CN114342679A - 一种智能棉花打顶机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种智能棉花打顶机，包括移动载体(10)、机械平台(30)、打顶作业设备，所述打顶作业设备包括目标图像采集组件(40)、智能识别组件(50)、目标操作装置(60)、综合控制系统(70)；所述综合控制系统(70)控制目标图像采集组件(40)完成对棉花顶芽图像的实时采集，将采集的图像传入所述智能识别组件(50)；所述智能识别组件(50)接收图像数据，对图像进行处理，得到棉花顶芽的三维坐标信息输入到综合控制系统(70)；所述综合控制系统(70)控制目标操作装置(60)运动，完成对棉花顶端的打击毁伤。本发明减少了传统棉花打顶方法中漏打、错打率高的缺点，降低了人工成本，提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及人工智能技术及机器人应用技术领域，尤其涉及图像识别与深度学习技术。
背景技术
棉花打顶是种植棉花过程中必不可少的作业。棉花打顶是指在棉花生长过程中，为了抑制棉花顶端优势，促进旁枝生长以及提高产量的必需的工作。随着生产力的不断发展，棉花打顶技术也在不断提高，从原始的手工掐割打顶、手工剪割打顶、手持自动切割打顶到现在的机械自动化打顶，棉花打顶的速度逐步有所提高。
当前实际使用的机械自动化打顶仍然处在试验阶段，还没有形成规模，且机械自动化对棉花种植结构有一定要求，尤其对行距有一定要求，另外机械自动化打顶设备通过控制高度实现切割，对生长高度不一致的棉田打顶，会造成多度打顶或打不到的结果，更重要的是机械自动打顶设备的成本高且打顶速度提高有限。因此，当前大部分的棉花打顶工作还是依赖于人工，对于超过4000万亩棉田的中国新疆南疆地区，人工成本仍然是一个相当高的作业成本。
发明内容
本发明需解决的技术问题是提供一种智能棉花打顶机，能够解决现有棉花打顶方式人工成本高、效率低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种智能棉花打顶机，采取技术方案如下：
所述智能棉花打顶机包括移动载体、机械平台、打顶作业设备，所述机械平台安装于移动载体上，所述打顶作业设备安装于机械平台上，所述打顶作业设备包括目标图像采集组件、智能识别组件、目标操作装置、综合控制系统。
进一步地，所述综合控制系统控制目标图像采集组件完成对棉花顶芽图像的实时采集，将采集的图像传入所述智能识别组件；所述智能识别组件接收图像数据，对图像进行处理，得到棉花顶芽的三维坐标信息输入到综合控制系统；所述综合控制系统控制目标操作装置运动，完成对棉花顶端的打击毁伤。
进一步地，所述目标图像采集组件包括可调支撑底座、伸缩杆和双目相机，其中所述可调支撑底座与所述机械平台连接，所述伸缩杆与可调支撑底座连接，所述双目相机安装于所述伸缩杆上，所述伸缩杆可调节两个相机之间角度及垂直方向高度。
进一步地，所述目标操作装置包括三轴机械臂组件和打顶刀具组件，所述打顶刀具组件安装于三轴机械臂组件末端。
进一步地，所述三轴机械臂安装于机械平台的固定位置，所述三轴机械臂与目标图像采集组件的相机几何关系明确，打顶刀具组件坐标原点与三轴机械臂工具坐标系原点重合，所述综合控制系统根据上述位置关系及棉花顶芽的三维坐标信息计算得到三轴机械臂组件和打顶刀具组件位置，控制目标操作装置移动。。
进一步地，远程控制端发送的指令通过通讯组件传输给综合控制系统，控制刀具组件开关的开关状态。
应用本发明的技术方案，通过移动载体负载目标图像采集、识别装置和目标操作装置的配合实现棉花打顶智能化作业，减少了传统棉花打顶方法中漏打、错打率高的缺点，提高打顶作业质量，降低人工成本，提高工作效率。
附图说明
图1示意了根据本发明具体实施例提供的智能棉花打顶机原理构成示意框图；
图2示意了根据本发明具体实施例提供的智能棉花打顶机结构安装示意图；
图3示意了根据本发明具体实施例提供的智能棉花打顶机结构组成示意图。
其中，10、移动载体；20、平台稳定装置；30、机械平台；40、目标图像采集组件；41可调支撑底座；42伸缩杆；43双目相机；50、智能识别组件；60、目标操作装置；61、基座；62、操作臂1；63、操作臂2；64、刀具组件；70、综合控制系统；71、通讯系统。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1～3所示，本发明的具体实施例提供了一种智能棉花打顶机，所述智能棉花打顶机描述的装置包括移动载体10、机械平台30、打顶作业设备，所述打顶作业设备包括目标图像采集组件40、智能识别组件50、目标操作装置60、综合控制系统70。
所述移动载体10为可移动的车载体，对整个打顶设备起到支撑及移动功能。
所述机械平台30为整个打顶作业设备的安装平台，安装目标图像采集组件40、智能识别组件50、目标操作装置60、综合控制系统70及通讯系统71。
所述目标图像采集组件40完成对棉花顶芽图像的实时采集与图像传输，将采集的图像传入智能识别组件50。
所述智能识别组件50由智能处理器及相应的图像处理软件构成，通常该部分可以独立工作，所述智能识别组件50接收所述目标图像采集组件40输入的图像数据，对图像进行处理，得出所需的三维坐标信息，然后将目标的坐标信息输入到综合控制系统70。
所述综合控制系统70控制目标操作装置60运动，完成对棉花顶端的打击毁伤。
在本发明的一个实施例中，所述移动载体10采用轮式特种机器人，特种机器人的载重量足够大，机器人直接负载所有设备，包括机械平台30、目标图像采集组件40、智能识别组件50、目标操作装置60、综合控制系统70。各个组件直接或间接固定在移动载体10上，移动载体10携带其它组件所使用的电能等能源，保证工作过程中的电力供应。移动载体10携带整个设备在田地内移动，位置和速度受综合控制系统70控制。
在本发明的一个实施例中，如图3所示，目标图像采集组件40包括可调支撑底座41和伸缩杆42和双目相机43，其中所述可调支撑底座41与所述机械平台30连接。所述伸缩杆42与所述可调支撑底座41连接，所述双目相机43安装于所述伸缩杆42上，所述伸缩杆42可调节两个相机之间角度及垂直方向高度。
所述可调支撑底座41和伸缩杆42两个部分所使用的材料均为低密度材料，优选铝材，也可以选用铝材以外的其他材料。所述伸缩杆42采用嵌套管方式组合，可调节所述双目相机43之间角度及垂直方向高度。所述伸缩杆42的动力传动方式首选采用液压形式，也可以考虑采用气动或机械螺纹副传动的方式。在所述伸缩杆42上设置所述双目相机43的数据线、电源线等配件的固定位置，并且在所述伸缩杆42的伸缩过程中，所述双目相机43随着伸缩杆上下移动，数据线的固定不影响所述双目相机43的移动。
所述双目相机43为一组双目工业相机，镜头与相机的空间分辨率相匹配，镜头的实际分辨率高于相机探测器的像素分辨率。相机探测器的像素分辨率不小于1024×768。所述双目相机43的景深的最大范围不小于100mm。相机的拍摄模式支持单张拍摄和连续拍摄，连续拍摄的帧频最大值不小于30fps(幅/秒)。
在本发明的一个实施例中，所述目标操作装置60包括三轴机械臂组件61、62、63和打顶刀具组件64，所述打顶刀具组件64安装于三轴机械臂组件61、62、63末端。所述三轴机械臂安装于机械平台30的固定位置，与目标图像采集组件40的相机几何关系明确，打顶刀具组件64坐标原点与三轴机械臂工具坐标系原点重合，利于建立相机与打顶刀具组件64之间的空间位置坐标转换。所述综合控制系统70根据上述位置关系及棉花顶芽的三维坐标信息计算得到三轴机械臂组件61、62、63和打顶刀具组件64位置，控制目标操作装置60移动，将打顶刀具组件64移动到该位置。所述打顶刀具组件64采用刀片旋转式，刀具到达指定的位置，通过高速电机带动刀片旋转对棉花顶端进行切除。切除完毕之后，根据刀具开合位置判断，提供切除完毕信号。
在本发明的一个实施例中，综合控制系统包括控制器及应用软件，控制器由具备数据接收、数据计算、数据输出、无线通讯、数据存储功能的小型计算机。所述控制器具备数据接收、数据计算、数据输出、无线通讯、数据存储功能各自对应的接口。控制器在应用软件的作用下实现对移动载体、目标图像采集组件、智能识别组件、通讯组件的控制，实现各个组件之间的协同工作。具体功能包含：对移动载体的运动进行控制，对图像数据进行分析处理，对目标操作装置进行定位及运动规划和刀具工作控制。
在本发明的一个实施例中，远程控制端发送的指令通过通讯组件71传输给综合控制器70，控制刀具组件64开关的开关状态。所述通讯组件是一组具有发射和接收数据流功能的无线通讯设备和有线通讯设备的集成硬件。所述通讯组件配备移动通讯功能，可以与远程控制端进行无线通讯。
在本发明的一个实施例中，还包括固定于移动载体10上的平台稳定装置20，所述机械平台30、打顶作业设备安装于平台稳定装置20上。所述平台稳定装置20为机械平台30、打顶作业设备提供三维稳定的结构支撑。
本发明通过移动机器人作为移动载体10，携带目标操作装置60、刀具组件64在棉田中自由移动，通过目标图像采集组件40自动采集棉花的图像，搜索并定位棉花植株的位置，并通过智能识别组件50自动识别需要切割的位置实施刀具组件64切割棉花顶端。用这种方法彻底解放棉花打顶使用的人工生产力，降低人工成本，提高生产效率。
这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
Claims (7)
1.一种智能棉花打顶机，其特征在于，所述智能棉花打顶机包括移动载体(10)、机械平台(30)、打顶作业设备，所述机械平台(30)安装于移动载体(10)上，所述打顶作业设备安装于机械平台(30)上，所述打顶作业设备包括目标图像采集组件(40)、智能识别组件(50)、目标操作装置(60)、综合控制系统(70)；
所述综合控制系统(70)控制目标图像采集组件(40)完成对棉花顶芽图像的实时采集，将采集的图像传入所述智能识别组件(50)；所述智能识别组件(50)接收图像数据，对图像进行处理，得到棉花顶芽的三维坐标信息输入到综合控制系统(70)；所述综合控制系统(70)控制目标操作装置(60)运动，完成对棉花顶端的打击毁伤。
2.根据权利要求1所述的一种智能棉花打顶机，其特征在于，所述目标图像采集组件(40)包括可调支撑底座(41)、伸缩杆(42)和双目相机(43)，其中所述可调支撑底座(41)与所述机械平台(30)连接，所述伸缩杆(42)与可调支撑底座(41)连接，所述双目相机(43)安装于所述伸缩杆(42)上，所述伸缩杆(42)用于调节两个相机之间角度及垂直方向高度。
3.根据权利要求1所述的一种智能棉花打顶机，其特征在于，所述目标操作装置(60)包括三轴机械臂组件(61)、(62)、(63)和打顶刀具组件(64)，所述打顶刀具组件(64)安装于三轴机械臂组件(61)、(62)、(63)末端。
4.根据权利要求3所述的一种智能棉花打顶机，其特征在于，所述三轴机械臂组件(61)、(62)、(63)安装于机械平台(30)的固定位置，所述三轴机械臂组件(61)、(62)、(63)与目标图像采集组件(40)的相机几何关系明确，打顶刀具组件(64)坐标原点与三轴机械臂工具坐标系原点重合,所述综合控制系统(70)根据上述位置关系及棉花顶芽的三维坐标信息计算得到三轴机械臂组件(61)、(62)、(63)和打顶刀具组件(64)位置，控制目标操作装置(60)移动。
5.根据权利要求3或4所述的一种智能棉花打顶机，其特征在于，所述打顶刀具组件(64)采用刀片旋转式，通过高速电机带动刀片旋转对棉花顶端进行切除。
6.根据权利要求1所述的一种智能棉花打顶机，其特征在于，远程控制端发送的指令通过通讯组件(71)传输给综合控制系统(70)，控制刀具组件(64)开关的开关状态。
7.根据权利要求1所述的一种智能棉花打顶机，其特征在于，还包括固定于移动载体(10)上的平台稳定装置(20)，所述机械平台(30)、打顶作业设备安装于平台稳定装置(20)上。
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