CN113350797A - 基于数字孪生的农作物采摘方法和装置 - Google Patents

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Abstract

基于数字孪生的农作物采摘方法和装置。本发明公开了一种基于数字孪生的农作物采摘装置，包括数字孪生平台、机器人采摘装置和三维虚拟操作平台；所述数字孪生平台，响应传感器获取到的数据以及实时用户需求，进行预判并将结果反馈到三维虚拟操作平台中，由用户确认后，数字孪生平台向机器采摘装置下达指令；所述机器人采摘装置，接收来自数字孪生平台的控制信息，处理来自平台的控制信息，采摘成熟作物，完成采摘动作；所述三维虚拟操作平台，连接机器人采摘装置后，通过数字孪生平台生成的三维虚拟场景进行3D游戏，控制机器人完成采摘,在玩游戏的过程中来实现对作物的采摘。通过上述方式，将作物的现实生长环境转化成为3D游戏场景，用户玩游戏的过程实际是控制机器人采摘的过程。

Description

基于数字孪生的农作物采摘方法和装置
技术领域
本发明涉及农作物采摘领域，特别是涉及一种基于数字孪生的农作物采摘方法和装置。
背景技术
农作物的采摘是一件既耗费体力又耗费时间的事情，是农作物生产链中最耗时、最费力的一个环节。同时,采摘作业质量的好坏还直接影响到产品的后续加工和储存。如何以低成本获得高品质的产品是农作物生产环节中必须重视和考虑的问题。由于采摘作业的复杂性,目前我国的采摘自动化和智能化程度仍然很低，基本上农作物采摘作业都是手工进行。随着人口的老龄化和农业劳动力的减少,农业生产成本也相应提高,这样会大大降低产品的市场竞争力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于数字孪生的农作物采摘方法和装置，将作物的现实生长环境转化成为3D游戏场景，用户玩游戏的过程实际是控制机器人采摘的过程。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于数字孪生的农作物采摘装置，包括数字孪生平台、机器人采摘装置和三维虚拟操作平台；
所述数字孪生平台，响应传感器获取到的数据以及实时用户需求，进行预判并将结果反馈到三维虚拟操作平台中，由用户确认后，数字孪生平台向机器采摘装置下达指令；
所述机器人采摘装置，接收来自数字孪生平台的控制信息，处理来自平台的控制信息，采摘成熟作物，完成采摘动作；
所述三维虚拟操作平台，连接机器人采摘装置后，通过数字孪生平台生成的三维虚拟场景进行3D游戏，控制机器人完成采摘,在玩游戏的过程中来实现对作物的采摘。
进一步的是，所述数字孪生平台包括数字孪生体、孪生数据库和调度系统；
所述数字孪生体，对用户需求进行可行性分析与状态预测，包括判断果实是否成熟；
孪生数据库，为来自机器采摘装置的传感器数据与调度历史记录提供快速存取功能；
调度系统，接受实时用户需求与多源异构数据，调度数字孪生体与孪生数据库，并反馈用户预测结果，等待用户确认信号，向机器采摘装置下达指令。
进一步的是，所述数字孪生体包括预测分析器、植物生长模型、植物生长模型和神经网络分类器，所述数字孪生体基于植物生长模型，使用基于神经网络分类器的预测分析器在预测孪生体中对用户需求进行可行性分析与状态预测，包括判断果实是否成熟。
进一步的是，所述机器人采摘装置包括执行模块、驱动传动模块、摄像模块、电源模块和控制模块；
所述执行模块，执行作物采摘动作；
所述驱动传动模块，驱动机械手的运动；
所述摄像模块，对采摘作物扫描处理，提供作物生长数据；
所述电源模块，为设备供电；
所述5G通信模块，数据传输与通信控制；
所述控制模块，将传感器数据汇总并传递给数字孪生平台，并处理来自数字孪生平台的控制信息，采摘成熟作物，完成采摘动作。
进一步的是，所述三维虚拟操作平台包括控制终端，所述控制终端连接5G网络后，用户则可在终端通过数字孪生平台生成的三维虚拟场景进行3D游戏，即控制机器人采摘装置完成采摘,在玩游戏的过程中来实现对作物的采摘。
一种基于数字孪生的农作物采摘方法，采摘方法的步骤如下：
S1.数字孪生平台响应传感器获取到的数据以及实时用户需求，提供调度系统提交给数字孪生体的预测分析器，利用神经网络分类器和植物生长模型在预测孪生体中进行预判，将预判结果提供调度器反馈到3D游戏场景中；
S2.将机器人采摘装置放置作物生长区，打开电源开关，连接5G网络；
S3.用户打开控制终端，使其连接5G网络，用户则可在终端通过数字孪生平台生成的三维虚拟场景进行3D游戏，即可实现对机器人的控制由用户确认后，数字孪生平台的调度系统向机器采摘装置的控制模块下达指令。
本发明的一种基于数字孪生的农作物采摘方法和装置的有益效果是：将作物的现实生长环境转化成为3D游戏场景，用户玩游戏的过程实际是控制机器人采摘的过程。用户在游戏中控制动画人物行动和采摘动作时，与此同时与之对应的机器人也完成相应的动作来实现实际的采摘工作。以游戏的方式来让玩家帮助采摘，这样即免去了体力劳动又省去了人工费用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种基于数字孪生的农作物采摘装置的结构示意图；
1、数字孪生平台；2、机器人采摘装置；3、三维虚拟操作平台。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
以及，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参阅图1，本发明实施例包括：一种基于数字孪生的农作物采摘装置，包括数字孪生平台1、机器人采摘装置2和三维虚拟操作平台3；
所述数字孪生平台，响应传感器获取到的数据以及实时用户需求，进行预判并将结果反馈到三维虚拟操作平台中，由用户确认后，数字孪生平台向机器采摘装置下达指令；
所述机器人采摘装置，接收来自数字孪生平台的控制信息，处理来自平台的控制信息，采摘成熟作物，完成采摘动作；
所述三维虚拟操作平台，连接机器人采摘装置后，通过数字孪生平台生成的三维虚拟场景进行3D游戏，控制机器人完成采摘,在玩游戏的过程中来实现对作物的采摘。
进一步的是，所述数字孪生平台包括数字孪生体、孪生数据库和调度系统；
所述数字孪生体，对用户需求进行可行性分析与状态预测，包括判断果实是否成熟；
孪生数据库，为来自机器采摘装置的传感器数据与调度历史记录提供快速存取功能；
调度系统，接受实时用户需求与多源异构数据，调度数字孪生体与孪生数据库，并反馈用户预测结果，等待用户确认信号，向机器采摘装置下达指令。
进一步的是，所述数字孪生体包括预测分析器、植物生长模型、植物生长模型和神经网络分类器，所述数字孪生体基于植物生长模型，使用基于神经网络分类器的预测分析器在预测孪生体中对用户需求进行可行性分析与状态预测，包括判断果实是否成熟。
进一步的是，所述机器人采摘装置包括执行模块、驱动传动模块、摄像模块、电源模块和控制模块；
所述执行模块，执行作物采摘动作；
所述驱动传动模块，驱动机械手的运动；
所述摄像模块，对采摘作物扫描处理，提供作物生长数据；
所述电源模块，为设备供电；
所述5G通信模块，数据传输与通信控制；
所述控制模块，将传感器数据汇总并传递给数字孪生平台，并处理来自数字孪生平台的控制信息，采摘成熟作物，完成采摘动作。
进一步的是，所述三维虚拟操作平台包括控制终端，所述控制终端连接5G网络后，用户则可在终端通过数字孪生平台生成的三维虚拟场景进行3D游戏，即控制机器人采摘装置完成采摘,在玩游戏的过程中来实现对作物的采摘。
一种基于数字孪生的农作物采摘方法，采摘方法的步骤如下：
S1.数字孪生平台响应传感器获取到的数据以及实时用户需求，提供调度系统提交给数字孪生体的预测分析器，利用神经网络分类器和植物生长模型在预测孪生体中进行预判，将预判结果提供调度器反馈到3D游戏场景中；
S2.将机器人采摘装置放置作物生长区，打开电源开关，连接5G网络；
S3.用户打开控制终端，使其连接5G网络，用户则可在终端通过数字孪生平台生成的三维虚拟场景进行3D游戏，即可实现对机器人的控制由用户确认后，数字孪生平台的调度系统向机器采摘装置的控制模块下达指令。
进一步的是，所述控制终端为PC机、智能手机等。
本发明的一种基于数字孪生的农作物采摘方法和装置的有益效果是：将作物的现实生长环境转化成为3D游戏场景，用户玩游戏的过程实际是控制机器人采摘的过程。用户在游戏中控制动画人物行动和采摘动作时，与此同时与之对应的机器人也完成相应的动作来实现实际的采摘工作。以游戏的方式来让玩家帮助采摘，这样即免去了体力劳动又省去了人工费用。
此外，需要说明的是，在本说明书中，“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种基于数字孪生的农作物采摘装置，其特征在于包括数字孪生平台、机器人采摘装置和三维虚拟操作平台；
所述数字孪生平台，响应传感器获取到的数据以及实时用户需求，进行预判并将结果反馈到三维虚拟操作平台中，由用户确认后，数字孪生平台向机器采摘装置下达指令；
所述机器人采摘装置，接收来自数字孪生平台的控制信息，处理来自平台的控制信息，采摘成熟作物，完成采摘动作；
所述三维虚拟操作平台，连接机器人采摘装置后，通过数字孪生平台生成的三维虚拟场景进行3D游戏，控制机器人完成采摘,在玩游戏的过程中来实现对作物的采摘。
2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的农作物采摘装置，其特征在于：所述数字孪生平台包括数字孪生体、孪生数据库和调度系统；
所述数字孪生体，对用户需求进行可行性分析与状态预测，包括判断果实是否成熟；
孪生数据库，为来自机器采摘装置的传感器数据与调度历史记录提供快速存取功能；
调度系统，接受实时用户需求与多源异构数据，调度数字孪生体与孪生数据库，并反馈用户预测结果，等待用户确认信号，向机器采摘装置下达指令。
3.根据权利要求1所述的基于数字孪生的农作物采摘装置，其特征在于：所述数字孪生体包括预测分析器、植物生长模型、植物生长模型和神经网络分类器，所述数字孪生体基于植物生长模型，使用基于神经网络分类器的预测分析器在预测孪生体中对用户需求进行可行性分析与状态预测，包括判断果实是否成熟。
4.根据权利要求1所述的基于数字孪生的农作物采摘装置，其特征在于：所述机器人采摘装置包括执行模块、驱动传动模块、摄像模块、电源模块和控制模块；
所述执行模块，执行作物采摘动作；
所述驱动传动模块，驱动机械手的运动；
所述摄像模块，对采摘作物扫描处理，提供作物生长数据；
所述电源模块，为设备供电；
所述5G通信模块，数据传输与通信控制；
所述控制模块，将传感器数据汇总并传递给数字孪生平台，并处理来自数字孪生平台的控制信息，采摘成熟作物，完成采摘动作。
5.根据权利要求1所述的基于数字孪生的农作物采摘装置，其特征在于：所述三维虚拟操作平台包括控制终端，所述控制终端连接5G网络后，用户则可在终端通过数字孪生平台生成的三维虚拟场景进行3D游戏，即控制机器人采摘装置完成采摘,在玩游戏的过程中来实现对作物的采摘。
6.一种基于数字孪生的农作物采摘方法，其特征在于采摘方法的步骤如下：
S1.数字孪生平台响应传感器获取到的数据以及实时用户需求，提供调度系统提交给数字孪生体的预测分析器，利用神经网络分类器和植物生长模型在预测孪生体中进行预判，将预判结果提供调度器反馈到3D游戏场景中；
S2.将机器人采摘装置放置作物生长区，打开电源开关，连接5G网络；
S3.用户打开控制终端，使其连接5G网络，用户则可在终端通过数字孪生平台生成的三维虚拟场景进行3D游戏，即可实现对机器人的控制由用户确认后，数字孪生平台的调度系统向机器采摘装置的控制模块下达指令。
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