CN109247153A - 一种基于物联网的沃柑树枝修剪智能机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于农业机器人领域，一种基于物联网的沃柑树枝修剪智能机器人，包括车体、修剪装置、视觉识别装置和控制系统；通过视觉识别装置在沃柑树丛中寻找老熟的新梢，三目摄像机对沃柑树进行摄像并将沃柑树枝的空间位置信息传到控制系统上，激光测量仪测量对沃柑树枝的尺寸进行测量，并将所测量和摄像的数据均发送给识别模块，识别模块对三目摄像机和激光测量仪获取的沃柑树枝数据进行处理并识别出沃柑树枝中老熟的新梢信息参数，信息交互模块将沃柑树枝中老熟的新梢信息参数实时传输至控制系统；控制系统驱动修剪装置对摄像范围内的沃柑树枝中老熟的新梢进行修剪。本发明能够实现沃柑树枝中老熟的新梢的智能修剪，提高修剪的工作效率。

Description

一种基于物联网的沃柑树枝修剪智能机器人

技术领域

本发明属于农业机器人领域，具体涉及一种基于物联网的沃柑树枝修剪智能机器人。

背景技术

沃柑是近年引进的新品种柑橘，叶片厚实，枝条粗壮，广西热量足的地区一年可抽梢五六次，植株结果能力强。但是沃柑顶端优势极强，容易结顶端果。沃柑种植管理时，修剪不当就会出现一根枝条只结一个顶端果，果实长时间受太阳光照晒容易形成低品质的太阳果，影响销售。并且沃柑枝条有很严重的长刺现象，沃柑树有多少叶子就有多少刺，采用人工剪刺的方法，工人一个星期只能修剪1棵沃柑树。沃柑的刺很容易划伤果实和叶片，引起细菌感染，患上溃疡病。为了避免上述现象，可以通过修剪沃柑树中的老熟的新梢，老熟是叶片变绿的时候，随着新枝条的逐渐长成，新梢叶片的颜色会由浅转深，新梢褪去嫩绿色时是修剪的最佳时段，因为这时新梢的营养已经消耗掉一部分了，修剪后就不容易出现霸王枝了，修剪的最佳部位就是老熟新梢的1/2处，以弱化新梢的长势，修剪后植株为了生存，就会让进行光合作用的叶子优先生长，本来新梢剩下的营养就不多，刺自然而然地就被弱化了。由于沃柑的修剪工作较为繁琐，特别是现有的修剪大部分是通过人工手持剪刀进行操作，不仅效率低，容易错过最佳的修剪时机，而且在修剪的过程中，工人长期盯着树梢眼睛容易疲劳，沃柑的刺也很容易扎伤工人，修剪溅射出来的树枝末碎容易进入操作者的眼睛里，造成工伤。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于物联网的沃柑树枝修剪智能机器人，实现沃柑树枝中老熟的新梢的智能修剪，能够提高修剪的工作效率，避免工人受伤。

本发明解决上述技术问题采用如下技术方案：

一种基于物联网的沃柑树枝修剪智能机器人，包括车体、修剪装置、视觉识别装置和控制系统；所述车体、修剪装置和视觉识别装置分别与所述控制系统电性连接，

所述修剪装置设置在所述车体上，所述修剪装置包括机械臂和气动剪枝器，所述机械臂设置在所述车体上，所述剪枝器设置在所述机械臂的末端；所述控制系统控制剪枝器的动作；

所述视觉识别装置设置在机械臂末端上部，所述视觉识别装置包括三目摄像机、激光测量仪、识别模块和信息交互模块；所述三目摄像模块用于观测摄像范围内的沃柑树枝，得到沃柑树枝摄像的数据并实时在控制系统显示；所述激光测量仪用于对沃柑树枝的尺寸进行测量得到沃柑树枝尺寸测量数据，沃柑树枝摄像和沃柑树枝尺寸测量的数据均发送给所述识别模块，所述识别模块用于对三目摄像机和激光测量仪获取的沃柑树枝数据进行处理并识别出沃柑树枝中老熟的新梢信息参数，所述信息交互模块用于将沃柑树枝中老熟的新梢信息参数实时传输至控制系统、接收控制系统发送的指令信息并驱动修剪装置；所述控制系统与信息交互模块连接并驱动修剪装置对摄像范围内的沃柑树枝中老熟的新梢进行修剪；

所述控制系统包括PLC模块和无线信号收发模块，所述气动剪枝器、三目摄像机和激光测量仪均由PLC模块控制，所述PLC模块通过无线信号收发模块与外部智能终端无线信号连接。

进一步的，所述车体的底部中央设有驱动装置，所述车体的前部设置有双目摄像机和红外障碍物检测装置；所述驱动装置、双目摄像机和红外障碍物检测装置与所述控制系统电性连接；所述控制系统对双目摄像机模块的摄影图像进行处理，对线路上的障碍物进行识别，并向驱动装置发送对应的执行指令，以驱动机器人在修剪路线上执行避障操作。

进一步的，所述智能终端为智能手机或电脑，所述智能终端为智能手机或电脑通过WiFi与无线信号收发模块电性连接。

进一步的，所述机械臂为六自由度机械臂。

进一步的，所述夹持爪的外表面设置有硅胶层。

进一步的，所述车体的下方设置有行走机构，所述行走机构采用履带式行使机构。

进一步的，所述机械臂与所述车体之间设置有减震垫圈。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明基于物联网的沃柑树枝修剪智能机器人通过物联网实现无线远程操控，利用视觉识别装置在复杂的沃柑树丛中寻找老熟的新梢，三目摄像机对沃柑树进行摄像，三目摄像机的光学镜头将沃柑树枝的空间位置信息传到控制系统上，激光测量仪测量对沃柑树枝的尺寸进行测量，并将所测量和摄像的数据均发送给所述识别模块，所述识别模块对三目摄像机和激光测量仪获取的沃柑树枝数据进行处理并识别出沃柑树枝中老熟的新梢信息参数，所述信息交互模块将沃柑树枝中老熟的新梢信息参数实时传输至控制系统、接收控制系统发送的指令信息并驱动修剪装置；所述控制系统驱动修剪装置对摄像范围内的沃柑树枝中老熟的新梢进行修剪。

2、本发明通过在车体上设置双目摄像机模块、红外障碍物检测装置和驱动装置，通过双目摄像模块能够采集不同时间段的图像并进行比对，判断摄像范围内是否有需修剪的沃柑树，通过红外障碍物检测装置能够获知障碍物的位置，使机器人根据修剪路线自动行走并智能地避开障碍物。

附图说明

图1是本发明一种基于物联网的沃柑树枝修剪智能机器人的控制原理框图

图2是本发明一种基于物联网的沃柑树枝修剪智能机器人的结构示意图；

其中，附图标记为：1-车体；2-修剪装置；3-视觉识别装置；4-控制系统；5-机械臂；6-气动剪枝器；7-三目摄像机；8-激光测量仪；9-识别模块；10-信息交互模块；11-PLC模块；12-无线信号收发模块；13-智能终端；14-驱动装置；15-双目摄像机；16-红外障碍物检测装置；17-减震垫圈。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。需要说明的是，本发明的具体实施例只是为了能更清楚的描述技术方案，而不能作为本发明保护范围的一种限制。

请参阅图1-2，一种基于物联网的沃柑树枝修剪智能机器人，包括车体1、修剪装置2、视觉识别装置和控制系统4；所述车体1、修剪装置2和视觉识别装置分别与所述控制系统4电性连接，

所述修剪装置2设置在所述车体1上，所述修剪装置2包括机械臂5和气动剪枝器6，所述机械臂5设置在所述车体1上，所述剪枝器设置在所述机械臂5的末端；所述控制系统4控制剪枝器的动作；

所述视觉识别装置设置在机械臂5末端上部，所述视觉识别装置包括三目摄像机7、激光测量仪8、识别模块9和信息交互模块10；所述三目摄像模块用于观测摄像范围内的沃柑树枝，得到沃柑树枝摄像的数据并实时在控制系统4显示；所述激光测量仪8用于对沃柑树枝的尺寸进行测量得到沃柑树枝尺寸测量数据，沃柑树枝摄像和沃柑树枝尺寸测量的数据均发送给所述识别模块9，所述识别模块9用于对三目摄像机7和激光测量仪8获取的沃柑树枝数据进行处理并识别出沃柑树枝中老熟的新梢信息参数，所述信息交互模块10用于将沃柑树枝中老熟的新梢信息参数实时传输至控制系统4、接收控制系统4发送的指令信息并驱动修剪装置2；所述控制系统4与信息交互模块10连接并驱动修剪装置2对摄像范围内的沃柑树枝中老熟的新梢进行修剪；

所述控制系统4包括PLC模块11和无线信号收发模块12，所述气动剪枝器6、三目摄像机7和激光测量仪8均由PLC模块11控制，所述PLC模块11通过无线信号收发模块12与外部智能终端13无线信号连接。

本发明基于物联网的沃柑树枝修剪智能机器人通过物联网实现无线远程操控，利用视觉识别装置在复杂的沃柑树丛中寻找老熟的新梢，三目摄像机7对沃柑树进行摄像，三目摄像机7的光学镜头将沃柑树枝的空间位置信息传到控制系统4上，激光测量仪8测量对沃柑树枝的尺寸进行测量，并将所测量和摄像的数据均发送给所述识别模块9，所述识别模块9对三目摄像机7和激光测量仪8获取的沃柑树枝数据进行处理并识别出沃柑树枝中老熟的新梢信息参数，所述信息交互模块10将沃柑树枝中老熟的新梢信息参数实时传输至控制系统4、接收控制系统4发送的指令信息并驱动修剪装置2；所述控制系统4驱动修剪装置2对摄像范围内的沃柑树枝中老熟的新梢进行修剪。

所述车体1的底部中央设有驱动装置14，所述车体1的前部设置有双目摄像机15和红外障碍物检测装置16；所述驱动装置14、双目摄像机15和红外障碍物检测装置16与所述控制系统4电性连接；所述控制系统4对双目摄像机15模块的摄影图像进行处理，对线路上的障碍物进行识别，并向驱动装置14发送对应的执行指令，以驱动机器人在修剪路线上执行避障操作。通过双目摄像模块能够采集不同时间段的图像并进行比对，判断摄像范围内是否有需修剪的沃柑树，通过红外障碍物检测装置16能够获知障碍物的位置，使机器人根据修剪路线自动行走并智能地避开障碍物。

所述智能终端13为智能手机或电脑，所述智能终端13为智能手机或电脑通过WiFi与无线信号收发模块12电性连接。

所述机械臂5为六自由度机械臂5。所述机械臂5为一套六自由度机械臂5，用作采摘机器人运动的载体平台，使得机械臂5可进行旋转和伸缩更便捷地寻找沃柑中老熟的新梢，机械臂5的下端固定连接在工作台上，末端连接修剪装置2。

所述夹持爪的外表面设置有硅胶层。

所述车体1的下方设置有行走机构，所述行走机构采用履带式行使机构不仅更方便在复杂的田园道路上行走，而且平稳性好。

为了提高修剪精度，防止车体1行走引起的机械臂5晃动，所述机械臂5与所述车体1之间设置有减震垫圈17。

本发明一种基于物联网的沃柑树枝修剪智能机器人的修剪方法，该方法是利用机器人进行修剪的方法，包括以下步骤：

(1)启动车体1下方的行走机构，通过控制系统4控制机器人在预设的修剪路线上行走；通过双目摄像模块采集不同时间段的图像并进行比对，判断摄像范围内是否有需修剪的沃柑树，通过红外障碍物检测装置16获知障碍物的位置，使机器人根据采摘路线自动行走并智能地避开障碍物；

(2)驱动机械臂5伸进果树，启动视觉识别模块93，使三目摄像机7对沃柑树进行摄像，通过三目摄像机7的光学镜头将沃柑树枝的空间位置信息传到控制系统4上，并通过激光测量仪8测量对沃柑树枝的尺寸进行测量，然后将所测量和摄像的数据均发送给所述识别模块9，所述识别模块9对三目摄像机7和激光测量仪8获取的沃柑树枝数据进行处理并识别出沃柑树枝中老熟的新梢信息参数，所述信息交互模块10将沃柑树枝中老熟的新梢信息参数实时传输至控制系统4、接收控制系统4发送的指令信息并驱动修剪装置2；

(3)外部智能终端13通过无线信号收发模块12控制控制系统4，使气动剪枝器6接近摄像范围内的老熟的新梢的适宜位置，使气动剪枝其将沃柑树枝中老熟新梢的1/2处剪断。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (7)

1.一种基于物联网的沃柑树枝修剪智能机器人，包括车体、修剪装置、视觉识别装置和控制系统；所述车体、修剪装置和视觉识别装置分别与所述控制系统电性连接，其特征在于：

所述修剪装置设置在所述车体上，所述修剪装置包括机械臂和气动剪枝器，所述机械臂设置在所述车体上，所述剪枝器设置在所述机械臂的末端；所述控制系统控制剪枝器的动作；

所述视觉识别装置设置在机械臂末端上部，所述视觉识别装置包括三目摄像机、激光测量仪、识别模块和信息交互模块；所述三目摄像模块用于观测摄像范围内的沃柑树枝，得到沃柑树枝摄像的数据并实时在控制系统显示；所述激光测量仪用于对沃柑树枝的尺寸进行测量得到沃柑树枝尺寸测量数据，沃柑树枝摄像和沃柑树枝尺寸测量的数据均发送给所述识别模块，所述识别模块用于对三目摄像机和激光测量仪获取的沃柑树枝数据进行处理并识别出沃柑树枝中老熟的新梢信息参数，所述信息交互模块用于将沃柑树枝中老熟的新梢信息参数实时传输至控制系统、接收控制系统发送的指令信息并驱动修剪装置；所述控制系统与信息交互模块连接并驱动修剪装置对摄像范围内的沃柑树枝中老熟的新梢进行修剪；

所述控制系统包括PLC模块和无线信号收发模块，所述气动剪枝器、三目摄像机和激光测量仪均由PLC模块控制，所述PLC模块通过无线信号收发模块与外部智能终端无线信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的沃柑树枝修剪智能机器人，其特征在于：所述车体的底部中央设有驱动装置，所述车体的前部设置有双目摄像机和红外障碍物检测装置；所述驱动装置、双目摄像机和红外障碍物检测装置与所述控制系统电性连接；所述控制系统对双目摄像机模块的摄影图像进行处理，对线路上的障碍物进行识别，并向驱动装置发送对应的执行指令，以驱动机器人在修剪路线上执行避障操作。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的沃柑树枝修剪智能机器人，其特征在于：所述智能终端为智能手机或电脑，所述智能终端为智能手机或电脑通过WiFi与无线信号收发模块电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的沃柑树枝修剪智能机器人，其特征在于：所述机械臂为六自由度机械臂。

5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的沃柑树枝修剪智能机器人，其特征在于：所述夹持爪的外表面设置有硅胶层。

6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的沃柑树枝修剪智能机器人，其特征在于：所述车体的下方设置有行走机构，所述行走机构采用履带式行使机构。

7.根据权利要求1所述的一种基于物联网的沃柑树枝修剪智能机器人，其特征在于：所述机械臂与所述车体之间设置有减震垫圈。