阅读说明：本技术 一种果园开沟施肥装置及方法 (Orchard ditching and fertilizing device and method ) 是由 王金星 刘雪梅 刘双喜 张宏建 江浩 徐春保 慕君林 权泽堃 于 2019-11-21 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种果园开沟施肥装置及方法,果园开沟施肥装置行进前端和后端分别设置有第一相机和第二相机,第一相机和所述第二相机的镜头朝向与所述果园开沟施肥装置的行进方向垂直,第一相机、第二相机、开沟装置和施肥装置分别与控制系统电连接,控制系统用于接收所述第一相机和所述第二相机采集的果树图像信息,并控制开沟装置和施肥装置的作业状态。当第一相机获取到果树树干信息时开始施肥作业,控制系统开始控制开沟装置开沟作业,同时控制施肥装置进行施肥作业。随着施肥作业的进行,当第二相机获取到当前施肥作业的果树树干信息时,控制系统控制开沟装置和施肥装置停止作业,进而实现了定点开沟施肥,提高了肥料的利用率。(The application discloses orchard ditching and fertilizing device and method, the front end and the rear end of the orchard ditching and fertilizing device are respectively provided with a first camera and a second camera, the direction of the lens of the first camera and the direction of the lens of the second camera are perpendicular to the advancing direction of the orchard ditching and fertilizing device, the first camera, the second camera, the ditching device and the fertilizing device are respectively electrically connected with a control system, and the control system is used for receiving fruit tree image information collected by the first camera and the second camera and controlling the operation states of the ditching device and the fertilizing device. When the first camera acquires information of the fruit tree trunk, the fertilizer application operation is started, the control system starts to control the ditching device to ditch, and meanwhile the fertilizer application device is controlled to perform the fertilizer application operation. Along with the implementation of the fertilization operation, when the second camera acquires the information of the current fruit tree trunk in the fertilization operation, the control system controls the ditching device and the fertilizing device to stop operating, so that fixed-point ditching and fertilizing are realized, and the utilization rate of the fertilizer is improved.)

一种果园开沟施肥装置及方法

技术领域

本申请涉及果园施肥技术领域，具体涉及一种果园开沟施肥装置及方法。

背景技术

我国是一个农业大国，果树是我国主要的经济作物之一。其中，施肥是果园管理中的一项重要工作，合理施肥，定点定量施肥提高肥料的利用率，进而能够显著地提升果品品质及产量。

传统技术中，绝大部分的果园开沟施肥机施肥方法为条状沟施肥，就是沿着果树行向从头到尾开沟施肥。这种施肥方法虽然可以实现对果树的施肥，但是没有考虑相邻果树之间的株距，使得在果树相邻之间的土地也进行了不必要的施肥，进而造成了肥料不必要的浪费，降低了肥料的利用率。

因此，如何实现果园合理定点施肥提高肥料的利用率是本领域一个亟待解决的问题。

发明内容

本申请为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供了一种果园开沟施肥装置，包括机架，所述机架上设置有开沟装置、施肥装置和控制系统，所述果园开沟施肥装置行进前端和后端分别设置有第一相机和第二相机，所述第一相机和所述第二相机的镜头朝向与所述果园开沟施肥装置的行进方向垂直，所述第一相机、所述第二相机、所述开沟装置和所述施肥装置分别与所述控制系统电连接，所述控制系统用于接收所述第一相机和所述第二相机采集的果树图像信息，并控制所述开沟装置和所述施肥装置的作业状态。

采用上述实现方式，农业机械设备带动果园开沟施肥装置在果园进行施肥作业时，沿着果树之间的空间行走。当第一相机获取到果树树干信息时，控制系统开始控制开沟装置开沟作业，同时控制施肥装置进行施肥作业。随着施肥作业的进行，当第二相机获取到当前施肥作业的果树树干信息时，控制系统控制开沟装置和施肥装置停止作业，进而实现了定点开沟施肥，提高了肥料的利用率。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述开沟装置包括传动轴，所述传动轴通过第一支撑架设置在所述机架的一侧，所述传动轴的第一端与液压马达的输出端固定连接，所述传动轴的另一端固定设置第一传动链轮，所述第一传动链轮靠近所述机架，远离所述机架的一端设置有第二传动链轮，所述第一传动链轮与所述第二传动链轮通过开沟链条传动连接。

控制系统与液压马达电连接，当需要进行开沟作业时，控制系统控制液压马达启动带动传动轴转动，进而使得第一传动链轮转动带动开沟链条运动，在第二传动链轮的辅助下，开沟链条开始开沟作业。

结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述第一传动链轮上固定设置有螺旋排土器，所述螺旋排土器用于将所述开沟链条开沟传动过来的土壤排出。当开沟链条进行开沟作业时，开沟挖出的土会随着开沟链条到达螺旋排土器的位置，螺旋排土器可以将土及时排出。

结合第一方面第二种可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述开沟链条包括环形传动链条和链式开沟刀，所述环形传动链条分别与所述第一传动链轮与所述第二传动链轮传动连接，所述链式开沟刀固定设置在所述环形传动链条上。链式开沟刀与传动链条存在一定的角度，这样既保证开沟存在一定的宽度，方便施肥。另一方面，开沟挖出的土可以随着链式开沟刀到达螺旋排土器的位置，保证了土不会再次填埋到施肥沟内。

结合第一方面第三种可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述链式开沟刀设置有多个，多个所述链式开沟刀均匀固定设置在所述环形传动链条上。多个链式开沟刀的设置，保证了作业期间开沟作业时不间断的，保证了施肥作业的连续性。

结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述施肥装置包括肥箱，所述肥箱固定设置在所述机架上，所述肥箱底部设置有可开关下肥口，所述下肥口与施肥管的一端相连通，所述施肥管的另一端设置在所述果园开沟施肥装置的尾部。肥箱下肥口处设置一电磁阀，控制系统与电磁阀电连接，当需要进行施肥作业时，控制系统控制电磁阀打开，肥料流入施肥管内，从施肥管的尾部流出进入到施肥沟内。当不需要施肥时，控制系统控制电磁阀关闭即可。

结合第一方面第五种可能的实现方式，在第一方面第六种可能的实现方式中，所述第一支撑架上还固定设置一导肥板，所述导肥板与所述施肥管固定连接。

结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第七种可能的实现方式中，所述机架的另一侧固定设置第二支撑架，所述第一相机和所述第二相机固定设置在所述第二支撑架上，所述第一相机与所述第二相机之间的距离为1-1.5米。果园内果树树干之间的间距最佳为4-5米，第一相机和第二相机设置距离为1-1.5米，保证了定点施肥既可以保证了果树的施肥量，又可以避免果树之间的区域进行施肥造成的肥料浪费。

结合第一方面或第一方面第一至七种任一可能的实现方式，在第一方面第八种可能的实现方式中，所述控制系统包括上位机和单片机，所述上位机固定设置在农业机械驾驶室内，所述单片机固定设置在所述第一支撑架上，所述上位机分别与所述第一相机、所述第二相机和所述单片机电连接，所述单片机分别与所述液压马达和施肥装置电磁阀电连接。

第二方面，本申请实施例提供了一种果园开沟施肥方法，采用第一方面或第一方面任一可能实现方式所述的果园开沟施肥装置，所述方法包括：机械设备带动所述果园开沟施肥装置在果园内作业时，当第一相机检测到第一果树树干信息，将所述第一果树树干信息传输给控制系统，所述第一果树为当前需要施肥的果树；所述控制系统控制开沟装置和施肥装置作业，所述开沟装置进行开沟，所述施肥装置将肥料输送到所开沟内；当所述第二相机检测到所述第一果树树干信息时，将所述第一果树树干信息传输给所述控制系统，所述控制系统控制所述开沟装置和所述施肥装置停止作业。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种果园开沟施肥装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种果园开沟施肥装置的侧视图；

图3为本申请实施例提供的一种果园开沟施肥方法的流程示意图；

图4为本申请实施例提供的相机采集到的果树地上部分图像；

图5为本申请实施例提供的果树地上部分图像单阈值分割后的二值图像。

图6为本申请实施例提供的二值图像中值滤波降噪后的图像；

图1-6中，符号表示为：

1-机架，2-第一相机，3-第二相机，4-传动轴，5-第一支撑架，6-液压马达，7-第一传动链轮，8-第二传动链轮，9-螺旋排土器，10-环形传动链条，11-链式开沟刀，12-肥箱，13-下肥口，14-施肥管，15-导肥板，16-第二支撑架，17-单片机。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。

机器视觉是"人工智能"的核心技术之一，其核心就是用"机器"代替"人眼"和"人脑"去观测和判断。随着机器视觉技术在农业机械中的不断应用及发展，农业机械智能化水平显著提高，极大的解放了生产力，为我国农业的机械化、智能化发展做出了积极贡献。然而，机器视觉技术在果园施肥机械上的应用少之又少。本申请所提供的果园开沟施肥装置将机器视觉技术引入到果园施肥机械技术领域，基于机器视觉的定点定量施肥，能够有效的解决目前果园开沟施肥机械与经验施肥中所存在的问题。

图1为本申请实施例提供的一种果园开沟施肥装置的结构示意图，图2为本申请实施例提供的一种果园开沟施肥装置的侧视图，参见图1和图2，果园开沟施肥装置包括：机架1，所述机架1上设置有开沟装置、施肥装置和控制系统，所述果园开沟施肥装置行进前端和后端分别设置有第一相机2和第二相机3，所述第一相机2和所述第二相机3的镜头朝向与所述果园开沟施肥装置的行进方向垂直，所述第一相机2、所述第二相机3、所述开沟装置和所述施肥装置分别与所述控制系统电连接，所述控制系统用于接收所述第一相机2和所述第二相机3采集的果树图像信息，并控制所述开沟装置和所述施肥装置的作业状态。

具体地，所述开沟装置包括传动轴4，所述传动轴4通过第一支撑架5设置在所述机架1的一侧，具体地，传动轴4通过轴承与所述第一支撑架5相连。所述传动轴4的第一端与液压马达6的输出端固定连接，所述传动轴4的另一端固定设置第一传动链轮7，所述第一传动链轮7靠近所述机架1，远离所述机架1的一端设置有第二传动链轮8，所述第一传动链轮7与所述第二传动链轮8通过开沟链条传动连接。

控制系统与液压马达6电连接，当需要进行开沟作业时，控制系统控制液压马达6启动带动传动轴4转动，进而使得第一传动链轮7转动带动开沟链条运动，在第二传动链轮8的辅助下，开沟链条开始开沟作业。

本申请实施例中，控制液压马达6的液压系统包括油箱、过滤器、液压泵、节流阀、电磁比例换向阀、液压缸。油箱通过液压油路与过滤器相连。过滤器通过液压油路与液压泵相连。液压泵一端通过液压油路从油箱吸油提供动力。液压泵另一端通过液压油路分别与节流阀相连。电磁比例换向阀通过液压油路与节流阀相连。液压缸的推杆伸出端可以铰接在第一支撑架5上，电磁比例换向阀动作，液压缸伸缩，进而改变开沟深度，达到合适沟深。

参见图2，所述第一传动链轮7上固定设置有螺旋排土器9，所述螺旋排土器9用于将所述开沟链条开沟传动过来的土壤排出。当开沟链条进行开沟作业时，开沟挖出的土会随着开沟链条到达螺旋排土器9的位置，螺旋排土器9可以将土及时排出。

所述开沟链条包括环形传动链条10和链式开沟刀11，所述环形传动链条10分别与所述第一传动链轮7与所述第二传动链轮8传动连接，所述链式开沟刀11固定设置在所述环形传动链条10上。链式开沟刀11与传动链条存在一定的角度，这样保证了开沟存在一定的宽度，方便施肥。另一方面，开沟挖出的土可以随着链式开沟刀11到达螺旋排土器9的位置，保证土不会再次填埋到施肥沟内。

所述链式开沟刀11设置有多个，多个所述链式开沟刀11均匀固定设置在所述环形传动链条10上。多个链式开沟刀11的设置，保证了作业期间开沟作业时不间断的，保证了施肥作业的连续性。

所述施肥装置包括肥箱12，所述肥箱12固定设置在所述机架1上，所述肥箱12底部设置有可开关下肥口13，所述下肥口13与施肥管14的一端相连通，所述施肥管14的另一端设置在所述果园开沟施肥装置的尾部。肥箱12下肥口13处设置一电磁阀，控制系统与电磁阀电连接，当需要进行施肥作业时，控制系统控制电磁阀打开，肥料流入施肥管14内，从施肥管14的尾部流出进入到施肥沟内。当不需要施肥时，控制系统控制电磁阀关闭即可。

所述第一支撑架5上还固定设置一导肥板15，所述导肥板15与所述施肥管14固定连接。导肥板15的设置，可以将施肥管14进行固定，避免了施肥管14摆动使得肥料洒落到施肥沟外侧。

所述机架1的另一侧固定设置第二支撑架16，所述第一相机2和所述第二相机3固定设置在所述第二支撑架16上，所述第一相机2与所述第二相机3之间的距离为1-1.5米。果园内果树树干之间的间距最佳为4-5米，第一相机2和第二相机3设置距离为1-1.5米，保证了定点施肥既可以保证了果树的施肥量，又可以避免果树之间的区域进行施肥造成的肥料浪费。

本申请实施例中，所述控制系统包括上位机和单片机17，所述上位机固定设置在农业机械驾驶室内，所述单片机17固定设置在所述第一支撑架5上，所述上位机分别与所述第一相机2、所述第二相机3和所述单片机17电连接，所述单片机17分别与所述液压马达6和施肥装置电磁阀电连接。

由上述实施例可知，本实施例提供了一种果园开沟施肥装置，当第一相机2获取到果树树干信息时，开始施肥作业。控制系统开始控制开沟装置开沟作业，同时控制施肥装置进行施肥作业。随着施肥作业的进行，当第二相机3获取到当前施肥作业的果树树干信息时，控制系统控制开沟装置和施肥装置停止作业，进而实现了定点开沟施肥，提高了肥料的利用率。

与上述实施例提供的一种果园开沟施肥装置相对应，本申请还提供了一种果园开沟施肥方法的实施例。参见图3，所述方法包括：

S101，机械设备带动所述果园开沟施肥装置在果园内作业时，当第一相机检测到第一果树树干信息，将所述第一果树树干信息传输给控制系统，所述第一果树为当前需要施肥的果树。

作业前，调整第一相机与第二相机的焦距，保证能够完整采集到果树地上部分的图像信息，并将图像信息上传给工业一体机。如图4为相机采集到的果树地上部分图像。

当第一相机采集到果树地上部分图像，传输给上位机。上位机对所采集到的果树RGB彩色图像在CMYK颜色空间中的黄色通道中进行单阈值分割，得到含有树干的二值图像，如图5所示。然后将处理后的二值图像进行中值滤波，去除椒盐噪声对目标树干图像的影响，处理后的图像如图6所示。将树干从预处理后的果树图像中分割出来。对得到的树干图像进行特征提取，并将提取到的特征参数传递到单片机。

S102，所述控制系统控制开沟装置和施肥装置作业，所述开沟装置进行开沟，所述施肥装置将肥料输送到所开沟内。

随后单片机中的开沟排肥控制程序开始运行，控制系统的输出端输出控制信号控制液压马达转动，开沟刀旋转，排土器旋转，开始开沟作业，同时，单片机控制电磁阀打开，下肥口打开，土排除沟外，肥料落入沟内。本申请实施例中还可以通过液压系统中的液压缸伸缩，改变开沟深度，达到合适沟深。

S103，当所述第二相机检测到所述第一果树树干信息时，将所述第一果树树干信息传输给所述控制系统，所述控制系统控制所述开沟装置和所述施肥装置停止作业。

当第二相机采集到果树地上部分图像时，将图像信息传递给上位机，上位机进行处理后将特征信息传递给单片机，进而单片机控制液压马达停止转动，开沟刀停止旋转，排土器停止旋转，电磁阀关闭，下肥口关闭，停止施肥。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本申请未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本申请的技术方案并非是对本申请的限制，如来替代，本申请仅结合并参照优选的实施方式进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本申请的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本申请的宗旨，也应属于本申请的权利要求保护范围。