申请/专利权人：南京林业大学

申请日：2019-07-30

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN110250149B

主分类号：A01M7/00

分类号：A01M7/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2019.10.22#实质审查的生效;2019.09.20#公开

摘要：本技术涉及农林机械领域中的植保机械，提供一种风送式变量喷雾机，主要用于基于果树特征的对果树施药时进行变量喷雾；至少包括由设置在机架后部的风送系统和变量喷雾系统构成的变量喷雾执行模块，风送系统包括由设置在机架内的发动机驱动、设置在机架后部的离心式风机，与离心式风机出口相通的多出口管道风送装置，通过软风管与多出口管道风送装置相通且具有多个风送口的风送管，变量喷雾系统包括设置在机架内的药箱和由发动机驱动的柱塞泵，设置在机架上、通过药液软管与柱塞泵相通具有多个分液管的分流器，设置在每个风送口内、由药液软管通过电磁阀与分液管联通的喷头，电磁阀与单片机电连接。

主权项：1.一种风送式变量喷雾机，包括行走系统、车体信息采集系统、变量喷雾系统和计算机；行走系统包括履带式底盘，设置在履带式底盘上的机架，设置在机架上的电气箱；电气箱与设置在机架上的计算机电连接；与计算机通过USB串口通信的车体信息采集系统包括设置在机架前部的固定杆上的RTK-GPS接收机、IMU惯性测量单元、卡尔曼滤波器；IMU惯性测量单元包括加速度计、陀螺仪角速度计和电子罗盘；竖向的固定杆位于履带式底盘的中分面上；变量喷雾系统包括果树信息采集模块、信息处理和决策模块、变量喷雾执行模块；通过USB数据线与计算机相连的信息采集模块包括设置在RTK-GPS接收机下方的激光扫描传感器、设置在机架两侧、关于履带式底盘对称的一对激光测距传感器、设置在机架中部的地速传感器；信息处理和决策模块包括与计算机通过串口连接的单片机；其特征是，变量喷雾执行模块包括设置在机架后部的风送系统和变量喷雾系统；风送系统包括由设置在机架内的发动机驱动、设置在机架后部的离心式风机，固联在离心式风机出口处、每个出口管道皆与离心式风机出口相通的多出口管道风送装置，固联在机架后部的立式可调支架，移动设置在可调支架上与多出口管道风送装置的出口管道一一对应、通过软风管与多出口管道风送装置相通且具有多个风送口的风送管，风送口均布在圆心角为锐角的扇环上；变量喷雾系统包括设置在机架内的药箱和由发动机驱动的柱塞泵，设置在机架上、通过药液软管与柱塞泵相通具有多个分液管的分流器，设置在每个风送口内、由药液软管通过电磁阀与分液管联通的喷头，电磁阀与单片机电连接。

全文数据：一种风送式变量喷雾机技术领域本技术涉及农林机械领域中的植保机械，提供一种风送式变量喷雾机，主要用于基于果树特征的对果树施药时进行变量喷雾。背景技术现有技术的果园生产环节中，化学防治仍是病虫害最有效的防治措施。目前国内外普遍采用的果园施药器械是风送式喷雾机。风送式喷雾机是依托辅助气流的作用将细小的雾滴送达靶标，虽一定程度上增加了树叶间的扰动，提高了雾滴的穿透能力和药液的覆盖率，改善了喷雾效果，但是这些喷雾器械仍采用的是恒量喷雾，往往通过对果树的过量施药来获得理想的防治效果，使得农药的有效利用率大大降低。过度的喷施农药不仅造成经济损失，而且对附近居民的生活环境产生潜在的危害。相比之下，新一代的果园变量施药器械以感兴趣区域为导向，可将果树特征包括树高、树宽、冠层体积、叶密度等与施药量进行匹配，形成基于精准施药的变量喷雾技术。果树特征的测量和采集系统通常包括超声波传感探测系统、机器视觉探测系统和激光扫描探测系统。其中超声波传感器发出的超声波在传输过程中因其巨大的角度发散而严重影响系统分辨率和测量精度，所以超声波传感探测系统在果园中的应用都需要一组超声波传感器配合使用；机器视觉测量系统存在需要校准、精度没有LIDAR传感器高、不能适用于低光照条件的密闭果园等问题；而激光传感测量法具有测量精度高、速度快等优点，采用适当的算法可以将3D点云数据重构出高精度的果树结构，因此激光扫描探测系统是目前广泛使用的非接触式测量技术。目前的果园喷雾机主要分为大型有人驾驶式和中小型遥控自走式两种。有人驾驶式喷雾机在进行林间施药作业时，施药环境会对作业人员造成一定程度的健康威胁，也增加了人力成本；遥控自走式喷雾机由于受到遥控距离的限制，在进行施药作业时，必须有人手持遥控器进行跟踪操作。现有的果园喷雾机在实际喷雾过程中，由于未知复杂地形的影响，往往会造成车辆的颠簸以及不线性行驶等情况，激光传感器检测容易出现偏差，从而影响喷雾效果。果园、苗圃的土壤较为疏松，有的地面起伏较为明显，要求喷雾机需具有较好的通过性能和爬坡能力，现有技术中，喷雾机的载具多选用履带式底盘载具。发明内容本技术的目的是提供一种风送式变量喷雾机，主要用于基于果树特征的对果树施药时进行变量喷雾。本技术的目的是通过以下技术方案实现：一种风送式变量喷雾机，包括行走系统、车体信息采集系统、变量喷雾系统和计算机；行走系统包括履带式底盘，设置在履带式底盘上的机架，设置在机架上的电气箱；电气箱与设置在机架上的计算机电连接；与计算机通过USB串口通信的车体信息采集系统包括设置在机架前部的固定杆上的RTK-GPS接收机、IMU惯性测量单元、卡尔曼滤波器；IMU惯性测量单元包括加速度计、陀螺仪角速度计和电子罗盘；竖向的固定杆位于履带式底盘的中分面上；变量喷雾系统包括果树信息采集模块、信息处理和决策模块、变量喷雾执行模块；通过USB数据线与计算机相连的信息采集模块包括设置在RTK-GPS接收机下方的激光扫描传感器、设置在机架两侧、关于履带式底盘对称的一对激光测距传感器、设置在机架中部的地速传感器；信息处理和决策模块包括与计算机通过串口连接的单片机；变量喷雾执行模块包括设置在机架后部的风送系统和变量喷雾系统；风送系统包括由设置在机架内的发动机驱动、设置在机架后部的离心式风机，固联在离心式风机出口处、每个出口管道皆与离心式风机出口相通的多出口管道风送装置，固联在机架后部的立式可调支架，移动设置在可调支架上与多出口管道风送装置的出口管道一一对应、通过软风管与多出口管道风送装置相通且具有多个风送口的风送管，风送口均布在圆心角为锐角的扇环上；变量喷雾系统包括设置在机架内的药箱和由发动机驱动的柱塞泵，设置在机架上、通过药液软管与柱塞泵相通具有多个分液管的分流器，设置在每个风送口内、由药液软管通过电磁阀与分液管联通的喷头，电磁阀与单片机电连接。本技术的有益效果是：使用时：启动履带式底盘、柱塞泵和离心式风机，选择启动变量喷雾系统和车体信息采集系统。对于变量喷雾系统，选择执行变量喷雾后，由激光扫描传感器2采集果树点云数据，由激光测距传感器采集树干到风送式变量喷雾机之间的距离信息，由地速传感器采集风送式变量喷雾机行进速度信息一并发送给计算机，计算机对采集信息进行处理，计算喷雾延迟时间和树冠体积后生成并发送电磁阀启闭信号给单片机，单片机驱动电磁阀进行变量喷雾作业。对于车体信息采集系统，完成路径规划后进行系统初始化和对准，由IMU测量单元采集风送式变量喷雾机的姿态角信息，由RTK-GPS采集风送式变量喷雾机的位置信息，由卡尔曼滤波器及误差控制算法完成风送式变量喷雾机的姿态角和位置数据的误差校正，使风送式变量喷雾机按照预设轨迹完成行进。上述的风送式变量喷雾机，在用于基于果树特征的对果树施药时，可进行变量喷雾。上述的风送式变量喷雾机，激光扫描传感器扫描角为270°，90°扫描盲区向上，在履带式底盘纵向上与喷头的距离不小于400mm。上述的风送式变量喷雾机，RTK-GPS接收机位于激光扫描传感器正上方，两者相距110mm-130mm。上述的风送式变量喷雾机，多出口管道风送装置为八出口管道风送装置，包括固联在离心式风机出口处、与离心式风机相通的分流腔，八个与分流腔相通的出口管道均布于分流腔的顶面。上述的风送式变量喷雾机，八个风送管皆为五风送口风送管，包括由圆端过渡为扇形端的中空的管体，管体的圆端用于连接软风管，管体的扇形端上固联五个皆与管体相通的风送口，相邻的风送口间夹锐角为15º-17º；喷头设置在风送口外口处，喷头的轴线与风送口中心线重合，喷射方向向外。上述的风送式变量喷雾机，分流器具有四十个分液管，四十个分液管分别通过四十个电磁阀经药液软管与喷头相通。上述的风送式变量喷雾机，可调支架包括固联在机架上、关于履带式底盘对称布设的两根立杆，每根立杆上皆通过滑道沿立杆的轴向移动设置有四根横杆，所有横杆皆位于两根立杆所决定的平面内，在滑道和立杆之间设置有用于将横杆锁定在立杆上任一高度的限位螺钉；风送管设置在横杆上。上述的风送式变量喷雾机，横杆通过滑道沿立杆的径向移动设置在立杆上，在横杆和滑道之间设置用于将横杆锁定在立杆的任一目标径向位置的限位螺钉。上述的可调支架，结构简单，横杆的竖向位置和外伸长度易于调节，即便于调节风送管的高度和在机身横向上的位置，可满足不同的喷幅需求。上述的风送式变量喷雾机，风送距离为0-7m。可满足较大喷雾范围内的施药需求。附图说明图1是一种风送式变量喷雾机的示意图；图2是多出口管道风送装置的示意图；图3是风送管的结构示意图；图4是图3的A-A视图；图5是可调支架的结构示意图视角1；图6是可调支架的结构示意图视角2；图7是图6的A处放大图；图8是一种风送式变量喷雾机的工作原理流程图。具体实施方式下面结合附图，对本技术作进一步说明：参见图1所示的一种风送式变量喷雾机，包括行走系统、车体信息采集系统、变量喷雾系统和计算机。行走系统包括履带式底盘13，固联在履带式底盘13上的机架4，设置在机架4上的电气箱6，在电气箱内设置有电池组5。在机架4上设置计算机支架15，计算机14设置在计算机支架15上、与电气箱6电连接。与计算机14通过USB串口通信的车体信息采集系统包括设置在机架4前部的固定杆33上的RTK-GPS接收机1、IMU惯性测量单元7、卡尔曼滤波器8；IMU惯性测量单元7包括加速度计、陀螺仪角速度计和电子罗盘（图中未示出）；竖向的固定杆33位于履带式底盘13的中分面上。IMU惯性测量单元7用于实时精确获取行走系统姿态角信息，通过融合激光扫描数据，以实时矫正复杂地形下由于颠簸和行驶路径非线性等产生的行走系统姿态角偏移误差。卡尔曼滤波器8用于对IMU惯性测量单元7和RTK-GPS接收机1的数据进行融合，以弥补RTK-GPS信号更新频率低以及IMU惯性测量单元7定位误差随时间累积的缺陷，从而达到精确定位，实时矫正行走系统移动的偏差。又参见图2-图7所示，变量喷雾系统包括果树信息采集模块、信息处理和决策模块、变量喷雾执行模块。通过USB数据线与计算机14相连的信息采集模块包括设置在RTK-GPS接收机1下方的激光扫描传感器2、设置在机架4两侧、关于履带式底盘13对称的一对激光测距传感器3、设置在机架4中部的地速传感器18；信息处理和决策模块包括与计算机14通过串口连接的单片机9。变量喷雾执行模块包括设置在机架4后部的风送系统和变量喷雾系统；风送系统包括由设置在机架4内的发动机19（本案中，发动机19为汽油发动机）驱动、设置在机架4后部的离心式风机20，固联在离心式风机20出口处、每个出口管道29皆与离心式风机20出口相通的多出口管道风送装置23，固联在机架4后部的立式可调支架21，移动设置在可调支架21上与多出口管道风送装置23的出口管道29一一对应、通过软风管12与多出口管道风送装置23相通且具有多个管状的风送口34的风送管22，风送口34均布在圆心角为锐角的扇环上。变量喷雾系统包括设置在机架4内的药箱16和由发动机19驱动的柱塞泵11，设置在机架4上、通过药液软管（图中未示出）与柱塞泵11出液口相通具有多个分液管35的分流器17，设置在每个风送口34内、由药液软管通过电磁阀10与分液管35联通的喷头28，电磁阀10与单片机9电连接，柱塞泵11的进液口与药箱16相通。激光扫描传感器2扫描角为270°向前，90°扫描盲区向上，在履带式底盘纵向上与喷头的距离不小于400mm，本案中，激光扫描传感器2在履带式底盘纵向上与喷头的距离为800mm。RTK-GPS接收机1位于激光扫描传感器2正上方，两者相距110mm-130mm（本案中，取该距离为120mm）。多出口管道风送装置23为八出口管道风送装置，包括固联在离心式风机20出口处、与离心式风机20相通的分流腔36，八个与分流腔36相通的出口管道29均布于分流腔36的顶面。八个风送管22皆为五风送口风送管，包括由圆端37过渡为扇形端38的中空的管体39，管体39的圆端37用于连接软风管12，管体39的扇形端38上固联五个皆与管体相通的风送口34，相邻的风送口34间夹锐角为15º-17º（本案中，取相邻的风送口34间夹角为16º）；喷头28设置在风送口34外口处，喷头28的轴线与风送口34中心线重合，喷射方向向外。该五风送口风送管也称为五指型风送管。喷头28设置在风送口34外口处的具体实施方式是：位于风送口34外口处的喷头28与穿透扇形端38管壁的进液弯管25相通，进液弯管25与穿透扇形端38管壁密封连接，进液弯管25外端与管接头24相通，管接头24通过药液软管与分流器17上的电磁阀10相通。分流器17具有四十个分液管35，四十个分液管35分别通过四十个电磁阀10经药液软管与喷头28相通。可调支架21包括固联在机架4上、关于履带式底盘13对称布设的两根立杆26，每根立杆26上皆通过滑道32沿立杆26的轴向移动设置有四根横杆31，所有横杆31皆位于两根立杆26所决定的平面内，在滑道32和立杆26之间设置有用于将横杆31锁定在立杆26上任一高度的限位螺钉30；风送管22设置在横杆31上，图示中，一根横杆31上设置一个风送管22。横杆31通过滑道32沿立杆26的径向移动设置在立杆26上，在横杆31和滑道32之间设置用于将横杆31锁定在立杆26的任一目标径向位置的限位螺钉40。横杆31和立杆26皆为圆形杆件，滑道32包括内径比立杆26外径稍大的圆形立管41、内径比横杆31外径稍大的圆形横管42，横管42垂直于立管41固联在立管41外侧，立管41套设在立杆26上，在立管41和立杆26之间设置限位螺钉30，横杆31移动设置在横管42内，在横杆31和横管42之间设置限位螺钉40。上述的风送式变量喷雾机，风送距离为0-7m。又参见图8所示，使用时：启动履带式底盘、柱塞泵和离心式风机，选择启动变量喷雾系统和车体信息采集系统。对于变量喷雾系统，选择执行变量喷雾后，由激光扫描传感器2采集果树点云数据，由激光测距传感器采集树干到风送式变量喷雾机之间的距离信息，由地速传感器采集风送式变量喷雾机行进速度信息一并发送给计算机，计算机对采集信息进行处理，计算喷雾延迟时间和树冠体积后生成并发送电磁阀启闭信号给单片机，单片机驱动电磁阀进行变量喷雾作业。对于车体信息采集系统，完成路径规划后进行系统初始化和对准，由IMU测量单元采集风送式变量喷雾机的姿态角信息，由RTK-GPS采集风送式变量喷雾机的位置信息，由卡尔曼滤波器及误差控制算法完成风送式变量喷雾机的姿态角和位置数据的误差校正，使风送式变量喷雾机按照预设轨迹完成行进。本技术的有益效果是：上述的风送式变量喷雾机，在用于基于果树特征的对果树施药时，可进行变量喷雾。

权利要求：1.一种风送式变量喷雾机，包括行走系统、车体信息采集系统、变量喷雾系统和计算机；行走系统包括履带式底盘，设置在履带式底盘上的机架，设置在机架上的电气箱；电气箱与设置在机架上的计算机电连接；与计算机通过USB串口通信的车体信息采集系统包括设置在机架前部的固定杆上的RTK-GPS接收机、IMU惯性测量单元、卡尔曼滤波器；IMU惯性测量单元包括加速度计、陀螺仪角速度计和电子罗盘；竖向的固定杆位于履带式底盘的中分面上；变量喷雾系统包括果树信息采集模块、信息处理和决策模块、变量喷雾执行模块；通过USB数据线与计算机相连的信息采集模块包括设置在RTK-GPS接收机下方的激光扫描传感器、设置在机架两侧、关于履带式底盘对称的一对激光测距传感器、设置在机架中部的地速传感器；信息处理和决策模块包括与计算机通过串口连接的单片机；其特征是，变量喷雾执行模块包括设置在机架后部的风送系统和变量喷雾系统；风送系统包括由设置在机架内的发动机驱动、设置在机架后部的离心式风机，固联在离心式风机出口处、每个出口管道皆与离心式风机出口相通的多出口管道风送装置，固联在机架后部的立式可调支架，移动设置在可调支架上与多出口管道风送装置的出口管道一一对应、通过软风管与多出口管道风送装置相通且具有多个风送口的风送管，风送口均布在圆心角为锐角的扇环上；变量喷雾系统包括设置在机架内的药箱和由发动机驱动的柱塞泵，设置在机架上、通过药液软管与柱塞泵相通具有多个分液管的分流器，设置在每个风送口内、由药液软管通过电磁阀与分液管联通的喷头，电磁阀与单片机电连接。2.根据权利要求1所述的风送式变量喷雾机，其特征是，激光扫描传感器扫描角为270°，90°扫描盲区向上，在履带式底盘纵向上与喷头的距离不小于400mm。3.根据权利要求1所述的风送式变量喷雾机，其特征是，RTK-GPS接收机位于激光扫描传感器正上方，两者相距110mm-130mm。4.根据权利要求1所述的风送式变量喷雾机，其特征是，多出口管道风送装置为八出口管道风送装置，包括固联在离心式风机出口处、与离心式风机相通的分流腔，八个与分流腔相通的出口管道均布于分流腔的顶面。5.根据权利要求1所述的风送式变量喷雾机，其特征是，八个风送管皆为五风送口风送管，包括由圆端过渡为扇形端的中空的管体，管体的圆端用于连接软风管，管体的扇形端上固联五个皆与管体相通的风送口，相邻的风送口间夹锐角为15º-17º；喷头设置在风送口外口处，喷头的轴线与风送口中心线重合，喷射方向向外。6.根据权利要求1、4、5任一所述的风送式变量喷雾机，其特征是，分流器具有四十个分液管，四十个分液管分别通过四十个电磁阀经药液软管与喷头相通。7.根据权利要求1所述的风送式变量喷雾机，其特征是，可调支架包括固联在机架上、关于履带式底盘对称布设的两根立杆，每根立杆上皆通过滑道沿立杆的轴向移动设置有四根横杆，所有横杆皆位于两根立杆所决定的平面内，在滑道和立杆之间设置有用于将横杆锁定在立杆上任一高度的限位螺钉；风送管设置在横杆上。8.根据权利要求7所述的风送式变量喷雾机，其特征是，横杆通过滑道沿立杆的径向移动设置在立杆上，在横杆和滑道之间设置用于将横杆锁定在立杆的任一目标径向位置的限位螺钉。9.根据权利要求7所述的风送式变量喷雾机，其特征是，风送距离为0-7m。

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