一种农林除杀动物全地形车

本发明涉及一种农林除杀动物全地形车，属于农林智能机器人设计技术领域。

随着现代农林技术的发展，农林发展多我国经济建设具有很大的推进作用，农林 种植成为了农林发展中的一个重要环节，而一些危害植物生长的动物病虫害对农林种植的 影响巨大，可危害农林生长的动物病虫害是我国的主要农林灾害之一，它具有种类多、影响 大、并时常暴发成灾的特点，其发生范围和严重程度对我国国民经济、特别是农业生产会造 成重大损失。目前，农林的病虫害防治不彻底，导致农林种植中经济损失较大，农林的病虫 害防治工作是当前农业生产中的主要内容，伴随着科学技术的不断发展，农林的病虫害防 治技术到今日已经取得了长足的发展，但很多防治措施仍存在很多问题，如今新型的病虫 害防治手段应用不完善，病虫害防治方式落后等，这些防治措施在很大程度上并没有根本 性的对农作物病虫害进行防治，因此，设置一种可对农作物动物病虫害进行持续监测并在 根本意义上进行除杀，同时可以对农作物以及物种进行生长监测的农林动物整治装置对于 农业生产和社会经济发展具有重大的意义。

为解决现有技术的不足，本发明需要解决的问题是旨在由智能车体系统、摄像采 集系统、红外检测系统、超声波检测系统、药物注射系统、控制系统设计的一种农林除杀动 物全地形车，通过设计在全地形车上的摄像采集系统、红外检测系统和超声波检测系统来 检测动物的存在，由控制系统指引地形车的定位路线移动并在最短距离内指引车身的药物 注射系统发出药物毒针来将动物杀灭，同时由摄像采集系统完成整片林地的物种生长图像 采集和死亡动物尸体图像采集并通过机械手来使注射器完成尸体样本信息收集来为该片 地段的物种分析提供条件。

本发明采用的技术方案是：一种农林除杀病虫害全地形车，其特征在于包括：车身 框架、智能车轮、机械手、摄像头、红外检测装置、超声波检测装置、药物注射装置、太阳能电 池板、控制系统，机械手、摄像头、红外检测装置、超声波检测装置、药物检测装置均设置在 车身框架上，太阳能电池板设置在车身框架的顶部受光位置，机械手、摄像头、红外检测装 置、超声波检测装置、药物注射装置、太阳能电池板均与控制系统连接；设计在车身框架上 的摄像头和红外检测装置以及超声波检测装置会实时检测出林地的动物的存在及位置，并 通过控制系统来完成地形车的移动和导航工作，地形车将在控制系统的指令下向近处所存 在的动物发出药物注射装置的毒针将动物杀灭，同时摄像头将采集到死亡动物的尸体图像 以及林地内物种的生长图像并传送到控制系统，由控制系统指引机械手通过自身前端注射 器来完成死亡尸体血样组织的收集，为进一步研究物种及生理状况提供条件。

进一步的，所述地形车采用无人驾驶设计，为适应不同地形度段的路面环境，地形 车的车轮设计采用八轮式设计，该智能车轮的左右端分别为四个车轮，每一个与车身连接 的支撑件连接两个车轮，智能车轮可以根据地面路形自动进行车轮的升降与收缩来保证地 形车的安全行驶与功能实现，该地形车的行驶路径以及机械手的路径规划由控制系统通过 摄像头和红外检测装置以及超声波检测装置检测的动物位置信息通过计算得出最优路径 来控制地形车的移动和机械手的操控，该全地形车的内部工作系统与一般车体相同，其转 向系统、动力系统、刹车系统均与单片机连接，工作系统由单片机来控制。

进一步的，摄像头设置在地形车的车身处，摄像头通过云台来进行支撑减震，通过 支撑件与车身连接，该摄像头可对该地段图像进行全方位采集，该摄像头可实现对危害农 林生长的动物位置图像采集，包括可视部分的动物位置图像和动物洞口进行拍照上传，可 将位置图像传输到控制系统来实现位置信息捕获，摄像头也可采集林地内的动物尸体的图 像采集，实时向控制端传输图像信息，控制端将根据摄像头发出的图像信息来控制机械臂 的工作，此外，摄像头还能将异常植物生长地的图像和位置进行采集并上传到控制系统来 更好的为作物病理防治和生长状况作研究。

进一步的，红外检测装置和超声波检测装置设计在车身上，红外检测装置可通过 发出红外线来检测附件林地内的动物信息，超声波检测装置可通过声波定位功能来测出动 物的存在以及所在位置信息，两者的设置可有效弥补摄像头信息采集的单一性，红外检测 装置和超声波检测装置均可将动物的位置信息传输到控制系统来完成地形车的路径规划， 此外，超声波检测装置还能发出一定的声波，超声波检测装置可根据不同的物种来发出不 同频率的声波，该声波信息主要是针对一部分藏置于地洞的危机到作物生长的动物设计 的，通过发出不同频率的声波能将动物由地洞内唤出来进行捕获。

进一步的，所述的药物注射装置设计在车身上，该药物注射装置由支撑旋转件、高 压气泵、注射推动器、注射管口、转鼓式毒针插置盘、药物毒针组成，毒针插置盘内设置有环 形位置的许多毒针，该药物注射装置的工作原理主要是通过机械推力和换弹的原 理来实现，注射推动器通过旋转件连接，旋转件与单片机连接，由单片机通过现有技术来控 制旋转件的工作，可根据不同位置的信息进行角度转移和高度调整，当药物注射装置得到 来自控制系统的动物位置信息后，控制系统将控制高压气泵释放一个冲力在注射推动器上 将前方毒针插置盘上对应的药物毒针从注射管口发出来将动物麻痹杀灭，而插置盘上的其 它位置的毒针不会发出，之后控制系统控制高压气泵不再工作，注射推动器又回转到原位 置。

进一步的，在转鼓式毒针插置盘上设置有药物毒针，该转鼓式毒针插置盘在毒针 的发射主要应用换弹的原理来实现，在一根毒针发射后，转鼓式毒针插置盘又会 转动自身的转盘将下一根毒针对准注射推动器，等待下一个发射位置的目标来进行毒针的 发射。

进一步的，所述的机械手设置在车身上，该机械手主要是完成动物尸体血样组织 样本的收集，该机械手由手部注射器、转鼓式注射器插置盘、运动旋转机构组成，在转鼓式 注射器插置盘上设置有不同卡槽位置的注射器，每个卡槽上均有数字标号，当摄像头采集 到死亡尸体的图像并发送至控制系统，控制系统将根据图像信息为机械手计算出最佳位置 路径规划来指引机械手顶部设计的注射器完成死亡尸体的血样等各项组织样本的收集，该 部分注射器的血样吸取主要是通过机械手的卡持与伸缩机件完成，由机械手的卡持机件来 完成注射器的稳定工作，通过设置机械手的运动旋转机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方 式的6自由度来完成伸缩机件来使注射器对血样进行吸取。

进一步的，在一支注射器完成了血样收集后，卡槽标记号会进行记录并发送至控 制系统，而转鼓式注射器插置盘会将工作完的注射器通过机械手的伸缩机件来将注射器收 缩到插置盘内，而不影响其他注射器的工作，同时插置盘又会通过左轮换弹原理来将下一 个注射器旋转至伸缩机件前端，等待下一个死亡动物血样的收集，机械手的工作控制主要 是通过控制系统来完成，单片机是通过现有的科学技术来对机械手每个自由度的电机的控 制，来完成机械手的特定动作，包括控制电机的正转、反转以及转速等进一步来调配机械手 的工作使其达到更好的工作效果，同时单片机接收摄像头反馈的图像信息，形成稳定的闭 环控制。

进一步的，本装置的供电系统由地形车的自带电源和太阳能电池板提供，在车身 的受光部分采用太阳能电池板来设计车身，太阳能电池板可通过将太阳能转换为电能来为 该发明装置提供部分电能，与车内电源一起为该车提供电能。

进一步的，该发明装置的控制系统包括无线通讯模块、单片机、手持端、PC数据端， 无线通讯模块的采用的是现有技术来实现，无线通讯模块与单片机进行数据信息交换并传 输到手持端和PC云端，进一步促使单片机和手持端以及PC云端之间可进行数据交换，手持 端与PC端的设置将有效提高控制系统数据处理的能力，该控制系统主要是完成装置的位置 信息和图像信息收集并为装置的路径规划和机械手的路径移动作出最优选择，同时完成对 作物物种的生长分析，该控制系统内设置有各种动物的数据信息，该控制系统可实现该装 置的除杀动物的选择，通过数据分析来进行动物捕杀选择，该装置的药物性装置将只会对 危害农林生长的动物起作用，而不会对有利于农林生长的动物和人产生危害。

一种农林除杀动物全地形车，其控制方法包括如下步骤：

步骤1：设置在全地形车上的摄像头采集到农林区段存在的动物图像信息，将信息传输 到控制系统，设置在全地形车的红外检测装置通过发出红外热感检测到地段附近存在的动 物信息，将信息传输到控制系统，设置在全地形车上的超声波检测装置通过发出超声波来 检测动物的信息，将该信息传送至控制系统。

步骤2：超声波检测装置在检测到地洞的动物信息时，会通过自身发出不同波段的 超声波来促使地洞内的动物逃离地洞进而更好的对动物进行除杀捕获。

步骤3：由控制系统在接收到检测装置的摄像头的图像信息以及红外线检测装置 检测到的动物信息和超声波检测装置检测到的位置信息后，控制系统将综合检测装置的动 物位置信息，通过计算来得出全地形车最佳的路径移动方式进行下一步的动物除杀。

步骤4：设置在地形车上的药物注射装置在得到动物的位置信息后，将自动根据病 虫害的位置信息进行角度和高度的调整，在最佳除杀动物的距离时，药物注射装置将向该 位置的动物注射药物毒针来将动物毒杀。

步骤5：摄像头可对农林区段的农作物的生长图像进行实时采集，该采集图像将直 接传送到控制系统进行处理交付，以便对物种生长以及作物生理的病状进行及时防治，此 外，摄像头可对该区段死亡的物种进行图像拍照采集，并将该动物位置信息传送到控制系 统，控制系统会将死亡动物的位置信息进行处理传输到地形车。

步骤6：控制系统将直接控制地形车的路径移动，同时控制机械手的方向移动和角 度转移，机械手将通过顶部的注射器来采集死亡动物的血样等一些动物样本信息，以便对 该区域的物种生长和病理防治提供研究条件。

步骤7：在全地形车的整个工作过程中，地形车的电能提供来自于自身电能和太阳 能电池板来提供。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、本装置在动物位置检测上采用了摄像 采集技术、红外热感技术、超声波原理进行了动物信息采集和位置检测，设计结构严密，作 用效果好；2、能通过注射药物毒针来进行动物杀灭，减少了传统药物喷洒进行除杀动物的 农药使用，动物除杀更彻底，对农林生长更有益；3、通过摄像头的图像信息采集和机械手以 及注射器的使用，更好的对农林作物进行有效的检测，对研究农林物种提供了很好的条件； 4、装置能很大程度上减少农药使用，在电能提供上还加入了太阳能，环保经济，节约能源。

图1为本发明装置的整体结构图；

图2为本发明装置的药物注射装置结构图；

图3为本发明装置的机械手结构图；

图4为本发明装置的系统工作框图；

图5为本发明装置的控制系统的工作框图；

图6为本发明装置的系统电路图；

图7为本发明装置的太阳能电池板电路图；

图8为本发明装置的单片机控制电动机的电路图。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参 照附图，对本发明作进一步说明。应该理解，这些描述只是实例性的，而并非要限制本发明 的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发 明的概念。

请参阅图1-4，一种农林除杀动物全地形车，其特征在于包括：车身框架1、智能车 轮2、机械手3、摄像头4、红外检测装置5、超声波检测装置6、药物注射装置7、太阳能电池板 8、控制系统，机械手3、摄像头4、红外检测装置5、超声波检测装置6、药物检测装置7均设置 在车身框架1上，太阳能电池板8设置在车身框架1的顶部受光位置，机械手3、摄像头4、红外 检测装置5、超声波检测装置6、药物注射装置7、太阳能电池板8均与控制系统连接；设计在 车身框架1上的摄像头4和红外检测装置5以及超声波检测装置6会实时检测出林地的动物 的存在及位置，并通过控制系统来完成地形车的移动和导航工作，地形车将在控制系统的 指令下向近处所存在的动物发出药物注射装置7的毒针将动物杀灭，同时摄像头4将采集到 死亡动物的尸体图像以及林地内物种的生长图像并传送到控制系统，由控制系统指引机械 手3通过自身前端注射器来完成死亡尸体血样组织的收集，为进一步研究物种及生理状况 提供条件。

所述地形车采用无人驾驶设计，为适应不同地形度段的路面环境，地形车的车轮2 设计采用八轮式设计，该智能车轮2的左右端分别为四个车轮2，每一个与车身1连接的支撑 件连接两个车轮2，智能车轮2可以根据地面路形自动进行车轮的升降与收缩来保证地形车 的安全行驶与功能实现，该地形车的行驶路径以及机械手3的路径规划由控制系统通过摄 像头4和红外检测装置5以及超声波检测装置6检测的动物位置信息通过计算得出最优路径 来控制地形车的移动和机械手3的操控，该全地形车的内部工作系统与一般车体相同，其转 向系统、动力系统、刹车系统均与单片机连接，工作系统由单片机来控制。

摄像头4设置在地形车的车身1处，摄像头4通过云台来进行支撑减震，通过支撑件 与车身1连接，该摄像头4可对该地段图像进行全方位采集，该摄像头4可实现对危害农林生 长的动物位置图像采集，包括可视部分的动物位置图像和动物洞口进行拍照上传，可将位 置图像传输到控制系统来实现位置信息捕获，摄像头4也可采集林地内的动物尸体的图像 采集，实时向控制端传输图像信息，控制端将根据摄像头4发出的图像信息来控制机械臂3 的工作，此外，摄像头4还能将异常植物生长地的图像和位置进行采集并上传到控制系统来 更好的为作物病理防治和生长状况作研究。

红外检测装置5和超声波检测装置6设计在车身1上，红外检测装置5可通过发出红 外线来检测附件林地内的动物信息，超声波检测装置6可通过声波定位功能来测出动物的 存在以及所在位置信息，两者的设置可有效弥补摄像头4信息采集的单一性，红外检测装置 5和超声波检测装置6均可将动物的位置信息传输到控制系统来完成地形车的路径规划，此 外，超声波检测装置6还能发出一定的声波，超声波检测装置6可根据不同的物种来发出不 同频率的声波，该声波信息主要是针对一部分藏置于地洞的危机到作物生长的动物设计 的，通过发出不同频率的声波能将动物由地洞内唤出来进行捕获。

所述的药物注射装置7设计在车身1上，该药物注射装置7由支撑旋转件701、高压 气泵702、注射推动器703、注射管口704、转鼓式毒针插置盘705、药物毒针706组成，毒针插 置盘705上设置有环形位置的许多毒针706，该药物注射装置7的工作原理主要是通过机械 推力和换弹的原理来实现，注射推动器703通过旋转件701连接，旋转件701与单片 机连接，由单片机通过现有技术来控制旋转件701的工作，可根据不同位置的信息进行角度 转移和高度调整，当药物注射装置7得到来自控制系统的动物位置信息后，控制系统将控制 高压气泵702释放一个冲力在注射推动器703上将前方毒针插置盘705上对应的药物毒针 706从注射管口704发出来将动物麻痹杀灭，而插置盘705上的其它位置的毒针706不会发 出，之后控制系统控制高压气泵702不再工作，注射推动器703又回转到原位置。

在转鼓式毒针插置盘705上设置有药物毒针706，该转鼓式毒针插置盘705在毒针 706的发射主要应用换弹的原理来实现，在一根毒针706发射后，转鼓式毒针插置 盘705又会转动自身的转盘705将下一根毒针706对准注射推动器703，等待下一个发射位置 的目标来进行毒针706的发射。

所述的机械手3设置在车身1上，该机械手3主要是完成动物尸体血样组织样本的 收集，该机械手3由手部注射器301、转鼓式注射器插置盘302、运动旋转机构303组成，在转 鼓式注射器插置盘302上设置有不同卡槽位置的注射器301，每个卡槽上均有数字标号，当 摄像头4采集到死亡尸体的图像并发送至控制系统，控制系统将根据图像信息为机械手3计 算出最佳位置路径规划来指引机械手3顶部设计的注射器完成死亡尸体的血样等各项组织 样本的收集，该部分注射器301的血样吸取主要是通过机械手3的卡持与伸缩机件完成，由 机械手3的卡持机件来完成注射器301的稳定工作，通过设置机械手3的运动旋转机构303的 升降、伸缩、旋转等独立运动方式的6自由度来完成伸缩机件来使注射器301对血样进行吸 取。

在一支注射器301完成了血样收集后，卡槽标记号会进行记录并发送至控制系统， 而转鼓式注射器插置盘302会将工作完的注射器301通过机械手3的伸缩机件来将注射器 301收缩到插置盘302内，而不影响其他注射器301的工作，同时插置盘又会通过左轮换弹原 理来将下一个注射器301旋转至伸缩机件前端，等待下一个死亡动物血样的收集，机械手3 的工作控制主要是通过控制系统来完成，单片机是通过现有的技术来对机械手3每个自由 度的电机的控制，来完成机械手3的特定动作，包括控制电机的正转、反转以及转速等进一 步来调配机械手3的工作使其达到更好的工作效果，同时单片机接收摄像头4反馈的图像信 息，形成稳定的闭环控制。

本装置的供电系统由地形车的自带电源和太阳能电池板提供，在车身1的受光部 分采用太阳能电池板8来设计车身，太阳能电池板8可通过将太阳能转换为电能来为该发明 装置提供部分电能，与车内电源一起为该车提供电能。

该发明装置的控制系统包括无线通讯模块、单片机、手持端、PC数据端，无线通讯 模块的采用的是现有技术来实现，无线通讯模块与单片机进行数据信息交换并传输到手持 端和PC云端，进一步促使单片机和手持端以及PC云端之间可进行数据交换，手持端与PC端 的设置将有效提高控制系统数据处理的能力，该控制系统主要是完成装置的位置信息和图 像信息收集并为装置的路径规划和机械手3的路径移动作出最优选择，同时完成对作物物 种的生长分析，该控制系统内设置有各种动物的数据信息，该控制系统可实现该装置的除 杀动物的选择，通过数据分析来进行动物捕杀选择，该装置的药物性装置7将只会对危害农 林生长的动物起作用，而不会对有利于农林生长的动物和人产生危害。

请参阅图5-7，本发明的系统电路图包括：时钟电路、复位电路、超声波检测器6电 路、模拟摄像头4电路、单片机、红外感应器5、机械手3模拟电路、注射器7模拟电路、串口通 信电路、太阳能电池板8电路。该系统所用单片机型号为AT89C51，摄像头4型号为OV6620，热 释电红外传感器5为PIR，机械手3由两个直流电机，注射器7由直流电机组成，直流电机由 L298与单片机相连，本装置的所有电机与单片机的连接方式均如图7，而单片机7均是通过 现有科学技术来对电机进行控制的。摄像头4为OV6620由八个开关分别与P1.0—P1.7相连， 来模拟摄像头4的八位输入。热释电红外传感器5为PIR可以检测是否有生物在附近，将检测 到的信息通过信号放大电路传送到单片机进行处理。超声波探测器6由发射部分和接收部 分两部分组成。由单片机编程产生40kHz的方波，由P3.6口输出，再经过放大电路，驱动超声 波发射探头发射超声波。发射出去的超声波经障碍物反射回来后，由超声波接收头接收到 信号，通过接收电路的检波放大、积分整形及一系列处理，送至单片机。单片机利用声波的 传播速度和发射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出病虫害的距离。发射电路中采用 74HC04集成芯片，74HC04由6个反向器组成，起到放大的功能。接收电路中则采用LM741对接 收到的信号进行放大，再经二极管整形后输出到单片机中断口。单片机将由摄像头4、热释 电红外传感器5、超声波传感器6传递来的电信号进行处理，确认动物的位置后，控制注射器 7（可正反转直流电机）发射毒药使害虫致死。确认动物死亡后，单片机传递信号控制机械手 3（两个可以正反转的直流电动机分别控制机械手3的左右和前后运动）死亡注射器（301）进 行动物害虫的尸体的血样收集。下面对本系统电路中的复位电路、串口通信电路、太阳能电 池板电路进行说明：

复位电路：为了保障单片机运行，给单片机增加复位电路。复位电路有以下功能：上电 复位可以对内部存储器进行复位；同步内外的时钟信号；电压波动或不稳定时，复位电路给 电路延时直到电路稳定；当程序出错时通过复位电路使单片机恢复正常运行状态。

串口通信电路：串口通信电路常用于计算机获取远程采集的数据，该部分数据接 收与传输主要是通过串口来实现无线通讯，无线通讯技术的实现采用的是现有技术，该无 线通讯模块一端与单片机连接，一端与计算机的PC云端和手持端连接，PC端与手持端均可 接收来自单片机处理的数据信息，手持端的设置可对数据信息进行收集便于使用者的操 作，PC云端的设置将通过数据接收有效的实现远程数据转换进而更好的实现该装置的控 制，通过无线通讯模块的设置使计算机和手持端以及单片机之间可实现数据的传输下载， 进而实现数据模块的信息化交流。MAX232是电平转换接口，COMPIM即标准的电脑RS232接 口。单片机发出的信号经MAX232转换电平之后通过RS232接口传输给电脑。

太阳能电池板8电路：图中芯片的型号为LT1073，A为太阳能电池板8。图中太阳能 电池板A提供6V电压。LT1073经由电阻R6检测充电电流，在蓄电池中维持16毫安的充电电 流。LT1073内有低电压测定器，在太阳能板8的输出电压将至4V时，LT1073将断开充电电路， 而当电压升到5V时又可以继续对电池进行充电。

本系统电路的工作原理是：通过摄像头4采集到地段的动物病虫害信息图像，将拍 摄到的图像送至单片机进行处理，热释电红外传感器5为PIR可以检测是否有生物存在，将 检测到的信息通过信号放大电路传送到单片机进行处理，超声波检测装置6发出超声波信 号，单片机利用声波的传播速度和发射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出病虫害的距 离，单片机将由摄像头4、热释电红外传感器5、超声波传感器6传递来的电信号进行处理，确 认动物害虫的位置后，控制注射器7（可正反转直流电机）发射毒药使动物害虫致死。确认动 物害虫死亡后，单片机传递信号控制机械手3（两个可以正反转的直流电动机分别控制机械 手的左右和前后运动）的注射器进行动物害虫的尸体血样收集。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的 原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何 修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨 在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修 改例。