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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 變量對靶噴藥除草機(jī)器人研制
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 以田間雜草為研究對象，利用機(jī)器視覺技術(shù)獲取雜草位置分布和面積大小信息，采用串口通信方式將信息發(fā)送到自適應(yīng)神經(jīng)模糊控制器，控制器結(jié)合移動平臺前進(jìn)速度信息進(jìn)行模糊決策后選擇不同噴頭組合，實(shí)現(xiàn)對靶噴藥，結(jié)合PWM技術(shù)，通過控制電磁閥單位時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間，實(shí)現(xiàn)變量噴藥。基于數(shù)字信號處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)自然環(huán)境下雜草動態(tài)識別與定位，根據(jù)移動平臺速度及雜草面積信息設(shè)計(jì)自適應(yīng)神經(jīng)模糊控制器，實(shí)現(xiàn)對雜草變量對靶噴施。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品以田間雜草為研究對象，利用機(jī)器視覺技術(shù)獲取雜草位置分布和面積大小信息，采用串口通信方式將這些信息發(fā)送到自適應(yīng)神經(jīng)模糊控制器，控制器結(jié)合移動平臺前進(jìn)速度信息進(jìn)行模糊決策后選擇不同噴頭組合，實(shí)現(xiàn)對靶噴藥，結(jié)合PWM技術(shù)，通過控制電磁閥單位時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間，實(shí)現(xiàn)變量噴藥?；跀?shù)字信號處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)自然環(huán)境下雜草動態(tài)識別與定位，根據(jù)移動平臺速度及雜草面積信息設(shè)計(jì)自適應(yīng)神經(jīng)模糊控制器，實(shí)現(xiàn)對雜草變量對靶噴施，研制了可在田間行駛的電控液壓驅(qū)動移動平臺是本作品創(chuàng)新。
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 主要技術(shù)指標(biāo)： 田間雜草是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的大敵，與農(nóng)作物爭水、爭肥、爭光，影響作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，增加管理用工和生產(chǎn)成本，雜草還會助長病蟲害的滋生和蔓延。因此，降低雜草危害程度，減少除草勞動力，實(shí)現(xiàn)田間雜草控制的精確化、智能化已成為一個很現(xiàn)實(shí)和迫切需要解決的課題。 本作品旨在將基于機(jī)器視覺雜草實(shí)時(shí)識別技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、自適應(yīng)神經(jīng)模糊控制變量噴施等技術(shù)相結(jié)合，研制出一種能根據(jù)不同雜草位置及面積大小實(shí)現(xiàn)變量對靶噴施除草劑的機(jī)器人。 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確識別出雜草，將雜草位置及面積大小信息發(fā)送到模糊控制器，控制器結(jié)合檢測到的移動平臺速度信息實(shí)現(xiàn)變量對靶噴施除草劑，是本作品的技術(shù)關(guān)鍵。 本作品設(shè)計(jì)制造出基于機(jī)器視覺的變量對靶噴藥除草機(jī)器人1臺，該裝置對雜草實(shí)時(shí)識別率大于90%，對雜草噴施精度高于85%；與傳統(tǒng)噴施方式相比，可節(jié)省除草劑用量40%以上。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 與國內(nèi)外已有雜草控制技術(shù)相比，本作品具有以下技術(shù)特點(diǎn)： 本作品采用一種新型動態(tài)快速的雜草識別算法，利用機(jī)器視覺技術(shù)獲取雜草位置和面積大小信息，采用數(shù)字信號處理技術(shù)對采集的圖像進(jìn)行處理。設(shè)計(jì)了一種智能移動平臺，采用遙控方式實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向、前進(jìn)、后退及停止等功能，且前進(jìn)后退速度可調(diào)節(jié)；在平臺上安裝了視覺系統(tǒng)和噴藥系統(tǒng)，利用所設(shè)計(jì)的自適應(yīng)神經(jīng)模糊控制器，可根據(jù)接收到的雜草位置和面積大小信息，控制不同電磁閥的開閉及噴頭的噴藥量大小，實(shí)現(xiàn)變量對靶噴施。 作品科技性和主要技術(shù)特點(diǎn)：1. 基于機(jī)器視覺技術(shù)的田間雜草實(shí)時(shí)識別與準(zhǔn)確定位，2. 建立除草機(jī)器人變量對靶噴施系統(tǒng)，3.研究DSP實(shí)時(shí)圖像采集處理及信息發(fā)送、模糊控制器接收信息并及時(shí)響應(yīng)、檢測機(jī)器人前進(jìn)速度、實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)流量及壓力等因素的匹配，實(shí)現(xiàn)變量對靶噴施。將除草機(jī)器人各部分組合成能正常工作的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)噴藥，準(zhǔn)確噴藥。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、圖片、錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 通過研究，建立一套利用嵌入式Linux的智能對靶噴施除草機(jī)器人系統(tǒng)，通過DSP處理器處理采集的圖像，AR處理器控制電磁閥的開關(guān)，在室外棉田自然條件下能實(shí)現(xiàn)自動識別出棉花和雜草，針對不同雜草實(shí)現(xiàn)草多多噴、草少少噴、無草不噴的。 與傳統(tǒng)農(nóng)田噴藥機(jī)具相比，本系統(tǒng)安裝了液壓馬達(dá)、液壓泵、液壓缸等，實(shí)現(xiàn)遙控前進(jìn)、后退、停止和轉(zhuǎn)向等功能；安裝了攝像頭和DSP圖像處理系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)識別作物和雜草；配備了噴施系統(tǒng)和ARM控制器，針對不同雜草實(shí)現(xiàn)變量對靶噴施。具有較廣的適用性，修改識別算法后，可在棉花、玉米、甜菜等種植行間距較大作物中實(shí)現(xiàn)精確噴施除草。 利用該變量噴藥技術(shù)，實(shí)現(xiàn)變量對靶噴藥，提高農(nóng)藥有效利用率40％以上，節(jié)省農(nóng)藥使用量25％以上。我國目前年銷售各種制劑農(nóng)藥達(dá)100多萬噸，按每年全國10%的作物采用高效噴霧技術(shù)，可節(jié)省農(nóng)藥2.5萬噸。按每噸農(nóng)藥2萬元計(jì)算，全國每年可節(jié)約農(nóng)藥費(fèi)用5億元。本作品完成后，通過高效施藥裝備的產(chǎn)業(yè)化，可以給生產(chǎn)企業(yè)和相關(guān)行業(yè)企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 隨著機(jī)器視覺、變量噴施等技術(shù)的發(fā)展及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，噴藥除草機(jī)器人技術(shù)也取得了快速的發(fā)展。除草機(jī)器人的應(yīng)用可以減少除草劑用量，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，減輕勞動強(qiáng)度，提高農(nóng)業(yè)除草設(shè)備的自動化和智能化水平。 美國堪薩斯大學(xué)的NING WANG（2002）設(shè)計(jì)了一個基于實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)的麥田雜草識別和對靶噴施系統(tǒng)，該系統(tǒng)微處理器與計(jì)算機(jī)間采用CAN總線方式通信。麥田實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明雜草識別率約為80%，但該系統(tǒng)中視覺系統(tǒng)及噴施系統(tǒng)均在噴藥機(jī)械一側(cè)，只適用在路邊田地等除草。 2007年丹麥農(nóng)業(yè)工程研究院開發(fā)了一種農(nóng)田自主移動機(jī)器人平臺，在該平臺上裝有基于形狀特征的雜草識別系統(tǒng)、精確微量噴施系統(tǒng)及GPS系統(tǒng)，但該系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)噴藥。 丹麥奧胡斯大學(xué)農(nóng)業(yè)研究所Claus G（2006）等，研制出一種能在田間識別雜草的機(jī)器人，不會對周圍環(huán)境造成污染，能根據(jù)外形來識別有害植物。在丹麥甜菜田里進(jìn)行的試驗(yàn)結(jié)果表明，機(jī)器人發(fā)現(xiàn)并有選擇地消除雜草，可使除草劑用量減少70%，但該研究未提及是否能實(shí)現(xiàn)變量噴藥。 荷蘭瓦格寧根大學(xué)Tijmen Bakker（2009），利用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)了一種自主導(dǎo)航移動機(jī)器人平臺。它通過便攜式電腦和微控制器獲得輪子轉(zhuǎn)向角度、前進(jìn)速度、作物行位置信息，GPS數(shù)據(jù)信息及遠(yuǎn)程控制信息。該移動機(jī)器人平臺能實(shí)現(xiàn)自主行走及視覺導(dǎo)航，但沒有結(jié)合噴藥系統(tǒng)，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)噴藥。 南京林業(yè)大學(xué)陳勇（2005）提出了一種首先切割雜草，然后再往雜草切口上涂抹除草劑的方案，設(shè)計(jì)了自動除草裝置，開發(fā)了基于機(jī)器視覺和模糊控制原理的智能化樹木精確噴霧施藥系統(tǒng)。葛玉峰、趙茂程，（2003）搭建了一個室內(nèi)模擬農(nóng)藥精確對靶施藥系統(tǒng)，研究了在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下農(nóng)藥精確對靶施用系統(tǒng)。 目前，國內(nèi)外在雜草識別、變量噴施、移動平臺設(shè)計(jì)等方面做了較多的研究工作，但多局限某一領(lǐng)域，沒有組合成完整的能實(shí)現(xiàn)精確對靶噴藥除草的機(jī)器人系統(tǒng)。根據(jù)不同田間情況，設(shè)計(jì)制造出一些樣機(jī)，由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所具有的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的特殊性，這些樣機(jī)一般都是在處于實(shí)驗(yàn)室階段，尚沒有成型的在田地里能實(shí)現(xiàn)自主行走和變量對靶施藥的機(jī)械。已研制的除草機(jī)械一般是掛載在拖拉機(jī)等大型機(jī)械后，將雜草分布制成處方圖形式，不能實(shí)現(xiàn)自主移動及實(shí)時(shí)噴藥除草。因此，研制出一種能在在實(shí)時(shí)狀況下，實(shí)現(xiàn)自主移動變量對靶噴施的除草機(jī)械尤為重要。
