CN102538868A - 用于农作物性状采集的自行式机器人 - Google Patents

用于农作物性状采集的自行式机器人 Download PDF

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毕昆
王成
朱大洲
潘大宇
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Abstract

本发明公开了一种用于农作物性状采集的自行式机器人，涉及机器人领域。所述机器人包括：承载平台和行走装置；所述承载平台包括：控制单元和性状采集单元；所述控制单元连接所述性状采集单元和所述行走装置，用于接收和分析所述性状采集单元采集的农作物性状信息，并且用于控制所述行走装置在田间行走；所述性状采集单元用于采集农作物性状信息，并将所述农作物性状信息发送给所述控制单元；所述行走装置，用于支撑所述承载平台，并且按照所述控制单元的控制指令在田间行走。所述机器人，能够自行采集田间农作物的性状信息，克服了传统人工采集效率低下、主观性强、易出错等缺陷。

Description

用于农作物性状采集的自行式机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种用于农作物性状采集的自行式机器人。
背景技术
粮食安全一直是农业发展中至关重要的一个问题。解决粮食安全问题的重要途径是保证粮食的质量。在农作物育种过程中，对农作物性状的选择十分重要，因为农作物性状的优劣对农作物的稳产性和适应性有着重要影响。
目前，在研究农作物性状对农作物生产影响的相关文献中，对农作物性状的采集还一般使用人工采集的方法。农作物性状一般包括：株高、叶长、叶色、叶面积指数、冠层轮廓等等。人工测量和目测，存在着速度慢、强度大、主观性强、误差大、适时性差、费时费力和易出错等缺陷，且一些特征还难以定量描述。目前国内外还不存在一种用于农作物性状采集的自行式机器人。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种用于农作物性状采集的自行式机器人，以克服人工采集农作物性状存在的效率低、误差大的缺陷。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于农作物性状采集的自行式机器人，其包括：承载平台和行走装置；
所述承载平台包括：控制单元和性状采集单元；
所述控制单元连接所述性状采集单元和所述行走装置，用于接收和分析所述性状采集单元采集的农作物性状信息，并且用于控制所述行走装置在田间行走；
所述性状采集单元用于采集农作物性状信息，并将所述农作物性状信息发送给所述控制单元；
所述行走装置，用于支撑所述承载平台，并且按照所述控制单元的控制指令在田间行走。
优选地，所述性状采集单元包括：用于采集农作物冠层三维轮廓图像的三维扫描仪；所述三维扫描仪连接所述控制单元。
优选地，所述性状采集单元包括：用于测量农作物株高的激光位移传感器；所述激光位移传感器连接所述控制单元。
优选地，所述性状采集单元包括：用于采集农作物叶片温度信息的红外热像仪；所述红外热像仪连接所述控制单元。
优选地，所述性状采集单元包括：用于采集田间湿度、温度及光照信息的环境传感器；所述环境传感器连接所述控制单元。
优选地，所述性状采集单元包括：用于采集农作物叶片图像的图像采集器；所述图像采集器连接所述控制单元。
优选地，所述图像采集器还用于采集所述机器人的行走路线图像；所述承载平台还包括与所述控制单元连接的天线，所述天线用于将所述行走路线图像发送给用户，并且用于接收用户指令。
优选地，所述行走装置包括：4个自由度为2的非固定式机械腿。
优选地，所述机械腿包括第一舵机、大腿部、第二舵机、小腿部电机和轮子；
所述第一舵机连接所述承载平台和所述大腿部，用于按照所述控制单元的第一控制指令驱动所述大腿部转向；
所述第二舵机连接所述大腿部和所述小腿部，用于按照所述控制单元的第二控制指令驱动所述小腿部转向；
所述轮子与所述小腿部的下端连接，所述电机设置在所述小腿部的下部，用于按照所述控制单元的第三控制指令驱动所述轮子转动。
优选地，所述承载平台还包括左横梁、右横梁和两个纵梁；
所述左横梁、右横梁分别和所述两个纵梁连接；
所述左横梁能够沿所述两个纵梁的轴向滑动；
所述第一舵机连接所述左横梁或右横梁。
(三)有益效果
本发明的机器人，能够自行采集田间农作物的性状信息，克服了传统人工采集效率低下、主观性强、易出错等缺陷。同时，所述机器人的机械腿之间的距离可以调节，能够适应多种不同的田间种植宽度。
附图说明
图1是本发明实施例所述的用于农作物性状采集的自行式机器人的俯视图；
图2是本发明实施例所述的用于农作物性状采集的自行式机器人的前视图；
图3是本发明实施例所述的用于农作物性状采集的自行式机器人的侧视图；
图4是本发明实施例所述的承载平台的模块结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1是本发明实施例所述的用于农作物性状采集的自行式机器人的俯视图；图2是本发明实施例所述的用于农作物性状采集的自行式机器人的前视图；图3是本发明实施例所述的用于农作物性状采集的自行式机器人的侧视图；图4是本发明实施例所述的承载平台的模块结构图。如图1、图2、图3和图4所示，本发明实施例所述用于农作物性状采集的自行式机器人包括：承载平台和行走装置。所述承载平台包括：控制单元100、性状采集单元200、天线300、横梁结构、纵梁结构、GPRS导航仪600和供电单元700。所述行走装置包括：4个自由度为2的非固定式机械腿800。
参见图4，所述控制单元100连接所述性状采集单元200和所述行走装置，用于接收和分析所述性状采集单元200采集的农作物性状信息，并且用于控制所述行走装置在田间行走。
所述性状采集单元200用于采集农作物性状信息，并将所述农作物性状信息发送给所述控制单元100。所述性状采集单元200包括：用于采集农作物冠层三维轮廓图像的三维扫描仪201，根据所述农作物冠层三维轮廓图像，可以计算农作物的叶面积指数和叶片宽度等信息；用于测量农作物株高的激光位移传感器202；用于采集农作物叶片温度信息的红外热像仪203，根据所述温度信息可以判断农作物的含水情况，是否缺水；用于采集田间湿度、温度及光照信息的环境传感器204；用于采集农作物叶片图像的图像采集器205，根据所述叶片图像，可以分析农作物的叶片颜色，进而判断农作物的生长状况。所述三维扫描仪201、激光位移传感器202、红外热像仪203、环境传感器204和图像采集器205分别连接所述控制单元100，以便将采集到的所述农作物性状信息及时发送给所述控制单元100。
所述图像采集器205还用于采集所述机器人的行走路线并经所述天线300发送给用户。所述图像采集器205为一个摄像头，其将采集的所述机器人的行走路线图像发送给所述控制单元100，所述控制单元100控制所述天线300，将所述行走路线图像以无线传输方式发送到用户接收端，用户据此判断所述机器人的行走路线是否正确，如果用户发现行走路线存在偏差可以返回用户指令，所述天线300接收到所述用户指令后，交给所述控制单元100处理，所述控制单元100控制所述行走装置修正行走路线。
参见图1，所述横梁结构包括左横梁401、右横梁402；所述纵梁结构包括两个纵梁501。所述左横梁401、右横梁402分别和所述两个纵梁501连接。所述左横梁501能够沿所述两个纵梁501的轴向滑动，从而能够调节所述左横梁401和右横梁402之间的距离，适应多种不同的田间种植宽度。
所述GPRS导航仪600连接所述控制单元100，用于定位跟踪所述机器人在田间的位置。
所述供电单元700采用大容量蓄电池组，其连接所述控制单元100、性状采集单元200和GPRS导航仪600，保证所述机器人能够长时间续航。
参见图2和图3，所述机械腿800，用于支撑所述承载平台，并且按照所述控制单元100的控制指令在田间行走。所述机械腿800包括第一舵机801、大腿部802、第二舵机803、小腿部804电机805和轮子806。所述第一舵机801连接所述承载平台和所述大腿部802，用于按照所述控制单元100的第一控制指令驱动所述大腿部802转向；所述第二舵机803连接所述大腿部802和所述小腿部804，用于按照所述控制单元100的第二控制指令驱动所述小腿部804转向；所述轮子806与所述小腿部804的下端连接，所述电机805设置在所述小腿部804的下部，用于按照所述控制单元100的第三控制指令驱动所述轮子806转动。所述第一舵机801每两个分成一组，第一组连接所述承载平台的左横梁401，第二组连接所述承载平台的右横梁402。由于所述左横梁401可以沿所述两个纵梁501水平滑动，从而可以改变分别连接所述左横梁401和右横梁402的两组机械腿800之间的距离，以适应不同的田间种植宽度。
使用本发明实施例所述的机器人进行了一次田间小麦的性状采集，并根据所采集图像进行计算和分析，其结果为：高度信息：32cm；整齐度：良好；叶片宽度：2cm；叶面积指数：5；叶片水分含量：正常；植物长势：良好；田间温度：14.9℃；田间湿度：16％；照度：6.9万lx。卫星定位：经度：116.287，纬度：39.944。从测量结果上看，与实测值基本保持一致，证明所述机器人可用于田间农作物性状的采集。
本发明实施例所述的机器人，能够自行采集田间农作物的性状信息，克服了传统人工采集效率低下、主观性强、易出错等缺陷。同时，所述机器人的机械腿之间的距离可以调节，能够适应多种不同的田间种植宽度。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种用于农作物性状采集的自行式机器人，其特征在于，包括：承载平台和行走装置；
所述承载平台包括：控制单元和性状采集单元；
所述控制单元连接所述性状采集单元和所述行走装置，用于接收和分析所述性状采集单元采集的农作物性状信息，并且用于控制所述行走装置在田间行走；
所述性状采集单元用于采集农作物性状信息，并将所述农作物性状信息发送给所述控制单元；
所述行走装置，用于支撑所述承载平台，并且按照所述控制单元的控制指令在田间行走。
2.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述性状采集单元包括：用于采集农作物冠层三维轮廓图像的三维扫描仪；所述三维扫描仪连接所述控制单元。
3.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述性状采集单元包括：用于测量农作物株高的激光位移传感器；所述激光位移传感器连接所述控制单元。
4.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述性状采集单元包括：用于采集农作物叶片温度信息的红外热像仪；所述红外热像仪连接所述控制单元。
5.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述性状采集单元包括：用于采集田间湿度、温度及光照信息的环境传感器；所述环境传感器连接所述控制单元。
6.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述性状采集单元包括：用于采集农作物叶片图像的图像采集器；所述图像采集器连接所述控制单元。
7.如权利要求6所述的机器人，其特征在于，所述图像采集器还用于采集所述机器人的行走路线图像；所述承载平台还包括与所述控制单元连接的天线，所述天线用于将所述行走路线图像发送给用户，并且用于接收用户指令。
8.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述行走装置包括：4个自由度为2的非固定式机械腿。
9.如权利要求8所述的机器人，其特征在于，所述机械腿包括第一舵机、大腿部、第二舵机、小腿部电机和轮子；
所述第一舵机连接所述承载平台和所述大腿部，用于按照所述控制单元的第一控制指令驱动所述大腿部转向；
所述第二舵机连接所述大腿部和所述小腿部，用于按照所述控制单元的第二控制指令驱动所述小腿部转向；
所述轮子与所述小腿部的下端连接，所述电机设置在所述小腿部的下部，用于按照所述控制单元的第三控制指令驱动所述轮子转动。
10.如权利要求9所述的机器人，其特征在于，所述承载平台还包括左横梁、右横梁和两个纵梁；
所述左横梁、右横梁分别和所述两个纵梁连接；
所述左横梁能够沿所述两个纵梁的轴向滑动；
所述第一舵机连接所述左横梁或右横梁。
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