一种基于机器视觉的马铃薯田间施肥装置

本专利涉及一种基于机器视觉的马铃薯田间施肥装置，可实现对田间马铃薯的施肥，适用于田间马铃薯的施肥领域。

背景技术：

1、马铃薯是粮菜兼用型作物，也是仅次于小麦、水稻、玉米的世界第四大粮食作物，我国已成为世界马铃薯种植面积和产量第一大国，但是在当前中国的马铃薯生产之中通过大量施肥来获得高产已经成为普遍存在的现象。不断增加的化肥施用量给环境带来压力，并且还会引起土壤性状恶化、农产品安全性和品质受到影响等问题。近年来，作为一种无损害的作物营养诊断新手段，图像处理及模式识别等技术在设施农业、农业物联网、作物营养诊断、作物病虫害诊断、农产品检测等方面的应用研究都取得一定进展。当前，农业生产中的施肥主要依靠经验和政府专业机构测试，或者借助于spad叶绿素检测仪、搭载高光谱相机的无人机等装置进行缺素诊断，然后再通过相应的施肥装置进行施肥，无法实现诊断施肥一体化。因此一种操作简单，效率高，成本低，能够跨垄自走，可实现开沟施肥覆土一体化作业装置的应用显得尤为重要。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的不足，本专利提供了一种操作简单，效率高，成本低，能够跨垄自走，可实现开沟施肥覆土一体化作业的马铃薯田间施肥装置。

2、本专利为了实现上述目的，所采取的技术方案是一种基于机器视觉的马铃薯田间施肥装置，包括承载系统、导航系统、施肥系统，其特征在于：所述承载系统包括前支撑腿、直角码、l型连接板、t型连接板、角码、轴承支座固定架、后支撑腿、万向轮、框架；所述导航系统包括驱动转向轮、阶梯轴、轴承支座、联轴器、锥齿轮减速箱、直流电机、电机安装座、电机固定块、导航摄像头、定位螺栓、传动轴；所述施肥系统包括图像采集摄像头、施肥器、肥箱、导肥管、覆土器、开沟器、开沟器固定柱、u型螺栓。

3、所述的一种基于机器视觉的马铃薯田间施肥装置，其特征在于：导航系统中，驱动转向轮的内六角管与阶梯轴的六角柱通过定位螺栓进行连接，阶梯轴的圆柱穿过的轴承支座，通过联轴器与锥齿轮减速箱的输出轴连接，锥齿轮减速箱的输入轴通过联轴器与传动轴的一端连接，锥齿轮减速箱的端面与前支撑腿的下端通过螺栓进行连接，传动轴的另一端与直流电机的输出轴通过联轴器进行连接，直流电机通过电机安装座、电机固定块以及螺栓固定于框架上，导航摄像头通过横杆固定于框架上，且位于框架的对称中心，导航摄像头的镜头直视前方。

4、所述的一种基于机器视觉的马铃薯田间施肥装置，其特征在于：施肥系统中，开沟器通过u型螺栓固定于开沟器固定柱上，开沟器固定柱上安装板通过螺栓固定于框架上，肥箱中部侧耳通过螺栓固定于框架上，下部端面通过螺栓与施肥器上端面连接，施肥器下端出口与导肥管连接，覆土器的上安装板通过螺栓与框架相连，图像采集摄像头通过横杆固定于框架上，但两图像采集摄像头对称分布，且其间距根据植株行间距进行调整，图像采集摄像头的镜头俯视植株冠层。

5、所述的一种基于机器视觉的马铃薯田间施肥装置，其特征在于：承载系统中，轴承支座通过螺栓固定于轴承支座固定架上，轴承支座固定架的四角通过l型连接板和螺栓进行固定，轴承支座固定架的中部与横杆之间通过t型连接板进行固定，两轴承支座固定架之间的距离可根据轮距进行调整，万向轮的上端面与后支撑腿的下端通过螺栓进行连接， 前支撑腿、轴承支座固定架和后支撑腿的上端通过直角码固定于框架上，框架各连接处通过直角码或60°、120°的角码进行固定，其外形是等腰梯形，两个前支撑腿对称分布于等腰梯形框架的下底，后支撑腿安装于等腰梯形框架的上底中心。

6、本专利的有益效果是：操作简单，效率高，成本低，能够跨垄自走，可实现开沟施肥覆土一体化作业。

7、附图内容

8、图1是本专利装置轴二侧示意图。

9、图2是本专利装置动力输出机构示意图。

10、图3是本专利俯视示意图。

11、图4是本专利右视示意图。

12、图5是本专利阶梯轴示意图。

13、图6是本专利施肥器示意图。

14、图中所示：1-转向轮；2-阶梯轴；3-轴承支座；4-联轴器；5-锥齿轮减速箱；6-前支撑腿；7-直流电机；8-电机安装座；9-电机固定块；10-导航摄像头；11-图像采集摄像头；12-施肥器；13-肥箱；14-导肥管；15-直角码；16-l型连接板；17-t型连接板；18-角码；19-轴承支座固定架；20-后支撑腿；21-万向轮；22-覆土器；23-开沟器；24-开沟器固定柱；25-u型螺栓；26-定位螺栓；27-传动轴；28-框架。

技术特征：

1.一种基于机器视觉的马铃薯田间施肥装置，包括承载系统、导航系统、施肥系统，其特征在于：所述承载系统包括前支撑腿（6）、直角码（15）、l型连接板（16）、t型连接板（17）、角码（18）、轴承支座固定架（19）、后支撑腿（20）、万向轮（21）、框架（28）；所述导航系统包括驱动转向轮（1）、阶梯轴（2）、轴承支座（3）、联轴器（4）、锥齿轮减速箱（5）、直流电机（7）、电机安装座（8）、电机固定块（9）、导航摄像头（10）、定位螺栓（26）、传动轴（27）；所述施肥系统包括图像采集摄像头（11）、施肥器（12）、肥箱（13）、导肥管（14）、覆土器（22）、开沟器（23）、开沟器固定柱（24）、u型螺栓（25）。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的马铃薯田间施肥装置，其特征在于：导航系统中，驱动转向轮（1）的内六角管与阶梯轴（2）的六角柱通过定位螺栓（26）进行连接，阶梯轴（2）的圆柱穿过的轴承支座（4），通过联轴器（3）与锥齿轮减速箱（5）的输出轴连接，锥齿轮减速箱（5）的输入轴通过联轴器（3）与传动轴（27）的一端连接，锥齿轮减速箱（5）的端面与前支撑腿（6）的下端通过螺栓进行连接，传动轴（27）的另一端与直流电机（7）的输出轴通过联轴器（3）进行连接，直流电机（7）通过电机安装座（8）、电机固定块（9）以及螺栓固定于框架（28）上，导航摄像头（10）通过横杆固定于框架（28）上，且位于框架（28）的对称中心，导航摄像头（10）的镜头直视前方。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的马铃薯田间施肥装置，其特征在于：施肥系统中，开沟器（23）通过u型螺栓（25）固定于开沟器固定柱（24）上，开沟器固定柱（24）上安装板通过螺栓固定于框架（28）上，肥箱（13）中部侧耳通过螺栓固定于框架（28）上，下部端面通过螺栓与施肥器（12）上端面连接，施肥器（12）下端出口与导肥管（14）连接，覆土器（22）的上安装板通过螺栓与框架（28）相连，图像采集摄像头（11）通过横杆固定于框架（28）上，但两图像采集摄像头（11）对称分布，且其间距根据植株行间距进行调整，图像采集摄像头（11）的镜头俯视植株冠层。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的马铃薯田间施肥装置，其特征在于：承载系统中，轴承支座（4）通过螺栓固定于轴承支座固定架（19）上，轴承支座固定架（19）的四角通过l型连接板（16）和螺栓进行固定，轴承支座固定架（19）的中部与横杆之间通过t型连接板（17）进行固定，两轴承支座固定架（19）之间的距离可根据轮距进行调整，万向轮（21）的上端面与后支撑腿（20）的下端通过螺栓进行连接， 前支撑腿（6）、轴承支座固定架（19）和后支撑腿（20）的上端通过直角码（15）固定于框架（28）上，框架（28）各连接处通过直角码（15）或60°、120°的角码（18）进行固定，其外形是等腰梯形，两个前支撑腿（6）对称分布于等腰梯形框架（28）的下底，后支撑腿（20）安装于等腰梯形框架（28）的上底中心。

技术总结
本专利公开了一种基于机器视觉的马铃薯田间施肥装置，包括：承载系统、导航系统、施肥系统；承载系统包括前支撑腿、直角码、L型连接板、T型连接板、角码、轴承支座固定架、后支撑腿、万向轮、框架，用于连接和承载整个装置；导航系统包括驱动转向轮、阶梯轴、轴承支座、联轴器、锥齿轮减速箱、直流电机、电机安装座、电机固定块、导航摄像头、定位螺栓、传动轴，能够实现整个装置的跨垄直行和转向；施肥系统包括图像采集摄像头、施肥器、肥箱、导肥管、覆土器、开沟器、开沟器固定柱、U型螺栓，能够实现缺素诊断和开沟精准施肥覆土一体化作业。本专利的优点是：跨垄自走，转弯半径小，可实现缺素诊断精准施肥一体化作业。

技术研发人员：胡耀华,张洋,屈章浩,张鹏
受保护的技术使用者：西北农林科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12