本發(fā)明屬于農業(yè)機器人領域，特別涉及一種除草機。

背景技術：

目前農業(yè)生產中的雜草控制主要依靠除草劑，除草劑雖然控制草害效果好，但是會帶來諸如生物滅絕、雜草群落變遷、雜草抗藥性增強且抗藥譜擴大、環(huán)境污染及農藥殘留等問題。為了克服化學除草所帶來的危害和擺脫除草繁重體力勞動，更好地生產綠色食品，近年來，機械除草方式開始受到越來越多的重視。對作物行間的雜草控制，國內外均已有相關產品。而株間雜草控制也有一些報道，如指形除草裝置(Leinonen et al.,2004)、刷狀除草裝置(Kouwenhoven,1997)，這些除草機具都難以有效控制株間區(qū)域的雜草。奧斯納布呂克大學(Osnabrueck Univesity)與Amazone Werke聯(lián)合開發(fā)了八爪擺線鋤株間除草裝置，但其對圍繞作物周圍18mm寬的區(qū)域內的雜草無法控制，如果稍有調整不當將會對作物造成損傷，并且其受土壤影響較大，因為不能避免較大土塊損傷作物(Dedousis,2007)；英國開發(fā)了缺口圓盤鋤(Tillett et al.,2008)、丹麥開發(fā)了轉齒除草裝置(Griepentrog,2006)、旋轉式圓盤耙齒除草裝置(Lempens et al.,1996)和八爪式株間除草裝置(張朋舉.等，2010)。以上除草機具雖都有一些實驗報道，但都對牽引拖拉機跟蹤作物行行走的精度要求高，一般需安裝于具有導航功能的農業(yè)機械上或智能機器人上，價格較昂貴。而且至今仍無成熟的株間除草機具。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的是提供一種可適用于各種農用拖拉機牽引的橫擺式株間除草裝置，可降低株間除草裝置對牽 引拖拉機跟蹤作物行精度的要求，減少了株間除草裝置對除草機器人或牽引拖拉機高精度跟蹤作物行的依賴，通過更換不同尺寸的除草部件來滿足不同株距和不同作物生長時期除草的要求，并可根據行距來選擇行間除草雙翼鏟的寬度來適應不同行距栽培作物的行間區(qū)域除草。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案為：一種除草機,包括車體，該車體包括主架及限深輪，其中，還包括設于主架上的橫擺除草結構、除草部件、行間除草結構、視覺與控制系統(tǒng)，該橫擺除草結構通過橫擺運動使除草部件進入株間區(qū)域進行除草，行間除草結構通過一雙翼鏟鏟入土來進行除草，視覺與控制系統(tǒng)對作物進行識別，確定植株保護區(qū)域和株間除草區(qū)域，并控制橫擺除草結構與行間除草結構在株間除草區(qū)域進行除草。

該限深輪上還設有測速結構，用于實時測量車體的運行速度和位移。

該行間除草結構包括左雙翼鏟和右雙翼鏟；通過調節(jié)雙翼鏟與主架的相對高度來調節(jié)雙翼鏟入土作業(yè)深度。

該橫擺除草結構包括橫擺機構支架、左橫擺導軸軸座、右橫擺導軸軸座、上橫擺導軸、下橫擺導軸、帶座直線滾動軸承、帶傳感器的橫擺電機及直線導軌；

上橫擺導軸和下橫擺導軸通過左橫擺導軸軸座和右橫擺導軸軸座固定于橫擺機構支架上，上橫擺導軸和下橫擺導軸組成的平面平行于橫擺機構支架平面，帶座直線滾動軸承由兩個直線滾動軸承組成，同時套在上橫擺導軸和下橫擺導軸上；帶傳感器的橫擺電機通過直線導軌驅動帶座直線滾動軸承在上、下橫擺導軸上來回擺動，直線導軌固定于橫擺機構支架上，帶座直線滾動軸承在導軸上擺動行程由帶傳感器的橫擺電機上的傳感器檢測而得，除草部件固定于帶座直線滾動軸承的座上。

上橫擺導軸和下橫擺導軸通過左橫擺導軸軸座和右橫擺導軸軸座固定于橫擺機構支架上，上橫擺導軸和下橫擺導軸組成的平面平行于橫擺機構支架平面，帶座直線滾動軸承由兩個直線滾動軸承組 成，同時套在上橫擺導軸和下橫擺導軸上；帶傳感器的橫擺電機通過直線導軌驅動帶座直線滾動軸承在上、下橫擺導軸上來回擺動，直線導軌固定于橫擺機構支架上，帶座直線滾動軸承在導軸上擺動行程由帶傳感器的橫擺電機上的傳感器檢測而得，除草部件固定于帶座直線滾動軸承的座上。

該除草部件包括除草部件支架、除草部件旋轉電機、萬向節(jié)、轉軸及除草刀具；

除草部件支架固定于帶座直線滾動軸承的座上，安裝在除草部件支架上的除草部件旋轉電機通過萬向節(jié)和轉軸驅動除草刀具旋轉。

該除草刀具由圓盤、連接口、緊固螺栓和除草爪齒組成，除草爪齒均勻分布于圓盤上，圓盤與連接口緊密相連，連接口接于轉軸上，利用堅固螺栓將圓盤固定于轉軸上。

視覺與控制系統(tǒng)包括攝像機和圖像處理與控制系統(tǒng)，攝像機垂直向下安裝，圖像處理與控制系統(tǒng)用于接收及識別處理攝像機拍攝的圖片，將圖片中的作物生成作物行和作物保護圓，并通過帶傳感器的橫擺電機上的傳感器檢測橫向運動的行程，實現(xiàn)對帶傳感器的橫擺電機的伺服控制。

一種除草機的控制方法，其中，首先，圖像處理與控制系統(tǒng)識別出圖片中的作物，并計算出每顆作物的中心，以作物最遠邊界為半徑、作物中心為圓心計算得到每顆作物的保護圓參數，利用最小二乘法根據每顆作物的中心坐標擬合出作物行直線；

其次，圖像處理與控制系統(tǒng)根據作物中心坐標、保護圓參數和作物行直線參數作為橫擺除草結構控制的跟蹤路徑，在株間區(qū)域時帶傳感器的橫擺電機控制除草刀具以作物行直線作為作業(yè)路徑進行跟蹤，而在作物附近則以保護圓的左半部分或右半部分為作業(yè)路徑進行跟蹤，從而實現(xiàn)株間區(qū)域除草作業(yè)和避讓作物。

本發(fā)明的有益效果是，通過對旋轉除草刀具的橫擺運動，實現(xiàn)株間區(qū)域雜草控制；由于采用橫擺方式，可降低株間除草裝置對牽引拖拉機跟蹤作物行的精度要求，有效減少了系統(tǒng)成本；通過不同 大小尺寸除草部件的更換，實現(xiàn)對作物不同生長時期株間區(qū)域和不同株距栽培作物的株間區(qū)域的雜草的控制，通過行距來選擇行間除草雙翼鏟的寬度以滿足不同行距栽培作物的行間區(qū)域除草的要求。

附圖說明

圖1為橫擺式株間除草裝置右視圖；

圖2為橫擺式株間除草裝置主視圖；

圖3為橫擺式株間除草裝置俯視圖；

圖4為除草刀具的側視圖；

圖5為除草刀具的仰視圖；

圖6為橫擺式株間除草裝置作業(yè)示意圖。

圖中，1.攝像機，2.主架，3.限深輪，4.測速結構，5.橫擺機構支架，6.下橫擺導軸，7.帶傳感器的橫擺電機，8.除草部件支架，9.除草部件旋轉電機，10.萬向節(jié)，11.轉軸，12.除草刀具，13.左雙翼鏟，14.左橫擺導軸軸座，15.直線導軌，16.上橫擺導軸，17.右橫擺導軸軸座，18.右雙翼鏟，19.圖像處理與控制系統(tǒng)，20.帶座直線滾動軸承，21.圓盤，22.連接口，23.緊固螺栓，24.除草爪齒，25.作物，26.作物行徑，27.作物保護圓。

具體實施方式

以下結合實施例及附圖對本發(fā)明進行詳細的描述。

如圖1至圖6所示，本發(fā)明公開了一種除草機,包括車體，該車體包括主架2及限深輪3，其中，還包括設于主架上的橫擺除草結構、除草部件、行間除草結構、視覺與控制系統(tǒng)，該橫擺除草結構通過橫擺運動使除草部件進入株間區(qū)域進行除草，行間除草結構通過一雙翼鏟鏟入土來進行除草，視覺與控制系統(tǒng)對作物進行識別，確定植株保護區(qū)域和株間除草區(qū)域，并控制橫擺除草結構與行間除草結構在株間除草區(qū)域進行除草。主架2為橫擺株間除草裝置提供了安裝平臺，通過多個主架2并聯(lián)實現(xiàn)多行同時進行株間除草，并為橫擺株間除草裝置與牽引拖拉機三點懸掛提供接口。限深輪3用于調節(jié)除草部件入土深度。

如圖1至圖6所示，本發(fā)明公開了一種除草機,包括車體，該車體包括主架2及限深輪3，其中，還包括設于主架上的橫擺除草結構、除草部件、行間除草結構、視覺與控制系統(tǒng)，該橫擺除草結構通過橫擺運動使除草部件進入株間區(qū)域進行除草，行間除草結構通過一雙翼鏟鏟入土來進行除草，視覺與控制系統(tǒng)對作物進行識別，確定植株保護區(qū)域和株間除草區(qū)域，并控制橫擺除草結構與行間除草結構在株間除草區(qū)域進行除草。主架2為橫擺株間除草裝置提供了安裝平臺，通過多個主架2并聯(lián)實現(xiàn)多行同時進行株間除草，并為橫擺株間除草裝置與牽引拖拉機三點懸掛提供接口。限深輪3用于調節(jié)除草部件入土深度。

該限深輪3上還設有測速結構4，用于實時測量車體的運行速度和位移。測速結構4為測速編碼盤，其安裝于車輪軸上，實時測量橫擺株間除草裝置進行速度和位移。

該行間除草結構包括左雙翼鏟13和右雙翼鏟18；通過調節(jié)雙翼鏟與主架2的相對高度來調節(jié)雙翼鏟入土作業(yè)深度。左雙翼鏟13和右雙翼鏟18為傳統(tǒng)的雙翼鏟，雙翼鏟的寬度可根據作物行距進行選擇。

該橫擺除草結構包括橫擺機構支架5、左橫擺導軸軸座14、右橫擺導軸軸座17、上橫擺導軸16、下橫擺導軸6、帶座直線滾動軸承20、帶傳感器的橫擺電機7及直線導軌15；

上橫擺導軸16和下橫擺導軸6通過左橫擺導軸軸座14和右橫擺導軸軸座17固定于橫擺機構支架5上，上橫擺導軸16和下橫擺導軸6組成的平面平行于橫擺機構支架5平面，帶座直線滾動軸承20由兩個直線滾動軸承組成，同時套在上橫擺導軸16和下橫擺導軸6上；帶傳感器的橫擺電機7通過直線導軌15驅動帶座直線滾動軸承20在上、下橫擺導軸上來回擺動，直線導軌15固定于橫擺機構支架5上，帶座直線滾動軸承20在導軸上擺動行程由帶傳感器的橫擺電機7上的傳感器檢測而得，除草部件固定于帶座直線滾動軸承20的座上。

該除草部件包括除草部件支架8、除草部件旋轉電機9、萬向節(jié)10、轉軸11及除草刀具12；

除草部件支架8固定于帶座直線滾動軸承20的座上，安裝在除草部件支架8上的除草部件旋轉電機9通過萬向節(jié)10和轉軸11驅動除草刀具12旋轉。除草部件在自身旋轉、擺動運動和牽引機頭向前行駛三個運動配合下進出作物株間區(qū)域實現(xiàn)避讓作物和除草作業(yè)。

該除草刀具12由圓盤21、連接口22、緊固螺栓23和除草爪齒24組成，除草爪齒24均勻分布于圓盤21上，圓盤21與連接口22緊密相連，連接口22接于轉軸11上，利用堅固螺栓23將圓盤21固定于轉軸上11。

視覺與控制系統(tǒng)包括攝像機1和圖像處理與控制系統(tǒng)19，攝像機1垂直向下安裝，圖像處理與控制系統(tǒng)19用于接收及識別處理攝像機1拍攝的圖片，將圖片中的作物25生成作物行徑26和作物保護圓27，并通過帶傳感器的橫擺電機上的傳感器檢測橫向運動的行程，實現(xiàn)對帶傳感器的橫擺電機的伺服控制。

同時，本發(fā)明還公開了一種除草機的控制方法，首先，圖像處理與控制系統(tǒng)19識別出圖片中的作物，并計算出每顆作物的中心，以作物最遠邊界為半徑、作物中心為圓心計算得到每顆作物的保護圓參數，利用最小二乘法根據每顆作物的中心坐標擬合出作物行直線；

其次，圖像處理與控制系統(tǒng)19根據作物中心坐標、保護圓參數和作物行直線參數作為橫擺除草結構控制的跟蹤路徑，在株間區(qū)域時帶傳感器的橫擺電機7控制除草刀具12以作物行直線作為作業(yè)路徑進行跟蹤，而在作物附近則以保護圓的左半部分或右半部分為作業(yè)路徑進行跟蹤，從而實現(xiàn)株間區(qū)域除草作業(yè)和避讓作物。