一種智能除草機及其雜草清除方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)機械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種農(nóng)田耕織除草設備，特別是一種智能除草機及其雜草清除方法。
【背景技術(shù)】
[0002]雜草跟農(nóng)作物爭奪土壤水分和養(yǎng)分，侵占農(nóng)田空間，影響農(nóng)作物生長，不僅降低了農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，還間接助長了病蟲害的滋生和蔓延。為了防除雜草，國內(nèi)外已經(jīng)研制出各種方法除草，如人工除草、化學除草、機械除草、生物除草、光化學除草等等。人工除草勞動強度大，效率低下，已經(jīng)不適應現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要?；瘜W除草相對省時省力，除草效率也比較高，對于突發(fā)性的草害，化學除草見效最快，所以深受廣大農(nóng)民的歡迎，成為目前的主要除草方式，在國內(nèi)外被廣泛應用。但是化學除草如果除草劑使用不當，不僅浪費除草劑，而且會造成農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留量超標，土壤、水環(huán)境等農(nóng)藥污染，甚至人員中毒。因此，在利用化學除草劑有效防治雜草的同時，應盡量減少除草劑的施用量以降低其危害。
[0003]目前，化學除草法通常采用機械設備來實現(xiàn)化學除草劑的噴灑。在我國，通常采用手動噴霧器或者機動噴霧機施藥除草，也有航空噴霧除草。在美國，目前施藥設備有噴桿噴霧機、涂抹施藥器具等。但農(nóng)田里雜草和作物混雜，這些方法的缺點是不論地面有無雜草，都向地面均勻地噴灑除草劑，而且噴霧設備往往都有霧滴飄移現(xiàn)象，所以噴灑除草劑時不可避免地會傷害到作物，也會因除草劑用量過多導致農(nóng)藥污染，從而發(fā)生除草劑的藥害。因此，化學除草法在節(jié)省時間和勞力的同時，也帶來了浪費和污染的問題，不符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的要求。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，在田間除草的工作幾乎都靠人工除草或化學除草完成，一方面勞動強度大，效率低；另一方面，造成環(huán)境惡化，水質(zhì)、土壤等污染日趨嚴重。隨著勞動力成本的不斷提高和青壯年勞力的短缺，以及保護生態(tài)環(huán)境的需要，除草機械化智能化的需求越來越強烈。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的技術(shù)存在上述問題，提出了一種將行間與行內(nèi)的雜草分開割除，同時采用多種識別方式提高雜草識別準確率的智能除草機及其雜草清除方法。
[0006]本發(fā)明的目的可通過下列技術(shù)方案來實現(xiàn):一種智能除草機，包括移動小車，所述移動小車具有工作平臺，所述工作平臺上設置計算機和集成控制器，所述計算機的兩側(cè)各設置有攝像頭，所述集成控制器電控連接計算機與攝像頭，所述工作平臺的下方設置位于前側(cè)的行間除草裝置和位于后側(cè)的行內(nèi)除草裝置，所述行間除草裝置包括一部除草機構(gòu)，所述行內(nèi)除草裝置包括左右對稱的兩部除草機構(gòu)，兩部除草機構(gòu)之間設置內(nèi)外移動機構(gòu)，所述內(nèi)外移動機構(gòu)包括平移氣缸，所述平移氣缸的伸縮桿連接位于外側(cè)的除草機構(gòu)，所述除草機構(gòu)包括上梳齒板和下梳齒板，所述上梳齒板和下梳齒板之間設置刀具，所述上梳齒板和下梳齒板的前端設置成排的齒牙，所述刀具的前側(cè)邊沿為刀刃，所述下梳齒板上設置施藥裝置，所述集成控制器電控連接平移氣缸和施藥裝置。
[0007]本智能除草機以農(nóng)業(yè)主導產(chǎn)業(yè)中的蔬菜、水果等條播作物為作業(yè)對象。行內(nèi)除草裝置的左右兩部除草機構(gòu)在進入作物行內(nèi)進行除草操作時，其位于行間除草裝置除草機構(gòu)的外側(cè)位置，即行內(nèi)除草裝置的兩端距離大于行間除草裝置的長度；而在行內(nèi)除草裝置的左右兩部除草機構(gòu)避讓作物時，其位于行間除草裝置除草機構(gòu)的內(nèi)側(cè)位置，即行內(nèi)除草裝置的兩端距離小于或等于行間除草裝置的長度。
[0008]在上述的智能除草機中，所述刀具的刀刃呈鋸齒形狀，所述鋸齒形狀的鋸齒尖角為直角或者銳角。
[0009]在上述的智能除草機中，所述下梳齒板的內(nèi)側(cè)固設定刀片，所述刀具連接前后移動機構(gòu)。
[0010]在上述的智能除草機中，所述前后移動機構(gòu)包括電動機，所述電動機的轉(zhuǎn)軸驅(qū)動連接偏心輪，所述偏心輪連接有連桿，所述連桿的傳動端鉸接在上述刀具上，所述刀具的上下兩側(cè)面對應與上梳齒板或下梳齒板形成滑動連接，所述集成控制器電控連接電動機。通過下梳齒板的定刀片與前后往復動作的刀具配合，對雜草進行有效切割。
[0011]在上述的智能除草機中，所述上梳齒板的齒牙向下傾斜，其傾斜角度為35°至75°，所述上梳齒板齒牙的齒端與下梳齒板齒牙的齒端相聚攏靠近。由此上梳齒板和下梳齒板的齒牙形成鴨嘴型，進一步利于將雜草梳理起來，以方便切除。
[0012]在上述的智能除草機中，所述施藥裝置包括存藥箱，所述存藥箱連接輸藥管，所述輸藥管的進口上設置電控閥，所述輸藥管的末端連接滴藥管，所述下梳齒板的齒牙底側(cè)設置施藥海綿，所述滴藥管的管口接觸上述施藥海綿，所述施藥海綿內(nèi)放置濕度傳感器，所述濕度傳感器通過電路連接上述集成控制器，所述集成控制器電連上述電控閥。
[0013]在上述的智能除草機中，所述工作平臺的底側(cè)設置前支架和后支架，所述前支架的底端固裝上述行間除草裝置的除草機構(gòu)，所述后支架具有兩個分支架，所述分支架的底端固裝上述行內(nèi)除草裝置的除草機構(gòu)，所述工作平臺的底面上固設導軌，所述分支架的頂端設置滾輪，所述滾輪嵌入導軌中形成滑動連接。在平移氣缸驅(qū)動除草機構(gòu)做內(nèi)外平向移動過程中，分支架通過滾輪在導軌中進行同步滑移，通過導軌的導向作用，進一步提升除草機構(gòu)內(nèi)外平移動作的穩(wěn)定性。
[0014]在上述的智能除草機中，所述移動小車還包括四個車輪，所述四個車輪均通過雙橫臂獨立懸架連接在工作平臺下方，雙橫臂獨立懸架包括上橫臂和下橫臂，上橫臂鉸接在工作平臺的底面上，車輪轉(zhuǎn)動連接在下橫臂上，上橫臂和下橫臂之間相互鉸接，上橫臂和下橫臂之間裝有減震器。通過減震器的作用，以避免因路面不平整而導致的行走震動，提升了行走平穩(wěn)性，以確保攝像頭攝影畫面的穩(wěn)定性。
[0015]—種智能除草機的雜草清除方法，包括以下步驟:
[0016]1)、將智能除草機放置于行間的一端，使其前側(cè)的行間除草裝置位于行間內(nèi)，后側(cè)的行內(nèi)除草裝置伸入兩側(cè)相鄰的行內(nèi)作物中；
[0017]2)、智能除草機向前行走，位于行間的除草機構(gòu)直接通過上梳齒板和下梳齒板梳理雜草，然后通過刀具割除雜草，最后通過施藥裝置對剛剛已經(jīng)切割過的雜草切口涂抹施藥；
[0018]3)、通過攝像頭拍攝兩側(cè)相鄰行內(nèi)的景象，將景象信息傳遞至集成控制器進行分析，并將分析過程及結(jié)果通過計算機顯示出來，包括以下幾項識別作物的方法:
[0019]1、利用顏色特征識別:
[0020]對采集到的圖像進行逐點掃描，根據(jù)各像素點的RGB值來分割綠植和土壤，即利用顏色特征先從土壤背景中分離出綠植，然后再通過檢測目標區(qū)域的顏色特征來區(qū)分雜草和作物；
[0021]I1、利用形態(tài)特征識別:
[0022]基于形態(tài)特征的植物識別主要通過研究葉片的邊緣樣式(曲率或葉狀特征)和整個葉片形狀(面積、長度、寬度、周長、矩、無量綱比值等)來實現(xiàn)；利用可變形模版方法來識別部分遮擋的葉片:首先檢測出葉片的端部，然后將模型置于每個葉端之上，并通過變形使模型與整個葉片進行匹配，模型結(jié)構(gòu)由葉片的可變骨架和代表葉片形狀的輪廓線決定；
[0023]II1、利用光譜特征識別:
[0024]在可見光(400?700nm波段)或近紅外光(700?2500nm波段)的照射下，雜草與土壤以及雜草與作物的光譜反射率存在著差異；
[0025]IV、利用紋理特征識別:
[0026]紋理為某種基本模式(色調(diào)基元)的重復排列，可以通過觀察紋理度量是否發(fā)生顯著改變來確定兩種紋理模式之間的邊界；
[0027]V、模式識別法:
[0028]利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡、支持向量機、貝葉斯分類器、決策樹和判別分析模式進行識別雜草與作物；
[0029]4)、識別出綠植為作物，集成控制器操控平移氣缸縮回伸縮桿，帶動除草機構(gòu)向內(nèi)側(cè)移動以離開行內(nèi)作物實現(xiàn)避讓，智能除草機繼續(xù)前行，直至攝像頭探測完全經(jīng)過作物，集成控制器再操控平移氣缸伸出伸縮桿，帶動除草機構(gòu)向外側(cè)移動重新進入行內(nèi)空間；
[0030]5)、識別出綠植為雜草，伸入行內(nèi)的除草機構(gòu)通過上梳齒板和下梳齒板梳理雜草，然后通過刀具割除雜草，最后通過施藥裝置對剛剛已經(jīng)切割過的雜草切口涂抹施藥。
[0031]在上述的雜草清除方法中，所述濕度傳感器感測施藥海綿的濕度信息，并將濕度信息實時發(fā)送至集成控制器，集成控制器通過檢測數(shù)據(jù)進行施藥海綿中藥液含量的判斷，一旦判斷藥液含量不足，集成控制器控制電控閥開啟，使藥液由存藥箱經(jīng)過輸藥管，由滴藥管滴落至施藥海綿上；直至濕度傳感器的感測濕度值達標，集成控制器通過檢測數(shù)據(jù)進行藥量判斷，進一步控制電控閥關(guān)閉，完成加藥操作。
[0032]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本智能除草機及其雜草清除方法以農(nóng)業(yè)主導產(chǎn)業(yè)中的蔬菜、水果等條播作物為研究對象，劃分為行間除草和行內(nèi)除草兩部