自动喷药系统、植保机器人及自动喷药控制方法

摘要

本申请提供一种自动喷药系统、植保机器人及自动喷药控制方法。所述自动喷药系统，包括：储药箱、供压泵、单向阀、控制阀，储药箱、供压泵、单向阀以及控制阀依次通过管道连接；其中，单向阀的流通方向为从供压泵向控制阀方向，控制阀连接有喷头；供压泵能够向单向阀和控制阀之间的管道泵入药液并保持预设压力，通过控制控制阀的开启或关闭，能够控制喷头喷洒或停止喷洒药液。所述自动喷药系统的供压泵能够向单向阀和控制阀之间的管道泵入药液并保持预设压力，可以在需要喷洒药液时，控制控制阀开启即可，反之则控制控制阀关闭即可，当配合能够检测杂草的装置后，可以实现见草喷药，无草不喷的效果，相比漫洒方式喷药，可以有效的节省药液。

说明书

技术领域

本申请涉及植保机器人技术领域，特别是涉及一种自动喷药系统、植保机器人及自动喷药控制方法。

背景技术

传统植保机械主要是人工背负式和人力驾驶式，前者工作效率低，操作者劳动强度大，操作人员容易中毒，后者田间通过性差，容易损伤农作物，也存在人员中毒危险。另外，还有使用农用植保无人机进行农药喷洒的，但是农用植保无人机存在有效载重量小、超低空飞行容易从空中掉落、使用维护成本高、维修需要专业人员等缺点。

为了解决上述技术问题，技术人员研发了植保机器人，植保机器人能够背负一定量的农药，并在处理器的控制下，实现自动的按照预设规划轨迹行走并喷药，因此植保机器人具有载药量大、安全、风险性小、续航能力强、容易操作、护养简单、质量轻、轮毂窄、压苗少、作业效率高等特点。

但是，在实现本发明创造的过程中，发明人发现现有的植保机器人喷药系统依旧为传统的漫洒式，即通过喷药系统，将农药进行无差别的喷洒。这种喷药系统在进行锄草操作时，大量的农药洒落在农作物或者地面上，仅有极小一部分农药落在杂草植株上，药物的利用率极低。而在病虫害防治时，大量的农药没有有效落在农作物植株上，而是落在地面上，造成了农药的浪费。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种自动喷药系统、植保机器人及自动喷药控制方法，使其能够解决当前植保机器人漫洒式喷药导致的农药浪费的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供如下技术方案：

第一方面，本申请提供一种自动喷药系统，包括：

储药箱、供压泵、单向阀、控制阀，所述储药箱、所述供压泵、所述单向阀以及所述控制阀依次通过管道连接；

其中，所述单向阀的流通方向为从所述供压泵向所述控制阀方向，所述控制阀连接有喷头；所述供压泵能够向所述单向阀和所述控制阀之间的管道泵入药液并保持预设压力，通过控制所述控制阀的开启或关闭，能够控制所述喷头喷洒或停止喷洒药液。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

可选地，前述的自动喷药系统，其还包括：

压力传感器，所述压力传感器安装在所述单向阀和所述控制阀之间的管道上，用于检测安装位置的管道内的液体压力，并将检测结果输出。

可选地，前述的自动喷药系统，其还包括：

控制器，所述控制器分别与所述供压泵、所述控制阀以及所述压力传感器连接，以及所述控制器用于与植保机器人的视觉检测装置连接；

其中，所述控制器用于将所述压力传感器检测的压力与所述预设压力对比，在小于所述预设压力时控制所述供压泵工作，在大于等于所述预设压力时控制所述供压泵停止工作；所述控制器用于基于所述视觉检测装置检测结果控制所述控制阀开启或关闭。

可选地，前述的自动喷药系统，其中蓄能器，所述蓄能器连接在所述单向阀和所述控制阀之间的管道上；

溢流阀，所述溢流阀连接在所述供压泵和所述单向阀之间的管道上。

第二方面，本申请提供一种植保机器人，包括：

底盘、如第一方面提供的所述自动喷药系统以及视觉检测装置；

所述自动喷药系统安装在所述底盘上，所述自动喷药系统的控制阀位于所述底盘下方，且所述控制阀连接的喷头的喷洒方向竖直向下；所述视觉检测装置安装在所述底盘下方，所述视觉检测装置与所述控制阀间隔设置，且所述视觉检测装置相对于所述控制阀靠近所述植保机器人行走方向的前端；

其中，所述视觉检测装置用于检测地面的杂草和/或农作物，所述自动喷药系统基于所述视觉检测装置的检测结果控制所述控制阀的开启或关闭，以控制所述喷头喷洒或停止喷洒药液。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

可选地，前述的植保机器人，其还包括：

伸缩架，所述伸缩架的伸缩方向的两端分别为第一端和第二端，所述第一端连接所述控制阀，所述第二端与所述底盘的底部连接。

第三方面，本申请提供一种自动喷药控制方法，用于第二方面提供的植保机器人，包括：

检测地面杂草和/或农作物；

根据预设公式计算喷洒药液的开始时间和结束时间，并基于获得的所述开启时间和所述关闭时间控制控制阀开启和关闭；

基于植保机器人的行走速度，控制所述控制阀的开度处于60-100％。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

可选地，前述的自动喷药控制方法，其中所述检测地面杂草和/或农作物的方法为：

使用视觉检测装置沿植保机器人行走方向检测杂草和/或农作物。

可选地，前述的自动喷药控制方法，其中所述预设公式为：

其中，所述t

可选地，前述的自动喷药控制方法，其中所述基于植保机器人的行走速度，控制所述控制阀的开度处于60-100％的方法为：

所述植保机器人的行走速度为1-3km/h时，控制所述控制阀的开度为60％；

所述植保机器人的行走速度为3-4km/h时，控制所述控制阀的开度为80％；

所述植保机器人的行走速度为大于4km/h时，控制所述控制阀的开度为100％。

借由上述技术方案，本发明自动喷药系统、植保机器人及自动喷药控制方法至少具有下列优点：

本发明实施例提供的自动喷药系统，其包括通过管道连接在一起的储药箱、供压泵、单向阀、控制阀，且单向阀只能由供压泵向控制阀的方向流通，供压泵能够向单向阀和控制阀之间的管道泵入药液并保持预设压力，即管道中实时保持一定压力，可以在需要喷洒药液时，控制控制阀开启即可，反之则控制控制阀关闭即可，本发明实施例提供的系统在配合能够检测杂草的装置后，可以实现见草喷药，无草不喷的效果。相比现有技术中，喷药方式为连续的漫洒方式，本发明实施例提供的自动喷药系统可以有效的节省药液，提高药液利用率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本申请示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本申请的若干实施方式，相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1示意性地示出了一种自动喷药系统的结构示意图；

图2示意性地示出了一种自动喷药系统的电连接结构示意图；

图3示意性地示出了一种植保机器人的第一视角结构示意图；

图4示意性地示出了一种植保机器人的第二视角结构示意图；

图5示意性地示出了一种植保机器人的伸缩架与控制阀连接的结构示意图；

图6示意性地示出了一种自动喷药控制方法的流程图。

图中各标号为：

储药箱1、供压泵2、单向阀3、控制阀4、喷头5、压力传感器6、控制器7、底盘8、视觉检测装置9、蓄能器10、溢流阀11、伸缩架12、过滤器13、植保机器人100。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。

实施例一

如图1所示，本发明的实施例一提出的自动喷药系统，包括：

储药箱1、供压泵2、单向阀3、控制阀4，所述储药箱1、所述供压泵2、所述单向阀3以及所述控制阀4依次通过管道连接；

其中，所述单向阀3的流通方向为从所述供压泵2向所述控制阀4方向，所述控制阀4连接有喷头5；所述供压泵2能够向所述单向阀3和所述控制阀4之间的管道泵入药液并保持预设压力，通过控制所述控制阀4的开启或关闭，能够控制所述喷头5喷洒或停止喷洒药液。

具体地，储药箱1为用于存储药液或者水的箱体，其可以根据需要设置合适的容量，以及根据使用和设计需要设置为长方体形状、圆柱体形状或者其他任何便于安装和使用的箱体形状。储药箱1可以是金属材料制造，也可以是塑胶材料制造。储药箱1的顶部可以设置注液孔，底部或者靠近底部的侧壁上可以设置出液孔，且出液孔上可以连接快速管接头。储药箱1还可以设置用于固定安装的制作或者安装爪，以便储药箱1能够方便的固定在植保机器人的底盘上。

供压泵2可以为本领域常用的能够提供一定供液压力的泵体，例如可以是三缸柱塞泵配合上驱动电机，通过控制驱动电机就可以控制药液的输送，但不限于三缸柱塞泵。供压泵2的功率可以根据实际使用需要进行选择，供压泵2的进液口通过管道与储药箱1的出液孔连接，供压泵2的出液口通过管道与单向阀3连接。

单向阀3为仅能够单向导通的阀体，本发明实施例的单向阀3的进液端通过管道与供压泵2的出液口连接，单向阀3的出液端通过管道与控制阀4连接。通过单向阀3的设置可以保证位于单向阀3和控制阀4之间的管道中的药液，在供压泵2的作用下在管道中能够具有一定的压力，同时避免药液因压力较大而发生回流。

控制阀4优选为电磁阀，例如两位两通比例电磁阀，不仅能够通过电信号进行开启和关闭的控制，还可以通过电信号的控制调整控制阀4的开度百分比，进而可以实现喷药量较精准的控制。控制阀4连接的喷头5为本领域技术人员所知的，常用于喷洒药物或者水的喷头5，喷头5的具体结构可以不做限定，其中，优选喷头5为喷雾形式的喷头。控制阀4的数量可以为多个，且可以根据需要设置的喷头5的数量设置合适数量的控制阀4，并且多个控制阀4可以根据使用的需要排列成一字形、半弧形等各种适于喷头5形成较大喷药面积的形状。

其中，需要注意的是连接储药箱1、供压泵2、单向阀3、控制阀4的管道可以为塑胶管道也可以是金属管道，但是由于单向阀3和控制阀4之间的管道中需要具有一定的压力，所以这部分管道优选为金属管道，例如铜管道。管道可以根据上述储药箱1、供压泵2、单向阀3、控制阀4的分布位置适应性的布置。

本发明实施例提供的自动喷药系统，其包括通过管道连接在一起的储药箱1、供压泵2、单向阀3、控制阀4，且单向阀3只能由供压泵2向控制阀4的方向流通，供压泵2能够向单向阀3和控制阀4之间的管道泵入药液并保持预设压力，即管道中实时保持一定压力，可以在需要喷洒药液时，控制控制阀4开启即可，反之则控制控制阀4关闭即可，本发明实施例提供的系统在配合能够检测杂草的装置后，可以实现见草喷药，无草不喷的效果。相比现有技术中，喷药方式为连续的漫洒方式，本发明实施例提供的自动喷药系统可以有效的节省药液，提高药液利用率。

如图1和图2所示，在具体实施中，其中本发明实施例提供的自动喷药系统，还包括：压力传感器6和控制器7，所述压力传感器6安装在所述单向阀3和所述控制阀4之间的管道上，用于检测安装位置的管道内的液体压力，并将检测结果输出；所述控制器7分别与所述供压泵2、所述控制阀4以及所述压力传感器6连接，以及所述控制器7用于与植保机器人的视觉检测装置9连接。

具体地，控制器7可以是独立与植保机器人之外的，单独设立的，自动喷药系统的控制器7也可以使用植保机器人的主控制器。压力传感器6用于检测单向阀3和控制阀4之间的管道内的液体压力，并实时的反馈给控制器7，控制器7基于压力传感器6检测的压力与预设压力(根据实际使用情况而设定)对比，在小于所述预设压力时控制所述供压泵2工作，在大于等于所述预设压力时控制所述供压泵2停止工作。通过压力传感器6和控制器7的配合，可以避免供压泵2在管道中压力满足使用需要时继续做无用功，节省能源的消耗，同时延长供压泵2的使用寿命。

另外，控制器7还用于基于视觉检测装置9检测结果控制控制阀4开启或关闭，即控制器7在通过控制供压泵2保证单向阀3和控制阀4之间的管道中具有一定压力的药液同时，还可以在视觉检测装置9检测到杂草或者农作物的时候，控制控制阀4开启，在视觉检测装置9检测无草或者无农作物时，控制控制阀4关闭，进而实现见草喷药，无草不喷的效果。

如图1所示，在具体实施中，其中本发明实施例提供的自动喷药系统，还包括：蓄能器10、溢流阀11以及过滤器13，所述蓄能器10连接在所述单向阀3和所述控制阀4之间的管道上，用于对单向阀3和控制阀4之间的管道内的液体保压，避免经常启动供压泵2工作，提高供压泵2的使用寿命；所述溢流阀11连接在所述供压泵2和所述单向阀3之间的管道上，用于当系统的管道中的液体压力过大时进行溢流泄压，对整个系统进行保护，避免系统因压力过大而崩溃；所述过滤器13设置在所述储药箱1和所述供压泵2之间的管道上，用于对供压泵2从储药箱1抽出的药液过滤，避免后续的管道或者喷头5堵塞。

在具体实施中，本发明实施例提供的自动喷药系统中，还可以设置多个开关阀，开关阀可以是手动阀也可以是电动阀，开关阀的设置位置可以是管道连接各个功能器件的连接处，例如储药箱与供压泵之间的管道上、单向阀与控制阀之间的管道上、蓄能器与主管道之间。

实施例二

如图3和图4所示，本发明的实施例二提出的植保机器人，包括：底盘8、实施例一提供的自动喷药系统以及视觉检测装置9；

所述自动喷药系统安装在所述底盘8上，所述自动喷药系统的控制阀4位于所述底盘8下方，且所述控制阀4连接的喷头5的喷洒方向竖直向下；所述视觉检测装置9安装在所述底盘8下方，所述视觉检测装置9与所述控制阀4间隔设置，且所述视觉检测装置9相对于所述控制阀4靠近所述植保机器人100行走方向的前端；

其中，所述视觉检测装置9用于检测地面的杂草和/或农作物，所述自动喷药系统基于所述视觉检测装置9的检测结果控制所述控制阀4的开启或关闭，以控制所述喷头5喷洒或停止喷洒药液。

具体地，植保机器人100为用于农业植保使用的能够自动行驶的机器，其底盘8用于承载和安装行走装置、控制装置功能装置等各功能装置。自动喷药系统的储药箱可以安装在底盘8的顶部，即通过底盘8进行承载，控制阀4安装在底盘8的底部，且可以通过支架安装，并通过管道连接的方式实现储药箱、供压泵、单向阀、控制阀4的连接，管道可以根据支架以及底盘8的结构进行合理的布置。连接在控制阀4上的喷头5需要正对地面，以保证喷洒的药液能够落在杂草和农作物上。

视觉检测装置9为通过拍照或者视频的方式拾取要采集的景或物的装置，其能够识别田地里的杂草、农作物或者路面，视觉检测装置9的拾取识别算法为技术人员所知的，本申请是直接对视觉检测装置9的应用。

其中，需要注意的是，需要将视觉检测装置9设置在相对于控制阀4靠近植保机器人100行走方向的前端的位置，如视觉检测装置9可以是两个，分别设置在底盘8底部行走方向的两端，以便无论是正向行走或是反向行走(沿垄沟往复行走)，都是先由视觉检测装置9检测到杂草或农作物，然后将检测的信号发送给控制器，再有控制器控制控制阀4的开启或关闭，进而实现精准的喷药。

本发明实施例提供的植保机器人100，其增设自动喷药系统和视觉检测装置9，自动喷药系统包括通过管道连接在一起的储药箱、供压泵、单向阀、控制阀4，且单向阀只能由供压泵向控制阀4的方向流通，供压泵能够向单向阀和控制阀4之间的管道泵入药液并保持预设压力，即管道中实时保持一定压力，可以在需要喷洒药液时，控制控制阀4开启即可，反之则控制控制阀4关闭即可。这样本发明实施例提供的植保机器在自动喷药系统和视觉检测装置9的配合下，能够先通过视觉检测装置9检测杂草的位置，然后自动喷药系统基于杂草的位置，控制控制阀4开启和关闭，可以实现见草喷药，无草不喷的效果。相比现有技术中，喷药方式为连续的漫洒方式，本发明实施例提供的自动喷药系统可以有效的节省药液，提高药液利用率。

如图3-图5所示，在具体实施中，其中本发明实施例提供的植保机器人100，还包括：伸缩架12，所述伸缩架12的伸缩方向的两端分别为第一端和第二端，所述第一端连接所述控制阀4，所述第二端与所述底盘8的底部连接。

具体地，伸缩架12可以是套管结构的伸缩架12，可以通过套管的相对滑动来实现伸长和收缩，进而实现控制阀4与地面距离的调节，即实现喷头5与地面距离的调节，伸缩架12的套管结构之间的滑动后的相对定位，则可以是通过顶丝来定位。或者伸缩架12可以是驱动缸，通过液压、气压或者电动方式进行伸缩的控制。

其中，伸缩架12的第一端还可以根据喷洒药液的需要设置成一字形、半弧形等各种形状，以便多个控制阀4可以间隔的安装在伸缩架12的第一端，形成适于喷头5形成较大喷药面积的结构形式。置于伸缩架12与底盘8的连接方式则可以是螺栓连接或者焊接，伸缩架12与控制阀4的连接方式则是优选为螺栓连接。但需要注意的是，控制阀4连接了伸缩架12之后，控制阀4所连接的喷头5的喷液端需要朝向地面。

实施例三

如图6所示，本发明的实施例三提出的自动喷药控制方法，用于上述实施例二提供的植保机器人，方法包括：

301、检测地面杂草和/或农作物。

具体地，使用植保机器人的视觉检测装置进行杂草和/或农作物的检测，且需要随着植保机器人的行走而检测，即沿植保机器人行走方向检测杂草和/或农作物。这样通过视觉检测装置检测需要喷药的杂草、杂草和农作物、农作物的在行走方向上的位置后，可以进一步的反馈给控制器，有控制器控制控制阀开启，进行喷药。

302、根据预设公式计算喷洒药液的开始时间和结束时间，并基于获得的所述开启时间和所述关闭时间控制控制阀开启和关闭。

具体地，所述预设公式为：

其中，所述t

进一步地，通过上述公式可知，控制阀的开启时间即喷药的初始时间，控制阀的关闭时间即喷药的结束时间。由于视觉检测装置与控制阀之间具有一定间隔距离L

303、基于植保机器人的行走速度，控制所述控制阀的开度处于60-100％。

具体地，由于植保机器人的行走速速回影响药液的喷洒效果，所以可以当植保机器人行走速度较慢时，适当的降低控制阀的开度，即降低单位时间喷洒药量，在植保机器人行走速度较快时，适当的提高控制阀的开度，即提升单位时间喷洒药量，以保证药液的喷洒均匀。

优选地，所述植保机器人的行走速度为1-3km/h时，控制所述控制阀的开度为60％；

所述植保机器人的行走速度为3-4km/h时，控制所述控制阀的开度为80％；

所述植保机器人的行走速度为大于4km/h时，控制所述控制阀的开度为100％。

进一步地，还可以基于视觉检测装置检测的杂草和/或农作物单位面积地面覆盖度，适应性的调整植保机器人的行走速度，例如单位面积地面覆盖度小于等于30％，则可以控制植保机器人行走速度为4km/h，或大于4km/h；如单位面积地面覆盖度为大于30％小于60％，则可以控制植保机器人行走速度为3-4km/h；如单位面积地面覆盖度为大于等于60％，则可以控制植保机器人行走速度为1-3km/h。

综上，通过本实施例提供的方法，再配合实施例二提供的植保机器人，可以实现在植保机器人行走的过程中发现杂草，并对杂草喷药，且随时发现随时喷药，并在无杂草的位置停止喷药，而不是随着植保机器人的行走而漫洒式喷药，可以大幅的降低药液的浪费，节省农业喷药的费用。

可以理解的是，上述装置中的相关特征可以相互参考。另外，上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例，而并不代表各实施例的优劣。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。