基于直接施药方法的除草机器人

第１０期陈勇等：基于直接施药方法的除草机器人９３

通过田间及温室试验，初步找到了用该方法除

掉Ｃｒａｂｇｒａｓｓ、Ｆｏｘｔａｉｌ、Ｗａｔｅｒｈｅｍｐ和Ｖｅｌｖｅｔｌｅａｆ

最低的除草剂用量。总的说来，１／７剂量就能除掉这

４种草。

在上述对比中，单位面积剂量和单株杂草剂量

是评价该方法的较好指标。然而，所有上述比较都是

基于杂草在田间均布的假设。事实上，农田里只有不

到３０％的面积被杂草覆盖。因此，如果人为地选择

施药，将能更大幅度地减少除草剂用量。例如，如果

农田中２５％的面积有杂草，而该方法用１／７剂量能

除掉杂草，那么最终节省除草剂用量为：（１一ｏ．２５×专）×１００％一９６．４‰

２自动施药除草机器人研制

基于上述试验，研制了如图１所示适应于行播农田的除草机器人，由４个轮子、２个机械臂及末端执行器、数字摄像头等构成。机械臂（４自由度）主要由固定底座、转动底座、上臂、前臂、手以及刀盘（末端执行器）等构成。机械臂肩关节中心与固定底座安装面的距离为７４ｍｍ，上臂与前臂长度均为１２０ｍｍ，腕关节与刀盘距离为１２６ｍｍ［９｝。

图１除草机器人结构简图

Ｆｉｇ．１Ｗｅｅｄｉｎｇｒｏｂｏｔ

１．主体２．摄像头３、５．机械臂４．轮子

将执行图像处理的计算机放在机器人的腹腔内，摄像头（３ｃｏｍ公司生产）通过ｕＳＢ接口与计算机连接，计算机识别出地面杂草后，通过一个伺服控制器（ｓｃｏｔｔＥｄｗａｒｄｓ公司生产）控制２个多关节机械臂工作，由机械臂的末端执行器切割杂草并涂抹除草剂。在遥控器（Ｆｕｔａｂａ公司生产）控制下，机器人可以在田间移动行走。

如图２所示，摄像头在Ｐ点，一个机械臂固定在ｏ。点，处理Ａ８嬲区域的杂草；同时，另一个机械臂固定在ｏ。点，处理ＥＦ册区域的杂草。ＡＦＨＣ

图２摄像头与机械臂的空间位置图

Ｆｉｇ．２Ｌｏｃａｔｉｏｎｓｏｆｃａｍｅｒａａｎｄｒｏｂｏｔｉｃａｒｍｓ

为摄像头的整个视野范围，其中ＢＥ∞是作物区域。

图像采集和处理程序用Ｖｃ＋＋编写，流程如图３所示，图像处理结果如图４所示。

焉昌等一覆豢番豢Ｈ萃嚣Ｈ预处理ＨＲ（袭辩ｌ

输尝翼别一苦登整

结果’ｌ后处理

图像分割Ｈ提取绿色通道图像

图３图像采集和处理算法流程图

Ｆｉ昏３Ｆ１０ｗｃｌｌａｎｏｆｉＩＩｌａｇｅａｃ州５嫡ｏｎａｒｌｄ弘ｏｏ瞄醯ｒｌｇ

图４杂草图像处理结果

Ｆｉｇ．４Ｒｅｓｕｌｔｏｆｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ

３结论

（１）除草剂化学试验结果表明，将除草剂直接涂抹在杂草切口处，极其微量的药物即可除掉杂草。采用除草剂直接施药方法，对２５％面积有杂草的农田施用１／７的喷雾剂量就能够除掉杂草，节省除草剂约９６．４％。

（２）研制了基于直接施药方法的除草机器人，通过图像采集与处理识别地面杂草目标，并使用高浓度的药液，因此无需背负水箱，也不需要处理施药作业后的剩余药液。同时由于没有农药雾滴飘移，保护了农林生态环境。

参考文献

１苏少泉，宋顺祖．中国农田化学除草方法．北京：农业出版社，１９９５．

基于直接施药方法的除草机器人

刊名：

农业机械学报

英文刊名：TRANSACTIONS OF THE CHINESE SOCIETY FOR AGRICULTURAL MACHINERY

年，卷(期)：2005,36(10)

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本文链接：/Periodical_nyjxxb200510025.aspx