一種美國白蛾幼蟲網幕噴藥機器人機械系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及機器人領域，具體地講，涉及一種美國白蛾幼蟲網幕噴藥機器人機械 系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 美國白蛾又名美國燈蛾、秋幕毛蟲，屬鱗翅目，燈蛾科，是世界性檢疫害蟲。主要危 害果樹、行道樹和觀賞樹木，尤其以闊葉樹為重。幼蟲孵化幾個小時即結網開始取食葉肉， 整個幼蟲期取食量極大，對園林樹木、經濟林、農田防護林等造成嚴重的危害。幼蟲分5齡， 其中前3齡結網顯著是實施噴藥的最佳時期，目前常采用人工大規(guī)模噴藥的方式，工作量 大，環(huán)境污染嚴重。采用自動精密對靶噴藥技術是解決問題的關鍵。
[0003] 自動精密對靶噴藥技術是一門新興技術，國內外許多學者進行了相關研宄，但由 于噴藥對象情況多變、環(huán)境復雜，實際推廣應用時受到較多的限制。而現(xiàn)有的精密對靶噴藥 技術較少涉及美國白蛾的自動噴藥方面。

【發(fā)明內容】
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[0004] 本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種美國白蛾幼蟲網幕噴藥機器人機械系統(tǒng)，以 實現(xiàn)結構簡單、定位準確、操作方便、自動化程度高。
[0005] 本發(fā)明采用如下技術手段實現(xiàn)發(fā)明目的：
[0006] 一種噴藥機器人機械系統(tǒng)，包括機架和滾輪，其特征是：所述機架的前側設置有上 下移動機構和左右移動機構，所述左右移動機構上設置有能夠沿所述左右移動機構移動的 噴藥頭，所述噴藥頭的上端固定有攝像頭，所述攝像頭和噴藥頭均連接控制裝置。
[0007] 作為對現(xiàn)有技術的進一步限定，所述控制裝置設置包括噴霧機和IPC工控機，所 述IPC工控機通過繼電器模塊連接所述噴藥頭。
[0008] 作為對現(xiàn)有技術的進一步限定，所述上下移動機構包括對稱的左支撐座和右支撐 座，所述左支撐座和右支撐座安裝在所述機架上，所述左支撐座和右支撐座的下端分別對 應設置有左轉動圈和右轉動圈，所述左支撐座和右支撐座的前側分別對應設置有左滑軌和 右滑軌，所述左滑軌和右滑軌上分別對應設置左滑塊和右滑塊，所述左支撐座和右支撐座 的上端分別對應設置有左光軸支撐塊和右光軸支撐塊，所述左光軸支撐塊和右光軸支撐塊 的前端分別對應設置有左光軸支撐座和右光軸支撐座，所述左光軸支撐座和右光軸支撐座 之間設置有轉動光軸，所述轉動光軸的兩端分別設置有左齒輪和右齒輪，所述左齒輪通過 左轉動皮帶連接左步進電機，同時，所述左齒輪通過左傳動皮帶連接所述左轉動圈，所述右 齒輪通過右轉動皮帶連接右步進電機，同時，所述右齒輪通過右傳動皮帶連接所述右轉動 圈。
[0009] 作為對現(xiàn)有技術的進一步限定，所述左右移動機構包括安裝在所述左滑塊和右滑 塊上的支撐架，所述支撐架上設置有橫向滑軌，所述橫向滑軌上設置有與其配合的橫向滑 塊，所述橫向滑塊上設置有噴霧支撐座，所述噴霧支撐座32過盈配合所述噴藥頭，所述噴 霧支撐座的上端設置有攝像頭支撐架，所述攝像頭支撐架上安裝所述攝像頭，所述支撐架 的一端設置有橫向步進電機，另一端設置有橫向轉動圈，所述橫向步進電機的輸出軸通過 橫向皮帶與所述橫向轉動圈套接。
[0010] 作為對現(xiàn)有技術的進一步限定，所述IPC工控機噴按照設定的路徑驅動攝像頭和 噴藥頭運動，所述攝像頭實時采集對應樹木目標的圖像并發(fā)送到所述IPC工控機。
[0011] 作為對現(xiàn)有技術的進一步限定，所述IPC工控機根據圖像特征提取美國白蛾幼蟲 網幕目標，并估算網幕目標與機器人的機械系統(tǒng)間的相對距離L，并確定距離執(zhí)行機構L處 的物體的圖像平面面積S和噴藥覆蓋面面積S';令y=S' /S，S為圖像平面面積，S' 為噴藥覆蓋面面積，當y>〇. 5時，執(zhí)行簡單的掃描控制策略，當y〈 = 0. 5時，執(zhí)行掃描、對 靶、噴藥三種運動的復雜策略，最終確定最優(yōu)噴藥位置。
[0012] 作為對現(xiàn)有技術的進一步限定，所述的簡單的掃描控制策略包括如下步驟：
[0013] (1)確定噴藥機器人局部運動軌跡，每個掃描行之間的距離h公式如下：h= 0.8*b* 8,其中，S為距離執(zhí)行機構L處的二維垂直立面A上的物體與其圖像中的成像大 小的對應比例關系，b是圖像中的噴藥覆蓋范圍的內接正四邊形的邊長；
[0014] (2)最佳噴藥位置的確定：相機向右平移時，設變量Left、Down初值為零，用來標 記輸入圖像Q中噴藥區(qū)域M范圍內的左側、下側邊緣區(qū)域是否有未噴藥的目標，輸入圖像Q 為從視頻流中獲取的靜態(tài)單幀圖像，為避免因慣性等造成漏噴將距離邊緣小于其總長度的 1/4的點組成的區(qū)域稱為敏感區(qū)域，首先在機械系統(tǒng)運動過程中使用上述單幀圖像處理方 法實時檢測圖像中是否有目標區(qū)域，設噴藥區(qū)域M經檢測其中有目標區(qū)域，檢測M中敏感區(qū) 域中是否有白色目標，若左側敏感區(qū)域中有，則將Left置為true，若下側敏感區(qū)域中有，則 將Down置為true，若Left和Down有一者為true，則表示進入最佳噴藥位置，否則不需噴 藥；
[0015] (3)重復步驟（2)，直到滿足掃描終止條件，即相機位于可運動區(qū)域最左端或最右 端，且距離可運動區(qū)域最上端不足掃描行之間的距離h，即不足以進行下一行掃描。
[0016] 作為對現(xiàn)有技術的進一步限定，所述復雜的掃描控制策略包括如下步驟：（1)掃 描主運動的確定：h= 0. 8*d*S，其中，S為立面A上的物體與其圖像中的成像大小的對應 比例關系，d是成像圖像的高度；
[0017] (2)執(zhí)行對靶運動噴藥運動的條件：當相機向右運動即圖像相左時的判斷條件， 設變量Left、Down初值為零，用來標記輸入圖像Q中的左側，下側邊緣區(qū)域是否有未噴藥 的目標，輸入圖像Q為從視頻流中獲取的靜態(tài)單幀圖像，為避免因慣性等造成漏噴將距離 邊緣小于其總長度的1/4的點組成的區(qū)域稱為敏感區(qū)域，首先在機械系統(tǒng)運動過程中使用 上述單幀圖像處理方法實時檢測圖像Q中是否有目標區(qū)域，假設輸入圖像為Q經檢測其中 有目標區(qū)域，檢測Q中敏感區(qū)域中是否有白色目標，若左側敏感區(qū)域中有，則將Left置為 true，若下側敏感區(qū)域中有，則將Down置為true，若Left和Down有一者為true，貝丨」需進 行噴藥處理；（3)按照輪廓優(yōu)先次序依次對圖像Q內存在的所有目標執(zhí)行對靶運動：圖像Q 面積較大時，如果存在多個需噴藥目標，此時需對圖像Q內存在的所有目標進行噴藥優(yōu)先 級判斷，進而確定是否進入最佳噴藥位置，這里使用輪廓的重心來標識輪廓位置及重要性， 重心的確定方法如下：
【主權項】
1. 一種美國白蛾幼蟲網幕噴藥機器人機械系統(tǒng)，包括機架和滾輪，其特征是：所述機 架的前側設置有上下移動機構和左右移動機構，所述左右移動機構上設置有能夠沿所述左 右移動機構移動的噴藥頭，所述噴藥頭的上端固定有攝像頭，所述攝像頭和噴藥頭均連接 控制裝置。
2. 根據權利要求1所述的美國白蛾幼蟲網幕噴藥機器人機械系統(tǒng)，其特征是：所述控 制裝置設置包括噴霧機和IPC工控機，所述IPC工控機通過繼電器模塊連接所述噴藥頭。
3. 根據權利要求1所述的美國白蛾幼蟲網幕噴藥機器人機械系統(tǒng)，其特征是：所述上 下移動機構包括對稱的左支撐座和右支撐座，所述左支撐座和右支撐座安裝在所述機架 上，所述左支撐座和右支撐座的下端分別對應設置有左轉動圈和右轉動圈，所述左支撐座 和右支撐座的前側分別對應設置有左滑軌和右滑軌，所述左滑軌和右滑軌上分別對應設置 左滑塊和右滑塊，所述左支撐座和右支撐座的上端分別對應設置有左光軸支撐塊和右光軸 支撐塊，所述左光軸支撐塊和右光軸支撐塊的前端分別對應設置有左光軸支撐座和右光軸 支撐座，所述左光軸支撐座和右光軸支撐座之間設置有轉動光軸，所述轉動光軸的兩端分 別設置有左齒輪和右齒輪，所述左齒輪通過左轉動皮帶連接左步進電機，同時，所述左齒輪 通過左傳動皮帶連接所述左轉動圈，所述右齒輪通過右轉動皮帶連接右步進電機，同時，所 述右齒輪通過右傳動皮帶連接所述右轉動圈。
4. 根據權利要求3所述的美國白蛾幼蟲網幕噴藥機器人機械系統(tǒng)，其特征是：所述左 右移動機構包括安裝在所述左滑塊和右滑塊上的支撐架，所述支撐架上設置有橫向滑軌， 所述橫向滑軌上設置有與其配合的橫向滑塊，所述橫向滑塊上設置有噴霧支撐座，所述噴 霧支撐座過盈配合所述噴藥頭，所述噴霧支撐座的上端設置有攝像頭支撐架，所述攝像頭 支撐架上安裝所述攝像頭，所述支撐架的一端設置有橫向步進電機，另一端設置有橫向轉 動圈，所述橫向步進電機的輸出軸通過橫向皮帶與所述橫向轉動圈套接。