一种能自动识别植株位置的节水灌溉装置
技术领域
本实用新型属于农业节水灌溉技术领域，具体涉及一种能自动识别植株位置的节水灌溉装置。
背景技术
目前，我国的节水灌溉在连续种植的大面积耕地上进展迅速，喷灌装置、无人机灌溉较适用于平原地区连续种植的大面积耕地。而能实现对点进行喷灌的灌溉机器人大多只针对于温室内规则排列的植株，当植株的位置不能预设时，植株的位置识别、视觉处理等，依然在设备和技术处理上具有相当的难度。在面对不规则非连续排列的大型植株灌溉问题时，例如对灌木、果树等相对大型的作物的节水灌溉时，无论是设备的位置安插，还是对植株位置的识别都是技术难题。
实用新型内容
为了解决上述存在的技术问题，本实用新型设计了一种能自动识别植株位置的节水灌溉装置。
为了解决上述存在的技术问题，本实用新型采用了以下方案：
一种能自动识别植株位置的节水灌溉装置，包括机械臂、喷水装置、控制系统、电池和检测装置，所述喷水装置的喷头和检测装置设置在所述机械臂的末端；所述机械臂包括杆Ⅰ、杆Ⅱ、杆Ⅲ和导轨，且所述杆Ⅰ、杆Ⅱ、杆Ⅲ和导轨组成一个三角形，所述导轨水平设置，所述杆Ⅲ水平设置且与所述导轨滑动连接，所述杆Ⅲ的自由端与所述杆Ⅱ一端转动连接，所述杆Ⅱ另一端与所述杆Ⅰ一端转动连接，所述杆Ⅰ另一端与所述导轨的起始端转动连接，且所述杆Ⅰ由舵机驱动。
进一步，所述检测装置包括测距传感器，所述测距传感器与所述喷头并排设置在所述杆Ⅲ的末端，且竖直对地。
进一步，所述测距传感器采用光电传感器。
进一步，所述控制系统包括主控制板以及与所述主控制板连接的灌溉控制板，所述灌溉控制板分别与所述舵机、所述检测装置、所述喷水装置的水泵连接。
进一步，所述喷水装置包括水箱、水泵、水管和喷头，所述喷头通过相应的水管与相对应水泵连接。
进一步，所述喷头有两个或两个以上。
进一步，还包括底座，所述机械臂、喷水装置、控制系统和电池均设置在底座上。
进一步，还包括外接设备，所述外接设备包括地面移动装置。
进一步，所述外接设备还包括外界控制板，所述外界控制板与所述主控制板连接。
该能自动识别植株位置的节水灌溉装置具有以下有益效果：
（1）本实用新型，喷头和传感器始终水平移动，可直接通过所检测到的对地距离信号的突变来识别对象，可省去视觉识别系统和繁杂的算法处理，提高了装置的工作速度，同时大大提高了识别的准确性。
（2）本实用新型能覆盖相对大的检测范围，并能够实现伸缩折叠，以进入位置分布复杂的植株之中；喷头朝向稳定，高度固定，也提高了装置的稳定性，提高喷灌的准确性；本装置设计为多泵多喷头结构来实现不同水量的灌溉，具有极强的实用性。
（3）本实用新型的机械臂的末端的运动路径为直线，适合在植株位置不规则分布且坡度变化相对平缓的情况，具有很强的针对性，且传感器与喷头高度稳定，可按照预定直线轨迹推进并实时检测，大大提高了灌溉的准确性。
（4）本实用新型实现了在指定直线线路上自主寻找灌溉目标，自行进行准确灌溉的目的，具有较强实用价值。
（5）本实用新型可以沿直线展开，并同时实时检测喷头对地距离的变化，在检测到有植株出现时，自动根据控制板给出的信号开启不同数量的水泵从而实现不同水量的灌溉，灌溉完成后机械臂自动收起，减小横向尺寸，方便前行。
附图说明
图1：本实用新型实施方式中能自动识别植株位置的节水灌溉装置的结构示意图；
图2：本实用新型实施方式中能自动识别植株位置的节水灌溉装置的工作示意图；
图3：本实用新型实施方式中机械臂未展开时的结构示意图；
图4：本实用新型实施方式中机械臂展开时的结构示意图；
图5：本实用新型实施方式中控制系统的结构示意图；
图6：本实用新型实施方式中控制系统的工作流程图。
附图标记说明：
1—机械臂；11—杆Ⅰ；12—杆Ⅱ；13—杆Ⅲ；14—导轨；15—舵机；2—喷水装置；21—水泵；22—水管；23—水箱；24—喷头；3—底座；4—控制系统；41—主控制板；42—灌溉控制板；5—电池；6—检测装置；7—外接设备；71—外界控制板；8—植株；a、b、c—转动副；d—移动副。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型做进一步说明：
图1至图6示出了本实用新型一种能自动识别植株位置的节水灌溉装置的具体实施方式。图1是本实施方式中能自动识别植株位置的节水灌溉装置的结构示意图；图2是本实施方式中能自动识别植株位置的节水灌溉装置的工作示意图；图3和图4是本实施方式中机械臂的工作原理示意图；图5和图6是本实施方式中控制系统的结构示意图和工作流程图。
如图1和图2所示，本实施方式中的能自动识别植株位置的节水灌溉装置，包括机械臂1、喷水装置2、控制系统4、电池5和检测装置6，喷水装置2的喷头24和检测装置6设置在机械臂1的末端；机械臂1包括杆Ⅰ11、杆Ⅱ12、杆Ⅲ13和导轨14，且杆Ⅰ11、杆Ⅱ12、杆Ⅲ13和导轨14组成一个三角形，导轨14水平设置，杆Ⅲ13水平设置且与导轨14滑动连接，杆Ⅲ13的自由端与杆Ⅱ12一端转动连接，杆Ⅱ12另一端与杆Ⅰ11一端转动连接，杆Ⅰ11另一端与导轨14的起始端转动连接，且杆Ⅰ11由舵机15驱动。电池5对机械臂1、喷水装置2、控制系统4、检测装置6各部分分别供电。
优选地，检测装置6包括测距传感器，测距传感器与喷头24并排设置在杆Ⅲ13的末端，且竖直对地，如图1和图2所示。检测装置6竖直安装于机械臂1最远端，对地放置，在机械臂1调整姿态过程中，传感器会始终与喷头并行，且始终竖直对地，会随机械臂1展开随时记录检测喷头24的对地距离，在检测到距离突变时即代表检测到植株8。
本实施例中，测距传感器采用光电传感器。
优选地，控制系统4包括主控制板41以及与主控制板41连接的灌溉控制板42，灌溉控制板42分别与舵机15、检测装置6、喷水装置2的水泵21连接，如图1、图2和图5所示。主控制板41可直接写入指令，在制定时间发出信号，主控制板41也能接收来自灌溉控制板42完成灌溉任务的信号。
优选地，喷水装置2包括水箱23、水泵21、水管22和喷头24，如图1和图2所示，喷头24通过相应的水管22与相对应水泵21连接。
本实施例中，喷头24有两个或两个以上。
优选地，还包括底座3，机械臂1、喷水装置2、控制系统4和电池5均设置在底座3上。
优选地，还包括外接设备7，外接设备7包括地面移动装置，如图2所示。地面移动装置可以是移动小车，方便行进，能够应用于植株密度较高的地区。
优选地，外接设备7还包括外界控制板71，外界控制板71与主控制板41连接，如图5所示。主控制板41可与外部设备连接并接受外部指令，在接收到指令后向灌溉控制板42发送启动的命令，实现本灌溉装置与外部设备的信号连接。
如图3和图4所示，机械臂1包含四个运动副，转动副a、转动副b、转动副c、移动副d。杆Ⅰ11与舵机15通过转动副a相连，即杆Ⅰ11为主动杆，随着舵机15的运转，杆Ⅰ11围绕转动副a转动，使得转动副b的运动轨迹是绕a处的圆；导轨14被水平固联在底座3上，并不参与运动；杆Ⅲ13与导轨14通过移动副d相连，则杆Ⅲ13只能沿导轨14的方向水平运动；使得转动副c的运动轨迹也是沿水平线运动，再根据转动副b的轨迹，从动杆杆Ⅱ12也有了唯一的运动方式；最终运动副c随着从动杆杆Ⅱ12水平移动，从而完成寻找植株的运动。机械臂1在电源开启条件下，但未收到灌溉控制板42的工作指令时的状态如图3所示，假定此时舵机15处于的位置为“0”位置；在收到灌溉控制板42的工作指令后，舵机15的位置逐渐增加，杆Ⅰ11向灌溉方向逐渐展开；在接收到灌溉控制42的制动指令后，舵机15停止工作，停在此时的位置，机械臂呈展开状态，如图4；当再次接收到灌溉控制板42的工作指令后，舵机15反向转动，杆Ⅰ11反方向收起，回到“0”位置，一次浇灌过程完成。在此过程中固联喷头24和测距传感器的位置始终处于同一水平高度。
工作时，首先在开启电源后，机械臂1处于如图3的位置上；在主控制板41提前写入(或接收到外接设备的信号)灌溉时间以及所需水量的信息（期望的灌溉水量及时间）并到达指定时间后，此时本灌溉装置会开启灌溉过程；即此时主控制板41将启动信号和水量信号发送给灌溉控制板42，再由灌溉控制板42首先发送指令给舵机15，使杆Ⅰ11以预设的速度平稳展开，同时发送信号给测距传感器将其启动，此时喷头24和测距传感器同时向外延伸，测距传感器实时检测其对地竖直距离，此为灌溉装置的检测和寻找植株过程；在检测到距离突变位置时，测距传感器将回传信号给灌溉控制板42，灌溉控制板42同时发送指令至舵机15和主控制板41，使舵机15停止工作，此时机械臂1会展开在适当的位置，如图4，同时灌溉控制板42发送指令到水泵21，开启相应数量的水泵21，开始一定时间灌溉作业，并且主控制板41的储存的灌溉水量信号清空末尾一项灌溉需要情况，便于下一次灌溉进程的开始；在水泵21完成一定时间的灌溉作业后，灌溉控制板42发送制动信号关闭水泵21，并发送信号开启舵机15，同时关闭测距传感器防止在回收的过程中发生误触发，舵机15回到“0”位置，此为灌溉机构收回的过程；灌溉装置最终回到未收到工作信号前的状态，如图3。此为本灌溉装置的一个工作周期。在外接设备7将本装置移动到合适位置时并向主控制板41发送信号后（或到达主控制板预设的时间后），主控制板41发送指令，即可开启新的工作周期，如图6所示。
本实用新型可以沿直线展开，并同时实时检测喷头对地距离的变化，在检测到有植株出现时，自动根据控制板给出的信号开启不同数量的水泵从而实现不同水量的灌溉，灌溉完成后机械臂自动收起，减小横向尺寸，方便前行。
本实用新型，喷头和传感器始终水平移动，可直接通过所检测到的对地距离信号的突变来识别对象，可省去视觉识别系统和繁杂的算法处理，提高了装置的工作速度，同时大大提高了识别的准确性。
本实用新型能覆盖相对大的检测范围，并能够实现折叠，以进入位置分布复杂的植株之中；喷头朝向稳定，高度固定，也提高了装置的稳定性，提高喷灌的准确性；本装置设计为多泵多喷头结构来实现不同水量的灌溉，具有极强的实用性。
本实用新型的机械臂的末端的运动路径为直线，适合在植株位置不规则分布且坡度变化相对平缓的情况，具有很强的针对性，且传感器与喷头高度稳定，可按照预定直线轨迹推进并实时检测，大大提高了灌溉的准确性。
本实用新型实现了在指定直线线路上自主寻找灌溉目标，自行进行准确灌溉的目的，具有较强实用价值。
上面结合附图对本实用新型进行了示例性的描述，显然本实用新型的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围内。
