一种植保机器人的控制系统及方法与流程

【技术领域】

本发明涉及农业自动化领域，特别地，涉及一种植保机器人的控制系统及方法。

背景技术：

我国设施蔬菜生产面积世界第一，逐渐呈现出区域化、规模化发展趋势。设施蔬菜多以反季节蔬菜为主，具有产量高、效益好等优点。日光温室内存在环境高温高湿、土壤连作、土传病害等问题，极易引发病虫害，严重影响到蔬菜产量和品质，因此温室内每季病虫害防治任务繁重。

目前，国内设施蔬菜病虫害防治机械与发达国家还有较大差距，存在着很多不足和缺陷：①防治设备陈旧老化，以人工作业为主，劳动强度大，作业效率低，“跑、冒、滴、漏”现象造成严重污染；②设施蔬菜多样化种植模式下，现有植保机械自动化程度低，喷雾模式设计不合理，不能实现精准喷雾，病虫害防治效果差，药液覆盖密度不均匀，农药有效利用率仅20％～30％；③现有设备自动化、智能化程度低，由于操作人员控制喷雾方向，喷雾过程中农药和人体未完全隔离，因此在温室密闭环境下对操作人员人身伤害大，易出现中毒现象。

现代农业生产中，具有各类型农作物种植用机器可以应用于防治病虫害的作业，降低了劳动强度，节省人力，更提高了工作效率。

但是，对于农作物播种后的生长过程，如环境数据指标、水灌溉情形、施肥情形、是否需要用药情形、病虫害识别等信息是靠人工收集和记录，并且当需要用水或用肥或用药时，需要人工进行控制，不能实现智能自动化管理、智能投放和智能采集信息。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个方面，提供了一种植保机器人控制系统，包括：

控制总站；可与所述控制总站通信的环境参数采集装置；以及可与所述控制总站通信并接收植保任务指令的植保机器人；

所述环境参数采集装置，用于采集温室大棚内部的环境参数，并上传给所述控制总站；

所述控制总站，用于根据所述环境参数及所述植保机器人的工作状态，生成植保任务指令并下发给所述植保机器人；

所述植保机器人，用于接收并执行所述植保任务指令。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述控制总站包括：

与所述环境参数采集装置、植保机器人通信的无线收发模块；

根据所述环境参数采集装置上传的环境参数以及所述植保机器人上传的工作状态，生成植保任务指令的处理模块；

显示所述环境参数以及所述工作状态的显示模块；以及

接收用户输入的手动控制指令的输入模块。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述环境参数采集装置设置于温室大棚内部，或，设置于所述植保机器人上。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述植保机器人包括：

设置于温室大棚顶部的悬吊式的走行机构；

设置在所述悬吊式的走行机构下运行，以吊装方式在导轨上沿导轨移动路径滑动，同时进行农药喷洒、臭氧杀菌等灌溉作业的喷洒机构；

设置在所述悬吊式的走行机构下的，用于与所述控制总站通信的通信模块；

设置在所述悬吊式的走行机构下的，用于根据所述植保任务指令控制所述走行机构和喷洒机构的控制模块。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述通信模块用于向所述控制总站上传所述植保机器人的工作状态；接收所述控制总站下发的植保任务指令。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述植保机器人还包括：

遥控接收模块，用于接收用户的遥控指令，所述遥控指令用于单独控制所述植保机器人进行行走、打药、驱蚊操作。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述根据所述环境参数采集装置采集的环境参数，生成植保任务指令包括:

根据二氧化碳浓度、温湿度、光照强度控制所述植保机器人的走行机构进行行走操作、喷洒机构进行打药操作。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述根据所述环境参数采集装置采集的环境参数，生成植保任务指令还包括:

根据臭氧浓度，控制所述植保机器人进行臭氧杀菌作业。

根据上述任一植保机器人控制系统的工作方法，包括：

所述环境参数采集装置采集温室大棚内部的环境参数，并上传给所述控制总站；

所述控制总站根据所述环境参数及所述植保机器人的工作状态，生成植保任务指令并下发给所述植保机器人；

所述植保机器人接收并执行所述植保任务指令。

本发明所提出的植保机器人控制系统及方法，能够实现环境信息和/或植保机器人的工作状态的自动采集、植保机器人的智能自动化管理、农药/水的智能喷洒。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

【附图说明】

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明所述植保机器人控制系统的结构图；

图2为本发明所述实施例的植保机器人的立体结构图；

图3为本发明所述实施例的植保机器人的喷洒机构结构图；

图4为本发明所述实施例的植保机器人的仰视结构图；

图5为本发明所述实施例的植保机器人的罐体仰视结构图；

图6为本发明所述实施例的植保机器人的加料装置结构图；

图7为本发明所述保机器人控制方法的流程图；

【具体实施方式】

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1是本发明的一个实施例的结构图，公开了一种植保机器人控制系统，包括：

控制总站11；可与所述控制总站通信的环境参数采集装置12；以及可与所述控制总站通信的植保机器人100；

所述环境参数采集装置12，用于采集温室大棚内部的环境参数，并上传给所述控制总站；

所述控制总站11，用于根据所述环境参数采集装置采集的环境参数，生成植保任务指令并下发给所述植保机器人100；

所述植保机器人100，用于接收并执行所述植保任务指令。

在所述控制总站11的一种优选实现方式中，

所述控制总站11包括：

与所述环境参数采集装置12、植保机器人100通信的无线收发模块111；

根据所述环境参数采集装置12上传的环境参数以及所述植保机器人100上传的工作状态，生成植保任务指令的处理模块112；

显示所述环境参数以及所述工作状态的显示模块113；以及

接收用户输入的手动控制指令的输入模块114。

优选地，所述处理模块112为可编程逻辑控制器plc或ram处理器，通过rs485接口与所述无线收发模块111、所述显示模块113、所述输入模块112相连接。

优选地，所述无线收发模块111包括zigbee等无线通信模块，以实现与一个或多个环境参数采集装置12以及一个或多个植保机器人100的无线通信。优选地，所述无线收发模块111还包括dtu或wifi模块，用于与云端服务器进行通信，使客户可以通过安装在移动设备上的客户端进行查看和操控。

优选地，所述控制总站可以设置在温室大棚附近，也可以通过中继设备设置在远离温室大棚的机房当中。

在所述环境参数采集装置12的一种优选实现方式中，

优选地，所述环境参数采集装置通过zigbee等无线通信模块与所述控制总站11相连接，向所述控制总站11上传所采集的环境参数。

优选地，所述环境参数包括二氧化碳浓度、温湿度、光照强度、臭氧浓度等参数。优选地，所述环境参数采集装置的个数和位置设置可以根据客户需求或实际分析确定，具体地，以温室大棚的实际大小确定每个温室大棚的环境参数采集装置的个数。

优选地，所述环境参数采集装置可以包括不同种类的传感器，用于分别采集二氧化碳浓度、温湿度、光照强度、臭氧浓度、土壤墒情参数。所述不同种类的传感器可以分别设置在温室大棚的不同位置，例如，二氧化碳浓度传感器、温湿度传感器、臭氧浓度传感器可以设置在温室大棚下部农作物附近，光照强度传感器可以设置在温室大棚上部无遮挡区域，土壤墒情传感器可以设置在温室大棚底部土壤中；上述二氧化碳浓度、温湿度、光照强度、臭氧浓度等还可以设置在所述植保机器人上，根据植保机器人的移动不断获取植保机器人所在位置的环境参数。每个传感器分别设置有无线通信模块，可以单独向所述控制总站11上传所采集的环境参数。

优选地，所述处理模块112，根据所述环境参数采集装置上传的土壤墒情参数，控制所述植保机器人的走行机构进行行走操作、喷洒机构进行灌溉作业。

优选地，所述处理模块112，根据二氧化碳浓度、温湿度、光照强度控制所述植保机器人的走行机构进行行走操作、喷洒机构进行打药作业。

优选地，所述处理模块112，根据臭氧浓度，控制所述植保机器人的走行机构进行行走操作、喷洒机构进行臭氧杀菌作业。

优选地，所述处理模块112，根据用户通过输入模块114输入的施肥指令，控制所述植保机器人的走行机构进行行走操作、喷洒机构进行施肥作业。

在所述植保机器人100的一种优选实现方式中，如图2所示，

优选地，所述植保机器人100包括：

设置于温室大棚顶部的悬吊式的走行机构300；

设置在所述悬吊式的走行机构300下运行，以吊装方式在导轨上沿导轨移动路径滑动，同时进行农药喷洒、臭氧杀菌等灌溉作业的喷洒机构200；

设置在所述悬吊式的走行机构300下的，用于与所述控制总站11通信的通信模块134；

设置在所述悬吊式的走行机构上的，用于根据所述植保任务指令控制所述走行机构300和喷洒机构200的控制模块135。

优选地，所述悬吊式的走行机构300可以为双轨走行结构，也可以为单轨走行机构。

优选地，所述悬吊式的走行机构300采用步进电机，例如57j1880-450型步进电机，作为设备驱动的动力源，步进电机的优点在于操控精准，可通过所述控制模块135控制发射脉冲的数量和频次控制行走的距离和速度。利于在农药和臭氧水喷洒过程中行走速度稳定，提高工作效率。优选地，通过2路高速脉冲输出，可以控制步进电机的正反行走。

优选地，所述悬吊式的走行机构300设置有定位装置，用于确定所述植保机器人的位置，反馈给所述控制模块135，通过所述通信模块134上传给所述控制总站11，进而可以记录前次停止位置，当植保机器人100因为罐体中农药/臭氧水耗尽而返回原位(规定位置)并由所述控制总站11控制加料装置600重新加注的情况下，待加注完毕后，所述控制总站11可以控制所述植保机器人100直接前往原停止喷洒位置而继续喷洒，无需进行重复喷洒。当喷洒工作已完成时，控制总站11控制植保机器人100返回原位。

在本申请的一个优选实施例中，如图3所示，所述喷洒机构200包括罐体210、罐体支架220、侧翼板230、泵240和喷管250。泵240对称安装在侧翼板230上，用于输送存储在罐体210中的药液，并喷洒至侧翼板230的外侧。侧翼板230固定在罐体支架220上，与罐体210连接。对于使用吊装结构的植保机器人100来说，罐体210需要盛装足够重量的水或勾兑药液，对于罐体结构的稳定性对于植保机器人本身的工作效率具有决定性的意义，本实施方式中，所述罐体可承载至少20kg的喷洒重量。所述罐体210可以根据任务指令的不同盛装水或药液；也可以设置不同的子水箱，用于分别盛装水和药液。

如图4示出的本实施方式植保机器人仰视结构图，图5示出的罐体仰视结构图。罐体210具有上盖211和下盖212，分别覆盖罐体的上端和下端，罐体210侧壁外周面呈筒形，具有薄壁且密封的中空结构。上盖211向上延伸形成有进水口213，进水口213上部呈斗形，下部呈管形，垂直设置于上盖211上。上盖211相对应进水口213，设置孔径与下部外径相同的进水孔。下盖212向下延伸形成有出水口214。水或药液从进水口213灌入罐体210内存储待用，下盖212的出水口214将水或药液输送到安装在侧翼板230的泵240。罐体210各部件连接处上下里外满焊，使其可以盛装足够重量的水或药液。在上盖211或下盖212上可设置农业用电器元件，例如，在上盖211设置臭氧发生器，臭氧发生器产生的臭氧通过曝气机溶解于罐体210内的水中，再喷洒到作物上，控制臭氧浓度小于10％；在下盖212设置液位计，监测罐体210内的液位，当探测到也未低于设定值时，视为罐体210内无水，停止喷洒作业，记忆最终喷洒点，实现自动喷洒位置找寻并接续喷洒，作业精确度更高。

优选地，所述罐体210中设置有液位传感器610，所述液位传感器610用于探测罐体210液位，反馈给所述控制模块135，通过所述通信模块134上传给所述控制总站11，以便所述控制总站11在罐体210中农药/臭氧水耗尽的状态下，控制所述植保机器人立即停止喷洒，停止泵240和喷管250的工作，返回原位。所述原位设置有位置开关，当所述植保机器人返回原位后，所述位置开关通过所述通信模块134反馈给所述控制总站11，以便所述控制总站11控制对应的加料装置600对所述罐体210进行加注。当所述水位到达预设液位时，所述控制总站11控制对应的加料装置600对所述罐体210停止加注。

优选地，所述原位与所述加料装置600的位置可以为同一位置，也可以为不同位置。

优选地，本实施方式采用隔膜泵，通过控制总站11控制泵240输出药液的压力，可转换各种喷洒灌溉方式。

在本申请的一个优选实施例中，如图6所示，所述加料装置600设置在所述导轨上，优选地，设置在导轨两侧和/或顶端的规定位置，其导轨可以是单轨和/或双轨，可实现在所述控制总站11的控制下对罐体210进行药液的自动加注。具有用于向罐体210的进水口213注入药液的供料嘴620，供料嘴620被支撑于供料支架630。供料支架630具有竖直设置的架体631；还具有下端搭载供料嘴620的滑动臂632，滑动臂632的顶端垂直设置齿轮齿条机构640，并在齿轮齿条机构上设置马达，滑动臂632与齿轮641连接从而使齿条642沿竖直方向滑动，带动供料嘴620的上下移动。供料嘴620通过水管643与储液箱连接。喷洒机构移动至规定位置后，齿轮齿条机构640驱动滑动臂632移动将供料嘴620伸入进水口213。

在架体631上具有机位检测器650，即所述位置开关，机位检测器650检测植保机器人100停靠至加料装置600的位置，确保供料嘴620能够准确地向所述加料口注入药液。机位检测器650检测喷洒机构200距离供料嘴6201m处时，植保机器人100开始减速，移动速度小于0.2m/s，进水口213准确位于供料嘴620垂直方向正下方时，植保机器人100停止移动，加料装置600通过滑动臂632将供料嘴620伸入进水口213向罐体210内注入药液。当液位检测器610探测到药液达到设定的液体容量时，加料装置600停止加料，齿轮641带动滑动臂632上移，植保机器人100继续前次位置或起始点喷洒药液。

优选地，所述植保机器人还包括：设置在所述悬吊式的走行机构上的诱虫灯。优选地，所述控制总站11的处理模块112，根据默认设置或用户输入的杀虫指令，控制所述植保机器人的走行机构进行行走操作至预设位置、诱虫灯进行害虫引诱作业。

优选地，所述预设杀虫位置可以为一个或多个，所述杀虫指令可以包括进行害虫引诱作业的位置顺序、每个位置的作业时间等。

图7是本发明的一个实施例的流程图，公开了一种植保机器人控制方法，包括：

步骤s11、所述环境参数采集装置采集温室大棚内部的环境参数，并上传给所述控制总站；

步骤s12、所述控制总站根据所述环境参数及所述植保机器人的工作状态，生成植保任务指令并下发给所述植保机器人；

步骤s13、所述植保机器人接收并执行所述植保任务指令。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，所述描述的控制方法，可以参考前述系统实施例中的对应过程，在此不再赘述。

根据本发明所述植保机器人控制系统和方法，可以实现智能自动化管理、智能投放和智能采集信息，通过自动化的灌溉、喷药、施肥作业，工作效率高，运行稳定。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。