果园自动对靶喷药机器人及喷药方法与流程

本发明涉及机器人领域，具体的说是果园自动对靶喷药机器人及喷药方法。

背景技术：

随着人们对生活质量要求的提高，人们更加认识到水果营养价值的重要性，对水果的需求量越来越大。果农种植的果树越来越多，给果树喷药工作变得更加繁重。

目前，给果树喷药的工作主要由人工完成。人工喷药存在以下不利因素：1、药物对人体有害，会引起人体的潜在的病变危害。2、喷药效率低下，人工喷药不仅消耗体力，更耽误时间。3、药物利用率低，人工喷药会造成喷药不均匀，药物滴漏等问题，导致药物的浪费。有一些机械喷药装置应用在果园喷药方面，但这些喷药装置存在以下弊端：1、需要人为控制，不能够自主实现喷药全过程。2、喷药方式单一，效率不够高。3、工作方式不符合现在果园的建园标准。4、操作方式复杂。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种果园自动对靶喷药机器人及基于该机器人的喷药方法，能够实现在果园中自动完成移动、转向、喷药和出果园的动作，无需人工操作，效率更高，而且避免农药对人员健康产生影响。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：

果园自动对靶喷药机器人，包括机体、设置在机体前部的转向轮、设置在机体后部的驱动轮和用于驱动转向轮转动的转向舵机：所述机器人还包括距离感应系统、喷药系统和控制器；

所述距离感应系统与所述控制器电连接，距离感应系统包括固定设置在机体前部的前侧距离传感器、设置在机体左侧的左侧感应装置和设置在机体右侧的右侧感应装置，其中左侧感应装置包括左侧距离传感器和左侧光电传感器，右侧感应装置包括右侧距离传感器和右侧光电传感器；

所述喷药系统包括固定设置在机体中部的药桶，药桶的顶部设置有左喷头和右喷头，左喷头和右喷头各通过一个电磁阀与药桶相连通，且两个电磁阀均匀所述控制器电连接。

所述机体上还固定设置有电源，所述距离感应系统、喷药系统和控制器均与电源电连接。

所述机体的后部还设置有用于驱动行走轮转动的驱动电机，驱动电机与所述控制器电连接。

果园自动对靶喷药机器人的喷药方法，具体步骤包括：

步骤一、在长方形果园的边缘设置围挡，并在围挡的一个角处开设用于供机器人进出的出入口，如果出入口的方向与垄沟延伸方向垂直则机器人选择行走模式一，如果出入口的方向与垄沟延伸方向平行则选择行走模式二；

步骤二、机器人在行走过程中对果树进行喷药。

所述行走模式一的具体步骤为：

s1、机器人从出入口进入果园中，同时距离感应系统从前侧、左侧和右侧对机器人与障碍物之间的距离进行检测，并将检测值传输给控制器；

s2、当距离感应系统的左侧距离传感器或者右侧距离传感器的检测值发生突变时，控制器通过转向舵机控制转向轮向向左或者向右转动，进而带动机器人转向，转向的角度为90°；

s3、转向后机器人直行，直行过程中通过左侧光电传感器和右侧光电传感器对垄沟中的果树进行检测，如果检测到果树，则由控制器生成喷药信号，通过电磁阀对左喷头或者右喷头进行控制，使左喷头或者右喷头对果树进行喷药；

s4、机器人在直行过程中，如果左侧距离传感器或者右侧距离传感的检测值发生突变，则在前侧距离传感器的检测值小于x时由控制器通过转向舵机控制机器人转向180°，转向的方向为朝向检测值发生突变的一侧；

s5、机器人转向后直行，直行过程中机器人向果树喷药；

s6、如果机器人的左侧距离传感器和右侧距离传感器的检测值同时发生突变，控制器通过转向舵机控制机器人转向180°，转动方向与上一次转向相反；

s7、重复进行若干次s7；

s8、当机器人的左侧距离传感器或者右侧距离传感器的检测值发生突变时，控制器通过转向舵机控制机器人转向90°，转向的方向为朝向检测值发生突变的一侧；

s9、转向后机器人直行并通过进出口离开果园。

机器人在直行过程中，如果上一次转动如果是向右转动，则左侧距离传感器实时检测机器人与左侧垄沟之间的距离，进而通过控制器对转向舵机进行控制从而保持距离不变，如果是向左转动，则右侧距离传感器实时检测机器人与右侧垄沟之间的距离，进而通过控制器对转向舵机进行控制从而保持距离为y。

机器人在转向过程中控制器通过两个电磁阀分别将左喷头和右喷头关闭。

所述行走模式二的具体步骤为：

t1、机器人从出入口进入果园中，同时距离感应系统从前侧、左侧和右侧对机器人与障碍物之间的距离进行检测，并将检测值传输给控制器；

t2、当距离感应系统的左侧距离传感器或者右侧距离传感器的检测值第三次发生突变时，控制器通过转向舵机号控制转向轮向向左或者向右转动，进而带动机器人转向，转向的角度为180°；

t3、转向后机器人直行，直行过程中，通过左侧光电传感器或者右侧光电传感器对垄沟中的果树进行检测，如果检测到果树，则由控制器生成喷药信号，通过电磁阀对左喷头或者右喷头进行控制，使左喷头或者右喷头对果树进行喷药；

t4、转向后机器人直行，如果机器人的左侧距离传感器和右侧距离传感器的检测值同时发生突变，控制器通过转向舵机控制机器人转向180°，转动方向与上一次转向相反；

t5、重复进行若干次t4；

t6、当机器人的左侧距离传感器或者右侧距离传感器的检测值发生突变时，控制器通过转向舵机控制机器人转向90°，转动方向与上一次转向相同；

t7、转动后机器人直行，当机器人的左侧距离传感器或者右侧距离传感器的检测值发生突变时，控制器通过转向舵机控制机器人转向90°，转动方向为朝向检测值发生突变的一侧；

t8、当机器人的左侧距离传感器或者右侧距离传感器的检测值发生突变时，控制器通过转向舵机控制机器人转向90°，转向的方向为朝向检测值发生突变的一侧；

t9、转向后机器人直行并通过进出口离开果园。

机器人在直行过程中，如果上一次转向是向右转动，则左侧距离传感器实时检测机器人与左侧垄沟之间的距离，进而通过控制器对转向舵机进行控制从而保持距离不变，如果是向左转动，则右侧距离传感器实时检测机器人与右侧垄沟之间的距离，进而通过控制器对转向舵机进行控制从而保持距离为y。

机器人在转向过程中控制器通过两个电磁阀分别将左喷头和右喷头关闭。

有益效果：

1、本发明能够根据果园的实际情况，灵活选择不同的行走模式，满足果园的喷药需求；

2、机器人在果园中，能够自动完成移动、转向、喷药和出果园的动作，无需人工操作，效率更高，而且避免农药对人员健康产生影响。

附图说明

图1是整体结构俯视图；

图2是整体结构轴测图一；

图3是整体结构轴测图二；

图4是垄沟为奇数时行走模式一的第路线图；

图5是垄沟为奇数时行走模式一的第二种路线图；

图6是垄沟为奇数时行走模式二的第路线图；

图7是垄沟为奇数时行走模式二的第二种路线图；

图8是垄沟为偶数时行走模式一的第路线图。

附图标记：1、转向舵机，2、驱动电机，3、前侧距离传感器，4、左侧距离传感器，5、右侧距离传感器，6、左侧光电传感器，7、右侧光电传感器，8、左喷头，9、右喷头，10、药桶，11、控制器，12、转向轮，13、驱动轮，14、机体，15、电源，16、果园，17、垄沟，18、果树。

具体实施方式

下面根据附图具体说明本发明的实施方式。

如图1至3所示，果园自动对靶喷药机器人，包括机体14、设置在机体14前部的转向轮12、设置在机体14后部的驱动轮13和用于驱动转向轮12转动的转向舵机1，机器人还包括距离感应系统、喷药系统和控制器11；距离感应系统与控制器11电连接，距离感应系统包括固定设置在机体14前部的前侧距离传感器3、设置在机体14左侧的左侧感应装置和设置在机体14右侧的右侧感应装置，其中左侧感应装置包括左侧距离传感器4和左侧光电传感器6，右侧感应装置包括右侧距离传感器5和右侧光电传感器7；喷药系统包括固定设置在机体14中部的药桶10，药桶10的顶部设置有左喷头8和右喷头9，左喷头8和右喷头9各通过一个电磁阀与药桶10相连通，且两个电磁阀均匀控制器11电连接。机体14上还固定设置有电源15，距离感应系统、喷药系统和控制器11均与电源15电连接。机体14的后部还设置有用于驱动行走轮转动的驱动电机2，驱动电机2与控制器11电连接。

实施例一，基于该果园自动对靶喷药机器人的喷药方法，适用于长方形的果园16并且果园16内垄沟17的数量为奇数的情况，具体步骤如下。

步骤一、在长方形果园16的边缘设置围挡，围挡与垄沟17之间留有距离，并在围挡的一个角处开设用于供机器人进出的出入口，如果出入口的方向与垄沟17延伸方向垂直则机器人选择行走模式一，如果出入口的方向与垄沟17延伸方向平行则选择行走模式二；

步骤二、机器人在行走过程中对果树18进行喷药。

如图4和5所示，行走模式一的具体步骤为：

s1、机器人从出入口进入果园16中，同时距离感应系统从前侧、左侧和右侧对机器人与障碍物之间的距离进行检测，并将检测值传输给控制器11，这个过程中，前侧距离传感器3的检测值是稳定变化的，而左侧距离传感器4和右侧距离传感器5的检测值是稳定不变的；

s2、当距离感应系统的左侧距离传感器4或者右侧距离传感器5的检测值发生突变时，突变发生在机器人从出入口中走出并进入到果园16中的时候，左侧距离传感器4或者右侧距离传感器5的检测方向与围挡平行，因此检测值发生突变，此时控制器11通过转向舵机1控制转向轮12向向左或者向右转动，进而带动机器人转向，转向的角度为90°；

s3、转向后机器人在一个垄沟17与围挡之间直行，直行过程中通过左侧光电传感器6和右侧光电传感器7对垄沟17中的果树18进行检测，如果检测到果树18，则由控制器11生成喷药信号，通过电磁阀对左喷头8或者右喷头9进行控制，使左喷头8或者右喷头9对果树18进行喷药；

s4、机器人在直行过程中，如果左侧距离传感器4或者右侧距离传感的检测值发生突变，则在前侧距离传感器3的检测值小于x时由控制器11通过转向舵机1控制机器人转向180°，转向的方向为朝向检测值发生突变的一侧；

s5、机器人转向后在两个垄沟17之间直行，直行过程中机器人向果树18喷药；

s6、如果机器人的左侧距离传感器4和右侧距离传感器5的检测值同时发生突变，突变发生在机器人从两个垄沟17之间走出，左侧距离传感器4或者右侧距离传感器5的检测值突变为机器人与围挡之间的距离，控制器11通过转向舵机1控制机器人转向180°，转动方向与上一次转向相反；

s7、重复进行若干次s7；

s8、当机器人的左侧距离传感器4或者右侧距离传感器5的检测值发生突变时，控制器11通过转向舵机1控制机器人转向90°，转向的方向为朝向检测值发生突变的一侧；

s9、转向后机器人直行并通过进出口离开果园16。

机器人在直行过程中，如果上一次转动如果是向右转动，则左侧距离传感器4实时检测机器人与左侧垄沟17之间的距离，进而通过控制器11对转向舵机1进行控制从而保持距离不变，如果是向左转动，则右侧距离传感器5实时检测机器人与右侧垄沟17之间的距离，进而通过控制器11对转向舵机1进行控制从而保持距离为y。

机器人在转向过程中控制器11通过两个电磁阀分别将左喷头8和右喷头9关闭。

如图6和7所示，行走模式二的具体步骤为：

t1、机器人从出入口进入果园16中，同时距离感应系统从前侧、左侧和右侧对机器人与障碍物之间的距离进行检测，并将检测值传输给控制器11；

t2、当距离感应系统的左侧距离传感器4或者右侧距离传感器5的检测值第三次发生突变时，其中检测值的第一次突变是在机器人进入到果园16中时，距离传感器的检测值从机器人与出入口之间突变为机器人与围挡之间，第二次突变是检测值从机器人与围挡之间突变为机器人与垄沟17之间，第三次突变是检测值从机器人与垄沟17之间突变为机器人与围挡之间，第三次突变时控制器11通过转向舵机1号控制转向轮12向向左或者向右转动，进而带动机器人转向，转向的角度为180°；

t3、转向后机器人直行，直行过程中，通过左侧光电传感器6或者右侧光电传感器7对垄沟17中的果树18进行检测，如果检测到果树18，则由控制器11生成喷药信号，通过电磁阀对左喷头8或者右喷头9进行控制，使左喷头8或者右喷头9对果树18进行喷药；

t4、转向后机器人直行，如果机器人的左侧距离传感器4和右侧距离传感器5的检测值同时发生突变，控制器11通过转向舵机1控制机器人转向180°，转动方向与上一次转向相反；

t5、重复进行若干次t4；

t6、当机器人的左侧距离传感器4或者右侧距离传感器5的检测值发生突变时，控制器11通过转向舵机1控制机器人转向90°，转动方向与上一次转向相同；

t7、转动后机器人直行，当机器人的左侧距离传感器4或者右侧距离传感器5的检测值发生突变时，控制器11通过转向舵机1控制机器人转向90°，转动方向为朝向检测值发生突变的一侧；

t8、当机器人的左侧距离传感器4或者右侧距离传感器5的检测值发生突变时，控制器11通过转向舵机1控制机器人转向90°，转向的方向为朝向检测值发生突变的一侧；

t9、转向后机器人直行并通过进出口离开果园16。

机器人在直行过程中，如果上一次转向是向右转动，则左侧距离传感器4实时检测机器人与左侧垄沟17之间的距离，进而通过控制器11对转向舵机1进行控制从而保持距离不变，如果是向左转动，则右侧距离传感器5实时检测机器人与右侧垄沟17之间的距离，进而通过控制器11对转向舵机1进行控制从而保持距离为y。

机器人在转向过程中控制器11通过两个电磁阀分别将左喷头8和右喷头9关闭。

行走模式一和行走模式二的选择可以在机器人进入果园16之前，根据果园16的实际情况人工选择，在机器人进入果园16中之后，不再需要人工干涉。

实施例二，基于该果园自动对靶喷药机器人的喷药方法，适用于长方形的果园并且果园内垄沟的数量为偶数的情况。

如图8所示，机器人首先从出入口进入到果园16中，移动过程中不断从前侧、左侧和右侧对机器人与障碍物之间的距离进行检测，并将检测值传输给控制器11；当左侧或者右侧其中一个距离检测值发生突变时，机器人向该侧转向90°，之后在垄沟17与围挡之间直行；当左侧或者右侧其中一个距离检测值第二次发生突变时，机器人向该侧转动180°，之后在两个垄沟17之间直行；当左侧和和右侧距离检测值同时发生突变时，机器人转向180°，且转向的方向与上一次转动相反；经过n次180°转向后，当左侧或者右侧其中一个距离检测值发生突变时，机器人向该侧转向90°，之后直行，直行过程中，当其中一侧距离检测值发生了第（2n-1）次突变时，机器人向该侧转向90°，之后直行；直行过程中当其中一侧距离检测值发生突变时，机器人向该侧转向90°，从出入口离开果园16。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。