一种具有高度和幅宽调节功能的履带式温室喷药机及其方法与流程

本发明属于设施农业智能装备
技术领域：
，更具体的是，本发明涉及一种具有高度和幅宽调节功能的履带式温室智能喷药机和一种履带式温室喷药机多自由度喷洒方法。
背景技术：
：中国是一个农业大国，智能农业机械技术是解决“三农”问题的一项重要措施。《中国制造2025》将农机装备列为重要领域，制定了农机装备发展行动方案。在现有技术中，传统的喷药机效率低，人工成本高，且严重影响操作人员的身体健康；植保无人机价格昂贵，且适合大面积农田作业。因此，研究温室用小型智能喷药机是设施农业智能装备的发展趋势之一。技术实现要素：本发明设计开发了一种具有高度和幅宽调节功能的履带式温室喷药机，高度，宽度和喷洒角度均可调，适应性好。本发明还有一个目的是提供履带式温室喷药机多自由度喷洒方法，给出高度、宽度和喷洒角度的调节方法，实现精准施药，保证喷药均匀性。一种具有高度和幅宽调节功能的履带式温室喷药机，包括：承载底盘车；喷洒机构，其可旋转支撑在所述承载底盘车上方，包括：底架，其连接所述承载底盘车；药箱支架，其固定支撑在所述底架一端；喷洒机构支架，其与所述底架另一端铰接，所述喷洒机构支架通过调整机构连接所述底架，以调整所述底架和所述喷洒机构支架的夹角；至少一个丝杠，其平行设置在所述喷洒机构支架顶部；至少一个喷药杆，其与所述丝杠平行设置，并通过螺母连接所述丝杠；至少一个电机，其设置在所述丝杠一端，能够驱动所述丝杠旋转，以改变所述丝杠和所述喷药杆的相对位置。优选的是，所述调整机构为液压杆，其一端连接所述喷洒机构支架，另一端连接所述底架。优选的是，所述调整机构为齿轮传动机构，包括：主动轮，其可旋转支撑在所述底架上；从动轮，其与所述主动轮啮合，并固定连接所述喷洒机构支架，并能够带动所述喷洒机构支架旋转。优选的是，所述喷药杆为空心杆体，并具有多个喷头。优选的是，还包括药箱，其设置在所述药箱支架上，包括：箱体；箱盖，其活动链接所述箱体；搅拌装置，其设置在所述箱盖顶部，并能够深入所述箱体内，用于搅拌药液；其中，所述箱体内药液通过液压泵泵入到喷药杆内。优选的是，所述喷洒机构和承载底盘车之间设置有旋转机构，包括：转轴，其可旋转支撑在所高度和幅宽调节功能的履带式温室喷药机，其特征在于，述承载底盘车上；转盘，其固定连接所述转轴，并固定连接所述喷洒机构的底架。优选的是，所述承载底盘车，包括：底盘；左行走履带，其设置在所述底盘一侧；右行走履带，其设置在所述底盘另一侧；左履带驱动电机，其连接所述左行走履带，用于驱动所述左行走履带；右履带驱动电机，其连接所述右行走履带，用于驱动所述右行走履带。优选的是，还包括：摄像头，其设置在所述喷洒支架机构上，用于记录喷洒情况；红外传感器，其设置在所述底盘上，所述摄像头下方，用于检测前方障碍物。一种履带式温室喷药机多自由度喷洒方法，包括：根据作物的陇间距，调整喷药杆的宽度，其计算公式为：Li＝sa+sb+s-2m其中，Li为喷药杆宽度，sa为底盘左侧与左垅旁农作物的间距，sb为电右侧与右垅旁农作物的间距，s为底盘宽度，m为地面肥料与农作物建议距离；根据作物高度，调整底架和喷药机构支架的夹角，其计算公式为其中，θ为底架和喷药机构支架的夹角，b为作物高度，λ为校正因数，Rsaf为底架宽度；检测喷洒机倾角γ，调整旋转机构的旋转角度，其计算公式为α为旋转机构的旋转角度，b为作物高度，K为两履带轮的轮距，M为底盘长度，H为底盘高度。将喷药杆的宽度Li、底架和喷药机构支架的夹角θ和旋转机构的旋转角度α带入模糊控制器，计算得到药液泵入喷药杆的泵速v。优选的是，将喷药杆的宽度和底架和喷药机构支架的夹角模糊集为：{NB，NM，NS，ZR，PS，PM，PB}，NB表示负大，NM表示负中，NS表示负小，ZR表示零，PS表示正小，PM表示正中，PB表示正大，它们的论域为：{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}。本发明的有益效果本发明的目的是提供一种具有高度和幅宽调节功能的履带式温室智能喷药机，其设有对地形适应良好的行走履带以及智能控制装置，可以克服其他喷药机无法使用地形及作业高度的缺陷。附图说明图1为本发明所述的具有高度和幅宽调节功能的履带式温室喷药机结构示意图。图2为本发明所述的承载底盘车的结构示意图。图3为本发明所述的喷药机构的结构示意图。图4为本发明所述喷药机构的的侧后视图。图5为本发明所述的喷药机构的主视图图6为本发明所述的喷药机控制系统示意图。下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。如图1所示，本发明提供的具有高度和幅宽调节功能的履带式温室喷药机，包括：承载底盘车和喷洒机构，如图2所示，承载底盘车为履带式结构，包括：底盘和设置在底盘两侧的行走履带，左行走履带32由左履带驱动电机33驱动，右行走履带1由右履带驱动电机39驱动，通过控制左右行走履带的驱动电机的速度，利用差速，实现机器转弯。若机器前进方向与温室作业道路有偏差，可以通过底盘转向机构进行微调，保证喷药的均匀性。如图3-5所示，喷洒机构包括，底架100，其中底架100通过底盘旋转机构2连接承载底盘车，底盘旋转机构2由转轴和转盘组成，其中转轴可旋转连接承载底盘车，转盘连接转轴，能随转轴旋转；底架100一端设置要箱支架4，为保证支架稳固，采用药箱支架角铁3加固，底架100的另一端与喷药系统支架24铰接，喷药系统支架24为方形框架，中间设置有横梁27，液压杆28一端连接横梁27一端连接底架100，通过调整液压杆长度来底架100和喷药系统支架24的夹角，即调整喷药系统支架24的倾斜角度，进而调整喷药系统支架24上端距离地面的高度。在另一实施例中，喷药系统支架24和底架100铰接处设置有齿轮机构，齿轮机构包括：主动轮和从动轮，主动轮可旋转支撑在底架100上；从动轮与主动轮啮合，并固定连接喷洒机构支架24，并能够带动喷洒机构支架24旋转，通过电机驱动主动轮旋转，从动轮随主动轮旋转，底架100和喷药系统支架24的夹角变化，即调整喷药系统支架24的倾斜角度，进而调整喷药系统支架24上端距离地面的高度。喷药系统支架24上方设置有顶架200，至少一个丝杠，其平行设置在喷洒机构支架顶部，丝杠可旋转支撑在顶架200上；至少一个喷药杆，其与丝杠平行设置，并通过螺母连接丝杠；至少一个电机，其设置在丝杠一端，能够驱冻丝杠旋转，丝杠旋转，螺母沿丝杠横向移动，进而以改变丝杠和喷药杆的相对位置。在另一实施例中，喷药系统支架24上方设置有顶架200，第一丝杠19，可旋转支撑在顶架200上，第一喷药杆22通过螺母连接第一丝杠19，第一步进电机14设置在第一丝杠10一端，驱动第一丝杠旋转，顶架200下方具有紧固槽210，第一喷药杆22穿过紧固槽210，沿紧固槽滑动，当第一步进电机驱动第一丝杠19旋转时，螺母沿第一丝杠19横向移动，第一喷药杆22沿紧固槽210滑动进而以改变丝杠和喷药杆的相对位置；第二丝杠16可旋转支撑在顶架200上，与第一丝杠19相对设置，第二喷药杆11通过螺母连接第二丝杠16，第二步进电机18设置在第二丝杠16一端驱动第二丝杠旋转，顶架200下方具有第二紧固槽220，第二喷药杆11穿过第二紧固槽220，沿第二紧固槽滑动，当第二步进电机18驱动第二丝杠16旋转时，螺母沿第二丝杠16横向移动，第二喷药杆11沿第二紧固槽2200滑动进而以改变丝杠和喷药杆的相对位置；作为一种优选，第一步进电机14和第二步进电机18相对设置，当第一步进电机14和第二步进电机18驱动丝杠旋转时。第一喷药杆22和第二喷药杆11向相反方向移动，实现喷洒装置的宽度改变。喷药杆内部为空心结构，且下方设置有多个喷嘴。如图1所示，药箱6安装在药箱支架4上，包括箱体，其为方形或圆形，药箱上盖8活动设置在箱体上，作为一种优选，药箱上盖和箱体之间设置有合页10，搅拌器7穿过药箱上盖8进入箱体内，用于搅拌药液，搅拌器7用搅拌器电机9驱动，药液通过泵16泵入喷药杆，喷药杆和泵之间连接第一药管34，第二喷药杆和泵16之间安装药管35，泵和药箱之间连接有药管37，在药箱下方设置有发电机38，为全车动力源，喷药系统支架横梁27上安装摄像头25，为小车行进方向的最前方，便于观察作物生长情况，低架100前端有红外传感器31，用于检测前方障碍物，保证小车安全越障。实施以具有高度和幅宽调节功能的履带式温室喷药机的工作过程为例做进一步说明如图6所示，在药箱6下方设置控制箱5，控制箱5内具有单片机控制各个电机实现执行模块的功能；接收红外传感器的信息，当机器遇到障碍时，减速停车。控制摄像头的升降及旋转，以获得更宽视野的作物信息；采集图像信息并进行反馈，以便操作者调整作业指令。执行模块包括喷头上下调节机构、喷头左右调节机构、药液搅拌机构、药液输送机，喷头上下调节由液压杆带动铰链实现。喷头左右调节通过步进电机带动滚珠丝杠运动来实现，喷头安装在中空的喷摇杆上。药液搅拌通过电机带动搅拌器旋转实现，药液输送通过泵，将药液由药箱输送至中空滑道。泵与药箱、泵与喷摇杆之间通过药管连接。一种履带式温室喷药机多自由度喷洒方法，包括：根据作物的陇间距，调整喷药杆的宽度，其计算公式为：Li＝sa+sb+s-2m其中，Li为喷药杆宽度，sa为底盘左侧与左垅旁农作物的间距，sb为电右侧与右垅旁农作物的间距，s为底盘宽度，m为地面肥料与农作物建议距离；根据作物高度，调整底架和喷药机构支架的夹角，其计算公式为其中，θ为底架和喷药机构支架的夹角，b为作物高度，λ为校正因数，Rsaf为底架宽度；检测喷洒机倾角γ，调整旋转机构的旋转角度，其计算公式为α为旋转机构的旋转角度，b为作物高度，K为两履带轮的轮距，M为底盘长度，H为底盘高度。将喷药杆的宽度Li、底架和喷药机构支架的夹角θ和旋转机构的旋转角度α带入模糊控制器，计算得到药液泵入喷药杆的泵速v。其中，Li、θ、α的实际变化范围分别为[-0.5,0.5]，[-30,30]，[-1,1]；α的离散论域均为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}则比例因子k2＝6/0.5，k1＝6/30，k3＝6/1定义模糊子集及隶属函数把喷药杆的宽度Li分为3个模糊状态：PB(正大)，PM(正中)，PS(正小)，结合经验得出孔径D0的隶属度函数表，如表1所示。表1喷药杆的宽度Li的隶属度函数表底架和喷药机构支架的夹角θ分为七个模糊状态：PB(正大)，PM(正中)，PS(正小)，0(零)，NS(负小)，NM(负中)，NB(负大)，结合经验得出底架和喷药机构支架的夹角θ的隶属度函数表，如表2所示。表2底架和喷药机构支架的夹角θ的隶属度函数表θ-6-5-4-3-2-1-0+1+2+3+4+5+6PB00000000000.20.71.0PM000000000.20.81.00.80.2PS00000000.81.00.80.2000000000.51.00.500000NB000.20.81.00.80000000NM0.20.81.00.80.200000000NS1.00.70.20000000000旋转机构的旋转角度α分为七个模糊状态：PB(正大)，PM(正中)，PS(正小)，0(零)，NS(负小)，NM(负中)，NB(负大)，结合经验得出旋转机构的旋转角度α的隶属度函数表，如表7所示。表3旋转机构的旋转角度α的隶属度函数表G-6-5-4-3-2-1-0+1+2+3+4+5+6PB00000000000.20.71.0PM000000000.20.81.00.80.2PS00000000.81.00.80.2000000000.51.00.500000NB000.20.81.00.80000000NM0.20.81.00.80.200000000NS1.00.70.20000000000模糊推理过程必须执行复杂的矩阵运算，计算量非常大，在线实施推理很难满足控制系统实时性的要求，本发明采用查表法进行模糊推理运算，模糊推理决策采用三输入单输出的方式。通过经验可以总结出模糊控制器的初步控制规则，其中参数t2控制规则见表4。表4为模糊控制规则表模糊控制器根据得出的模糊值对输出信号进行解模糊化，得到第二研磨机的研磨时间，求模糊控制查询表，由于论域是离散的，模糊控制规则及可以表示为一个模糊矩阵，采用单点模糊化，求出模糊控制查询表。尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。当前第1页1 2 3