉(zhuǎn)支架(31)和相對該旋轉(zhuǎn)支架(31)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸(30)，所述旋轉(zhuǎn)支架(31)固接在所述承載臺(10)的前側(cè)，所述旋轉(zhuǎn)軸(30)的軸線與同時垂直于所述Z向和Y向的X向一致；噴桿(32)，設(shè)在所述旋轉(zhuǎn)軸(30)的一端，與所述旋轉(zhuǎn)軸(30)垂直，其桿體上設(shè)有噴嘴(33)。
2、 如權(quán)利要求1所述的對靶噴霧機械臂，其特征在于，所述Z 向移動機構(gòu)(11)為交剪式吊架，通過電動機拉動鋼絲繩實現(xiàn)所述Y 向移動導(dǎo)軌(20)的升降動作。
3、 如權(quán)利要求1所述的對靶噴霧機械臂，其特征在于，所述Y 向移動導(dǎo)軌(20)為同步帶式直線導(dǎo)軌。
4、 如權(quán)利要求1所述的對靶噴霧機械臂，其特征在于，所述噴 桿(32)上還設(shè)有電磁閩(34)，所述電磁閥(34)用于控制所述噴 嘴(33)的通斷時間。
5、 如權(quán)利要求4所述的對靶噴霧機械臂，其特征在于，所述噴 嘴(33)設(shè)有若干個，沿著所述噴桿(32)的桿體方向均勻分布，每 個噴嘴(33)對應(yīng)一個所述電磁閥(34)。
6、 一種對靶噴霧方法，其特征在于，該方法包括~51、 通過設(shè)在Y向移動導(dǎo)軌(20)上的圖像釆集攝像頭(21), 掃描植被場景圖像，確定植被病害區(qū)域的位置信息和檢測植被病害程 度信息；~52、 根據(jù)所述位置信息，控制Z向移動機構(gòu)(11 )朝與地面垂直 的Z向Y向移動導(dǎo)軌(20)，之后控制X向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn)設(shè)在所述承 載臺(10)前側(cè)的噴桿(32)至與地面垂直；~53、 控制承載臺(10)沿著Y向移動導(dǎo)軌(20)朝與地面平行 的Y向移動，以使設(shè)在所述承載臺(10)前側(cè)的噴桿(32)到達(dá)植 被病害區(qū)域；~54、 在承載臺(IO)移動的同時，根據(jù)所述病害程度信息與位置 信息，當(dāng)承載臺(10)帶動設(shè)在噴桿(32)上與電磁閥(34)固連的 噴嘴(33)指向需要噴霧的區(qū)域時，控制設(shè)在所述噴桿(32)上的電 磁閥(34)的通斷時間，使與電磁閥(34)對應(yīng)的噴嘴(33)對病害植被進行變量噴霧。
7、 如權(quán)利要求6所述的對靶噴霧方法，其特征在于，所述步驟 S2中的X向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)支架(31)和相對該旋轉(zhuǎn)支架(31) 旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸(30)，所述旋轉(zhuǎn)軸(30)的軸線與同時垂直于所述Z 向和Y向的X向一致。
8、 如權(quán)利要求7所述的對靶噴霧方法，其特征在于，步驟S2中 的所述噴桿(32)通過所述旋轉(zhuǎn)軸(30)旋轉(zhuǎn)至與地面垂直。
9、 如權(quán)利要求6所述的對靶噴霧方法，其特征在于，步驟S5中 的噴嘴(33 )設(shè)有若干個，所述噴嘴(33 )均勻分布在所述噴桿(32 ) 上，每個噴嘴(33)對應(yīng)一個所述電磁閥(34)。
10、 如權(quán)利要求6所述的對靶噴霧方法，其特征在于， 所述步驟S1中的Z向移動機構(gòu)(11)為交剪式吊架，通過電動機拉動鋼絲繩實現(xiàn)所述承載臺(10)的升降動作；所述步驟S4中的Y向移動導(dǎo)軌(20)為同步帶式直線導(dǎo)軌。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對靶噴霧機械臂，包括Y向移動導(dǎo)軌，朝與地面平行的Y向設(shè)置；承載臺，設(shè)在所述Y向移動導(dǎo)軌上；Z向移動機構(gòu)，一端與行走于高架導(dǎo)軌的移動平臺的下方連接，另一端與所述Y向移動導(dǎo)軌連接；兩個圖像采集攝像頭，分別設(shè)在所述Z向移動機構(gòu)的兩側(cè)；X向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，包括旋轉(zhuǎn)支架和相對該旋轉(zhuǎn)支架旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸，所述旋轉(zhuǎn)支架固接在所述承載臺的前側(cè)，所述旋轉(zhuǎn)軸的軸線與同時垂直于所述Z向和Y向的X向一致；噴桿，設(shè)在所述旋轉(zhuǎn)軸的一端，與所述旋轉(zhuǎn)軸垂直，其桿體上設(shè)有噴嘴。Z向交剪式升降吊架與Y向同步帶式直線導(dǎo)軌組成豎直平面上的二維移動平臺，可實現(xiàn)豎直平面內(nèi)任意位置的定位。
文檔編號B05B12/00GK101642736SQ200910092290
公開日2010年2月10日 申請日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月9日
發(fā)明者張俊雄, 曹崢勇, 偉 李, 耿長興 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)