[发明专利]一种基于视觉的火焰除草机器人系统及实现方法

说明书

本发明公开了一种基于视觉的火焰除草机器人系统及实现方法，涉及农业装备领域，该装置包括移动小车、导航摄像头、多自由度机械手、杂草识别摄像头、火焰除草装置和控制系统；该方法中导航摄像头保证移动小车沿作物行方向行进，杂草识别摄像头对行内杂草进行识别定位，由控制系统根据行内杂草的分布信息控制移动小车沿作物行方向的行进速度，根据行内杂草的大小信息调节电子气体流量控制阀，以获得相应流量的可燃气体，根据行内杂草的位置信息控制多自由机械手使喷火口对准待除杂草，并使喷火口与待除杂草保持相对静止，通过除草装置喷出的火焰烧死待除杂草，同时烧死草籽、害虫和虫卵，土壤进行灭虫。装置成本低、快速高效率、效果好不破坏环境。

技术领域

本发明涉及农业装备领域，特别涉及一种基于视觉的火焰除草机器人系统及实现方法。

背景技术

农田杂草严重影响作物的生长，降低作物产量。传统的除草方式有人工除草、生物防除、机械除草和化学除草等。人工除草效率低、劳动力强度大；生物防除利用生物间相克的特性，以某种作物灭除与该作物相克的杂草，但具有很大的局限性；机械除草精度要求高、易误伤作物，且机械结构适应性差，还会导致严重的水分蒸发丢失；化学除草成本日益提高，化学除草剂的配方不同，除草的种类受到限制，一种化学除草剂不能将田里不同种类的杂草全部除掉，多种除草剂共同使用又可能互相影响药效，提高综合成本，此外喷洒时稍有疏忽就会发生中毒现象，长期使用化学除草剂会使土壤中的化学成分增高，致使农作物的化学成分残留量超准，化学除草剂会保留下抗药性更强的杂草，导致下次需要更高浓度的药剂进行除治，严重污染生态环境和影响人们健康。

国内外学者相继研究了多种热除草方法，如火焰除草、激光除草、微波除草、红外辐射除草等。由于激光除草、微波除草、红外辐射除草能量消耗大，设备昂贵，且除草过程中遇到不平整地面容易碰撞损坏，智能要求极高，研究进展不大，不能大规模推广应用。火焰除草的原理是利用高温蒸发杂草的水分，破坏细胞壁，在短时期内清除杂草，杂草在着火后会出现颜色的轻度变化,随后变成棕色，几天后死亡，在除草的同时还具有对土壤进行灭菌和灭虫的附加作用，可以避免农业耕作中换地茬与轮作现象的发生，火焰除草具有能源清洁、装置成本低、除草效果好、对人无毒、对植物危害较小等众多优点。国外80年代末开始研究火焰除草，有很多的实用推广，国外火焰除草器分为结构简单、制作容易的背包式和大规模的火锄设备，但背包式除草器依靠人工操作，劳动力占用极大且效率低，大规模的火锄设备只能适用于行间除草，不能清除行内杂草。国内火焰除草技术研究起步较晚，尚未看到有生产类似装备的报道，CN202931961U公布的一种火焰除草器是简单手持式，需要人工操作，CN2191534Y公布的火焰除草器是简单的背包式，需要工人操作，CN202456191U公布的一种火焰除草机与CN203040507U公布的一种火焰除草灭虫装置都只能适用于行间除草，不能清除行内杂草。

目前尚未见可清除行间杂草的自动化火焰除草装置或方案。

此外，也有研究利用高压电产生模块通过电极将杂草杀死，但大多仅停留在理论或实验阶段，尚无实用性。

发明内容

针对现有自动化火焰除草技术和装备的不足，本发明的目的在于提供一种基于视觉的火焰除草机器人系统及实现方法，以实现利用火焰除草技术高效清除行内杂草。

为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：

一种基于视觉的火焰除草机器人系统，其特征在于：包括移动小车、导航摄像头、多自由度机械手、杂草识别摄像头、火焰除草装置和控制系统；

所述移动小车包括车轮、车轮支架、车架和电源模块；所述导航摄像头安装于车架前端上方；多自由度机械手安装于车轮之间；杂草识别摄像头固定于多自由度机械手末端；火焰除草装置包括可燃气体压力容器、安全阀、高压金属软管、钢管和喷火口；喷火口固定于多自由度机械手末端，可燃气体压力容器固定于车架上方。