CN116849113A - 基于视觉识别与双流式喷雾的猕猴桃精量对靶授粉机器人 - Google Patents
基于视觉识别与双流式喷雾的猕猴桃精量对靶授粉机器人 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种猕猴桃花朵授粉装置，目的是提供一种基于视觉识别与双流式喷雾的猕猴桃精量对靶授粉机器人，以实现猕猴桃花朵授粉的精量化、智能化、经济化。技术方案是基于视觉识别与双流式喷雾的猕猴桃精量对靶授粉机器人，其特征在于：所述四轮驱动式底盘上安装着由若干横梁和立柱组成的主框架、可活动地定位在主框架上部以根据猕猴桃花朵坐标移动的若干个移动组件、安装在每个移动组件上对猕猴桃花朵精量对靶授粉的双流式精良对靶喷头、固定在主框架上的视觉识别系统、设置在四轮驱动式底盘上为精量对靶喷头提供授粉源液的电动花粉液药箱以及固定在四轮驱动式底盘上用以为双流式精良对靶喷头提供气路的空气压缩机。
Description
技术领域
本发明涉及一种猕猴桃花朵授粉装置，具体涉及一种基于视觉识别与双流式喷雾的猕猴桃精量对靶授粉机器人。
背景技术
猕猴桃为雌雄异株藤本植物，需通过雄蕊的产生的花粉进行异花授粉，自然种植环境下其雌雄比例一般为1：8。猕猴桃仅有3-5天的短暂花期，而且猕猴桃对授粉效果的要求非常严格，花期授粉效果的好坏直接影响到花粉的活力，花粉活力的强弱又直接影响到花粉萌发和受精坐果。同时自然授粉在密闭的设施环境内比较受制约，授粉效果也极易受环境光照条件、温湿度、风速影响。
为了保证授粉效果，目前我国生产上多采用人工点粉来辅助授粉，但人工授粉劳动强度大，工作效率低，劳动力成本高；同时部分使用电动授粉器来辅助授粉。在劳动力减少，人工成本逐年提高的情况下，人工作业授粉缺乏稳定性和经济性。目前市面上专用的授粉机械匮乏，仅有少数的团队研究出搭配可移动底盘和授粉末端的机器人，但其智能化、精量化不够高，存在花粉浪费大，面对具有重叠情况和倾斜角度的猕猴桃花朵授粉不准确等问题。因此有必要研发一种能够在猕猴桃花朵重叠与倾斜情况下，找到最佳授粉点实现精量对靶，减少花粉浪费的智能双流式精量对靶授粉机器人。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种基于视觉识别与双流式喷雾的猕猴桃精量对靶授粉机器人，以实现猕猴桃花朵授粉的精量化、智能化、经济化。
本发明采用的技术方案是：
基于视觉识别与双流式喷雾的猕猴桃精量对靶授粉机器人，包括四轮驱动式底盘、固定在四轮驱动式底盘上方的电控箱；其特征在于：所述四轮驱动式底盘上安装着由若干横梁和立柱组成的主框架、可活动地定位在主框架上部以根据猕猴桃花朵坐标移动的若干个移动组件、安装在每个移动组件上对猕猴桃花朵精量对靶授粉的双流式精良对靶喷头、固定在主框架上的视觉识别系统、设置在四轮驱动式底盘上为精量对靶喷头提供授粉源液的电动花粉液药箱以及固定在四轮驱动式底盘上用以为双流式精良对靶喷头提供气路的空气压缩机。
所述每个移动组件包含固定在主机架上为双流式精良对靶喷头左右移动提供动力的左右伺服电机、将左右伺服电机的动力传递给两个左右皮带的左右传动轴、由左右皮带带动且可在主框架上左右移动的前后传动辊固定支架、两端分别与所述两个滑轨上的滑块连接的前后滑动轴、一一可转动地定位在两个前后传动辊固定支架上且与前后皮带进行配合的两个前后传动辊、可滑动地定位在所述前后滑动轴上且与所述前后皮带连接的倾斜组件固定板以及通过固定支架3-4安装在倾斜组件固定板上的所述双流式精良对靶喷头。
两个前后传动辊中的其中一个与前后伺服电机的电机轴同轴连接，
所述空气压缩机和电动花粉液药箱，分别通过带有电磁阀的导管连通所述双流式精量对靶喷头中的气路接头和液路接头。
所述四轮驱动式底盘包含底盘框架、可转动地定位在小车框架上的若干驱动轮和若干从动轮。
所述倾斜组件包括安装在倾斜组件固定板上的前后倾斜伺服电机、由前后倾斜伺服电机带动的前后倾斜底部支撑件、与前后倾斜底部支撑件固连的左右倾斜伺服电机以及由左右倾斜伺服电机带动且安装着双流式精量对靶喷头的喷头支架。
所述视觉识别系统包括深度相机和上位机，以采集和处理猕猴桃花朵的重叠情况与倾斜角度图片。
所述电控箱中安装着蓄电池、下位机。
本发明的有益效果是：
本发明提供的基于视觉识别和双流式喷头的智能授粉机器人，通过移动组件在主框架上方移动，通过深度相机拍摄并找到一簇猕猴桃花朵，并通过根据花朵重叠情况与倾斜角度找到最佳授粉点进行定位，通过移动组件和倾斜组件对猕猴桃花朵进行精量对靶授粉，实现了猕猴桃花朵授粉的精量化、智能化、经济化和去人工化，大大提高了授粉效率，降低了花粉消耗量。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图。
图2为本发明中四轮驱动式底盘的结构示意图。
图3为本发明中移动组件的立体结构示意图之一。
图4为本发明中移动组件的立体结构示意图之二。
图5为本发明中移动组件的立体结构示意图之三。
图6为本发明中倾斜组件的立体结构示意图之一。
图7为本发明中倾斜组件的立体结构示意图之二。
附图标号：
1、主框架；1-1、横梁；1-2、立柱；2、移动组件；2-1、前后伺服电机；2-2、左右皮带；2-3、左右传动轴；2-4、前后滑动轴；2-5、移动组件支撑架；2-6、前后传动辊；2-7、左右传动辊；2-8、滑轨；2-9、左右伺服电机；2-10、倾斜组件固定板；2-11、前后伺服电机固定板；2-12、前后传动辊固定支架；2-13、滑块；2-14、固定板；2-15、前后皮带；3、倾斜组件；3-1、前后倾斜伺服电机；3-2、前后倾斜底部支撑件；3-3、左右倾斜伺服电机；3-4、喷头支架；4、四轮驱动式底盘；4-1、底盘框架；4-2、驱动轮；4-3、从动轮；5、双流式精良对靶喷头；6、空气压缩机；7、电动花粉液药箱；8、电控箱；9、深度相机。
具体实施方式
以下结合附图所示的实施例进一步说明。
如图1所示的基于花朵重叠情况和角度判断策略的智能授粉机器人中，主框架1由若干横梁和立柱组成且设计成矩形，以方便框架固定在四轮驱动式底盘上，并在猕猴桃花架(猕猴桃花朵及藤叶缠绕在花架上，图中未显示猕猴桃花朵及花架)下方进行授粉作业。所述深度相机安装在主框架的前侧，用于采集猕猴桃花朵的重叠情况和倾斜角度图片，通过上位机计算出最佳授粉点的坐标然后传输给下位机；所述上位机(图中省略)位于操作员的手中，通过无线信号发送装置与深度相机以及下位机进行信息传递。电动花粉液药箱固定在四轮驱动式底盘上以通过液路提供花粉源液给双流式喷头。空气压缩机同样固定在四轮驱动式底盘上以通过气路为双流式喷头供气。电控箱固定在四轮驱动式底盘上，电控箱中的下位机用于接受上位机传输的坐标数据并且控制移动组件、倾斜模块和双流式喷头的运动。蓄电池安装在电控箱中。
如图2所示，所述四轮驱动式底盘安装在主框架的下方，用以支撑主框架并驱动机器人向四周运动(包括前后左右的水平运动)。所述四轮驱动式底盘包括底盘框架4-1、驱动轮4-2、从动轮4-3。所述驱动轮布置在小车的后侧，由蓄电池供电，通过传动轴和连接件固定在底盘框架上，驱动机器人前后移动。所述从动轮安装在底盘的前测，由蓄电池供电，从动轮进行左右转动从而控制机器人进行左右转向。当机器人不工作的时刻，可通过远程遥控使机器人停止运动，蓄电池停止为驱动轮和从动轮供电。
如图3、图4、图5所示，两个移动组件分别布置在主框架中上部的左右两边，分别用于带动倾斜模块、双流式精良对靶喷头的前后左右运动。
每个移动组件中：左右伺服电机2-9固定在主框架的横梁上，左右传动轴2-3通过固定板2-14可转动地定位在横梁上并且与左右伺服电机的输出轴连接；两根左右传动辊2-7分别通过相应的支架可转动地设置在前后两根横梁的中间部位并且与左右传动轴相互平行(参见图4)，左右传动轴前端和后端的传动部位还分别通过与两根左右传动辊配合的两根左右皮带2-2进行动力传递；主框架的前后两根横梁上分别设置有滑轨2-8，两个滑轨分别配设有滑块2-13，前后滑动轴2-4的两端则分别与两个滑轨上的滑块固连。两个滑轨上的滑块还分别连接一前后传动辊固定支架2-12，两个前后传动辊固定支架2-12分别与各自横梁上对应的左右皮带固定，从而能够在左右伺服电机的驱动下沿着滑轨左右移动。前述两个前后传动辊固定支架中，其中一个前后传动辊固定支架上竖直设置着一个前后传动辊2-6；另一个前后传动辊固定支架通过前后伺服电机固定板2-11安装着前后伺服电机2-1，并且前后伺服电机的电机轴竖直布置并且连接一前后传动辊，另有一前后皮带同时与前述的两个前后传动辊配合进行动力传递。所述倾斜组件固定板2-10可滑动地定位在前后滑动轴2-4上并且与前后皮带2-15连接，双流式精良对靶喷头5通过固定支架3-4安装在倾斜组件固定板上。前后伺服电机转动，就能通过前后皮带2-15带动双流式精良对靶喷头沿着前后滑动轴前后移动(主框架上前后移动)；而左右伺服电机转动，又能带动双流式精良对靶喷头在主框架上左右移动。
倾斜组件3中的双流式精量对靶喷头安装在倾斜组件固定板上，因此双流式精量对靶喷头能够前后左右倾斜一定角度以找到最佳授粉点的坐标，实现猕猴桃花朵精量对靶授粉。
所述双流式精量对靶喷头中的气路接头和液路接头分别通过带有电磁阀的导管连通空气压缩机和电动花粉液药箱，所述电磁阀分别接通下位机，使得双流式精量对靶喷头输出的花粉，气液比例得到精准控制。
如图6、图7所示，所述倾斜组件3用于带动双流式精量对靶喷头倾斜一定的角度找到猕猴桃花朵最佳授粉点，以实现猕猴桃花朵精量对靶授粉。
所述倾斜组件包括倾斜组件固定板、安装在倾斜组件固定板上的前后倾斜伺服电机3-1、由前后倾斜伺服电机带动的前后倾斜底部支撑件3-2、与前后倾斜底部支撑件固连的左右倾斜伺服电机3-3、由左右倾斜伺服电机带动且安装着双流式精量对靶喷头的喷头支架3-4。深度相机获取到一簇猕猴桃花朵的图像后，上位机根据猕猴桃花朵的重叠情况和倾斜角度计算出最佳授粉点的坐标，传输给电控箱中的下位机，电控箱控制前后倾斜伺服电机转动，同时控制左右倾斜伺服电机转动，将双流式精量对靶喷头转动到最佳授粉点的坐标后，双流式精量对靶喷头5开始授粉作业。当一簇猕猴桃花朵在规定的授粉时间获得充分授粉后，根据深度相机传输的下一簇猕猴桃花朵最佳授粉点坐标，双轮驱动底盘先移动到下一簇花朵的大致位置后，移动组件带动倾斜组件3和双流式精良对靶喷头5移动到新的授粉点，倾斜组件重复以上步骤，开始新的授粉作业。
所述主框架前侧安装的深度相机9，采集猕猴桃花朵重叠情况和倾斜角度的图片，传输给上位机计算出一簇猕猴桃花朵最佳授粉点的坐标后，传输给下位机的电控箱。深度相机模块为现有的技术，不再细述。
所述深度相机、蓄电池、移动组件和倾斜组件的伺服电机、双流式精良对靶喷头分别与电控箱内的下位机电连接，以便控制智能授粉机器人的整体协调配合，实现对重叠情况和具有一定倾斜角度的猕猴桃花簇进行精量对靶授粉作业。上述各电子器件和伺服电机均可通过外购获得。
本发明的工作步骤如下：
步骤一、电控箱通过蓄电池对驱动轮和从动轮上电，控制智能授粉机器人移动至猕猴桃花朵附近。
步骤二、当深度相机拍摄到重叠并具有一定倾斜角的猕猴桃花簇时，通过上位机计算出最佳授粉点，然后将最佳授粉点的坐标传递给电控箱中的下位机，电控箱中的下位机控制授粉机器人停止移动，同时移动组件带动倾斜组件和双流式喷头前后左右移动，以找到最佳授粉点的坐标。
步骤三、倾斜组件通过伺服电机带动双流式喷头转动，从而使双流式喷头找到具有一定倾斜角的最佳授粉点。
步骤四、下位机控制空气压缩机和水电磁阀，为双流式喷头提供液与气路，实现猕猴桃花朵簇的精量对靶授粉。授粉完成后移动组件和倾斜组件复位。
步骤五、重复上述步骤一直步骤五，实现重叠情况和具有一定倾斜角度的猕猴桃花簇的精量对靶授粉作业，直至所有猕猴桃花簇授粉完毕，移动组件与倾斜组件复位，人为远程遥控机器人底盘运动，授粉作业结束。
另外，四轮驱动式底盘还可设置远程遥控模式，以通过远程遥控器上的按钮，手动控制智能授粉机器人的前进，后退、转向和变速等功能。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实例。显然本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (8)
1.基于视觉识别与双流式喷雾的猕猴桃精量对靶授粉机器人，包括四轮驱动式底盘(4)、固定在四轮驱动式底盘上方的电控箱(8)；其特征在于：所述四轮驱动式底盘上安装着由若干横梁和立柱组成的主框架(1)、可活动地定位在主框架上部以根据猕猴桃花朵坐标移动的若干个移动组件(2)、安装在每个移动组件上对猕猴桃花朵精量对靶授粉的双流式精良对靶喷头(5)、固定在主框架上的视觉识别系统、设置在四轮驱动式底盘上为精量对靶喷头提供授粉源液的电动花粉液药箱(7)以及固定在四轮驱动式底盘上用以为双流式精良对靶喷头提供气路的空气压缩机(6)。
2.根据权利要求1所述的基于视觉识别与双流式喷雾的猕猴桃精量对靶授粉机器人，其特征在于：所述每个移动组件包含固定在主机架上为双流式精良对靶喷头左右移动提供动力的左右伺服电机(2-9)、将左右伺服电机的动力传递给两个左右皮带(2-2)的左右传动轴(2-3)、由左右皮带带动且可在主框架上左右移动的前后传动辊固定支架(2-12)、两端分别与所述两个滑轨上的滑块连接的前后滑动轴(2-4)、一一可转动地定位在两个前后传动辊固定支架上且与前后皮带进行配合的两个前后传动辊(2-6)、可滑动地定位在所述前后滑动轴上且与所述前后皮带(2-15)连接的倾斜组件固定板(2-10)以及通过固定支架(3-4)安装在倾斜组件固定板上的所述双流式精良对靶喷头。
3.根据权利要求2所述的基于视觉识别与双流式喷雾的猕猴桃精量对靶授粉机器人，其特征在于：两个前后传动辊中的其中一个与前后伺服电机的电机轴同轴连接。
4.根据权利要求3所述的基于视觉识别与双流式喷雾的猕猴桃精量对靶授粉机器人，其特征在于：所述空气压缩机和电动花粉液药箱，分别通过通过带有电磁阀的导管连通所述双流式精量对靶喷头中的气路接头和液路接头。
5.根据权利要求4所述的基于视觉识别与双流式喷雾的猕猴桃精量对靶授粉机器人，其特征在于：所述四轮驱动式底盘包含底盘框架(4-1)、可转动地定位在小车框架上的若干驱动轮(4-2)和若干从动轮(4-3)。
6.根据权利要求5所述的基于视觉识别与双流式喷雾的猕猴桃精量对靶授粉机器人，其特征在于：所述倾斜组件包括安装在倾斜组件固定板上的前后倾斜伺服电机(3-1)、由前后倾斜伺服电机带动的前后倾斜底部支撑件(3-2)、与前后倾斜底部支撑件固连的左右倾斜伺服电机(3-3)以及由左右倾斜伺服电机带动且安装着双流式精量对靶喷头的喷头支架(3-4)。
7.根据权利要求6所述的基于视觉识别与双流式喷雾的猕猴桃精量对靶授粉机器人，其特征在于：所述视觉识别系统包括深度相机(9)，以采集猕猴桃花朵的重叠情况与倾斜角度图片。
8.根据权利要求7所述的基于视觉识别与双流式喷雾的猕猴桃精量对靶授粉机器人，其特征在于：所述电控箱中安装着蓄电池、下位机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |