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果园悬挂式柔性对靶喷雾装置研制与试验

农业工程学报 2022年第18期38卷 11-20页

作者：陈泽鸿陈建泽宋淑然孙道宗华南农业大学电子工程学院广州510642 广东利元亨智能装备股份有限公司惠州516000 广东省农情信息监测工程技术研究中心广州510642 国家柑橘产业技术体系机械化研究室广州510642

为减少农药飘移损失,保护生态环境,该研究从提高喷雾有效性和降低喷雾装置对果树枝叶的机械性损伤出发,研制了一种悬挂式柔性对靶喷雾装置。该装置以东方红MS-304拖拉机为载体,采用超声波传感器探测树冠位置,利用霍尔传感器构建测速模... 详细信息

为减少农药飘移损失,保护生态环境,该研究从提高喷雾有效性和降低喷雾装置对果树枝叶的机械性损伤出发,研制了一种悬挂式柔性对靶喷雾装置。该装置以东方红MS-304拖拉机为载体,采用超声波传感器探测树冠位置,利用霍尔传感器构建测速模块。对株距4.0 m、树高1.6 m、树冠直径1.4 m的橘树进行对靶喷雾试验验证悬挂式柔性对靶喷雾装置作业性能。试验结果表明:拖拉机行驶速度为0.5 m/s时,喷雾压力0.4、0.5及0.6 MPa对应的平均药液附着率分别为84.7%、91.7%、88.9%,药液附着率较高且接近,喷雾压力对药液附着率的影响不明显;拖拉机行驶速度为1.0 m/s时,喷雾压力0.4、0.5和0.6 MPa对应的平均药液附着率分别为64.2%、70.3%、75.8%,喷雾压力越大,药液附着率越高;拖拉机行驶速度为1.5 m/s时,平均药液附着率低于50%,且喷雾飘移较为严重,不适宜进行自动对靶喷雾;拖拉机行驶速度和喷雾压力相同时,药液附着率按树冠上、中、下层顺序呈递减规律,且速度越高,递减规律越明显。研究结果对提高果园对靶喷雾的药液附着率具有较好的实用价值。

关键词：植保机械果园对靶喷雾柔性超声波测距附着率

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果园自动对靶喷雾机红外探测控制系统的研制

农业工程学报 2007年第1期23卷 129-132页

作者：邹建军曾爱军何雄奎刘亚佳宋晓光郭宇波中国农业大学植保机械与施药技术研究中心北京100094

针对目前果园自动对靶喷雾机红外探测控制系统易受环境影响、工作不稳定、探测距离近的缺陷，研制了一种由集成电路构成的果园自动对靶喷雾机红外探测系统。结果表明：系统的探测距离为0～6．15m，最小识别间距小于0．3m；系统工作稳定... 详细信息

针对目前果园自动对靶喷雾机红外探测控制系统易受环境影响、工作不稳定、探测距离近的缺陷，研制了一种由集成电路构成的果园自动对靶喷雾机红外探测系统。结果表明：系统的探测距离为0～6．15m，最小识别间距小于0．3m；系统工作稳定、灵敏度高、体积小、不受自然光的干扰。

关键词：对靶喷雾光电探测集成电路

基于LiDAR的对靶喷雾实时控制系统设计与试验

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农业机械学报 2020年第S1期51卷 273-280页

作者：袁鹏成李秋洁邓贤周宏平茹煜周梦飞南京林业大学机械电子工程学院南京210037

针对自动对靶喷雾中延时喷雾问题设计了实时控制对靶喷雾系统,该系统以二维激光雷达(Laser detection and ranging,LiDAR)作为探测器,利用地速传感器(True ground speed sensor,TGSS)获取喷雾车实时速度,建立了自适应延时喷雾模型,模型... 详细信息

针对自动对靶喷雾中延时喷雾问题设计了实时控制对靶喷雾系统,该系统以二维激光雷达(Laser detection and ranging,LiDAR)作为探测器,利用地速传感器(True ground speed sensor,TGSS)获取喷雾车实时速度,建立了自适应延时喷雾模型,模型可不断调整喷雾延时时间。自适应延时喷雾模型包括延时存储器和延时计数器。延时存储器利用FIFO缓存区暂存喷雾指令;延时计数器指向延时存储器地址,其利用当前车速计算延时指数,取出对应延时存储器地址的喷雾指令并发送给电磁阀控制器,实现对靶喷雾。试验部分首先对系统响应时间进行分析,包括识别靶标时间、计算喷雾指令时间、通信时间、电磁阀响应时间,试验结果表明,系统响应时间为160 ms,延时存储器共42个延时单元;其次通过Proteus仿真比较了单片机在采用M法、T法计算TGSS发出信号频率的准确性,结果表明M法更适合于本文所述测速系统的频率计算;在TGSS安装角确定后,喷雾车速度与方波信号的频率成正比关系,通过拟合确定了比例系数0.0099,拟合优度为0.9998;最后通过试验验证了系统的整体有效性,并测量了实时控制对靶喷雾系统的可识别最小间距,试验结果表明,可识别的最小间距在80~180 mm之间,系统可识别靶标间距的能力随着喷雾车速度的提升而降低,当靶标间距大于180 mm时,系统均可有效识别靶标。

关键词：对靶喷雾实时控制系统激光雷达速度测量系统响应时间

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温室对靶喷雾机器人控制系统

农业工程学报 2010年第S2期26卷 228-233页

作者：曹峥勇张俊雄耿长兴李伟中国农业大学工学院北京100083

为提高施药作业中农药的有效利用率,减少农药残留与化学污染,根据现代化温室中篱架型植物的种植方式和生长特点,设计了3自由度喷雾机器人控制系统。机器人能够在高架导轨上根据黄瓜病害垄位置启停,并控制机械臂对植株病害表面进行预定... 详细信息

为提高施药作业中农药的有效利用率,减少农药残留与化学污染,根据现代化温室中篱架型植物的种植方式和生长特点,设计了3自由度喷雾机器人控制系统。机器人能够在高架导轨上根据黄瓜病害垄位置启停,并控制机械臂对植株病害表面进行预定位。设计了机器人系统手动与自动两种工作模式。研究了基于PC—PLC的机器人系统对靶喷雾策略,由电磁阀单独控制喷杆上各喷嘴的开闭。实现了对黄瓜植株以200mm×200mm区域的对靶作业。试验表明,机器人控制系统定位工作稳定,操作灵活,系统X轴定位精度:±3.6mm,Y轴定位精度:±3.0mm,Z轴定位精度:±4.6mm。具有较高的实用性。

关键词：对靶喷雾机器人精准农业变量喷嘴

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可移植的对靶喷雾控制系统设计与试验

江苏农业学报 2017年第5期33卷 1182-1187页

作者：张美娜吕晓兰雷哓晖江苏省农业科学院农业设施与装备研究所江苏南京210014

为解决果园传统风送喷雾机连续喷雾在果树间空隙引起无效喷雾的缺点,本研究设计了一种可移植的对靶喷雾控制系统,该系统采用3个单激光传感器探测靶标,PLC控制器依据传感器信号的逻辑运算控制相应的电磁阀通断,实现对靶喷雾、间隙不喷雾... 详细信息

为解决果园传统风送喷雾机连续喷雾在果树间空隙引起无效喷雾的缺点,本研究设计了一种可移植的对靶喷雾控制系统,该系统采用3个单激光传感器探测靶标,PLC控制器依据传感器信号的逻辑运算控制相应的电磁阀通断,实现对靶喷雾、间隙不喷雾的功能。由于激光传感器光束较细,树冠内空洞和枝叶间空隙会导致单点对靶喷雾系统中电磁阀频繁开启,为此,本研究提出线性对靶喷雾控制方法。同时,在喷雾系统延时时间基础上引入提前延后时间,保证雾滴完全覆盖靶标。以主干形靶标为探测对象,以3WGF-300C型果园风送喷雾机为搭载平台进行试验,靶标株距为1.5 m,喷雾压力为1×10~5Pa,喷雾机行驶速度为0.48 m/s时,试验结果表明,相对连续喷雾作业方式,单点对靶喷雾作业方式能够节省55%的喷雾量,线性对靶喷雾作业方式能够节省37%的喷雾量;单点对靶喷雾作业上、中、下区域电磁阀分别平均通断44次、57次与40次,线性对靶喷雾作业各电磁阀平均通断20次。综合考虑系统喷雾量和系统稳定性,线性对靶喷雾作业方式在节约37%用药量的前提下大大减少了电磁阀的通断次数,能够降低系统故障率。

关键词：果园喷雾机对靶喷雾精准施药

车载对靶喷雾机自动控制及低速巡航系统的研究

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南京林业大学学报（自然科学版） 2011年第1期35卷 99-102页

作者：甘英俊周宏平郑加强南京林业大学机械电子工程学院江苏南京210037

研究了基于树木特征图像的对靶喷雾技术在车载式高射程喷雾机上的应用;设计了低速巡航系统及喷雾控制系统,实现图像处理、喷雾控制动作与作业现场行走速度的精确配合。结果表明:低速巡航系统能较好地完成低速定速行驶控制,喷雾控制能正... 详细信息

研究了基于树木特征图像的对靶喷雾技术在车载式高射程喷雾机上的应用;设计了低速巡航系统及喷雾控制系统,实现图像处理、喷雾控制动作与作业现场行走速度的精确配合。结果表明:低速巡航系统能较好地完成低速定速行驶控制,喷雾控制能正确解析上位机的控制命令,实现低速巡航车载对靶喷雾机的自动控制。

关键词：对靶喷雾高射程喷雾机喷雾控制器低速巡航系统

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果园自主导航兼自动对靶喷雾机器人

智慧农业（中英文） 2022年第3期4卷 63-74页

作者：刘理民何雄奎刘伟洪刘紫嫣韩虎李扬帆中国农业大学理学院北京100193 中国农业大学农业无人机系统研究院北京100193 中国农业大学工学院北京100083

为同时实现果园智能植保机自主导航及自动对靶喷雾,研制了一种果园自主导航兼自动对靶喷雾机器人。首先采用单个3D LiDAR(Light Detection and Ranging)采集果树信息确定兴趣区(Region of Inter⁃est,ROI),对ROI内点云进行2D化处理得到... 详细信息

为同时实现果园智能植保机自主导航及自动对靶喷雾,研制了一种果园自主导航兼自动对靶喷雾机器人。首先采用单个3D LiDAR(Light Detection and Ranging)采集果树信息确定兴趣区(Region of Inter⁃est,ROI),对ROI内点云进行2D化处理得到果树质心坐标,通过随机一致性(Random Sample Consensus,RANSAC)算法得到果树行线,并确定果树行中间线(导航线),进而控制机器人沿导航线行驶。通过编码器及惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)确定机体速度及位置,IMU矫正采集到的果树分区冠层信息,最后通过程序判断分区冠层的有无控制喷头是否喷雾。结果表明,机器人自主导航时最大横向定位偏差为21.8 cm,最大航向偏角为4.02°,相比于传统连续喷雾机施药液量、空中漂移量及地面流失量分别减少20.06%、38.68%及51.40%。本研究通过单个3D LiDAR、编码器及IMU在保证喷雾效果的前提下,实现了喷雾机器人自主导航及自动对靶喷雾,降低了农药使用量及飘失量。

关键词：自主导航对靶喷雾 LiDAR 随机一致性算法机器人惯性测量单元

维普期刊数据库博看期刊

基于LiDAR的温室对靶喷雾机器人的设计与试验

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农机化研究 2022年第11期44卷 83-89页

作者：杨征鹤陈毅飞杨会民喻晨王学农新疆农业大学机电工程学院乌鲁木齐830052 新疆农业科学院农业机械化研究所乌鲁木齐830091

为提高温室中农药利用率,减少温室环境中的农药污染,设计了一种基于LiDAR(激光雷达)的温室对靶喷雾机器人,其上位机采用ROS机器人系统进行控制,stm32单片机作为下位机,采用Komodo-1履带式底盘,能够自主行走。工作时,激光雷达能够检测两... 详细信息

为提高温室中农药利用率,减少温室环境中的农药污染,设计了一种基于LiDAR(激光雷达)的温室对靶喷雾机器人,其上位机采用ROS机器人系统进行控制,stm32单片机作为下位机,采用Komodo-1履带式底盘,能够自主行走。工作时,激光雷达能够检测两侧15°范围内的作物信息,若有作物则上位机分析作物角度与距离信息并向下位机发送,下位机判断并延时开启相应一侧电磁阀打开喷头,确保了喷雾的实时性,实现了自动对靶喷雾。同时,测试了激光雷达在不同速度、不同靶标间距下的最小识别间距,发现0.5m/s的速度下在有效检测范围内可以识别最小0.3m的间距,1m/s时可以识别最小0.35m的间距。并根据最小识别间距设置了3株仿真树进行测试,分析了连续与对靶两种状态下不同位置的雾滴覆盖率,结果表明:对靶喷雾机器人能够在作物空隙中有效减少约41%喷雾量,且在作物的前、中、后3个冠层位置雾滴覆盖率的变异系数CV值分别为10.0%、10.4%、12.5%,喷雾效果良好。

关键词：对靶喷雾 LiDAR ROS 识别间距雾滴覆盖率温室

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果树对靶喷雾机柔性喷臂控制设计及试验

农机化研究 2017年第5期39卷 106-112页

作者：宋淑然郑君彬洪添胜陈建泽薛秀云代秋芳华南农业大学电子工程学院广州510642

由于生态环境问题日益严峻,农药喷雾必然是朝着低污染、高精度、智能化与安全化的趋势发展。现有的对靶喷雾机虽然可以针对有无靶标植株进行喷药,但其喷雾架通常是固定不变的,难以同时适用于不同靶标植株。为此,提出喷臂变形以使中心喷... 详细信息

由于生态环境问题日益严峻,农药喷雾必然是朝着低污染、高精度、智能化与安全化的趋势发展。现有的对靶喷雾机虽然可以针对有无靶标植株进行喷药,但其喷雾架通常是固定不变的,难以同时适用于不同靶标植株。为此,提出喷臂变形以使中心喷头对准靶标植株树冠中心的柔性喷雾架方案,通过安装在拖拉机侧面的激光测距传感器对靶标植株进行距离探测,采用安装在喷臂上的角度传感器对柔性喷雾架的形状进行实时检测。根据上述检测结果,通过程序内部运算,获得控制量,驱动电推杆对喷雾架进行形状调整,同时由安装在十字架上的超声波传感器对喷雾架下的靶标植株进行实时的识别探测,并设计了一种能同时满足不同靶标植株形状的对靶喷雾控制机构。为了减小调节时间和由于机构抖动造成的系统误动作,在喷臂调节算法的基础上增加了调整死区。通过试验分析,喷雾架可以根据拖拉机侧面与靶标植株树干的距离进行柔性对靶调节,喷雾架最大的调节时间为5.8s,满足对靶喷雾的实时性要求。

关键词：对靶喷雾柔性喷臂激光测距传感器超声波传感器调整死区喷雾机