一种梯田果园风送式变量对靶喷雾机及对靶喷雾方法技术

本发明专利技术提供了一种梯田果园风送式变量对靶喷雾机及对靶喷雾方法，属于农林机械技术领域。本发明专利技术的对靶喷雾机包括安装在不同高度的上部风送式喷雾机和下部风送式喷雾机，梯田果园风送式变量对靶喷雾机工作时，工控机根据激光雷达采集的点云数据得到喷雾延迟时间、植株高度和树冠体积，控制芯片据此调整雾滴风送距离、喷雾高度和喷雾垂直方向角度；工控机还将GPS组合导航设备获取的信息与激光雷达采集的点云数据进行融合处理，控制芯片由处理结果控制履带式底盘，规划行进路径。本发明专利技术对靶喷雾机施药的均匀性和精确性，提高施药效率。

【技术实现步骤摘要】
一种梯田果园风送式变量对靶喷雾机及对靶喷雾方法
本专利技术属于农林机械
，具体涉及一种梯田果园风送式变量对靶喷雾机及对靶喷雾方法。
技术介绍
林果业是中国现代农林业的重要组成部分，截止2013年底，全国果园种植面积达1280万hm2，产量达1.5亿t，对应的果园病虫害防治成为果园管理中最重要、也是最费时费工的一项作业。农药的使用在果树的病虫害防治中起着重要的作用，目前是不可替代的。果园病虫害防治以喷施化学药剂为主，然而在传统树木病虫害防治的农药喷雾技术中，喷头与目标树木间的喷雾距离调整的精度很低，导致雾滴在树木冠层内部不同区域分布不均匀。对靶喷雾技术是实现精确施药的一种重要技术方式，它根据探测获得的树木冠层形貌信息，自动调节喷雾系统达到理想的喷雾距离，进行对靶喷雾作业，以提高雾滴在树木冠层分布的均匀性和农药施用效率。对靶喷雾技术有助于提高农药利用率、降低农药残留和减少环境污染。因此，研究能够根据果树树冠和株距不统一的特点而采取果树仿形对靶可变量喷雾，从而有效的提高农药利用率、降低其使用量，是解决果树病虫害防治中农药喷施的关键性问题。果树三维信息采集与识别方法研究及果树精确对靶可变量喷雾技术是果树仿形喷雾的关键技术，目前国内外在智能仿形喷雾技术方面都在积极的研究发展。国内外现有研究中，基于红外线、图像识别及超声波雷达探测等技术的对靶变量喷雾机易受环境的影响。而激光雷达探测技术作为一种快速、高精度的检测手段，能够精准识别植株目标的特征，将其与变量风送喷雾机相结合，能够准确识别目标特征，进行精确变量喷雾作业，提高农药有效利用率及减少农药对环境的污染。中国专利(CN110388225A)公开了一种红外线随机感应喷雾降尘系统，通过将外传感器、处理器、CAN控制器、CAN收发器和光电隔离器组成的检测系统，利用红外传感器和压力传感器接收信号从而判断喷雾时间和喷雾量；此系统对于田间果园植株的喷雾检测效果不佳、适应性不强，识别效果也不够精准。中国专利(CN110463672A)公开了基于单片机的果园的自动喷雾系统，将拉线传感器和红外转换器与单片机相连接，电磁阀、调控机构和喷杆摆动机构设置在单片机的输出端，并与喷嘴连接，以达到农药利用率提高，降低劳动强度的目的；但是该专利并未详细介绍调控机构以及喷杆摆动机构的具体设计。中国专利(CN104996387A)公开了一种手推式风送喷雾机，采用人工手推车进行喷雾作业，采用电池组供电给隔膜泵，此种小型喷雾机用于茶园的病虫害防治；因此对于大规模种植的果园来说喷雾量和喷雾效果均不适合，且人力成本较高。目前对于起伏不平整的山地果园情况，需要研制一种高效的对靶喷雾设备；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；另外，从解放劳动力的方面来考虑应往自动化、智能化方面发展。
技术实现思路
针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种梯田果园风送式变量对靶喷雾机及对靶喷雾方法，有利于提高山地果园果树的药液分布均匀性和精确性，提高施药效率，减轻作业者劳动强度。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种梯田果园风送式变量对靶喷雾机，包括行进系统、导航探测控制系统和风送式对靶喷雾系统；所述行进系统包括履带式底盘及安装在履带式底盘上部的承载机架，承载机架前端安装前驾驶台，承载机架后部安装喷雾设备安装支架，喷雾设备安装支架上设有汽油发电机和总电控箱；所述导航探测控制系统包括激光雷达和GPS组合导航设备，激光雷达安装在前驾驶台前端，GPS组合导航设备设置在承载机架上；所述导航探测控制系统与工控机进行通信；所述风送式对靶喷雾系统包括安装在不同高度的上部风送式喷雾机和下部风送式喷雾机，所述风送式喷雾机的喷头与隔膜泵连通，隔膜泵与大药箱连通；所述风送式喷雾机与总电控箱的控制芯片进行通信，控制芯片与工控机进行通信。上述技术方案中，所述风送式喷雾机包括电动伸缩杆、弓形安装支架、离心式风机、中间风筒和前出风口；所述电动伸缩杆末端通过电动转盘设置在喷雾设备安装支架上端，电动伸缩杆上端固定弓形安装支架，弓形安装支架与电动伸缩杆之间设有开设限位孔的圆盘，限位孔与电动转盘上的限位器配合；弓形安装支架顶端固定离心式风机外筒，离心式风机外筒与中间风筒一端固连为一体，中间风筒另一端固定前出风口，前出风口外侧设有喷头；弓形安装支架一侧固定转动控制电箱，转动控制电箱一侧固定旋转连接块，旋转连接块转动连接连杆一端，连杆另一端与曲柄固定连接，曲柄末端固定在离心式风机外筒上。上述技术方案中，所述喷头安装在喷头安装杆上，喷头安装杆固定在固定贴片上，固定贴片固定在前出风口边缘两侧。上述技术方案中，所述喷头的喷雾角度和前出风口中心面的夹角为0-60°。一种梯田果园风送式变量对靶喷雾机的对靶喷雾方法，梯田果园风送式对靶喷雾机工作，激光雷达采集作业对象果树的点云数据并发送给工控机，计算出喷雾延迟时间、植株高度和树冠体积；控制芯片根据喷雾延迟时间调控离心式风机的电机启动，控制芯片再根据植株高度调整风机的电机转速，从而调整雾滴风送距离；工控机根据树冠体积和植株高度，生成电动升缩杆、转动控制电箱的动作指令并发送给控制芯片，调节喷雾高度和喷雾垂直方向角度；GPS组合导航设备确定喷雾机的实时姿态俯仰角信息，工控机将GPS组合导航设备获取的信息和激光雷达采集的点云数据进行融合处理，并将处理结果发送至控制芯片，控制芯片控制履带式底盘的伺服电机，规划行进路径。进一步，所述电机转速包括上部风送式喷雾机的电机转速nt1和下部风送式喷雾机的电机转速nt2，电机转速n与风机风速V之间满足由风机风速调整雾滴风送距离；所述其中H1为坡下植株高度，H2为坡上植株高度，Hs、Hx分别表示上部风送式喷雾机轴承座中心距离地面高度、下部风送式喷雾机轴承座中心距离地面高度，h为坡高，nmin1、nmin2是作业植株最小覆盖范围下的风机转速，n的范围为[1600，2500]。更进一步，所述nmin1、nmin2根据如下关系确定：其中a为对靶喷雾机中间位置距离坡下植株树干的水平距离，b为对靶喷雾机中间位置距离坡上植株树干的水平距离，且0≤|a-b|≤0.15m。更进一步，所述喷雾高度和喷雾垂直方向角度根据如下公式调节：上部风送式喷雾机：下部风送式喷雾机：其中α1为上部风送式喷雾机的喷雾垂直方向角度，α2为下部风送式喷雾机的喷雾垂直方向角度，L1为上部风送式喷雾机的电动推杆伸缩量，L2为下部风送式喷雾机的电动推杆伸缩量。更进一步，所述GPS组合导航设备获取的信息和激光雷达采集的点云数据融合处理，具体为：其中，S1、S2、S3、S4、S5、S6分别表示激光雷达扫至坡下植株顶端、坡下植株下端、下坡面、上坡面、坡上植株下端、坡上植株顶端极限范围的激光线长度，j、y、g、m、r分别表示S1S2、S2S3、S3S4、S4S5、S5S6两激光线之间的夹角，d为对靶喷雾机中间位置到坡面边界的距离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种梯田果园风送式变量对靶喷雾机，其特征在于，包括行进系统、导航探测控制系统和风送式对靶喷雾系统；/n所述行进系统包括履带式底盘(15)及安装在履带式底盘(15)上部的承载机架，承载机架前端安装前驾驶台(2)，承载机架后部安装喷雾设备安装支架(10)，喷雾设备安装支架(10)上设有汽油发电机(14)和总电控箱(12)；/n所述导航探测控制系统包括激光雷达(1)和GPS组合导航设备，激光雷达(1)安装在前驾驶台(2)前端，GPS组合导航设备设置在承载机架上；所述导航探测控制系统与工控机(16)进行通信；/n所述风送式对靶喷雾系统包括安装在不同高度的上部风送式喷雾机(8)和下部风送式喷雾机(9)，所述风送式喷雾机的喷头与隔膜泵(11)连通，隔膜泵(11)与大药箱(7)连通；所述风送式喷雾机与总电控箱(12)的控制芯片进行通信，控制芯片与工控机(16)进行通信。/n

【技术特征摘要】
1.一种梯田果园风送式变量对靶喷雾机，其特征在于，包括行进系统、导航探测控制系统和风送式对靶喷雾系统；
所述行进系统包括履带式底盘(15)及安装在履带式底盘(15)上部的承载机架，承载机架前端安装前驾驶台(2)，承载机架后部安装喷雾设备安装支架(10)，喷雾设备安装支架(10)上设有汽油发电机(14)和总电控箱(12)；
所述导航探测控制系统包括激光雷达(1)和GPS组合导航设备，激光雷达(1)安装在前驾驶台(2)前端，GPS组合导航设备设置在承载机架上；所述导航探测控制系统与工控机(16)进行通信；
所述风送式对靶喷雾系统包括安装在不同高度的上部风送式喷雾机(8)和下部风送式喷雾机(9)，所述风送式喷雾机的喷头与隔膜泵(11)连通，隔膜泵(11)与大药箱(7)连通；所述风送式喷雾机与总电控箱(12)的控制芯片进行通信，控制芯片与工控机(16)进行通信。


2.根据权利要求1所述的梯田果园风送式变量对靶喷雾机，其特征在于，所述风送式喷雾机包括电动伸缩杆、弓形安装支架、离心式风机、中间风筒和前出风口；所述电动伸缩杆末端通过电动转盘设置在喷雾设备安装支架(10)上端，电动伸缩杆上端固定弓形安装支架，弓形安装支架与电动伸缩杆之间设有开设限位孔的圆盘，限位孔与电动转盘上的限位器配合；弓形安装支架顶端固定离心式风机外筒，离心式风机外筒与中间风筒一端固连为一体，中间风筒另一端固定前出风口，前出风口外侧设有喷头；弓形安装支架一侧固定转动控制电箱，转动控制电箱一侧固定旋转连接块，旋转连接块转动连接连杆一端，连杆另一端与曲柄固定连接，曲柄末端固定在离心式风机外筒上。


3.根据权利要求2所述的梯田果园风送式变量对靶喷雾机，其特征在于，所述喷头安装在喷头安装杆上，喷头安装杆固定在固定贴片上，固定贴片固定在前出风口边缘两侧。


4.根据权利要求3所述的梯田果园风送式变量对靶喷雾机，其特征在于，所述喷头的喷雾角度和前出风口中心面的夹角为0-60°。


5.一种根据权利要求1-4任一项所述的梯田果园风送式变量对靶喷雾机的对靶喷雾方法，其特征在于，梯田果园风送式对靶喷雾机工作，激光雷达(1)采集作业对象果树的点云数据并发送给工控机(16)，获取喷雾延迟时间、植株高度和树冠体积；控制芯片根据喷雾延迟时间调控离心式风机的电机启动，控制芯片再根据植株高度调整风机的电机转速，从而调整雾滴风送距离；工控机(16)根据树冠体积和植株高度，...

【专利技术属性】
技术研发人员：管贤平，庄进，魏新华，代富彬，熊积奎，武晓坤，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32