CN115835171A - 一种红树林滩涂种植机器人系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种红树林滩涂种植机器人系统及控制方法，包括种植机器人及智能终端；智能终端与种植机器人无线通讯连接，用于向种植机器人传输控制指令，以在滩涂进行红树林作业；种植机器人包括第一通讯模块；第一通讯模块用于智能终端与种植机器人进行近距离无线通讯，传输控制指令，进行现场作业控制；其中，第一通讯模块采用蓝牙通讯协议；第二通讯模块；第二通讯模块用于智能终端与种植机器人进行远程无线通讯，传输远程控制指令，进行远程作业控制及监控。通过在滩涂采用种植机器人种植红树林苗，解决了现有技术中的种植效率低、并且耗费大量的人力资源的问题，还可以对种植机器人的作业过程进行远程控制和监控。
Description
技术领域
本发明涉及树苗种植技术领域，特别涉及一种红树林滩涂种植机器人系统及控制方法。
背景技术
近年来，我国持续加大红树林资源保护修复力度，全面恢复提升红树林湿地生态功能。2020年8月31日，自然资源部、国家林业和草原局联合印发《红树林保护修复专项行动计划(2020-2025年)》，明确了红树林保护修复的基本原则、行动目标和任务安排。以2020-2025年为实施周期，推进红树林自然保护地建设，恢复红树林自然保护地生态功能。实施红树林生态修复，到2025年，营造和修复红树林18800公顷，其中，营造红树林9050公顷，修复现有红树林9750公顷。
深圳市也在进行红树林自然和人工促进等措施恢复工程建设，主要采用人工种植的技术，在宜林滩涂和准宜林滩涂，种植红树林。
但是，目前的红树林人工种植与修复还存在以下的问题。①滩涂退潮时间短且人在滩涂上行动不便，人工种植的效率低②大范围种植红树苗需要大量人力资源。
发明内容
在进行红树林滩涂种植作业时，种植效率低，并且耗费大量的人力资源。
针对上述问题，提出一种红树林滩涂种植机器人系统及控制方法，通过在滩涂采用种植机器人种植红树林苗，解决了现有技术中的种植效率低、并且耗费大量的人力资源的问题，通过利用智能终端的第一通讯模块对种植机器人进行近程控制，在提高效率的同时还提高了红树林种植的自动化程度，通过第二通讯模块，用户还可以对种植机器人的作业过程进行远程控制和监控。
一种红树林滩涂种植机器人系统，用于进行滩涂红树林种植作业，包括：包括：
种植机器人；
智能终端；
所述智能终端与所述种植机器人无线通讯连接，用于向所述种植机器人传输控制指令，以在滩涂进行红树林作业；
所述种植机器人包括第一通讯模块；
所述第一通讯模块用于所述智能终端与所述种植机器人进行近距离无线通讯，传输控制指令，进行现场作业控制；
其中，所述第一通讯模块采用蓝牙通讯协议。
结合本发明所述的红树林种植机器人，第一种可能的实施方式中，所述种植机器人还包括：
第二通讯模块；
所述第二通讯模块用于所述智能终端与所述种植机器人进行远程无线通讯，传输远程控制指令，进行远程作业控制及监控。
结合本发明第一种可能的实施方式，第二种可能的实施方式中，所述种植机器人还包括：
模式切换模块；
路径规划模块；
所述模式切换模块用于根据终端指令控制机器人系统的手动模式、自动模式及远程模式之间的切换；
所述路径规划模块用于对种植机器人进行导航及障碍避障。
结合本发明第二种可能的实施方式，第三种可能的实施方式中，所述第二通讯模块包括：
输入单元；
5G通信单元；
中转服务器；
所述输入单元通过所述5G通信单元与所述中转服务器进行通讯连接并通过TCP/IP协议里的Websocket协议进行实时通讯；
所述中转服务器还与所述智能终端通讯连接；
所述智能终端的控制指令通过中转服务器、5G通信单元、输入单元远程传输到种植机器人。
结合本发明第三种可能的实施方式，第四种可能的实施方式中，所述路径规划模块包括：
检测单元；
导航单元；
所述检测单元用于在机器人作业过程中实时检测路径障碍物信息；
所述导航单元用于根据所述障碍物信息对作业器人的方向及速度进行控制，以实时避障和规划行进轨迹。
结合本发明第四种可能的实施方式，第五种可能的实施方式中，所述导航单元包括：
图像识别单元；
训练单元；
所述图像识别单元用于根据行进轨迹图像信息，获取感兴趣障碍物图像信息，并将所述感兴趣障碍物图像信息处理成障碍物图像框；
所述训练单元用于根据所述障碍物图像框的空间坐标信息，利用神经网络对导航模型进行训练。
第二方面，一种红树林滩涂种植机器人控制方法，采用第一方面所述的种植机器人系统，其中，包括：
步骤100、所述种植机器人利用第一通讯模块获取近距离控制指令；
步骤200、所述种植机器人根据所述近距离控制指令在滩涂进行红树林种植作业；
其中，所述第一通讯模块采用蓝牙通讯协议。
结合本发明第二方面所述的控制方法，第一种可能的实施方式中，所述步骤200包括：
步骤210、根据智能终端指令切换手动模式/自动模式；
步骤220、根据所述障碍物信息对行进方向及速度进行控制，以实时避障和规划行进轨迹。
结合本发明第二方面第一种可能的实施方式，第二种可能的实施方式中，所述步骤220包括：
步骤221、根据行进轨迹图像信息，获取感兴趣障碍物图像信息，并将所述感兴趣障碍物图像信息处理成障碍物图像框；
步骤222、根据所述障碍物图像框的空间坐标信息，利用神经网络对导航模型进行训练。
第三方面，一种红树林滩涂种植机器人控制方法，采用第一方面所述的种植机器人系统，其中，包括：
步骤300、所述种植机器人利用第二通讯模块获取远距离控制指令；
步骤400、所述种植机器人检测行进轨迹图像信息，获取感兴趣障碍物图像信息，并将所述感兴趣障碍物图像信息处理成障碍物图像框；
步骤500、根据所述障碍物图像框的空间坐标信息，并利用神经网络对导航模型进行训练；
步骤600、所述种植机器人利用获取的导航模型对行进方向及速度进行控制，实时避障和规划行进轨迹，以在滩涂进行红树林种植作业；
其中，所述第二通讯模块采用5G通讯。
实施本发明所述的一种红树林滩涂种植机器人系统及控制方法，通过在滩涂采用种植机器人种植红树林苗，解决了现有技术中的种植效率低、并且耗费大量的人力资源的问题，通过利用智能终端的第一通讯模块对种植机器人进行近程控制，在提高效率的同时还提高了红树林种植的自动化程度，通过第二通讯模块，用户还可以对种植机器人的作业过程进行远程控制和监控。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本发明中的红树林滩涂种植机器人系统第一示意图；
图2是本发明中的红树林滩涂种植机器人系统第二示意图；
图3是本发明中的红树林滩涂种植机器人系统第三示意图；
图4是本发明中的红树林滩涂种植机器人系统第四示意图；
图5是本发明中的红树林滩涂种植机器人控制方法第一示意图；
图6是本发明中的红树林滩涂种植机器人控制方法第二示意图；
图7是本发明中的红树林滩涂种植机器人控制方法第三示意图；
图8是本发明中的红树林滩涂种植机器人控制方法第四示意图；
具体实施方式
下面将结合发明中的附图，对本发明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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在进行红树林滩涂种植作业时，种植效率低，并且耗费大量的人力资源。
针对上述问题，提出一种红树林滩涂种植机器人系统及控制方法。
系统实施方式
实施例1
如图1，图1是本发明中的红树林滩涂种植机器人系统第一示意图；一种红树林滩涂种植机器人系统，包括种植机器人10及智能终端20；智能终端20与种植机器人10无线通讯连接，用于向种植机器人10传输控制指令，以在滩涂进行红树林作业；种植机器人10包括第一通讯模块12；第一通讯模块12用于智能终端20与种植机器人10进行近距离无线通讯，传输控制指令，进行现场作业控制；其中，第一通讯模块12采用蓝牙通讯协议。
红树林种植机器人10可以实现在滩涂地上的行驶、树苗的投放和全自动种植树苗的功能。种植树苗的过程是：种植机器人10中的种植机构向下钻入滩涂中，到达一定深度后种植部分打开，树苗在受自身重力落入泥坑中，最后种植机构上升，周围淤泥受流体特性，在重力作用下盖住幼苗根部。
种植机器人10可以采用大扭矩减速电机控制种植机器人10的同步行驶，来控制小车在滩涂中的移动。可以用两个步进电机控制树苗的投放和种植部分的上下移动。种植机器人10移动到指定区域的种植后，控制种植机构向下插入泥土中，然后种植结构中的尖扇页开，树苗落入泥坑中，之后种植机构上升，最后储存树苗的储存机构由步进电机控制旋转指定角度，将下一个树苗送入种植部分中，即完成一次种植流程。
在本实施例中，如图2，图2是本发明中的红树林滩涂种植机器人系统第二示意图；种植机器人10还包括模式切换模块14及路径规划模块15；
模式切换模块14用于根据终端指令控制机器人系统的手动模式、自动模式及远程模式之间的切换；路径规划模块15用于对种植机器人10进行导航及障碍避障。
手动模式中，可以对种植机器人10进行前进、后退、左转、右转、换苗、种植作业等操作控制，在自动模式中，自动完成前进、后退、左转、右转、换苗、种植动作。
种植机器人10运动中需要自动规划路线及避障。
在自动规划路线及避障时，如图4，图4是本发明中的红树林滩涂种植机器人系统第四示意图；路径规划模块15包括检测单元151及导航单元152；检测单元151用于在机器人作业过程中实时检测路径障碍物信息；导航单元152用于根据障碍物信息对作业器人的方向及速度进行控制，以实时避障和规划行进轨迹。
进一步地，导航单元152包括图像识别单元及训练单元；图像识别单元用于根据行进轨迹图像信息，获取感兴趣障碍物图像信息，并将感兴趣障碍物图像信息处理成障碍物图像框；训练单元用于根据障碍物图像框的空间坐标信息，利用神经网络对导航模型进行训练。
图像识别单元可以采用RGB-D相机、激光雷达相结合获取路径图像信息。
在进行路径规划时，首先通过图像识别单元摄取行进轨迹图像信息，从而获取感兴趣障碍物图像信息，并利用深度学习算法将感兴趣障碍物图像信息规范化处理成障碍物图像框；再利用训练单元根据障碍物图像框的空间坐标信息，利用神经网络对导航模型进行训练。
在一个优选的实施方式中，对导航模型进行6000多次训练，可以获取最佳的导航模型，该模型在仿真环境中输出方位和速度，在实际环境中将输出两个履带轮的速度，差速控制轮子向前、后、左、右移动，以此达到实时避障和轨迹规划功能。通过在滩涂采用种植机器人10种植红树林苗，解决了现有技术中的种植效率低、并且耗费大量的人力资源的问题，通过利用智能终端20的第一通讯模块12对种植机器人10进行近程控制，在提高效率的同时还提高了红树林种植的自动化程度。
实施例2
与实施例1不同的是，在本实施例2，智能终端20对种植机器人10模式切换时，切换到远程模式，从而对种植机器人10进行远程监控和操作。具体的可以实施为：
如图3，图3是本发明中的红树林滩涂种植机器人系统第三示意图；种植机器人10还包括第二通讯模块13；第二通讯模块13用于与种植机器人10进行远程无线通讯，传输远程控制指令，进行远程作业控制及监控。
进一步地，第二通讯模块13包括输入单元131、5G通信单元132、中转服务器133；输入单元131通过5G通信单元132与中转服务器133进行通讯连接并通过TCP/IP协议里的Websocket协议进行实时通讯；中转服务器133还与智能终端20通讯连接；智能终端20的控制指令通过中转服务器133、5G通信单元132、输入单元131远程传输到种植机器人10。
在进行5G远程控制时，可以采用移远通信的RM500U-CN模块。移远通信RM500U-CN是一款专为IoT/eMBB应用而设计的5G Sub-6 GHz模块。采用3GPP Release 15技术，同时支持5G NSA和SA模式，支持5G和LTE-A多种网络制式。RM500U-CN采用M.2封装，支持国内四大运营商。在window系统下实际测得该模块能达到200M的下载速度和60M的上传速度，并且具有较小的延迟。
在本实施例中的5G通信中，输入单元131可以采用树莓派，与5G通信单元132连接。
具体的，树莓派接入5G通信单元132后，通过TCP/IP里的Websocket协议与中转服务器133构建起实时的通信，接收中转服务器133的控制命令。用户利用智能终端20发送控制指令，通过中转服务器133、5G通信单元132发送到树莓派，从而实现远程的实时控制。突破了蓝牙短距离通信的局限。通过第二通讯模块13，用户实现了对种植机器人10的作业过程进行远程控制和监控。
方法实施方式1
第二方面，如图5，图5是本发明中的红树林滩涂种植机器人控制方法第一示意图；一种红树林滩涂种植机器人控制方法，采用第一方面的种植机器人系统，其中，包括：步骤100、种植机器人10利用第一通讯模块12获取近距离控制指令；步骤200、所述种植机器人10根据所述近距离控制指令在滩涂进行红树林种植作业；其中，第一通讯模块12采用蓝牙通讯协议。
优选地，如图6，图6是本发明中的红树林滩涂种植机器人控制方法第二示意图；步骤200包括：步骤210、根据智能终端20指令切换手动模式/自动模式；步骤220、根据障碍物信息对行进方向及速度进行控制，以实时避障和规划行进轨迹。
优选地，如图7，图7是本发明中的红树林滩涂种植机器人控制方法第三示意图；步骤220包括：步骤221、根据行进轨迹图像信息，获取感兴趣障碍物图像信息，并将感兴趣障碍物图像信息处理成障碍物图像框；步骤222、根据障碍物图像框的空间坐标信息，利用神经网络对导航模型进行训练。
方法实施方式2
第三方面，如图8，图8是本发明中的红树林滩涂种植机器人控制方法第四示意图；一种红树林滩涂种植机器人控制方法，采用第一方面的种植机器人系统，其中，包括：步骤300、种植机器人10利用第二通讯模块13获取远距离控制指令；步骤400、种植机器人10检测行进轨迹图像信息，获取感兴趣障碍物图像信息，并将感兴趣障碍物图像信息处理成障碍物图像框；步骤500、根据障碍物图像框的空间坐标信息，并利用神经网络对导航模型进行训练；步骤600、种植机器人10利用获取的导航模型对行进方向及速度进行控制，实时避障和规划行进轨迹，以在滩涂进行红树林种植作业；其中，第二通讯模块13采用5G通讯。
实施本发明的一种红树林滩涂种植机器人系统及控制方法，通过在滩涂采用种植机器人10种植红树林苗，解决了现有技术中的种植效率低、并且耗费大量的人力资源的问题，通过利用智能终端20的第一通讯模块12对种植机器人10进行近程控制，在提高效率的同时还提高了红树林种植的自动化程度，通过第二通讯模块13，用户还可以对种植机器人10的作业过程进行远程控制和监控。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种红树林滩涂种植机器人系统，用于进行滩涂红树林种植作业，其特征在于，包括：
种植机器人；
智能终端；
所述智能终端与所述种植机器人无线通讯连接，用于向所述种植机器人传输控制指令，以在滩涂进行红树林作业；
所述种植机器人包括第一通讯模块；
所述第一通讯模块用于所述智能终端与所述种植机器人进行近距离无线通讯，传输控制指令，进行现场作业控制；
其中，所述第一通讯模块采用蓝牙通讯协议。
2.根据权利要求1所述的红树林滩涂种植机器人系统，其特征在于，所述种植机器人还包括：
第二通讯模块；
所述第二通讯模块用于所述智能终端与所述种植机器人进行远程无线通讯，传输远程控制指令，进行远程作业控制及监控。
3.根据权利要求2所述的红树林滩涂种植机器人系统，其特征在于，所述种植机器人还包括：
模式切换模块；
路径规划模块；
所述模式切换模块用于根据终端指令控制机器人系统的手动模式、自动模式及远程模式之间的切换；
所述路径规划模块用于对种植机器人进行导航及障碍避障。
4.根据权利要求3所述的红树林滩涂种植机器人系统，其特征在于，所述第二通讯模块包括：
输入单元；
5G通信单元；
中转服务器；
所述输入单元通过所述5G通信单元与所述中转服务器进行通讯连接并通过TCP/IP协议里的Websocket协议进行实时通讯；
所述中转服务器还与所述智能终端通讯连接；
所述智能终端的控制指令通过中转服务器、5G通信单元、输入单元远程传输到种植机器人。
5.根据权利要求4所述的红树林滩涂种植机器人系统，其特征在于，所述路径规划模块包括：
检测单元；
导航单元；
所述检测单元用于在机器人作业过程中实时检测路径障碍物信息；
所述导航单元用于根据所述障碍物信息对作业器人的方向及速度进行控制，以实时避障和规划行进轨迹。
6.根据权利要求5所述的红树林滩涂种植机器人系统，其特征在于，所述导航单元包括：
图像识别单元；
训练单元；
所述图像识别单元用于根据行进轨迹图像信息，获取感兴趣障碍物图像信息，并将所述感兴趣障碍物图像信息处理成障碍物图像框；
所述训练单元用于根据所述障碍物图像框的空间坐标信息，利用神经网络对导航模型进行训练。
7.一种红树林滩涂种植机器人控制方法，采用权利要求1-6任一所述的种植机器人系统，其特征在于，包括：
步骤100、所述种植机器人利用第一通讯模块获取近距离控制指令；
步骤200、所述种植机器人根据所述近距离控制指令在滩涂进行红树林种植作业；
其中，所述第一通讯模块采用蓝牙通讯协议。
8.根据权利要求7所述的红树林滩涂种植机器人控制方法，其特征在于，所述步骤200包括：
步骤210、根据智能终端指令切换手动模式/自动模式；
步骤220、根据所述障碍物信息对行进方向及速度进行控制，以实时避障和规划行进轨迹。
9.根据权利要求8所述的红树林滩涂种植机器人控制方法，其特征在于，所述步骤220包括：
步骤221、根据行进轨迹图像信息，获取感兴趣障碍物图像信息，并将所述感兴趣障碍物图像信息处理成障碍物图像框；
步骤222、根据所述障碍物图像框的空间坐标信息，利用神经网络对导航模型进行训练。
10.一种红树林滩涂种植机器人控制方法，采用权利要求1-6任一所述的种植机器人系统，其特征在于，包括：
步骤300、所述种植机器人利用第二通讯模块获取远距离控制指令；
步骤400、所述种植机器人检测行进轨迹图像信息，获取感兴趣障碍物图像信息，并将所述感兴趣障碍物图像信息处理成障碍物图像框；
步骤500、根据所述障碍物图像框的空间坐标信息，并利用神经网络对导航模型进行训练；
步骤600、所述种植机器人利用导航模型对行进方向及速度进行控制，实时避障和规划行进轨迹，以在滩涂进行红树林种植作业；
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