[发明专利]一种适用于柑橘园的仿形智能喷雾设备及喷雾方法

摘要

本发明属于农业机械技术领域，具体地说，涉及一种适用于柑橘果园地形的自动仿形智能喷雾设备及喷雾方法。此喷雾设备有利于提高山地果园果树的药液分布的均匀性，提高施药效率，减轻作业者劳动强度。本发明采用一种由履带式底盘电动小车作为行驶载体的可对靶标进行360度旋转的智能调节喷杆结构，并通过传感探测和变量控制实现智能仿形喷雾，利于解决赣南桔园的病虫害污染防治的问题，为我国水果产业的安全生产提供技术与装备支撑。

主权项

1.一种适用于柑橘园的仿形智能喷雾设备，其特征在于，所述仿形智能喷雾设备由三大部分组成：载具部分、电机控制连接部分以及智能喷杆作业部分；/n所述自动仿形喷雾设备的第一大部分为载具部分，由履带式底盘、水箱、直角杆旋转底座、姿态传感器以及主控制器组成；/n所述履带式底盘包括履带式底盘车体、履带式底盘内部的伺服电机、动力来源锂电池以及履带式底盘车体两侧的履带轮；/n所述水箱是盛放药液的容器，位于履带式底盘车体平台中后部，内置药液泵和驱动器，用以在接受主控制器命令后来控制开启或停止药液泵入各个电磁阀调节喷头；/n所述主控制器安装于履带式底盘车体上部偏左的位置，所述主控制器即ARM控制单元包括处理器、存储器、多个IO接口以及RS232接口和以太网接口，各接口分别用来连接各个需要控制的器件；/n所述姿态传感器同样是位于履带式底盘车体上，在水箱前方，姿态传感器的数据传输线和主控制器连接；/n所述主控制器将所述激光雷达、姿态传感器、GNSS卫星导航定位系统、超声测距传感器所得数据进行分析计算，得出最佳命令方案，进而将命令传递至旋转舵机电机驱动器、内置液泵的驱动器、直角杆旋转底座电机驱动器、电动伸缩杆的电机驱动器、履带式底盘内部的伺服电机驱动器以及旋转电机驱动器，各电机得到响应；/n所述自动仿形喷雾设备的第二大部分为电机控制连接部分；所述电机控制连接部分包括直角支撑部分、直角杆旋转底座，电机连接器、旋转电机、蜗杆轴、蜗轮连接轴、斜齿圆柱齿轮、深沟球轴承、喷杆连接轴、以及电动伸缩杆、支撑保护方盒、激光雷达固定支架、激光雷达、GNSS卫星导航定位系统；/n直角杆旋转底座安装在履带式底盘车体上，直角支撑部分安装在直角杆旋转底座上；直角支撑部分从上至下由电动伸缩杆和竖直支撑杆组成；电动伸缩杆上安装有水平固定杆，水平固定杆上安装有激光雷达固定支架，所述激光雷达由激光雷达固定支架固连；/n所述激光雷达通过扫描外部环境来判断智能喷雾设备当前的环境状况，并将此数据传给主控制器，实现路径规划以及合适距离的规划；/n所述激光雷达固定支架包括一个底部横杆、竖直杆和顶部横杆，为开口型；底部横杆固定在水平固定杆上，一斜杆两端分别焊接在顶部横杆和竖直杆上，激光雷达就安装在斜杆外侧，通过两螺栓连接固定；/n所述GNSS卫星导航定位系统定位装置分为主GPS和从GPS，两个GPS分别安装在GPS固定杆的两端，而GPS固定杆的中部是安装在激光雷达固定支架的顶部横杆上，镶嵌在杆上并由两个螺栓固连；GNSS卫星导航定位系统的加入目的是为了履带式底盘车体更好的利用卫星导航进行喷雾作业线路的规划；/n所述电动伸缩杆位于竖直支撑杆的上方；/n所述电机连接器，一端固定在水平固定杆末端，另一端连接旋转电机；/n所述旋转电机，该旋转电机用以带动整个旋转机构运转并且接受控制指令，控制旋转的开启和关闭；所述蜗杆轴安装于旋转电机输出端连接轴上，作为传动输出部分；/n所述蜗轮连接轴，此轴是一个多功能轴，轴的上端是一个齿轮连接轴端，下端是安放深沟球轴承的轴端，蜗轮作为与蜗杆接触传动的部分水平放置与蜗轮构成和谐传动，此轴的设计目的在于三方面的协调；/n所述斜齿圆柱齿轮，包括左斜齿圆柱齿轮和右斜齿圆柱齿轮，左斜齿圆柱齿轮和右斜齿圆柱齿轮分别位于蜗轮连接轴上端和喷杆连接轴上方，斜齿圆柱齿轮传动平稳噪声小，目的就是为了传输电机输出的传动力量用以带动喷杆连接轴转动；/n所述深沟球轴承位于蜗轮连接轴和喷杆连接轴下端，目的就是支撑让轴平稳的传动工作，其次作为旋转的载体起到支撑作用；/n所述喷杆连接轴为一个阶梯轴，上端放置左斜齿圆柱齿轮，下端套在深沟球轴承内，伸出端用于喷杆的固定连接，也是带动整个喷雾系统转动的输出端；/n所述自动仿形喷雾设备的第三大部分为智能喷杆作业部分，此部分是一个可控以一定旋转速度在360度范围内旋转的结构，由上部喷杆、两段斜喷杆和下部喷杆、喷雾装置、超声测距传感器、旋转舵机、支撑伸缩杆组成；/n所述上部喷杆主要作用是负责果树顶端以及上侧面的施药作业，喷杆主要有三段组成，右端是一个圆形穿孔用以套装在喷杆连接轴上，在水平方向上有两侧螺丝固定；喷杆中段有三部分，两部分对称分布的为上喷杆喷头；上部喷杆的最左端的两侧边均安装了上旋转舵机，上旋转舵机受主控制器总控制，用来调节斜杆1号与上部喷杆的角度，使得斜杆1号达到最佳喷雾效果；/n所述斜喷杆1号主要是三段构成，右段端部是如品字型的由宽到窄形状，然后距离断口不远处是一个通孔，该通孔是楔形圆柱形，用于和上旋转舵机的串联，所述斜杆1号中间是一个上超声测距传感器，用于进行树体情况的图像采集，探测器两侧中部分布有两可调节喷头用于喷药作业，喷杆的最左端是安装中旋转舵机，用于连接下一段斜杆；/n所述上超声测距传感器将采集的数据传输至主控制器，然后主控制器返回信号给上旋转舵机，使得上旋转舵机转动使得斜杆1号转动角度来达到最佳喷雾效果；/n所述中旋转舵机同上旋转舵机，同样可以由控制器控制来调节旋转角度；/n所述斜喷杆2号组成部分和结构和斜喷杆1号相同，但是斜喷杆2号与竖直方向的初始夹角设定不同，所述斜喷杆1号与竖直方向靠喷雾内侧的夹角为20度，所述斜喷杆2号与竖直方向靠喷雾外侧的夹角为25度；/n所述下部喷杆是三部分构成，左端是连接部分，楔形轴穿过下部喷杆的楔形孔使得可以和斜喷杆2号右侧下旋转舵机相连接，以起到调整下部喷杆角度的作用；中间部分是喷雾喷头，第三部分位于最右端安放的下超声测距传感器，用来采集果树下部以及底部的数据情况；/n所述下超声测距探测器，在开机后开始扫描采集果树下部和底部的环境状况，将所处环境的点云数据传至主控制器，然后用来调节斜喷杆2号的下旋转舵机转动，从而控制下部喷杆的最佳喷雾角度。/n