CN108650958A - 一种基于双目视觉检测的精量排肥器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业设备技术领域，公开了一种基于双目视觉检测的精量排肥器，包括底座、排肥装置、箱体和转动装置，所述箱体安装在底座的前端，所述排肥装置安装在底座的后端，所述底座后端的内部设有排料口，还包括控制机构，所述控制机构包括控制箱、配电箱和双目视觉相机，所述控制箱与配电箱在箱体内部上下分布，所述双目视觉相机安装在箱体的上面，所述配电箱、双目视觉相机均与控制箱连接，所述控制箱内安装微型工控机，所述转动装置安装在排肥装置上，所述控制箱通过线束与转动装置连接。其有益效果在于，在控制机构和转动装置的配合下，控制合理施肥、减少肥料的浪费、提高肥料利用率。

Description

一种基于双目视觉检测的精量排肥器

技术领域

本发明涉及农业设备技术领域，具体涉及一种基于双目视觉检测的精量排肥器。

背景技术

化肥施用是农业增产最主要的手段，是农业持续发展的保证，在机械化肥施肥作业的过程中，合理施肥是降低农业污染、减少农业生产成本、保持土地养分充足、促进农业生产增产的主要途径之一，对于大面积耕种农田来说更是如此。一些种植用地辽源广阔，不同地区的土质差别较大，土壤中养分含量以及种植密度也相差较大，而目前我国果园的施肥方式主要采用开沟施肥，这种方式相比人工省时省力，但对于果园株间距较大的果树之间，是存在部分距离不需要施肥的情况，因此原有开沟施肥方式会增加一定的生产成本，浪费人力、物力。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，设计了一种基于双目视觉检测的精量排肥器，实现对靶施肥，合理施肥、减少肥料的使用、提高肥料利用率。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种基于双目视觉检测的精量排肥器，包括底座、排肥装置、箱体和转动装置，所述箱体安装在底座的前端，所述排肥装置安装在底座的后端，所述底座后端的内部设有排料口，还包括控制机构，所述控制机构包括控制箱、配电箱和双目视觉相机，所述控制箱与配电箱在箱体内部上下分布，所述双目视觉相机安装在箱体的上面，所述配电箱、双目视觉相机均与控制箱连接，所述控制箱内安装微型工控机，所述转动装置安装在排肥装置上，所述控制箱通过线束与转动装置连接。

进一步地，所述微型工控机包括控制模块和驱动电路，所述控制模块的信号输入端与驱动电路、双目视觉相机的信号输出端连接，所述控制模块的信号输出端与转动装置的信号输入端连接，所述驱动电路的信号输入端与配电箱中的锂电池连接。

进一步地，所述排肥装置包括肥箱和双盘机构，所述肥箱的上部连接盖体，所述肥箱的下部通过双盘机构与排料口连接，所述盖体上具有下料口，所述转动装置安装于盖体，且所述转动装置的一端穿过盖体后与双盘机构连接。

进一步地，所述双盘机构包括上下设置的固定方盘和转动圆盘，所述固定方盘固定于底座的后端，所述固定方盘的中心设有通孔，所述转动装置的一端与通孔之间通过轴承连接，且所述转动装置的一端穿过通孔并与转动圆盘固定连接，所述转动圆盘上具有与排料口连通的第一出料孔，所述固定方盘上具有与第一出料孔相对应的第二出料孔。

进一步地，所述转动装置包括转动电机和转轴，所述转动电机安装在盖体上，且所述转动电机的输出轴穿过盖体后通过联轴器与转轴的上端连接，所述转轴的下端穿过通孔并与转动圆盘固定连接，所述转动电机通过线束与控制箱连接。

进一步地，所述转轴的下端穿过转动圆盘上的转轴孔并通过销钉与转动圆盘连接。

进一步地，所述箱体的正面具有箱门开关。

进一步地，所述箱体上具有用于线束通过的开窗。

本发明相对于现有技术具有如下的优点：

1、有效减少肥料的浪费，提高了肥料利用率，合理施肥，节约生产成本，本发明中特设有转动装置、控制机构和双盘机构，通过控制机构的中双目视觉相机的探测、经微型工业控制机进行分析后，驱动转动装置中的转动电机带动双盘机构转动，双盘机构包括固定方盘、转动圆盘，转动圆盘上设有第一排料孔，固定方盘上设有与第一排料孔相对应的第二排料孔，通过步进电机带动转动圆盘旋转，来实现固定方盘、转动圆盘上的第二排料孔、第一排料孔依次对合再分离的过程，从而控制不同情况下的肥料排出量；

2、节约人力资源，降低人工成本，将肥料通过下料口加入到肥箱中，肥箱具有储料功能，在通过双盘机构和排料口后将肥料排出，在施肥过程中不再需要人工多次搬运肥料；

3、电能、机械能耗小，降低生产成本，配电箱中装有蓄电池为控制箱提供动力，控制箱中的微型工业控制机通过探测、分析驱动转动电机转动，仅通过转动电机的转动就可以实现固定方盘、转动圆盘上的第二排料孔、第一排料孔依次对合再分离的过程，控制不同情况下的肥料排出量；

4、结构简单、使用范围广，本发明依靠农用车在农田中移动，可以通过改变农用车的型号对不同面积的农田进行施肥。

附图说明

图1是本发明一种基于双目视觉检测的精量排肥器的结构示意图；

图2是本发明中排肥装置、转动装置、双盘机构相连接的结构示意图；

图3是本发明中双盘机构的俯视图；

图4是本发明中转动装置与固定方盘连接的结构示意图；

图5是本发明中底座与箱体连接的结构示意图；

图6是本发明中微型工业控制机的工作分析示意图；

图中，1、底座；2、排肥装置；3、箱体；4、转动装置；5、排料口；6、肥箱；7、盖体；8、下料口；9、输出轴；10、双目视觉相机；11、转动电机；12、转轴；13、联轴器；14、线束；15、固定方盘；16、转动圆盘；17、转轴孔；18、通孔；19、第一排料孔；20、第二排料孔；21、销钉；22、箱门开关；23、开窗；24、螺栓孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1-图4所示的一种基于双目视觉检测的精量排肥器，包括底座1、排肥装置2、箱体3和转动装置4，所述箱体3安装在底座1的前端，所述排肥装置2安装在底座1的后端，所述底座1后端的内部设有排料口5，还包括控制机构，所述控制机构包括控制箱、配电箱和双目视觉相机10，所述控制箱(图中未画出)与配电箱(图中未画出)在箱体3内部上下分布，所述双目视觉相机10安装在箱体的上部，所述配电箱、双目视觉相机10均与控制箱连接，所述控制箱内安装微型工控机，所述转动装置4安装在排肥装置2上，所述控制箱通过线束14与转动装置4连接。

双目视觉相机10具有两个拍摄摄像头，一个用来拍摄距离，另一个用来拍摄图像，两个拍摄摄像头根据种植圆中植物的生产情况调整拍摄角度，所述控制箱内安装微型工控机(图中未画出)。微型工控机包括控制模块，所述控制模块为树莓派3代B型，所述控制模块的信号输入端与驱动电路、双目视觉相机的信号输出端连接，所述控制模块的信号输出端与转动装置的信号输入端连接，所述驱动电路的信号输入端与配电箱中的锂电池连接。其中，双目视觉相机的型号为定基线USB3.0，配电箱内安装有锂电池，锂电池由驱动电路驱动(驱动电路为现有技术中常用的驱动电路)，转动装置中的转动电机与控制模块的信号输出端连接，控制模块驱动转动电机转动，具体地，微型工控机的工作流程为通过双目视觉相机10采集田地中的植物的图像和种植间距后，将图像、距离信息传递给控制模块处理，控制模块先通过颜色分割算法，将图像中重点部位做突出处理，下一步通过K-means算法做进一步的区域分割分析，然后通过形态学滤波分析过滤出图像中重点部位的形状和结构，随后进行该图像点到植物距离的测算，接着在图像中提取树冠照片(或其他植物特征)，随着本排肥器的向前行进，图像点到植物间距离缩短，树冠照片中的特征也越来越多，控制模块开始转动电机11旋转，转动电机11带动转轴12和转动圆盘16转动，使第一排料孔19和第二排料孔20间上下对合的间隙孔增大，当双目视觉相机拍摄到图像信息中树冠特征减少时，控制模块则驱动动力输出模块，转动电机电机再次转动，使得第一排料孔19和第二排料孔20间上下对合的间隙孔越来越小直至关闭。

所述排肥装置2包括肥箱6和双盘机构，所述肥箱6的上部连接盖体7，所述肥箱6的下部通过双盘机构与排料口5连接，所述盖体7上具有下料口8，所述转动装置4安装于盖体7，且所述转动装置7的一端穿过盖体7后与双盘机构连接，通过下料口8向肥箱6中加入肥料，双盘机构安装在肥箱的底部，转动装置7带动双盘机构转动，使得肥料从肥箱排至排料口5中。

如图3、图4所示的双盘机构包括上下设置的固定方盘15和转动圆盘16，所述固定方盘15固定在底座后端，所述固定方盘15的中心位置设有通孔18，且所述通孔18中安装轴承，所述转轴12的下端穿过通孔18并与转动圆盘16固定连接，所述转动圆盘16上具有5个第一排料孔19，所述固定方盘15上具有于第一排料孔19相对应的5个第二排料孔20，其中固定方盘15上设有螺栓孔24，通过螺栓将固定方盘15固定在底座1上。转动电机11带动转轴12转动时，转动圆盘16也随转轴12运动，固定方盘15固定在底座上不动，转动圆盘16做转动的同时，使得第一排料孔19和第二排料孔20完成相互对应又闭合的过程，肥箱6中的肥料就通过第一排料孔19和第二排料孔20上下对应时产生的间隙排落至排料口5中，从而完成排肥的过程。

如图4所示的转动装置4包括转动电机11、转轴12，所述转动电机11安装在盖体7上其输出轴9穿过盖体后通过联轴器13与转轴12的上端连接，所述转轴12的下端穿过通孔并与转动圆盘16连接，所述转动电机11与控制箱通过线束14电性连接，其中，转轴12安装在肥箱6的内部，转动电机11在微型工业控制机的指令下做转动，转动电机11带动转轴12转动的同时带动转动圆盘16转动。

具体的，所述转轴12的下端穿过转动圆盘16上的转轴孔17并通过销钉21与转动圆盘16连接，转轴12的下端还可以通过焊接与转动圆盘16连接。

其中，所述箱体3的正面具有箱门开关22，箱门开关22方便箱体3的打开。

其中，所述箱体3上具有用于线束14通过的开窗23，线束14穿过开窗23，线束14的两端分别与转动电机11、控制箱连接。

其中，排料口5的形状与固定方盘15上设置的第二排料孔20相对应，排料口5穿透底座1的上、下表面。

具体使用时，将本发明搭载在农用车上，将排料口5置于农用车车斗的外部，通过农用车的行进，来实现本发明在农田中的移动。双目视觉相机10拍摄农田中的图像距离信息，传输给树莓派分析计算，当图像中植物树冠特征点信息逐渐增多时，树莓派驱动转动电机，使得转动电机11旋转从而带动转动圆盘16旋转，使得转动圆盘16、固定方盘15上的第一排料孔19、第二排料孔20上下相对合时产生的间隙逐渐变大至第一排料孔19和第二排料孔20上下完全对应，使得排肥量逐渐增多至最多；当图像中植物树冠特征点的信息逐渐减少时，树莓派开始驱动得转动电机11旋转，从而使完全上下对应的第一排料孔19和第二排料孔20间的间隙逐渐减小直至两孔闭合不再产生间隙，随着农用车在农田中行进，双目视觉相机10不断拍摄图像信息，通过树莓派发出指令使转动圆盘16不断转动重复变量排肥过程运动。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于双目视觉检测的精量排肥器，包括底座、排肥装置、箱体和转动装置，所述箱体安装在底座的前端，所述排肥装置安装在底座的后端，所述底座后端的内部设有排料口，其特征在于：还包括控制机构，所述控制机构包括控制箱、配电箱和双目视觉相机，所述控制箱与配电箱在箱体内部上下分布，所述双目视觉相机安装在箱体的上面，所述配电箱、双目视觉相机均与控制箱连接，所述控制箱内安装微型工控机，所述转动装置安装在排肥装置上，所述控制箱通过线束与转动装置连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉检测的精量排肥器，其特征在于：所述微型工控机包括控制模块和驱动电路，所述控制模块的信号输入端与驱动电路、双目视觉相机的信号输出端连接，所述控制模块的信号输出端与转动装置的信号输入端连接，所述驱动电路的信号输入端与配电箱中的锂电池连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉检测的精量排肥器，其特征在于：所述排肥装置包括肥箱和双盘机构，所述肥箱的上部连接盖体，所述肥箱的下部通过双盘机构与排料口连接，所述盖体上具有下料口，所述转动装置安装于盖体，且所述转动装置的一端穿过盖体后与双盘机构连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于双目视觉检测的精量排肥器，其特征在于：所述双盘机构包括上下设置的固定方盘和转动圆盘，所述固定方盘固定于底座的后端，所述固定方盘的中心设有通孔，所述转动装置的一端与通孔之间通过轴承连接，且所述转动装置的一端穿过通孔并与转动圆盘固定连接，所述转动圆盘上具有与排料口连通的第一出料孔，所述固定方盘上具有与第一出料孔相对应的第二出料孔。

5.根据权利要求3所述的一种基于双目视觉检测的精量排肥器，其特征在于：所述转动装置包括转动电机和转轴，所述转动电机安装在盖体上，且所述转动电机的输出轴穿过盖体后通过联轴器与转轴的上端连接，所述转轴的下端穿过通孔并与转动圆盘固定连接，所述转动电机通过线束与控制箱连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于双目视觉检测的精量排肥器，其特征在于：所述转轴的下端穿过转动圆盘上的转轴孔并通过销钉与转动圆盘连接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于双目视觉检测的精量排肥器，其特征在于：所述箱体的正面具有箱门开关。

8.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于双目视觉检测的精量排肥器，其特征在于：所述箱体上具有用于线束通过的开窗。