一种适用于柑橘果园地形的自动仿形喷雾机的制作方法

本发明属于农业机械技术领域，具体地说，涉及一种适用于柑橘果园地形的自动仿形喷雾机。

背景技术

喷雾装置的结构各式各样，喷雾装置通常通过包括药液器，与药液连通的喷杆，连接在喷杆端部的喷雾架和设置在喷雾架的喷头等。由于柑橘等其他类似的大树冠果树具有树冠层体积大、树叶密集等特点，国内外设计了一系列的喷雾作业机器。台湾有隧道式果树施药喷雾装置，该装置是类似龙门架式的仿形喷雾架以及安装在架上的多个喷头组成。以色列同样设计有类似喷雾装置，这种施药装置比常规的施药装置喷施效率高，但由于喷施作业主要作用于树冠层外部，树冠层内部的药物附着情况较差，较难实现果树冠层整体的药物喷施，所以适用范围窄。

中国专利cn2867879公开了一种果树施药仿形喷雾装置，使用底盘直接连接喷杆采取调整喷杆张开程度的方式对目标树冠层进行喷雾作业。该专利采用一侧喷杆延伸的方式与喷杆进行连接，导致喷雾作业时重心不稳；所述装置整体所需能量消耗极大，对机具输出要求十分严格；

中国专利cn101785450a公开了果树仿形精量喷雾机车，采用两端喷杆均对果树进行全面包裹的喷雾作业形式。该发明专利对果树树冠内未能进行喷雾，机具整体质量较大，对材料要求程度高；由于其包裹程度大，不能对不同果树树冠层形状进行及时变换；经济性差；

中国专利cn106622773a公开了一种喷雾机仿形喷杆及其控制方法，该专利是通过调节两侧喷雾架进行仿形喷雾作业，但由于喷雾架整体较长，边缘力矩大，变形程度高，对调整结构电机要求大；由于机构特点，难以适应复杂地形作业环境。

技术实现要素：

针对上述问题，为了解决不同地形条件下，果园仿形自动喷雾的需求，本发明设计一款适用于柑橘果园地形的自动仿形喷雾机。

本发明专利采用的具体技术方案如下：

自动仿形喷雾机由喷雾作业部分、升降导轨部分、载具部分三部分组成。

所述喷雾作业部分分为左右对称的两个部分，机构设置相同，执行喷雾作业时互相独立，互不干扰；每个部分由可移动喷雾控制台、上喷杆、下喷杆、辅助激光雷达组成。

所述上喷杆分为三部分：上喷杆下段、上喷杆中段以及上喷杆上段，在上喷杆下段与上喷杆中段的连接处、上喷杆中段与上喷杆上段的连接处安装有旋转电机，用以改变所述上喷杆中段以及上喷杆上段的姿态角度，并在调整完毕后进行自锁、保持调整后的姿态；所述旋转电机与相邻两段喷杆通过螺纹连接，通过旋转电机驱动齿轮进行旋转，从而实现对上喷杆姿态的调整，在姿态调整完毕后所述旋转电机进行自锁，保持上喷杆姿势保持不变。

所述上喷杆下段长度等于目标果树树冠层外侧底端至树冠层最宽处的垂直距离，长度由当地果树树冠层形状特征决定，用以对树冠层外侧底端至树冠层最宽处进行喷雾作业。

所述上喷杆下段与所述可移动喷雾控制台进行螺纹螺母连接，但二者之间添加缓冲橡胶垫，防止喷雾机进行作业时的晃动造成喷杆与可移动喷雾控制台之间的冲击，造成疲劳破损，损耗零部件使用寿命。

所述上喷杆中段对应于树冠层最宽处以上部分至树冠层外轮廓切线角度大于30°的部分树冠层；用以对树冠层最宽处至树冠层外轮廓切线角度大于30°的部分树冠层进行喷雾作业；

所述上喷杆上段对应于树冠层最宽处以上部分的树冠层轮廓切线角度不大于30°的部分树冠；如目标树冠层未有该种特征，所述上喷杆上段仅需高于树冠层最高点5cm以上即可，此时所述上喷杆上段喷头不进行喷雾工作。

所述上喷杆安装有喷头，在喷杆未紧邻所述旋转电机处的喷头安装间距应遵循公式：

其中：l—未紧邻旋转电机的喷头安装间距；

h—喷头距树冠垂直距离；

θ—喷头喷雾锥角

所述上喷杆紧邻旋转电机的两个喷头安装间距应遵循公式：

其中：θ1—紧邻旋转电机的一侧喷头喷雾锥角；

θ2—紧邻旋转电机的另一侧喷头喷雾锥角；

β1—相邻两段喷杆夹角；

β2—树冠层最大夹角；

h1—紧邻旋转电机的一侧喷头距离树冠层距离；

h2—紧邻旋转电机的另一侧喷头与树冠距离；

l1—紧邻旋转电机的一侧喷头距旋转电机中心距离；

l2—紧邻旋转电机的另一侧喷头距旋转电机中心距离；

所述下喷杆部分主要由下喷杆，下喷杆可变喷口组成。

所述下喷杆用于将所述可移动喷雾控制台内置的风送式喷雾机构所产生喷雾送至树冠底部；

所述下喷杆可变喷口内置电机，可驱动下喷口开张程度，进而用以控制所述下喷杆喷出雾滴时的喷洒范围。

所述辅助雷达安装于所述可移动喷雾控制台上表面，开机工作后，两侧所述辅助激光雷达将所获自动仿形喷雾机两侧环境进行图像采集，并将所获数据传输至主控制器，对主激光雷达所获图像数据进行补充。

所述可移动喷雾控制台内置水泵、风送喷雾机构、导轨驱动电机以及内置水泵的驱动器、风送喷雾机构的驱动器。

所述可移动喷雾控制台底面设有导轨凹槽，导轨凹槽内设有导轨凹槽滚轮。

所述水泵用以驱动上喷杆上的喷头进行喷雾工作，所述水泵转速通过主控制器将主激光雷达所获数据进行计算分析，对水泵转速进行实时监控。

所述风送式喷雾机构与所述下喷杆位于可移动喷雾控制台内的内置管道对齐，风送式喷雾机构通过主控制器将主激光雷达所获数据进行计算分析，对风送式喷雾机构转速进行实时监控。

所述导轨凹槽内安置导轨凹槽滚轮，用以与升降机构中的导轨进行配合连接，达到驱动一侧喷雾作业部分进行平移运动的目的。

所述导轨凹槽滚轮由所述导轨驱动电机进行驱动控制，所述导轨驱动电机通主控制器将主激光雷达所获数据进行计算分析，对导轨驱动电机转速进行实时监控，应理解的是，喷雾作业部分左右对称的两个部分之间要有一定间距，防止路况颠簸时两部分互相撞击。

所述升降部分由上连接板、姿态传感器、液压推杆、下连接板以及导轨组成。

所述上连接板用以与所述导轨进行焊接连接，与姿态传感器、液压推杆进行螺纹连接，目的是用以承接喷雾作业部分。

所述上连接板下表面置凸台，凸台上置孔，用与液压推杆进行销连接；

所述姿态传感器安装于所述上连接板上，与主控制器进行连接，对上连接板姿态实时监控，主控制器将所述姿态传感器所获数据进行分析计算，确保上连接板以及喷雾作业部分姿态的稳定。

所述导轨上端有横向凸台，目的是在允许喷雾作业部分进行移动的同时通过横向凸台限制所述导轨凹槽滚轮的位置，防止因为运动造成喷雾作业部分掉落损毁。

所述液压推杆一端与所述下连接板进行螺纹连接，一端与上连接板进行销连接，所述液压推杆安装排布方式为三角排布，目的是在保证升降机构稳定性的同时，防止存在所述液压推杆的伸缩作业不同步造成上连接板甚至喷雾机整体的损伤或者解体。

所述下连接板与所述履带式底盘进行螺纹螺栓连接，目的是确保所述液压推杆底部在同一平面内。

所述载具部分包括履带式底盘，主控制器、主激光雷达、主激光雷达底座。

所述履带式底盘具有与地面接触面积大，重心低稳定性高的优势。

所述主控制器分别与姿态传感器、主激光雷达、辅助激光雷达、内置水泵的驱动器、风送喷雾机构的驱动器下喷杆可变喷口的内置电机和液压推杆驱动电机相连接，将所获得数据进行分析解算，将解算后的命令传递至各驱动器和电机。

所述主激光雷达置于履带式底盘前端，在开机后开始扫描周围环境，将所处环境点云数据传递至主控制器，进而实时规划出各作业姿态。

所述主激光雷达底座是用以支撑主激光雷达进行扫描工作。

本发明专利有益效果如下：

所述自动仿形喷雾机可以在山地果园地形进行有效、稳定的运动作业，在前进作业过程中可以确保在复杂地形中保证喷雾作业部分与果树树冠层之间姿态相对稳定，确保喷雾作业中可以有效减少因为喷杆晃动造成的少喷、漏喷的情况发生；所述上连接板存在导轨机构，使得喷雾作业部分可以在一定范围内进行横向伸缩，增加的喷雾机喷施药物范围；由于喷雾作业部分分为左右两端，本设计在保证可以对两侧果树进行施药的同时保证仿形喷雾机的整体平衡；所述上喷杆可存在姿态调节装置，使得所述上喷杆可以依据树冠层外部形状特征进行有效的仿形调整，加强喷雾的喷施作业效果。

附图说明

图1为自动仿形喷雾机整体结构示意图。

图2为升降部分结构示意图。

图3为喷雾作业部分结构示意图。

注释说明：101喷雾作业部分、102履带式底盘、103履带、104主控制器、105主激光雷达底座、106主激光雷达、107升降导轨部分、108辅助激光雷达、201导轨、202上连接板、203液压升降推杆、204下连接板、205连接凸台、206姿态传感器、301下喷杆可变喷口、302下喷杆、304导轨凹槽、305可移动喷雾控制台、306上喷杆下段、308上喷杆上段、309上喷杆中段、310中段旋转电机、311喷头、312上端旋转电机。

具体实施方式

虽然本发明专利实行方式易于转换为其他实现方式，但本发明专利描述的是一种特定的实施方式。应理解的是，本发明专利所公开的是一种用于展现工作原理的事例，并非将本发明专利限定于本专利所展示特殊事例。

自动仿形喷雾机主要由三部分组成：喷雾作业部分101、导轨升降部分107以及载具部分。

所述喷雾作业部分由上喷杆，中端旋转电机310、上端旋转电机312、可移动喷雾控制台305、下喷杆302、喷头311，下喷杆应变传感器303以及下喷杆可变喷口301以及辅助激光雷达108组成。

所述上段喷杆分为三段，分别为上喷杆下段306，上喷杆中段309，上喷杆上段308，三段上喷杆均安装有喷头311，喷头311均匀排列在上喷杆之上。

所述上喷杆下段306对应于树冠层底部至树冠层最宽部分。

所述上喷杆中段309对应于树冠层最宽处以上部分至树冠层外轮廓切线角度大于30°的部分树冠层。

所述上喷杆上段308对应于树冠层最宽处以上部分的树冠层轮廓切线角度不大于30°的部分树冠。

所述可移动喷雾控制台305，内置水泵以及风送式喷雾机构，内置水泵用以驱动该侧上喷杆喷头311进行喷雾作业，风送式喷雾机构用以驱动该侧下喷杆302的喷雾作业。

所述可移动喷雾控制台305下端装有导轨凹槽304，该导轨凹槽304内置导轨凹槽滚轮用以与导轨201进行配合形成滑台机构，便于调整喷雾作业时喷头与目标作物之间的距离。

所述辅助激光雷达108安装于所述可移动喷雾控制台305的上表面，工作时将所述自动仿形喷雾机两侧的图像实时传输至主控制器104，所述主控制器104将所述两侧辅助激光雷达108与主激光雷达106所获数据进行整合分析进而获得最佳作业姿态以及路径。

所述两侧可移动喷雾控制台305的移动由置于内部的导轨驱动电机驱动，导轨驱动电机受主控制器104进行控制，主控制器104根据主激光雷达106所获得图像进行分析识别后并且进行实时监控。

所述下喷杆302与可移动喷雾控制台305内置的风送喷雾机构直接连接，下喷杆302最外侧向上弯曲，目的是便于将风送喷雾引导入冠层内部，便于实现冠层内部喷雾作业。

所述下喷杆向上弯曲处安装有下喷杆可变喷口301，所述下喷杆张口为喷口驱动电机驱动的可调节张口，通过喷口驱动电机驱动张口大小开合程度，所述下喷杆可变喷口301的驱动电机由主控制器104通过主激光雷达106所得数据进行分析计算所得结果进行控制。

所述上喷杆下段306与上喷杆中段309由中端旋转电机310相连，用以调整上喷杆中段309的角度。

所述上喷杆中段309与上喷杆上段308由上端旋转电机312相连，用以调整上喷杆上段308的角度。

所述底盘部分由履带式底盘102，主激光雷达106、主激光雷达底座105以及主控制器104组成。

所述履带式底盘102，目的是防止在运动过程中造成侧翻以及适应果园地形的作业环境。

所述主激光雷达106与主激光雷达底座105相连，安装于履带式底盘上表面，其中安装主激光雷达底座105的目的是使得主激光雷达106的扫描面不受遮挡，保持良好扫描视野。

所述主控制器104用以将所述主激光雷达106、辅助激光雷达108、姿态传感器206等所获得的数据进行计算分析，将分析后的数据命令传递至液压升降推杆203的驱动电机、内置水泵驱动器等，使得各电机或水泵到达预定工作状态。

所述升降导轨部分107由上连接板202、下连接板204、导轨201、液压推杆203以及姿态传感器206组成。

所述上连接板202上表面与导轨201进行焊接，下表面与液压推杆203进行销连接。

所述上连接板202下表面装有凸台205用以与液压推杆203进行销连接。

所述下连接板204下表面与履带式底盘102进行螺纹连接，上表面与液压推杆203进行螺纹连接。

开机工作后，首先主激光雷达106以及辅助激光雷达108开始进行扫描工作，将所获得数据传输至主控制器104中进行计算分析后，得出最佳运动路径以及速度，得出最优数据将数据传递至履带式底盘102，待喷雾机行驶至目标果树附近，距离果树一段预设距离后，履带式底盘102停止运动，所述升降导轨部分107根据主激光雷达106所获得数据进行升降工作，待升降至目标值后升降导轨部分107整体锁死。应理解的是，所述升降机构内部所有液压推杆203升降工作尽量保持一致，为防止各液压推杆203进度不同而造成机构整体遭到破坏甚至解体，所述液压推杆采用三角形布局，所述液压推杆203即使工作进度不同步，所造成后果也仅是上部连接板202角度造成倾斜，置于上连接板的姿态传感器206会将这种信号进行实时反馈，通过主控制器104的分析计算后对于各液压推杆203的驱动电机的伸缩状态进行实时修正，解决实时错误。应理解的是，所述上连接板的倾斜在一定程度上是可以被允许的，所允许角度范围应在不影响喷雾作业的前提下。

在所述升降导轨部分107到达预设高度后，主控制器104根据主激光雷达106所获得的实时数据进行分析计算，分别将命令传输至两左右两部分可移动喷雾控制台305，左右两部分可移动喷雾控制台305根据获得命令驱动各自端的可移动喷雾控制台内部的导轨驱动电机进行左右方向上的移动，待两侧可移动喷雾控制台305移动至目标位置时，停止运动并通过将可移动喷雾控制台305锁死，保证喷雾作业时的稳定性。应理解的是，所述两端可移动喷雾控制台305在控制方面上是各自独立的，互不干扰，但为防止互相碰撞，两端可移动喷雾控制台305缩回最近距离应大于5cm，防止互相碰撞造成损失。

在所述可移动喷雾控制台305到达预定位置时，主控制器104根据所述主激光雷达106所获得数据将命令传输至两端可移动喷雾控制台305进而对所述上喷杆中段309以及上喷杆上段308的角度进行调整。

所述旋转电机控制优先级为：中端旋转电机310旋转至预定位置后上端旋转电机312开始工作，所述中端旋转电机310以及上端旋转电机312到达预定位置后，中端旋转电机310以及上端旋转电机312开始进行自锁，保持上喷杆姿态保持不变。

其中所述两侧喷雾可移动控制台305均互相独立，互不干扰。

当所述下喷杆302以及可移动控制台305到达指定位置后，可移动控制台内水泵以及风送喷雾机构开始工作。

所述可移动控制台305内部所述水泵以及风送喷雾机构根据主激光雷达106获得图像，经主控制器104进行计算分析，进而控制水泵以及风送喷雾机以及下喷杆可变喷口301进行工作。应理解的是，一侧的水泵以及风送式喷雾机构各自互相独立，互不干扰。

所述自动仿形喷雾机工作时姿态调整是根据主激光雷达106所获数据进行实时监控的。

当喷雾作业结束后，所述履带式底盘102根据主激光雷达106所获数据原路返回，各机构部件姿态还原至初始状态，各电机锁死，等待下一次喷雾作业进行。