[发明专利]一种室内自主移动喷药机器人及其变量喷药方法

说明书

技术领域

本发明涉及农用植保机械领域，尤其涉及一种室内自主移动喷药机器人以及该机器人对室内成行作物的变量喷药方法。

背景技术

植物病害严重威胁着农业生产，化学防治、机械施药是病害防治的主要手段。目前，我国农药的有效利用率只有30%左右(发达国家为60%～70%)。这不仅浪费农药，还造成环境污染。20世纪90年代以来，“精确农业”技术受到世界各国的普遍重视。精确喷雾技术即在施药过程中按实际需要，做到“定量、定点”对靶喷药，追求药液的最少用量和最高效率，是农药应用技术的发展方向。与户外大田复杂境况相比，以温室为代表的友好设施环境为喷药机器人及其精确喷雾技术的率先推广创造有利条件。

查阅现有文献，目前国内外该领域的相关工作偏重于作物行的检测及作物与杂草的识别研究，且大多应用于户外大田环境中，针对设施内移动机器人的精准喷药研究在国内文献中很少见到。

申请号是CN 200910211739.6、名称为“基于处方图控制的智能变量喷药机”的发明涉及一种智能变量喷药机，根据GPS/GIS技术获取的病、虫、草害差异信息，按需喷药，包括智能控制系统和喷药系统。其智能控制系统是基于处方图模式工作，并非来自机器视觉的实时判别，并且缺少视觉导航功能，喷药工作方式的灵活性与精准性不足。

申请号是CN201310272642、名称为“温室自动喷药机器人”的发明涉及一种行走于轨道上的温室自动喷药机器人，其包括轨道行走部件、固定于行走部件上的药液喷施部件以及相关控制部件。所公开内容的最主要特征在于地面铺设的轨道，但其自主导航功能的缺失限制了其工作方式的灵活性。

发明内容

发明的目的：本发明克服了现有技术中存在的精准喷药作业过程中存在的效率低的不足，针对低矮行栽作物及类似成行排列盆景植株提供了一种高效的变量喷药工作方法。

技术方案：一种室内自主移动喷药机器人，具体包括轮式机器人本体，所述轮式机器人本体上部安装有药箱及控制部件，在所述药箱一侧固定安装有活动支架，所述活动支架包括相互垂直设置的横向支架及纵向支架，所述横向支架远端固定有喷杆，所述喷杆端部设有喷头，所述喷杆尾部通过软管与所述药箱连接，所述横向支架上固定安装作物识别摄像头及超声波传感器，所述轮式机器人本体前端设有导航摄像头及超声波传感器。

所述横向支架包括相互嵌套的第一支架及第二支架，且所述第一支架与所述第二支架可相互拉伸及缩回。

所述纵向支架包括相互嵌套的第三支架及第四支架，且所述第三支架与所述第四支架可相互拉伸及缩回。

一种室内自主移动喷药机器人的变量喷药方法，是一种基于单目视觉的连续工作过程，其工作方法包括如下循环执行的快速连续步骤：

A、读取机器人本体前端的超声波传感器采集的测距信息，确保机器人前进方向上无障碍；否则持续测距并等待，直至障碍物消失；

B、读取轮式机器人本体的作物识别摄像头拍摄的当前画面，采用色差法从垂直近景成像中快速分割出目标作物，并实现图像的二值化；

C、判断当前帧中的目标作物行是否出现尽头，如果是则直接结束程序运行；否则转入下一步；

D、在步骤B二值化图像的基础上，拟合作物行中心线，随即提取偏航角、

偏航距两个参数；

E、根据步骤D中提取的偏航角及偏航距两个参数，采用自适应模糊控制方法实现对轮式机器人本体的导航运动控制，以实现作物识别摄像头的光心对准作物行中心线的垂直跟踪；

F、轮式机器人本体每行使一段距离，计算一次当前导航帧中目标像素面积的占比，根据成像距离和成像占比，结合人工输入的节气信息，通过事先训练好的模糊神经网络的决策来实时控制喷雾流量，实现精量对靶喷雾；然后返回步骤A。

有益效果：本发明所揭示的室内自主移动喷药机器人及其变量喷药方法，将通常两种不同单目视觉分别实现的导航信息提取、作物检测识别两种不同图像处理过程融合为单目视觉下的一种图像处理过程，有效减少图像处理运算量，明显加快了对行喷药的实际工作过程。即在沿作物行喷药作业过程中，以作物识别摄像头的光心垂直追踪作物行中心线的方式实现室内友好环境下的高效快捷导航的同时在同一场景图片中进行目标检测识别，明显降低系统图像处理运算量，实现精准、精量对靶喷药的同时显著提升喷药机器人的实际工作效率，对促进温室喷药机器人的应用推广有着积极推动作用。

附图说明

图1是本发明的室内自主移动喷药机器人的结构示意图；

图2是本发明的活动支架结构示意图；