CN103004344A - 基于异构机器视觉的嫁接苗自动栽植系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于异构机器视觉的嫁接苗自动栽植系统，包括：中央控制器、机械臂、机械臂控制器、彩色CMOS传感器、红外CMOS传感器、光栅发射器、移栽机械手、传输带；彩色CMOS传感器与红外CMOS传感器、光栅发射器分别采集穴盘的位置信息和基质的深度信息，并通过中央控制器将获取的信息转换成能够控制机械臂运动的指令，并将指令传至机械臂控制器进而控制机械臂进行嫁接苗的栽植动作。本发明所提供的系统，通过异构机器视觉控制机械臂进行嫁接苗的自动栽植，提高了劳动效率，实现了自动化，降低生产成本，提高附加价值，进一步促进了设施农业的发展。

Description

基于异构机器视觉的嫁接苗自动栽植系统

技术领域

本发明涉及机器视觉及农业装备领域，尤其涉及基于异构机器视觉的嫁接苗自动栽植系统。

背景技术

虽然我国的设施农业面积和产量世界第一，但是生产效率、生产方式、机械化程度以及加工技术等领域较落后，有待于提高水平。特别是影响整个蔬菜生产的嫁接基本依赖人工操作，速度慢，效率低，质量不稳定。虽然搞嫁接机器人等机械化、自动化研究开发，但是与育苗环节脱节，严重制约了农业自动化的发展。

我国现阶段嫁接苗的育苗没有充分考虑嫁接所需要的条件：嫁接技术的针对性强，有局限性，供苗作业还需要多个劳动力等。通过符合中国国情的嫁接、育苗装备的研究开发，可降低生产成本，提高附加价值，进一步促进设施农业的发展，对改善农民生产生活条件有重大意义。

机器视觉是人工智能领域最热门的研究课题之一。它主要指利用计算机来模拟人的视觉功能。从客观事物的图像或图像序列中提取信息，进行处理并加以理解，最终用于实际检测、测量和控制。机器视觉已成功应用于农业领域，大幅提高了生产效率和产品质量。机器视觉是实现仪器设备精密控制、智能化、自动化的有效途径。作为自动嫁接育苗机器人的生产工序之一，嫁接苗的回栽机构不仅要保证将嫁接苗准确栽植到各穴孔中，而且往往对扦插深度有一定要求，当前多数研究者利用CCD或光电传感器检测穴盘，但只能确定穴盘的二维坐标，无法满足生产要求。

现有技术中公开了“基于机器视觉的幼苗移栽系统”（中国发明专利申请号200710160391.3）。该发明使用密闭光照箱，指定光源，这样就无法让机械臂进行操作，此外，该发明为了保证视觉系统的密闭性，移栽系统与视觉系统分开，先检测，再传送至移栽系统移栽，但传送过程中必然存在误差。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种基于异构机器视觉的嫁接苗自动栽植系统，利用多关节机器人，通过多传感器信息融合实时获取、感知工作环境及嫁接苗信息，确保不损伤嫁接苗的前提下，完成从嫁接机上转接嫁接苗，并通过机械臂的控制，快速将嫁接苗栽植到指定穴盘，实现全程自动化作业。

本发明是通过以下技术方案实现的：

基于异构机器视觉的嫁接苗自动栽植系统，该系统包括：中央控制器、机械臂、机械臂控制器、彩色CMOS传感器、红外CMOS传感器、光栅发射器、移栽机械手、嫁接机、穴盘和输送带，其中，所述彩色CMOS传感器能够获取目标的彩色图像，进而获得穴盘的位置信息，并将该信息传送至中央控制器；所述光栅发射器与红外CMOS传感器构成一组深度传感器，用于采集输送带上穴盘内基质的深度信息，并将该信息传送至中央控制器；所述中央控制器接受到彩色CMOS传感器和红外CMOS传感器采集的数据信息后，将接收到的信息转换成能够控制机械臂运动的命令，并将该命令传送给机械臂控制器；所述机械臂接收机械臂控制器指令，完成移动至穴盘位置动作；所述移栽机械手固定于机械臂末端，由特定机械结构组成，在机械臂到达指定位置后完成嫁接苗的抓取和栽种；所述传输带用于运送穴盘至指定位置，待穴盘装满后运走；所述嫁接机与传输带分别位于机械臂的两侧。

进一步，所述的机械臂具有空间六个自由度。

进一步，所述光栅发射器与红外CMOS传感器构成一组深度传感器，可感应45cm到300cm内的深度信息，具有采集输送带上穴盘内基质深度信息的能力。

进一步，所述的彩色CMOS传感器、红外CMOS传感器与光栅发射器安装位置要与传输带平行，与穴盘之间的距离保持60cm左右。

进一步，所述的移栽机械手包括所有完成嫁接苗抓取和栽种所需的工具器械，在机械臂末端即移栽机械手上装备有控制机械手运动的电机，从而进行正确的抓取和栽种动作。

进一步，所述的移栽机械手包括所有完成嫁接苗抓取和栽种所需的工具器械，为避免夹苗时用力过大而伤苗，在机械臂末端即移栽机械手上装备有检测加持力大小的传感器，从而保证幼苗的成活率。

本发明通过异构机器视觉实现嫁接苗的自动栽植，可降低生产成本，提高附加价值，提高农业自动化程度，提高嫁接育苗的生产效率，进一步促进设施农业的发展，是今后农业自动化领域的发展方向。

附图说明

图1为本发明实施例系统组成结构示意图；

图2为本发明实施例异构视觉传感器与运输带位置关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

图1为本发明实施例所述系统组成结构示意图，包括：中央控制器1、机械臂控制器2、传输带3、穴盘4、机械臂5、移栽机械手6、嫁接机7、彩色CMOS传感器8、红外CMOS传感器9、光栅发射器10；其中彩色CMOS传感器8、红外CMOS传感器9、光栅发射器10位于穴盘4的正上方，并与传输带3平行；嫁接机7与传输带3分别位于机械臂5的两侧。

所述彩色CMOS传感器8用于采集输送带3上穴盘4的位置信息，并将该信息传送至中央控制器1；所述红外CMOS传感器9、光栅发射器10构成一组深度传感器，用于采集输送带3上穴盘4基质的深度信息，并将该信息传送至中央控制器1；所述中央控制器1接受到信息后，将接收到的信息转换为能够控制机械臂5运动的命令，并将该命令传送给机械臂控制器2；所述机械臂5接收机械臂控制器2指令，并完成移动至指定位置的动作；所述移栽机械手6固定于机械臂5末端，由特定的加持机构组成，能够完成嫁接苗幼苗的抓取和栽种的动作；所述传输带3用于运送穴盘4至指定位置，待穴盘4装满后运走。

所述的移栽机械手6包括所有完成嫁接苗抓取和栽种所需的工具器械，在机械臂5末端即移栽机械手6中装备有控制机械手运动的电机，从而进行正确的抓取和栽种动作。为避免夹苗时用力过大而伤苗，在机械臂5末端即移栽机械手6装备有检测加持力大小的传感器，从而保证幼苗的成活率。

图2为本发明实施例异构视觉传感器与运输带位置关系图。所述彩色CMOS传感器8、红外CMOS传感器9、光栅发射器10位于穴盘4正上方距离L大约为60cm，且彩色CMOS传感器8、红外CMOS传感器9、光栅发射器10与传输带3保持平行。

与现有技术相比，本发明的突出特点是通过异构机器视觉控制机械臂进行嫁接苗自动栽植，可提高农业自动化程度，提高嫁接育苗的生产效率，降低生产成本，提高附加价值，进一步促进设施农业的发展，是今后农业自动化领域的发展方向。

以上仅为本发明的具体实施例进行描述。本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的保护范围。

Claims (7)

1.基于异构机器视觉的嫁接苗自动栽植系统，其特征在于，该系统包括：中央控制器（1）、机械臂控制器（2）、传输带（3）、穴盘（4）、机械臂（5）、移栽机械手（6）、嫁接机（7）、彩色CMOS传感器（8）、红外CMOS传感器（9）、光栅发射器（10），其中，所述彩色CMOS传感器（8）用于采集输送带（3）上穴盘（4）的位置信息，并将该信息传送至中央控制器（1）；所述红外CMOS传感器（9）、光栅发射器（10）构成一组深度传感器，用于采集输送带（3）上穴盘（4）基质的深度信息，并将该信息传送至中央控制器（1）；所述中央控制器（1）接受到信息后，将接收到的信息转换为能够控制机械臂（5）运动的命令，并将该命令传送给机械臂控制器（2）；所述机械臂（5）接收机械臂控制器（2）指令，并完成移动至指定位置的动作；所述移栽机械手（6）固定于机械臂（5）末端，能够完成嫁接苗幼苗的抓取和栽种的动作；所述传输带（3）用于运送穴盘（4）至指定位置，待穴盘（4）装满后运走；所述嫁接机（7）与传输带（3）分别位于机械臂（5）的两侧。

2.根据权利要求1所述的基于异构机器视觉的嫁接苗自动栽植系统，其特征在于，所述的彩色CMOS传感器（8）、红外CMOS传感器（9）、光栅发射器（10）位于穴盘（4）的正上方，并与传输带（3）平行。

3.根据权利要求2所述的基于异构机器视觉的嫁接苗自动栽植系统，其特征在于，所述的彩色CMOS传感器（8）、红外CMOS传感器（9）、光栅发射器（10）位于穴盘（4）的正上方大约60cm距离处。

4.根据权利要求1所述的基于异构机器视觉的嫁接苗自动栽植系统，其特征在于，所述的机械臂（5）具有空间六个自由度。

5.根据权利要求1所述的基于异构机器视觉的嫁接苗自动栽植系统，其特征在于，所述的红外CMOS传感器（9）、光栅发射器（10）构成的深度传感器可感应45cm到300cm内的深度信息，具有采集穴盘（4）基质深度信息的能力。

6.根据权利要求1所述的基于异构机器视觉的嫁接苗自动栽植系统，其特征在于，所述的移栽机械手（6）中装备有控制机械手运动的电机，从而进行正确的抓取和栽种动作。

7.根据权利要求1所述的基于异构机器视觉的嫁接苗自动栽植系统，其特征在于，所述的移栽机械手（6）中装备有检测加持力大小的传感器。