CN210491742U - 用于水果果实和自动采摘车的分布式定位装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于水果果实和自动采摘车的分布式定位装置，包括：主控制站，所述主控制站包括：支架；位于支架上的水平轨道；可在水平轨道上移动的单目相机；相连接的第一天线和第一卫星定位接收机；第一通信模块；以及主控计算机，该主控计算机分别与单目相机、第一卫星定位接收机、第一通信模块连接；从站，所述从站包括：与所述第一通信模块通讯连接的第二通信模块；设置在自动采摘车上的第二接收机和第二天线，第二卫星定位接收机和第二天线相连接；以及从计算机，该从计算机分别与第二通信模块、第二卫星定位接收机、自动采摘车的采摘机械臂连接。本实用新型使用单目相机达到阵列相机的效果，具有成本优势，分布式定位装置的定位精度高。

Description

用于水果果实和自动采摘车的分布式定位装置

技术领域

本实用新型涉及用于水果果实和自动采摘车的分布式定位装置。

背景技术

水果是重要的农产品，但水果的人工采摘收获作业费时费力。无人自动采摘技术是发展方向，其中对果实和无人自动采摘车进行准确的定位是提高效率的重要因素。

已有的定位手段取得了大量成果，但也存在一些不足。专利申请 CN108834576A存在的问题是需要两个相机，而且获得的是果实相对于机器人的相对位置而不是地理上的坐标。采用光场相机(顾正敏,李臻峰,宋飞虎,张君生, 庄为.基于光场相机的大豆冠层叶面积无损测量方法研究[J].浙江农业学报,2018， 30(12))虽然可以获得果实的深度信息，但需要大量的摄像机并行排列，数据处理复杂，而且成本高。直接采用价格昂贵深度相机(王亮,赵德安,刘晓洋.基于深度相机的苹果采摘机器人路径规划研究[J/OL].软件导刊:1-6[2019-03-14]，专利申请CN109345554A)会增加整个采摘装置的成本。其他的方法如基于激光测距(张宾,宿敬肖,张微微,邓明华,汪小志.基于激光视觉的智能识别苹果采摘机器人设计 [J].农机化研究,2016,38(07):60-64)，专利申请CN102165880A)只能是点测量，也只能提供相对位置而不是坐标位置，另外，激光测距系统成本也较高。

实用新型内容

本公开提供一种用于水果果实和自动采摘车的分布式定位装置，用于提供果树上果实的坐标，以及自动采摘车的坐标位置，为自动采摘提供信息。

根据本公开实施例的一方面，提供一种用于水果果实和自动采摘车的分布式定位装置，包括：

主控制站，所述主控制站包括：支架；位于支架上的水平轨道；可在水平轨道上移动的单目相机；相连接的第一天线和第一卫星定位接收机；第一通信模块；以及主控计算机，该主控计算机分别与单目相机、第一卫星定位接收机、第一通信模块连接；

从站，所述从站包括：与所述第一通信模块通讯连接的第二通信模块；设置在自动采摘车上的第二接收机和第二天线，第二卫星定位接收机和第二天线相连接；以及从计算机，该从计算机分别与第二通信模块、第二卫星定位接收机、自动采摘车的采摘机械臂连接。

可选地，单目相机上装配有长焦镜头。

可选地，单目相机固定在滑块上，滑块设于轨道上。

本公开一方面的有益效果是：(1)利用第一接收机可得到轨道的准确坐标以及该区域内坐标定位需要的校正值；(2)不同于现有的多个摄像机构成的相机阵列，本公开利用单目相机沿轨道的平行移动，形成虚拟的光场相机，使用单目相机达到阵列相机的效果，具有成本优势；(3)不同于现有果实定位技术获得的相对位置，本公开通过阵列相机多幅图像的三维处理技术提取树上果实相对于轨道的深度信息，从而与轨道的坐标相加可以得到果实的坐标位置；(4)自动采摘车在计算自身坐标的基础上，可以接收来自主控制站的校正信息对自身坐标进行校正，从而提高了无人自动采摘车的定位精度；(5)使用本公开分布式定位装置的采摘车自动化程度高、实用性强。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1a是根据一示例性实施例示出的一种用于水果果实和自动采摘车的分布式定位装置主控制站的结构示意图；

图1b是根据一示例性实施例示出的一种用于水果果实和自动采摘车的分布式定位装置从站的结构示意图；

图2a是根据一示例性实施例示出的一种用于水果果实和自动采摘车的分布式定位装置主控制站的原理框图；

图2b是根据一示例性实施例示出的一种用于水果果实和自动采摘车的分布式定位装置从站的原理框图；

图3是根据一示例性实施例示出的相机平行移动与光场阵列相机的等效示意图。

附图标记说明：

1-支架 4-第一天线

2-水平轨道 5-电机

3-滑块 6-单目相机

7-长焦镜头 12-第二通信模块

8-第一卫星定位接收机 13-第二卫星定位接收机

9-主控计算机 14-从计算机

10-第一通信模块 15-采摘机械臂

11-自动采摘车 16-第二天线

具体实施方式

图1a是根据一示例性实施例示出的一种用于水果果实和自动采摘车的分布式定位装置主控制站的结构示意图；图1b是根据一示例性实施例示出的一种用于水果果实和自动采摘车的分布式定位装置从站的结构示意图；图2a是根据一示例性实施例示出的一种用于水果果实和自动采摘车的分布式定位装置主控制站的原理框图；图2b是根据一示例性实施例示出的一种用于水果果实和自动采摘车的分布式定位装置从站的原理框图。参见图1a、1b、2a和2b，该分布式定位装置包括主控制站和从站，所述主控制站包括支架1、轨道2、单目相机6、第一卫星定位接收机8，主控计算机9、第一通信模块10等。轨道2放置在支架 1上，在测量时应当确保轨道2的水平。轨道2可采用丝杠机构，单目相机6安装在丝杠螺母上在电机5驱动下作直线运动。作为替代，轨道2也可以是导轨，导轨2上设有滑块3，单目相机6固定在滑块3上，滑块3在驱动部件的驱动下可在导轨2上移动。单目相机6可采用GS3-U3-123S6C-C，单目相机6上可装配有长焦镜头7，长焦镜头7可采用Computar高清镜头。第一卫星定位接收机 8及其连接的第一天线4用于对水平轨道2进行定位，第一卫星定位接收机8可得到轨道2的准确坐标以及该区域内坐标定位需要的校正值，其中第一天线4 可设置在轨道2的一端。第一卫星定位接收机8可采用北斗接收机为Net20 Plus。主控计算机9分别与单目相机6、第一卫星定位接收机8、第一通信模块10连接，接受各个器件的信号，并对各个器件的动作进行控制。

所述从站设置在自动采摘车上，可以接收来自主控制站的校正信息对自身坐标进行校正，从而提高了自动采摘车的定位精度。所述从站包括第二通信模块 12、第二星定位接收机13、从计算机14等，第二通信模块12与主控制站的第一通信模块10通讯连接，实现与主控制站的数据交互，例如可接收主控制站的校正信息。第二卫星定位接收机13及其连接的第二天线16用于对自动采摘车进行定位，第二卫星定位接收机13也可采用北斗接收机为Net20 Plus。从计算机 14分别与第二通信模块12、第二卫星定位接收机13、自动采摘车的采摘机械臂 15连接，接受各个器件的信号，并对各个器件的动作进行控制。其中采摘机械臂15并不是本公开的改进点，可采用现有技术。

本公开分布式定位装置的工作原理如下：

1)支架1放置于在果园开阔的空间，使得相机6和长焦镜头7能够对欲采摘的水果树成像，预先对相机6和长焦镜头7组合的内部参数矩阵进行标定，预先对基准点位置进行标定，得到轨道2起点的基准坐标并存储于主控计算机9。

2)启动电机5，使得装配有长焦镜头7的单目相机6沿水平轨道2均匀移动。在移动过程中，每移动一定的间隔(如图3中的位置1、位置2)，单目相机 6就对果树场景进行一次照相，从而得到多幅类似的场景图像，并将图像传送给主控计算机9；同时，每次照相时单目相机6的坐标也通过其移动速度和运行时间等由主控计算机9叠加上轨道2起点的基准坐标得出；由于每次拍摄都是利用在一条平移轨道2上的同一个相机，保证了前后拍摄时光路的平行，且外部场景是果树的静态场景，因此这种平移拍摄等效于多个平行光轴的同参数相机阵列对外部场景成像，达到了虚拟阵列相机的效果。主控计算机9利用阵列相机三维重建方法对多幅图像进行处理，计算出各果实相对相机的位置，再叠加上相机的坐标，即可得到各果实的坐标，并通过第一通信模块10发送给所述从站。

3)参考图2a和2b，自动采摘车的定位可采用RTK技术，即以轨道2安装第一天线4的一端为基准点，第一卫星定位接收机8接收第一天线4的卫星信号，并计算出实时坐标，送主控计算机9，进一步将基准坐标与实时坐标相减，得到需要校正的补偿量，并由第一通信模块10发送给所述从站；自动采摘车11搭载的第二通信模块12接收该坐标补偿量，存入从计算机14，并用于校正第二卫星定位接收机13传来的实时坐标，得到自动采摘车的真实坐标。

至此该分布式定位装置同时获取了果实和自动采摘车的真实坐标位置。之后自动采摘车11可以通过优化减小真实坐标与目标果实真实位置的差别，到达指定目的地并采摘。

本公开涉及的程序为简单程序，并不是本实用新型的改进点，本领域技术人员根据本公开的用于水果果实和自动采摘车的分布式定位装置的机械构造和线路构造、工作原理以及现有技术，就可实现所述程序的设计。

Claims (3)

1.一种用于水果果实和自动采摘车的分布式定位装置，其特征在于，包括：

主控制站，所述主控制站包括：支架(1)；位于支架(1)上的水平轨道(2)；可在水平轨道(2)上移动的单目相机(6)；相连接的第一天线(4)和第一卫星定位接收机(8)；第一通信模块(10)；以及主控计算机(9)，该主控计算机(9)分别与单目相机(6)、第一卫星定位接收机(8)、第一通信模块(10)连接；

从站，所述从站包括：与所述第一通信模块(10)通讯连接的第二通信模块(12)；设置在自动采摘车上的第二卫星定位接收机(13)和第二天线(16)，第二卫星定位接收机(13)和第二天线(16)相连接；以及从计算机(14)，该从计算机(14)分别与第二通信模块(12)、第二卫星定位接收机(13)、自动采摘车的采摘机械臂(15)连接。

2.根据权利要求1所述的用于水果果实和自动采摘车的分布式定位装置，其特征在于，单目相机(6)上装配有长焦镜头(7)。

3.根据权利要求1所述的用于水果果实和自动采摘车的分布式定位装置，其特征在于，单目相机(6)固定在滑块(3)上，滑块(3)设于水平轨道(2)上。

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