本發明專利技術公開了一種基于人工智能技術的多噴路可控噴幅式精準對靶除草模塊，涉及農業機械領域，具體應用于農業領域多種作物的田間智能除草，該模塊用于多種搭載平臺，可實現快速插裝。本裝置適用于多種田間作物不同生長周期田間除草。本裝置采用輕量級卷積神經網絡識別雜草信息，為藥劑品種選擇、靶噴參數流量、壓力、噴頭角度自動優化、沉降區域規劃提供依據。多通道靶噴單元能夠針對不同類型的雜草，噴施多種不同類型的除草劑，同步帶滑臺帶動噴頭橫向位移實現對雜草精準對靶噴施，并能根據雜草聚生大小調節噴灑范圍。該對靶噴施系統能夠減少農藥使用量，減輕生態環境污染，有效提高工作效率。
【技術實現步驟摘要】
一種基于人工智能技術的多噴路可控噴幅式精準對靶除草模塊
本專利技術公開了一種基于人工智能技術的多噴路可控噴幅式精準對靶除草模塊，涉及農業機械領域、自動控制領域以及人工智能領域，具體應用于農業領域多種作物的田間智能除草。
技術介紹
糧食生產關系到國家的糧食安全，但是在農業生產作業過程中，農田草害與農藥過度使用等問題對糧食產量與生產安全構成嚴重威脅：農田雜草同作物競爭光、熱、水、肥等資源，影響糧食產量。調查資料顯示，2018年，全國糧食總產量達到65789萬噸，因為草害損失的糧食就有300億公斤，雜草危害造成的糧食產量損失高達4.56％。因此，為克服雜草對農業生產的危害，目前國內外現有除草方式主要為人力除草，機械除草，化學除草，生物除草，國內外研究機構還有對激光除草、電流除草的研究但是目前技術仍不成熟。由于人力除草效率低，耗時耗力，已經不適合現代農業的發展。機械除草除草效率高，但是傷苗問題依然存在。生物除草成本昂貴，針對性強無法解決大田多品種雜草。在過去50多年里，化學除草已成為全球現代農業生產的重要組成部分，但是目前化學除草采用粗放型“地毯式”“廣幅式”除草劑投放方式，造成了嚴重的除草劑資源浪費和生態環境污染。過量的農藥投入導致面源污染和環境持續惡化，不僅直接增加農業生產成本，也間接增加環境治理成本。農藥減量控害對于轉變農業生產方式、推進農業綠色發展的重要性不言而喻。傳統除草劑噴施作業完全忽略雜草區域分布的差異性，采用粗放型“地毯式”除草劑投放方式，造成了嚴重的除草劑資源浪費和生態環境污染。過量的農藥投入導致面源污染和環境持續惡化，不僅直接增加農業生產成本，也間接增加環境治理成本。農藥減量控害對于轉變農業生產方式、推進農業綠色發展的重要性不言而喻。傳統除草劑噴施作業完全忽略雜草區域分布的差異性，采用粗放型“地毯式”除草劑投放方式，造成了嚴重的除草劑資源浪費和生態環境污染。由此可見，如何做到減量增效，提高藥液利用率已成為當下化學除草技術的一個研究熱點，在“精準農業”的政策推動下，隨著人工智能技術快速發展，將給基于雜草識別與檢測的變量靶向噴施裝備的研究與應用帶來了機遇。
技術實現思路
本專利技術針對化學除草粗放型“地毯式”“廣幅式”除草劑投放方式，造成了嚴重的除草劑資源浪費和生態環境污染問題，設計了一款基于人工智能技術的多噴路可控噴幅式精準對靶除草模塊。該模塊可掛載于多種農業機械搭載平臺，可實現快速插裝。本裝置適用于多種田間作物不同生長周期田間除草。本裝置采用輕量級卷積神經網絡識別雜草信息，為藥劑品種選擇、靶噴參數流量、壓力、噴頭角度自動優化、沉降區域規劃提供依據；多通道靶噴單元能夠針對不同類型的雜草，噴施多種不同類型的除草劑，同步帶滑臺帶動噴頭橫向位移實現對雜草精準對靶噴施，并能根據雜草聚生大小調節噴灑范圍。該對靶噴施系統能夠減少農藥使用量，減輕生態環境污染，有效提高工作效率。為實現上述目的，本專利技術所提供的的技術方案是一種基于人工智能技術的多噴路可控噴幅式精準對靶除草模塊，其特征是裝置由固定部分、圖像采集器、移動部分一層、移動部分二層，三組可移動結構與新型可控噴幅式噴頭單元組成，固定部分由方鋼骨架1、一層方鋼板9、直線導軌10、二層方鋼板5、同步帶滑臺固定座19、同步帶滑臺6、電機固定塊7、86步進電機8、直線位移傳感器固定卡26、直線位移傳感器27、3D打印墊塊4、二層同步帶滑臺固定鋼板31、電磁閥2、電磁閥固定鋼板3組成，圖像采集器由工業攝像頭16、攝像頭固定鋼板件組成17，移動部分一層由滑塊18、一層噴頭單元固定鋁板件13、連接鋁板件20、滑臺滑塊固定鋁板件21、直線位移傳感器連接鋁板件22組成，移動部分二層由滑塊18、二層噴頭單元固定鋁板件23、連接鋁板20、二層滑臺滑塊固定鋁板件25、二層直線位移傳感器連接鋁板件24組成，可變范圍噴頭組由3D打印外殼14、金屬舵機28、舵機齒輪29、噴頭15、噴頭齒輪30、二位4孔分氣排12、分氣排堵頭11組成，其中一層方鋼板9通過螺栓固定到方鋼骨架1，直線導軌10通過螺栓固定到一層方鋼板9，攝像頭固定鋼板件17固定到一層方鋼板9下方，工業攝像頭16通過螺栓固定到攝像頭固定鋼板件17上，86步進電機8通過電機固定塊7與同步帶滑臺6連接，同步帶滑臺固定座19將同步帶滑臺6固定到一層方鋼板9上，二層方鋼板5通過螺栓與方鋼骨架1連接，直線位移傳感器17通過直線位移傳感器固定卡26固定到二層方鋼板5上，直線導軌10通過螺栓固定到二層方鋼5上，二層同步帶滑臺固定鋼板25通過3D打印墊塊4與二層方鋼板5連接并通過螺栓固定，86步進電機8通過電機固定塊7與同步帶滑臺6連接，同步帶滑臺固定座19將同步帶滑臺6固定到二層同步帶滑臺固定鋼板31上，電磁閥固定鋼板3通過3D打印墊塊4與二層方鋼板5連接并通過螺栓固定，電磁閥2固定在電磁閥固定鋼板3上，舵機齒輪29與金屬舵機28固定后將金屬舵機28固定在3D打印外殼14上，用分氣排堵頭11將二位4孔分氣排12多余的兩個孔堵住，將噴頭15固定在二位4孔分氣排12最下面的通氣孔上，將噴頭齒輪30固定在噴頭15上，噴頭齒輪30與舵機齒輪29咬合，以一層噴頭固定鋁板13為主體將滑塊18固定在其下方，并使滑塊18滑入直線導軌10，用螺栓將新型可控噴幅式噴頭單元、連接鋁板件20、直線位移傳感器連接鋁板件22固定在其上，通過滑臺滑塊固定鋁板件21將同步帶滑臺6與連接鋁板件20連接，通過直線位移傳感器連接鋁板件22與直線位移傳感器27相連接，以二層噴頭固定鋁板23為主體將滑塊18固定在其下方，并使滑塊18滑入直線導軌10，用螺栓將新型可控噴幅式噴頭單元、連接鋁板20件固定在其上，通過二層滑臺滑塊固定鋁板件25將同步帶滑臺6與連接鋁板件20連接，將二層直線位移傳感器連接鋁板件24固定在二層滑臺滑塊固定鋁板件25上，通過二層直線位移傳感器連接鋁板件24與直線位移傳感器27相連接。整機通過方鋼骨架1實現與搭載平臺的掛接，該模塊集成三組可橫向移動噴路，三個噴路負責不同類別的雜草，每個噴路上有三個新型可控噴幅式噴頭單元，三個新型可控噴幅式噴頭單元共同負責一壟寬度的覆蓋區域。整機通過方鋼骨架1與搭載平臺掛接，工業攝像頭16位于模塊覆蓋區域中央上方進行苗草識別，視覺檢測，檢測到是那種類別的雜草后，噴施對應除草劑的噴路由同步帶滑臺6帶動滑臺滑塊固定鋁板件21、連接鋁板件20、一層噴頭單元固定鋁板件13，進而帶動整個噴路實現三個新型可控噴幅式噴頭單元進行橫向位移，從而實現精準對靶噴施，哪里有草噴哪里，只噴雜草不噴苗，什么雜草噴能夠殺死這大類雜草的除草機。同時在一層噴頭單元固定鋁板件13的帶動下，直線位移傳感器連接鋁板件22帶動直線位移傳感器27，將移動部分一層的整體位移實時反饋形成閉合回路。在工業攝像頭16識別到雜草后會對雜草的信息進行采集，對聚生區域大的雜草調大噴施覆蓋范圍，通過金屬舵機28驅動下通過舵機齒輪29和噴頭齒輪30的傳動實現可控噴幅式噴頭噴射錐角的調節，并且通過調節電磁閥2的占公比實現大草多噴，小草少噴，變量噴施，減少除草劑使用量，減輕生態環境污染。本專利技術與現本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.這是一種基于人工智能技術的多噴路可控噴幅式精準對靶除草模塊，裝置由固定部分、圖像采集器、移動部分一層、移動部分二層，三組可移動結構與新型可控噴幅式噴頭單元組成，固定部分由方鋼骨架(1)、一層方鋼板(9)、直線導軌(10)、二層方鋼板(5)、同步帶滑臺固定座(19)、同步帶滑臺(6)、電機固定塊(7)、86步進電機(8)、直線位移傳感器固定卡(26)、直線位移傳感器(27)、3D打印墊塊(4)、二層同步帶滑臺固定鋼板(31)、電磁閥(2)、電磁閥固定鋼板(3)組成，圖像采集器由工業攝像頭(16)、攝像頭固定鋼板件組成(17)，移動部分一層由滑塊(18)、一層噴頭單元固定鋁板件(13)、連接鋁板件(20)、滑臺滑塊固定鋁板件(21)、直線位移傳感器連接鋁板件組成(22)，移動部分二層由滑塊(18)、二層噴頭單元固定鋁板件(23)、連接鋁板(20)、二層滑臺滑塊固定鋁板件(25)、二層直線位移傳感器連接鋁板件(24)三組成，新型可控噴幅式噴頭單元由3D打印外殼(14)、金屬舵機(28)、舵機齒輪(29)、噴頭(15)、噴頭齒輪(30)、二位4孔分氣排(12)、分氣排堵頭(11)組成，其中一層方鋼板(9)通過螺栓固定到方鋼骨架(1)，直線導軌(10)通過螺栓固定到一層方鋼板(9)，攝像頭固定鋼板件(17)固定到一層方鋼板(9)下方，工業攝像頭(16)通過螺栓固定到攝像頭固定鋼板件(17)上，86步進電機(8)通過電機固定塊(7)與同步帶滑臺(6)連接，同步帶滑臺固定座(19)將同步帶滑臺(6)固定到一層方鋼板(9)上，二層方鋼板(5)通過螺栓與方鋼骨架(1)連接，直線位移傳感器(17)通過直線位移傳感器固定卡(26)固定到二層方鋼板(5)上，直線導軌(10)通過螺栓固定到二層方鋼(5)上，二層同步帶滑臺固定鋼板(25)通過3D打印墊塊(4)與二層方鋼板(5)連接并通過螺栓固定，86步進電機(8)通過電機固定塊(7)與同步帶滑臺(6)連接，同步帶滑臺固定座(19)將同步帶滑臺(6)固定到二層同步帶滑臺固定鋼板(31)上，電磁閥固定鋼板(3)通過3D打印墊塊(4)與二層方鋼板(5)連接并通過螺栓固定，電磁閥(2)固定在電磁閥固定鋼板(3)上，舵機齒輪(29)與金屬舵機(28)固定后將金屬舵機(28)固定在3D打印外殼(14)上，用分氣排堵頭(11)將二位4孔分氣排(12)多余的兩個孔堵住，將噴頭(15)固定在二位4孔分氣排(12)最下面的通氣孔上，將噴頭齒輪(30)固定在噴頭(15)上，噴頭齒輪(30)與舵機齒輪(29)咬合，以一層噴頭固定鋁板(13)為主體將滑塊(18)固定在其下方，并使滑塊(18)滑入直線導軌(10)，用螺栓將新型可控噴幅式噴頭單元、連接鋁板件(20)、直線位移傳感器連接鋁板件(22)固定在其上，通過滑臺滑塊固定鋁板件(21)將同步帶滑臺(6)與連接鋁板件(20)連接，通過直線位移傳感器連接鋁板件(22)與直線位移傳感器(27)相連接，以二層噴頭固定鋁板(23)為主體將滑塊(18)固定在其下方，并使滑塊(18)滑入直線導軌(10)，用螺栓將新型可控噴幅式噴頭單元、連接鋁板(20)件固定在其上，通過二層滑臺滑塊固定鋁板件(25)將同步帶滑臺(6)與連接鋁板件(20)連接，將二層直線位移傳感器連接鋁板件(24)固定在二層滑臺滑塊固定鋁板件(25)上，通過二層直線位移傳感器連接鋁板件(24)與直線位移傳感器(27)相連接。/n...
【技術特征摘要】
1.這是一種基于人工智能技術的多噴路可控噴幅式精準對靶除草模塊，裝置由固定部分、圖像采集器、移動部分一層、移動部分二層，三組可移動結構與新型可控噴幅式噴頭單元組成，固定部分由方鋼骨架(1)、一層方鋼板(9)、直線導軌(10)、二層方鋼板(5)、同步帶滑臺固定座(19)、同步帶滑臺(6)、電機固定塊(7)、86步進電機(8)、直線位移傳感器固定卡(26)、直線位移傳感器(27)、3D打印墊塊(4)、二層同步帶滑臺固定鋼板(31)、電磁閥(2)、電磁閥固定鋼板(3)組成，圖像采集器由工業攝像頭(16)、攝像頭固定鋼板件組成(17)，移動部分一層由滑塊(18)、一層噴頭單元固定鋁板件(13)、連接鋁板件(20)、滑臺滑塊固定鋁板件(21)、直線位移傳感器連接鋁板件組成(22)，移動部分二層由滑塊(18)、二層噴頭單元固定鋁板件(23)、連接鋁板(20)、二層滑臺滑塊固定鋁板件(25)、二層直線位移傳感器連接鋁板件(24)三組成，新型可控噴幅式噴頭單元由3D打印外殼(14)、金屬舵機(28)、舵機齒輪(29)、噴頭(15)、噴頭齒輪(30)、二位4孔分氣排(12)、分氣排堵頭(11)組成，其中一層方鋼板(9)通過螺栓固定到方鋼骨架(1)，直線導軌(10)通過螺栓固定到一層方鋼板(9)，攝像頭固定鋼板件(17)固定到一層方鋼板(9)下方，工業攝像頭(16)通過螺栓固定到攝像頭固定鋼板件(17)上，86步進電機(8)通過電機固定塊(7)與同步帶滑臺(6)連接，同步帶滑臺固定座(19)將同步帶滑臺(6)固定到一層方鋼板(9)上，二層方鋼板(5)通過螺栓與方鋼骨架(1)連接，直線位移傳感器(17)通過直線位移傳感器固定卡(26)固定到二層方鋼板(5)上，直線導軌(10)通過螺栓固定到二層方鋼(5)上，二層同步帶滑臺固定鋼板(25)通過3D打印墊塊(4)與二層方鋼板(5)連接并通過螺栓固定，86步進電機(8)通過電機固定塊(7)與同步帶滑臺(6)連接，同步帶滑臺固定座(19)將同步帶滑臺(6)固定到二層同步帶滑臺固定鋼板(31)上，電磁閥固定鋼板(3)通過3D打印墊塊(4)與二層方鋼板(5)連接并通過螺栓固定，電磁閥(2)固定在電磁閥固定鋼板(3)上，舵機齒輪(29)與金屬舵機(28)固定后將金屬舵機(28)固定在3D打印外殼(14)上，用分氣排堵頭(11)將二位4孔分氣排(12)多余的兩個孔堵住，將噴頭(15)固定在二位4孔分氣排(12)最下面的通氣孔上，將噴頭齒輪(30)固定在噴頭(...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊春杰，權龍哲，張瀚文，張溪麟，毛首人，姜偉，吳冰，關超，李騰芳，
申請(專利權)人：東北農業大學，
類型：發明
國別省市：黑龍;23
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