一種美國白蛾幼蟲網幕噴藥機器人控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及機械人控制領域，具體地講，涉及一種美國白蛾幼蟲網幕噴藥機器人 控制系統。
【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，是舉世矚目的世界性檢疫 害蟲。主要危害果樹、行道樹和觀賞樹木，尤其以闊葉樹為重，對園林樹木、經濟林、農田防 護林等造成嚴重的危害。
[0003] 前3齡幼蟲網幕較明顯，是實施防治的最佳時機。目前常采用人工摘除網幕和化 學藥劑大規模噴施的防治方法。這些方式大多粗放、低效、高污染，智能對靶噴藥機器人則 能夠實現美國白蛾幼蟲網幕的自動化噴藥作業，降低勞動強度，提高噴藥效率。現有技術較 少涉及美國白蛾幼蟲網幕智能對靶噴藥機器人控制系統。
[0004] 美國白蛾幼蟲網幕智能對靶噴藥機器人由控制系統、噴藥軟件系統及機械系統組 成。本發明專利主要涉及美國白蛾幼蟲網幕智能對靶噴藥機器人的控制系統。
【發明內容】
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[0005] 本發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控制系統，基 于工業控制計算機與其他單元的相互配合，從而驅動相應的機構，實現自動化噴藥作業。
[0006] 本發明采用如下技術手段實現發明目的：
[0007] 一種智能對靶噴藥機器人控制系統，包括工業控制計算機單元，其特征是：所述工 業控制計算機單元分別連接4軸驅動器單元、電動噴頭單元和工業攝像頭單元，所述4軸驅 動器單元連接步進電機驅動單元和微動開關限位檢測單元。
[0008] 作為對本技術方案的進一步限定，所述工業控制計算機單元通過RS232總線分別 與所述4軸驅動器單元和電動噴頭單元相互連接，所述工業控制計算機單元通過USB總線 與所述工業攝像頭單元相互連接。
[0009] 作為對本技術方案的進一步限定，所述步進電機驅動單元包括3個57系列的步進 電機及其相應的步進電機驅動器，4軸驅動器單元的相關I/O口與步進電機驅動器的方向 信號和脈沖信號口相連接，控制3個步進電機的轉向和轉速，通過同步帶驅動直線導軌，實 現一個平面內橫向和縱向的二維運動。
[0010] 作為對本技術方案的進一步限定，所述電動噴頭單元包括繼電器模塊和噴藥頭， 繼電器模塊通過RS232總線與所述工業控制計算機單元相互連接，接受工業控制計算機單 元發出的控制信號。
[0011] 作為對本技術方案的進一步限定，所述工業控制計算機單元通過RS232總線發出 控制信號給4軸驅動器單元，4軸驅動器單元接受控制信號后，通過連接的I/O信號接口控 制步進電機驅動單元，從而控制步進電機位置歸零，實現步進電機所驅動的左滑軌和右滑 軌的滑塊到達初始位置；所述工業攝像頭單元實時捕獲美國白蛾幼蟲網幕圖像信息，并傳 送到工業控制計算機單元；工業控制計算機單元提取美國白蛾幼蟲網幕圖像信息，并估算 網幕圖像信息與機器人的相對距離L，并確定距離執行機構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>0.5 時，執行簡單的掃描控制策略，當u〈 = 〇. 5時，執行掃描、對靶、噴藥三種運動的復雜策略， 最終確定最優噴藥位置，一旦發現噴藥區域，則發出信號，停止步進電機運動；此時，工業控 制計算機單元通過RS232總線控制電動噴頭單元，通過控制繼電器模塊，打開噴藥頭，美國 白蛾幼蟲網幕智能對靶噴藥機器人對此區域實施噴藥，2秒后，關閉噴藥頭。
[0012] 作為對本技術方案的進一步限定，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中噴藥區域M范圍內的左側、下側邊緣區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的點組成的區域稱為敏感區域，首先在機械系統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域，設噴藥區域M經檢測其中有目標區域，檢測M中敏感區 域中是否有白色目標，若左側敏感區域中有，則將Left置為true，若下側敏感區域中有，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域最左端或最右 端，且距離可運動區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] 作為對本技術方案的進一步限定，所述復雜的掃描控制策略包括如下步驟：
[0017] (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；
[0018] (2)執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的點組成的區域稱為敏感區域，首先在機械系統運動過程中使用 上述單幀圖像處理方法實時檢測圖像Q中是否有目標區域，假設輸入圖像為Q經檢測其中 有目標區域，檢測Q中敏感區域中是否有白色目標，若左側敏感區域中有，則將Left置為 true，若下側敏感區域c中有，則將Down置為true，若Left和Down有一者為true，貝丨J需 進行噴藥處理；（3)按照輪廓優先次序依次對圖像Q內存在的所有目標執行對靶運動：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控制系統，包括工業控制計算機單元，其特征是： 所述工業控制計算機單元分別連接4軸驅動器單元、電動噴頭單元和工業攝像頭單元，所 述4軸驅動器單元連接步進電機驅動單元和微動開關限位檢測單元。
2. 根據權利要求1所述的美國白蛾幼蟲網幕噴藥機器人控制系統，其特征是：所述工 業控制計算機單元通過RS232總線分別與所述4軸驅動器單元和電動噴頭單元相互連接， 所述工業控制計算機單元通過USB總線與所述工業攝像頭單元相互連接。
3. 根據權利要求1所述的美國白蛾幼蟲網幕噴藥機器人控制系統，其特征是：所述步 進電機驅動單元包括3個57系列的步進電機及其相應的步進電機驅動器，4軸驅動器單元 的相關I/O口與步進電機驅動器的方向信號和脈沖信號口相連接，控制3個步進電機的轉 向和轉速，通過同步帶驅動直線導軌，實現一個平面內橫向和縱向的二維運動。
4. 根據權利要求1所述的美國白蛾幼蟲網幕噴藥機器人控制系統，其特征是：所述電 動噴頭單元包括繼電器模塊和噴藥頭，繼電器模塊通過RS232總線與所述工業控制計算機 單元相互連接，接受工業控制計算機單元發出的控制信號。
5. 根據權利要求1所述的美國白蛾幼蟲網幕噴藥機器人控制系統，其特征是：所述工 業控制計算機單元通過RS232總線發出控制信號給4軸驅動器單元，4軸驅動器單元接受控 制信號后，通過連接的I/O信號接口控制步進電機驅動單元，從而控制步進電機位置歸零， 實現步進電機所驅動的左滑軌和右滑軌的滑塊到達初始位置；所述工業攝像頭單元實時捕 獲美國白蛾幼蟲網幕圖像信息，并傳送到工業控制計算機單元；工業控制計算機單元提取 美國白蛾幼蟲網幕圖像信息，并估算網幕圖像信息與機器人的相對距離L，并確定距離執行 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'