一种基于RTK-GPS高精度定位的智能喷雾小车及控制方法技术

一种基于RTK‑GPS高精度定位的智能喷雾小车及控制方法，包括总装车架，所述总装车架内装有液晶显示屏和中控柜，所述总装车架前进方向一侧装有激光雷达，所述总装车架内装有喷雾系统，所述总装车架内部安装有药品瓶存取架，所述总装车架的四周设置四个行走机构，在两个平行方向的行走机构之间安装有轮间距调节系统和车轮间距调节驱动装置。本发明专利技术具有低操作频率、精度高、自动化水平高的智能移动的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于RTK-GPS高精度定位的智能喷雾小车及控制方法
本专利技术涉及田间智能喷雾移动平台
，特别涉及一种基于RTK-GPS高精度定位的智能喷雾小车及控制方法。
技术介绍
传统GPS定位过程中由于接收机热噪声和多径效应导致的多重误差，使得测码距的码元宽度较大，测量精度不高，无法满足精细农业对高精度的要求。实时动态载波相位差分(Realtimekinematic，RTK)GPS定位能够显著提高定位精度，可以达到厘米级。在本系统中以农田实际导航应用为目的，智能喷雾小车作为移动站，在小车运动过程中，基准站通过数据通信链将载波相位信息和坐标值等发送给小车移动站，小车接收数据后利用静态相对测量的方式对基线求解，然后计算待测点的位置坐标，可实现厘米级的高精度定位。当前田间喷施方式多以人力劳动为主，尽管出现了更为省时省力的大型喷灌机和无人机喷施方式，但大型喷灌机作业精度不高，没有解决药、水、肥等资源浪费的问题，而无人机精准喷施过程对人员的技术要求高，大大增加了培训成本，且无法实时处理数据，因此急需开发设计一种低操作频率、精度高、自动化水平高的智能移动喷施设备，以满足现代精准农业的要求。
技术实现思路
为了解决以上技术问题，本专利技术的目的在于提供一种基于RTK-GPS高精度定位的智能喷雾小车及控制方法，具有低操作频率、精度高、自动化水平高的智能移动的特点。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于RTK-GPS高精度定位的智能喷雾小车，包括总装车架13，所述总装车架13内装有液晶显示屏1和中控柜2，所述总装车架13前进方向一侧装有激光雷达4，所述总装车架13内装有喷雾系统，所述总装车架13内部安装有药品瓶存取架11，所述总装车架13的四周设置四个行走机构，在两个平行方向的行走机构之间安装有轮间距调节系统12和车轮间距调节驱动装置3，定位系统与中控柜2相连，所述定位系统包含GPS天线板7和定位导航模块。所述喷雾系统包含电动喷雾器9、液体储存罐8和雾滴喷头17，电动喷雾器9上端安装有太阳能电池组件6，所述太阳能电池组件6通过中控柜2控制为整个系统供电，所述电动喷雾器9与液体储存罐8相连，电动喷雾器9内部的水泵通过负压将液体储存罐中8中的液体抽出，所述液体储存罐8中存放的液体类型有除草剂、病虫害农药和水肥营养液，所述电动喷雾器9通过可伸缩喷雾杆与雾滴喷头17相连。所述雾滴喷头17上端与可伸缩喷雾杆26相连，可伸缩喷雾杆26上部与喷雾杆连接机构25相接，喷雾杆连接机构25固定在电动喷雾器9的下部。所述中控柜2外部连接液晶显示屏1、无线通信天线5和GPS天线板7，所述中控柜2还与激光雷达4、太阳能电池组件6、电动喷雾器9和伺服电机13相连，所述中控柜2与车轮间距调节驱动装置3相连；所述中控柜2连接液晶显示屏1，可实时显示小车位置、喷施路径、喷雾量和工作时长，激光雷达4获取的田间作物表型信息经中控柜2中处理器分析后显示在液晶显示屏1上，实现人机交互。所述行走机构包括固定块20、车轮连接杆14、车轮支撑架15、伺服电机16、防滑车轮胎19，总装车架13上设置有固定块20，固定块20连接车轮连接杆14一端，车轮连接杆14另一端与车轮支撑架15相连，车轮支撑架15用于固定伺服电机16和防滑车轮胎19。所述车轮支撑架15的周围有3个钢丝压缩螺旋弹簧(压簧)，分别是第一直立弹簧21、第二直立弹簧23和底部弹簧22，第一直立弹簧21和第二直立弹簧23平行设置，底部弹簧22位于第一直立弹簧21和第二直立弹簧23下方之间设置。所述液体储存罐8外部设置有防护罩体，内部是罐体，所述液体储存罐8外部防护罩体下端有液体储存罐罩体排污口24。所述药品瓶存取架11安装在总装车架13中间部位的下方，用于储存、固定药品瓶10。所述车轮间距调节驱动装置3固定在轮间距调节系统12上，车轮间距调节驱动装置3由调距齿轮外壳28包裹，所述车轮间距调节驱动装置3内部连接有调距主动齿轮29和调距传动齿轮30，调距传动齿轮30位于调距主动齿轮29四周设置，所述调距传动齿轮30有4个，调距主动齿轮29和调距传动齿轮30相啮合，在轮间距调节系统12内部，距传动齿轮30与间距调节杆27相啮合，间距调节杆27固定在固定块20上。一种基于RTK-GPS高精度定位的智能喷雾小车的控制方法，包括以下步骤：激光雷达4发出激光束对田间表型信息进行主动扫描，经中控柜2的视觉处理单元解析后，判断是否为障碍信息、杂草信息或病虫害信息，并得出相应的距离信息，相应的信息传输至中控柜2，中控柜2依据相应的信息进行决策；如果得到障碍信息，则驱动相应的伺服电机16，进行转向或后退等操作；如果获得病虫草害信息，利用距离信息进行位置测算和估计目标位置，驱动电动喷雾器9从液体储存罐8中抽取喷施混合液，经喷雾杆连接机构25和可伸缩喷雾杆26后，通过雾滴喷头17喷洒在目标物上；如果需要改变车轮间距，则相应的轮间距调节系统12驱动相应的装置，改变车轮间的距离；所述轮间距调节系统12包括轮间距调节驱动装置3，轮间距调节驱动装置3是车轮间距调节系统的动力装置，轮间距调节驱动装置3由与中控柜2内部电源供电，并接受中控柜内部的控制器指令，轮间距调节驱动装置作为本方案的优选可以利用小型伺服电机实现；同时轮间距调节驱动装置内部与调距主动齿轮29相连，调距主动齿轮29与调距传动齿轮30(共4个)相啮合，4个调距传动齿轮分别与间距调节杆相连。车轮间距调节的实施方式为，在轮间距调节驱动装置3的动力带动下，与之相连的调距主动齿轮转动，与之相啮合的调距传动齿轮也相应转动，然后带动传动杆的移动，传动杆通过固定块20使车轮的连接杆向外或向内改变距离，实现车轮间距的调整。当主动齿轮29转动时，带动调距传动齿轮30转动，同时调节杆27作相应移动，实现车轮之间距离的调整。本专利技术的有益效果：本专利技术相比于普通田间移动平台具有显著的作业效率和精度，能够利用视觉导航和GPS模块实现高精度定位。本装置车身车架结构轻巧，便于组装设计，本装置的行走机构采用轮式结构，在田间运行时易于控制，车轮驱动功率较小时也能够保持平稳运行的特性。小车的定位模块采用动态载波相位差分(Realtimekinematic，RTK)GPS定位方法，可以达到厘米级的定位，能够满足高精度定位的作业需求。本装置中，利用激光雷达可以获取田间作业时的障碍物、作物、杂草等信息，经视觉处理单元解析后可以实现自动避障，判断喷施目标，以实现智能化喷雾作业的目标。本系统中的轮间距调节装置可以根据作业环境及时调整车轮间的距离，大大提高了小车的应用范围。另外，本系统的整个控制过程采用高效率的太阳能组件供电，具有绿色、清洁、无污染的效果，在田间作业时可以随时充放电，应用效率高。将液晶显示屏安装在控制柜上，可以实时显示作业参数等信息，用户能够及时获取信息进行人机交互，并能够通过中控柜上的操作按钮对本系统进行人工干预控制。智能喷雾系统装置中的喷雾杆为可调节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于RTK-GPS高精度定位的智能喷雾小车，其特征在于，包括总装车架(13)，所述总装车架(13)内装有液晶显示屏(1)和中控柜(2)，所述总装车架(13)前进方向一侧装有激光雷达(4)，所述总装车架(13)内装有喷雾系统，所述总装车架(13)内部安装有药品瓶存取架(11)，所述总装车架(13)的四周设置四个行走机构，在两个平行方向的行走机构之间安装有轮间距调节系统(12)和车轮间距调节驱动装置(3)，定位系统与中控柜(2)相连，所述定位系统包含GPS天线板(7)和定位导航模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于RTK-GPS高精度定位的智能喷雾小车，其特征在于，包括总装车架(13)，所述总装车架(13)内装有液晶显示屏(1)和中控柜(2)，所述总装车架(13)前进方向一侧装有激光雷达(4)，所述总装车架(13)内装有喷雾系统，所述总装车架(13)内部安装有药品瓶存取架(11)，所述总装车架(13)的四周设置四个行走机构，在两个平行方向的行走机构之间安装有轮间距调节系统(12)和车轮间距调节驱动装置(3)，定位系统与中控柜(2)相连，所述定位系统包含GPS天线板(7)和定位导航模块。


2.根据权利要求1所述的一种基于RTK-GPS高精度定位的智能喷雾小车，其特征在于，所述喷雾系统包含电动喷雾器(9)、液体储存罐(8)和雾滴喷头(17)，电动喷雾器(9)上端安装有太阳能电池组件(6)，所述太阳能电池组件(6)通过中控柜(2)控制为整个系统供电，所述电动喷雾器(9)与液体储存罐(8)相连，电动喷雾器(9)内部的水泵通过负压将液体储存罐中(8)中的液体抽出，所述液体储存罐(8)中存放的液体类型有除草剂、病虫害农药和水肥营养液，所述电动喷雾器(9)通过可伸缩喷雾杆与雾滴喷头(17)相连。


3.根据权利要求2所述的一种基于RTK-GPS高精度定位的智能喷雾小车，其特征在于，所述雾滴喷头(17)上端与可伸缩喷雾杆(26)相连，可伸缩喷雾杆(26)上部与喷雾杆连接机构(25)相接，喷雾杆连接机构(25)固定在电动喷雾器(9)的下部。


4.根据权利要求1所述的一种基于RTK-GPS高精度定位的智能喷雾小车，其特征在于，所述中控柜(2)外部连接液晶显示屏(1)、无线通信天线(5)和GPS天线板(7)，所述中控柜(2)还与激光雷达(4)、太阳能电池组件(6)、电动喷雾器(9)和伺服电机(13)相连，所述中控柜(2)与车轮间距调节驱动装置(3)相连；
所述中控柜(2)连接液晶显示屏(1)，可实时显示小车位置、喷施路径、喷雾量和工作时长，激光雷达(4)获取的田间作物表型信息经中控柜(2)中处理器分析后显示在液晶显示屏(1)上，实现人机交互。


5.根据权利要求1所述的一种基于RTK-GPS高精度定位的智能喷雾小车，其特征在于，所述行走机构包括固定块(20)、车轮连接杆(14)、车轮支撑架(15)、伺服电机(16)、防滑车轮胎(19)，总装车架(13)上设置有固定块(20)，固定块(20)连接车轮连接杆(14)一端，车轮连接杆(14)另一端与车轮支撑架(15)相连，车轮支撑架(15)用于固定伺服电机(16)和防滑车轮胎(19)。


6.根据权利要求5所述的一种基于RTK-GPS高精度定位的智能喷雾小车，其特征在于，所述车轮支撑架(15)的周围有3个钢丝压缩螺旋弹簧，分别是第一直立弹簧(21)、第二直立弹簧(23)和底部弹簧(22)，第一直立弹簧(21)和第二直立弹簧(23)平行设置，底部...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊湘鹏，周建平，许燕，杨晶晶，李开敬，尹起，地力夏提·依马木，韩嘉鑫，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：发明
国别省市：新疆;65