一種基于rfid的大棚智能噴藥機器人及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能機器人，特別是針對一種基于RFID的大棚智能噴藥機器人及方法。
【背景技術】
[0002]RFID (Rad1 Frequency Identificat1n)是一種非接觸式自動識別技術，其原理是利用射頻方式進行非接觸雙向通信，通過射頻信號來自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)。RFID技術具有非接觸、閱讀速度快、不受環(huán)境影響、讀取距離大、標簽數(shù)據(jù)可加密、存儲數(shù)據(jù)容量大、存儲信息可更改、能夠同時處理多個標簽、識別工作無須人工干預等優(yōu)點。
[0003]目前，給大棚噴藥的工作主要由人工完成。人工噴藥存在以下不利因素:1、藥物對人體有害，會引起人體的潛在的病變危害。2、噴藥效率低下，人工噴藥不僅消耗體力，更耽誤時間。3、藥物利用率低，人工噴藥會造成噴藥不均勻，藥物滴漏等問題，導致藥物的浪費。有一些機械噴藥裝置應用在大棚噴藥方面，但這些噴藥裝置存在以下弊端:1、需要人為控制，不能夠自主完成噴藥全過程。2、噴藥量不合理，藥物浪費嚴重，藥物利用率不夠高。3、工作方式不符合現(xiàn)在大棚的建園標準。4、操作方式復雜。
[0004]因此，目前大棚噴藥方式存在許多弊端，發(fā)明一種基于RFID的大棚智能噴藥機器人及方法可以用來解決大棚噴藥的問題，幫助大棚種植戶輕松的完成對大棚果蔬植物的噴藥。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術無法滿足上述大棚噴藥方面的問題，提供了一種基于RFID的大棚智能噴藥機器人及方法，能夠代替人完成對大棚果蔬植物智能噴藥的機器人。該大棚智能噴藥機器人通過RFID位置標記定位技術智能識別大棚建園路徑自主移動，通過圖像處理識別果蔬植物，根據(jù)不同果蔬植物及所處的不同生長時期合理控制噴藥量，智能完成對大棚果蔬植物的整個噴藥過程。
[0006]為了完成上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案。
[0007]一種基于RFID的大棚智能噴藥機器人，其特征在于，所述大棚智能噴藥機器人包括:中央控制器、RFID路徑識別模塊、圖像處理模塊、噴藥模塊、配藥模塊、藥物檢測模塊、無線通信模塊、人機交互模塊、自身狀態(tài)檢測模塊、行駛模塊、供電模塊、報警模塊、存儲模塊。所述的中央控制器分別與RFID路徑識別模塊、圖像處理模塊、噴藥模塊、配藥模塊、藥物檢測模塊、無線通信模塊、人機交互模塊、自身狀態(tài)檢測模塊、行駛模塊、供電模塊、報警模塊、存儲模塊連接，所述的供電模塊分別與中央控制器、RFID路徑識別模塊、圖像處理模塊、噴藥模塊、配藥模塊、藥物檢測模塊、無線通信模塊、人機交互模塊、自身狀態(tài)檢測模塊、行駛模塊、報警模塊、存儲模塊連接。通過以上各個模塊的統(tǒng)一、協(xié)調的工作，實現(xiàn)各個模塊的功能，完成大棚智能噴藥機器人對大棚果蔬植物的噴藥工作。
[0008]所述的中央控制器分別與RFID路徑識別模塊、圖像處理模塊、噴藥模塊、配藥模塊、藥物檢測模塊、無線通信模塊、人機交互模塊、自身狀態(tài)檢測模塊、行駛模塊、供電模塊、報警模塊、存儲模塊連接，接收和處理各模塊的采集信息和數(shù)據(jù)，快速控制各個模塊完成具體功能。
[0009]所述的RFID路徑識別模塊采用RFID位置標記定位技術。采用在大棚區(qū)內(nèi)部上方均勻間隔固定位置架起安裝位置標記RFID電子標簽監(jiān)控機器人上安裝的機器人RFID電子標簽位置，通過位置標記RFID電子標簽向機器人RFID電子標簽提供位置信息，RFID讀寫器向機器人RFID電子標簽和位置標記RFID電子標簽發(fā)送定位命令信息，機器人RFID電子標簽與最近的位置標記RFID電子標簽交流信息后獲取當前所處位置，RFID讀寫器讀取機器人RFID電子標簽信息和其當前位置信息。經(jīng)過這種方式的多次獲取當前位置后，通過中央控制器計算機器人在大棚區(qū)的具體位置。根據(jù)大棚區(qū)實際尺寸、位置標記RFID電子標簽和每列果蔬植物在大棚區(qū)中的具體位置分布，對大棚區(qū)進行大棚RFID電子標簽地圖的建模，將大棚RFID電子標簽地圖模型導入到機器人存儲模塊由中央控制器讀取，實時的RFID路徑識別模塊和預先存儲的大棚RFID電子標簽地圖模型進行對比和修正，判斷出每一列果蔬植物的位置，準確的識別路徑使機器人在果蔬植物種植區(qū)外的空地和大棚區(qū)移動，完成對果蔬植物噴藥的工作。RFID路徑識別模塊包括位置標記RFID電子標簽、機器人RFID電子標簽、RFID讀寫器；機器人RFID電子標簽和RFID讀寫器安裝在機器人上。
[0010]所述的圖像處理模塊完成對果蔬植物識別和實時攝像監(jiān)控周圍情況，圖像處理模塊包括云臺高清攝像頭、圖像采集卡、圖像處理軟件；圖像處理模塊采用圖像處理和模式識別技術，通過云臺高清攝像頭拍攝果蔬植物的圖像，通過圖像采集卡和圖像處理軟件處理果蔬植物的圖像，提取到果蔬植物的重要外觀特征與存儲模塊中的果蔬植物圖像特征信息數(shù)據(jù)庫核對比較后對果蔬植物分類并判斷出果蔬植物的種類名稱。
[0011]所述的噴藥模塊完成機器人對果蔬植物的噴藥工作，通過2個可伸縮的機械臂、6個藥物噴頭同時對2列果蔬植物的頂部、中部和底部噴藥；6個藥物噴頭分別安裝在2個可伸縮的機械臂的頂部、中部和底部與噴藥導管連接，每一個可伸縮的機械臂在頂部、中部和底部各安裝一個藥物噴頭，通過可伸縮的機械臂改變藥物噴頭的高度；藥物噴頭開關由電動調節(jié)閥控制開關，通過控制電動調節(jié)閥的開度控制藥物噴藥速度；噴藥液壓由安裝在機器人上的農(nóng)用噴藥壓力泵提供；每個藥物噴頭通過噴藥導管與農(nóng)用噴藥壓力泵連接；噴藥模塊包括:2個可伸縮的機械臂、6個藥物噴頭、6個電動調節(jié)閥、I臺農(nóng)用噴藥壓力泵、噴藥導管。
[0012]所述的配藥模塊完成對藥物的攪拌調配，配藥時，通過內(nèi)置式攪拌器對藥物攪勻，使藥物充分溶合；在噴藥過程中，攪拌器電機按用戶設置好的時間間隔帶動內(nèi)置式攪拌器對藥物攪拌，使藥物不會沉淀，保證噴藥過程藥物的均勻溶合。配藥模塊包括:內(nèi)置式攪拌器、攪拌器電機、藥物桶。藥物桶可拆卸，在配藥的時候可卸下，配完藥后安裝在機器人身上卡住固定。
[0013]所述的藥物檢測模塊實現(xiàn)對藥物剩余量、噴藥流速的檢測，藥物檢測模塊包括液位傳感器、渦輪流量計，通過液位傳感器、渦輪流量計分別檢測藥物剩余量、噴藥流速，能夠避免無藥工作和對藥物噴頭堵塞及時發(fā)現(xiàn)。當噴藥流速過慢不正常時，說明藥物噴頭發(fā)生堵塞或其他故障。
[0014]所述的無線通信模塊用于機器人與上位機進行無線通信連接，無線通信模塊包括WiFi無線單元和GPRS通信單元，WiFi無線單元用于機器人與上位機進行WiFi無線通信連接方式，GPRS通信單元用于機器人與上位機進行GPRS無線通信連接方式。
[0015]所述的人機交互模塊實現(xiàn)人與機器人之間的信息通信。人機交互模塊通過無線通信模塊將機器人與用戶手持移動通信設備進行連接通信。用戶可以通過與機器人通信連接后的手持移動通信設備端上位機軟件對機器人進行功能參數(shù)設置和實時控制，接收機器人采集的圖像信息、檢測信息和報警信息，實現(xiàn)對機器人的遠距離控制和監(jiān)視。
[0016]所述的自身狀態(tài)檢測模塊實現(xiàn)機器人檢測障礙物和自身狀態(tài)，自身狀態(tài)檢測模塊包括陀螺儀、里程計、加速度傳感器、超聲波傳感器，通過陀螺儀、里程計、加速度傳感器、超聲波傳感器檢測障礙物和自身狀態(tài)。
[0017]所述的行駛模塊使用履帶式移動。行駛模塊的機械結構采用2條同步履帶、I個主軸、I個直齒輪、I個圓錐齒輪、2個主動輪、2個從動輪。動力結構采用2個直流伺服電機、2個減速器、2個旋轉編碼器、2個H橋電機PWM驅動電路、電機過流保護裝置。減速器與動力輪連接；直流伺服電機與減速器、旋轉編碼器、H橋電機PWM驅動電路連接，構成行駛動力裝置。H橋電機PWM驅動電路控制電機的正轉和反轉，控制主動輪正、反轉，帶動同步履帶移動完成機器人在大棚內(nèi)前進、后退和轉向。
[0018]所述的供電模塊完成對機器人整個系統(tǒng)的供電、電壓轉換、剩余電量檢測，保證機器人供電的安全、高效。供電模塊包括高能效電池組、電壓轉換器、電量檢測器。
[0019]所述的報警模塊實現(xiàn)了當藥物余量不足、藥物噴頭堵塞、電池組電量不足時，通過語音播放器播放報警語音，通過無線通信向用戶手持移動通信設備上位機報警，以便用戶及時發(fā)現(xiàn)處理，報警模塊包括語音播放器和用戶手持移動通信設備上位機報警提示。
[0020]所述的存儲模塊實現(xiàn)對大棚地圖模型數(shù)據(jù)、圖像采集數(shù)據(jù)、檢測信息、果蔬植物圖像特征信息數(shù)據(jù)庫和其他模塊數(shù)據(jù)的記錄和