[发明专利]一种新型的变量喷雾路径规划自主导航系统及方法

说明书

本文公开一种新型的变量喷雾路径规划自主导航系统及方法，采用四轮驱动行走机构，以适应路面崎岖的情况，主要由数据采集单元、运动控制单元和变量喷雾单元三部分组成。其中，数据采集单元包括inter D435深度摄像头、微型计算机、GPS等，运动控制单元包括微型计算机、轮毂电机驱动器、带轮毂电机的驱动轮等，变量喷雾单元包括水箱、水泵、电磁阀喷嘴、喷杆等。变量喷雾机器人全长0.60m，宽0.59m，底部距离地面高度0.20m。车体为四轮结构，通过四个驱动轮分别装配一台400W的轮毂电机实现独立驱动，控制方便。该系统满足喷雾机器人对目标作物的实时检测和识别，同时实现喷雾机器人自主行驶和喷雾参数的实时控制，减少了人工劳作的时间，提高了喷雾自动化的水平。

技术领域

本发明涉及一种适用于果园环境下的通过前置深度摄像头完成变量喷雾自主导航的技术，属于农业自动化控制技术领域。

背景技术

我国是一个农业大国，作为现代农业技术的先进生产方式，设施农业自动化显得尤为重要。目前，在农业喷雾领域中，果园喷雾作业占比逐渐增加，与此同时，随着现代科学技术和控制理论的不断发展、我国的农业装备自动化技术不断完善，研发出可以适应果园作业的无人化自主喷雾机器人就显得至关重要。

在早期的果园喷雾施药的过程中，只有极少量的农药能够经过喷雾喷洒在目标作物上并起到防治作用，经科学验证，传统施药装备在喷雾过程中只有不足1％的农药能够命中目标作物的防治区域，只有不足0.03％的农药能够起到杀虫的作用，农药喷雾的效率非常低。所以如何提高农药喷雾的效率、减少农药在喷雾过程中的使用量并达到精准喷雾，是目前农业装备技术发展的一个重要目标。

本发明借助因特尔公司开发的深度摄像头，设计了一种依靠图像处理的变量喷雾路径规划自主导航机器人。与目前大都采用激光传感器扫描植株实施变量喷雾、采用GPS进行路径规划和导航相比，本发明采用的深度摄像头成本更低、精度更高，在果园的环境内更具有适用性和实用性。

发明内容

为针对实现喷雾机器人的路径规划、行走控制和喷雾工作，本发明通过一种基于深度摄像头的图像采集方法，进行实时避障、变量喷雾，有效的减少了劳动的时间和成本。嵌入式微型计算机采集深度摄像头拍摄到的深度图像和彩色图像，通过算法分别用于实时路径规划和变量喷雾。通过提取深度图像中作物的深度信息，并结合速度传感器检测到的当前行驶的速度，预测喷雾所需的延时时间。通过分割彩色图像中的作物部分，计算需要的喷雾量及每个喷嘴所对应电磁阀的占空比并将其传输给电磁阀驱动器，并产生各电磁阀相对应的PWM波，延时对每个喷嘴进行工作，保证变量喷雾的准确性。

本发明的系统的技术方案为：一种新型的变量喷雾路径规划自主导航系统，包括车身平台、自主行走避障系统、变量喷雾系统；

所述车身平台包括车架(9)、放置深度摄像头(1)的可控升降托板(10)、固定可控升降托板的可控升降杆(2)，放置深度摄像头(1)的可控升降托板(10)固定卡扣在升降杆(2)两侧，升降杆(2)底部焊接在车架(9)前端；