CN211293749U - 一种用于育种小区测产的田间自行走机器人 - Google Patents

Abstract

一种用于育种小区测产的田间自行走机器人，在底盘车上搭载有机械臂、激光雷达、GPS模块、IMU模块、便携式计算机和无线路由器，机械臂包括竖直和水平伸缩臂，竖直伸缩臂底端设置在底盘车上表面，顶端与水平伸缩臂的一端连接，水平伸缩臂的另一端设置有拍摄角度竖直向下的用于实时获取小区内作物图像信息的双目相机，双目相机、激光雷达、GPS模块、IMU模块与便携式计算机连接，便携式计算机通过无线路由器组网与远程接收设备连接。本实用新型在小区内作物生长过程中，实时获取小区内作物的穗数量，可提高小区内作物管理的实时性，在搭配图像处理模型时，还能提高小区内作物管理的智能性，从而提高小区内作物产量预测的效率与质量，提高劳动和生产效率。

Description

一种用于育种小区测产的田间自行走机器人

技术领域

本实用新型属于涉及农业物联网技术领域，特别涉及一种用于育种小区测产的田间自行走机器人。

背景技术

随着农业生产机械化和信息化水平的不断提高，预测农作物产量的手段也日益丰富。然而，目前田间作物产量预测手段的自动化程度和质量水平仍不完善。其中图像处理技术以其快速、无损等优势在小面积作物产量预测方面显现出了积极的作用，但对于田间作物而言，目前使用的基于图像处理技术预测产量的方法是固定式的，对于大面积作物产量的预测仍显不足。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种用于育种小区测产的田间自行走机器人，在小区内作物生长过程中，实时获取小区内作物的图像，可提高小区内作物管理的实时性，在搭配图像处理模型时，还能提高小区内作物管理的智能性，从而提高小区内作物产量预测的效率与质量，提高劳动和生产效率。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种用于育种小区测产的田间自行走机器人，包括底盘车1，所述底盘车1 上搭载有机械臂3、激光雷达2、GPS模块7、IMU模块8、便携式计算机5和无线路由器10，所述机械臂3包括竖直伸缩臂和水平伸缩臂，其竖直伸缩臂32 底端设置在底盘车1上表面，顶端与水平伸缩臂33的一端连接，水平伸缩臂的另一端设置有拍摄角度竖直向下的用于实时获取小区内作物图像信息的双目相机4，所述双目相机4、激光雷达2、GPS模块7、IMU模块8与便携式计算机 5连接，所述便携式计算机5通过无线路由器10组网与远程接收设备9连接。

所述底盘车1上搭载有控制器6，所述控制器6接收便携式计算机5的指令，通过电机和转向器控制底盘车1的启停以及运行路线。

所述控制器6通过两个步进电机分别控制竖直伸缩臂32和水平伸缩臂33 的伸缩调节。

所述竖直伸缩臂32的底端通过一个旋转台31设置在底盘车1上，所述控制器6通过一个电机控制旋转台的旋转运动。

所述便携式计算机5置于底盘车1表面后部中央，接收双目相机4获取的小区内作物图像信息，接收GPS模块7和IMU模块8获取的实时定位信息，接受激光雷达2获取的周围小区内作物的点云信息。

所述便携式计算机5，接收双目相机4获取的小区内作物图像信息，实时分析穗数量，并实时向远程接收设备9发送小区内作物数量信息。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、在小区内作物的生长过程中，可以实时获取小区内作物的图像信息，其中图像信息包括育种区小区内作物的穗数量及穗粒色泽，饱满度等信息，并传至计算机进行处理和存储，最终将结果传至远程接收设备，供远程端查看以及分析。

2、底盘车可以根据GPS，IMU模块获取的位置信息，在计算机及控制器的控制下在复杂的大田地面上按已规划的路径行进，给小区内作物管理者提供更多详细的实时信息，便于田间管理的实时化，并为智能化管理提供必要基础，最终实现小区产量的实时、自动化预测分析。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型机械臂结构示意图

图3为本实用新型路径规划示意图。

图4为本实用新型图像采集示意图。

图5为本实用新型工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本实用新型的实施方式。

如图1所示，一种用于育种小区测产的田间自行走机器人，包括底盘车1，底盘车1上搭载有机械臂3、激光雷达2、GPS模块7、IMU模块8、便携式计算机5和无线路由器10。

其中，机械臂3为自动调节结构，包括竖直伸缩臂32和水平伸缩臂33，其竖直伸缩臂32底端设置在底盘车1上表面中心处，顶端与水平伸缩臂33的一端连接，水平伸缩臂33的另一端设置有拍摄角度竖直向下的用于实时获取小区内作物图像信息的双目相机4。

在本实用新型的更佳实施方式中，可在底盘车1上搭载控制器6，由控制器 6接收便携式计算机5的指令，通过电机和转向器控制底盘车1的启停以及运行路线，一方面使得底盘车1能够按照预定路径行走，另一方面也可根据实际的位置与路况信息做细微调整。

并且，可由控制器6通过两个步进电机分别控制竖直伸缩臂32和水平伸缩臂33的伸缩调节，从而调整双目相机4的高度位置及水平位置，以完成育种区作物图片的拍摄，获取育种区作物的穗数量信息。

在本实用新型的更佳实施方式中，竖直伸缩臂的底端可通过一个旋转台31 设置在底盘车1上，由控制器6通过一个电机控制旋转台的旋转运动，由此实现机械臂3的旋转。

双目相机4、激光雷达2、GPS模块7、IMU模块8与便携式计算机5连接，便携式计算机5通过无线路由器10组网与远程接收设备9连接，便携式计算机 5可置于底盘车1表面后部中央，接收双目相机4获取的育种区域内作物的整体图像信息，并可进一步对穗进行识别与计数。

GPS模块7和IMU模块8构成定位部分，便携式计算机5接收GPS模块7 和IMU模块8获取的实时定位信息，并可进一步将两者的位置信息经过卡尔曼滤波后作为底盘车1的最终位置。

便携式计算机5接收激光雷达2获取的周围小区内作物环境的点云信息，以避免底盘车1与育种区小区内作物发生碰撞及在偏离路线的情况下对小车姿态的调整，以及避免损伤小区内作物。

便携式计算机5通过无线局域网对信息进行无线传输，并由远程接收设备9 接收数据。

由此即可实现通过便携式计算机5控制整个小车的工作。

按照功能模块，可将本实用新型主要分为四个模块：定位导航系统、图像采集模块、穗检测计数模块、信息传输系统。

模块一：定位导航系统

参照图1，定位导航系统包括：底盘车1、GPS模块7、IMU模块8、控制器6，便携式计算机5和激光雷达2。便携式计算机5嵌于底盘车上，通过GPS 模块7和IMU模块8实时获取位置信息，并通过控制器6按已规划的路径控制底盘小车1的移动，同时通过分析激光雷达2采集的数据在偏离路线的情况下对底盘车1姿态进行调整。

模块二：图像采集模块

参照图1、图2，图像采集模块包括：底盘车1、控制器6、机械臂3、双目相机4。底盘车1在指定位置启动后，便携式计算机5结合小区内作物当前发育期，使机械臂3在控制器6的作用下将双目相机4移至育种区内作物正上方合适高度处。底盘车1在育种区垄间11行进过程中机械臂3在底盘车1单侧水平方向来回伸展，使双目相机4能够拍摄到底盘车1单侧育种区10的全部作物。当底盘车按规划路径12转向后，控制器6使机械臂3转至底盘车1的另一侧拍摄下一块育种区15，最终双目相机4将拍摄到的育种区全部作物的图像信息以视频形式传至便携式计算机。

模块三：穗检测计数模块

该模块并非本实用新型的必要模块，其功能实现可设置在便携式计算机5，也可以设置在远程接受设备9，本实用新型的主要功能在于采集图像。

当设置在便携式计算机5时，便携式计算机5在使用前对小区内作物各个发育期图像进行预处理，从图像中分别提取穗、叶片和阴影3类标签图像并对提取的标签图像进行数据扩充，将扩充后的数据集进行划分，最终建立可用于穗识别的CNN模型。便携式计算机5在底盘车1启动后利用此CNN模型对双目相机4采取的小区内作物视频信息进行实时分析，识别穗并进行计数。

模块四：信息传输系统

信息传输系统包括：便携式计算机5、远程接受设备9、无线路由器10。便携式计算机5可在底盘车1行进过程中通过无线局域网将双目相机4拍摄的作物图像信息及已识别作物数量等数据传输至远程接收设备9，在处理完育种区全部作物图像信息后，将预产结果传输至远程接收设备9。

结合图3，本实用新型工作流程如下：

将小车摆放到工作区域，小车启动后便携式计算机5结合小区内作物当前发育期，使机械臂3在控制器6的作用下将双目相机4移至育种区内作物正上方合适高度处。双目相机4启动，此时双目相机4拍摄范围为育种区14，并向便携式计算机5传输小区内作物的视频信息。便携式计算机5向远程接收设备9 传送小区内作物的视频信息。机械臂3沿水平方向延伸，当机械臂3伸至左侧育种区11最大宽度时，便携式计算机5分析激光雷达2、GPS模块7、IMU模块8的数据，通过控制器6按规划路径控制小车向前移动，前进距离略小于双目相机4拍摄范围育种区14的长度。小车停止后，机械臂3沿水平方向开始反向收缩至最小位置，便携式计算机5再次分析激光雷达2、GPS模块7、IMU模块8的数据，通过控制器6按规划路径控制小车向前移动相同距离依此规律重复执行，待小车按规划路径12转向后，机械臂3旋至底盘车1右侧，重复执行以上步骤以拍摄育种区15的小区内作物图像，直至小车到达终点。

更佳地，在便携式计算机5内建立可用于穗识别的CNN模型时，便携式计算机5在接收到视频信息时，开始识别穗，进行计数，并对视频中上侧和左右两侧作物进行标记，向远程接收设备9传送作物的视频信息、已识别的作物数量和预估产量等数据。当机械臂3的延伸使左右两侧已标记的作物均移出视频范围后，便携式计算机5再次计数，并更新左右两侧作物的标记集。当机械臂3 伸至左侧育种区11最大宽度时，便携式计算机5控制小车前向移动，直至上侧已标记的作物移至视频下侧，机械臂3开始反向收缩，便携式计算机5识别穗并计数，忽略视频下侧已标记的作物，更新上侧标记集，计数条件保持不变，直至识别规划路径两侧育种区的全部小区内作物。

Claims (5)

1.一种用于育种小区测产的田间自行走机器人，包括底盘车(1)，其特征在于，所述底盘车(1)上搭载有机械臂(3)、激光雷达(2)、GPS模块(7)、IMU模块(8)、便携式计算机(5)和无线路由器(10)，所述机械臂(3)包括竖直伸缩臂和水平伸缩臂，其竖直伸缩臂底端设置在底盘车(1)上表面，顶端与水平伸缩臂的一端连接，水平伸缩臂的另一端设置有拍摄角度竖直向下的用于实时获取小区内作物图像信息的双目相机(4)，所述双目相机(4)、激光雷达(2)、GPS模块(7)、IMU模块(8)与便携式计算机(5)连接，所述便携式计算机(5)通过无线路由器(10)组网与远程接收设备(9)连接。

2.根据权利要求1所述用于育种小区测产的田间自行走机器人，其特征在于，所述底盘车(1)上搭载有控制器(6)，所述控制器(6)接收便携式计算机(5)的指令，通过电机和转向器控制底盘车(1)的启停以及运行路线。

3.根据权利要求2所述用于育种小区测产的田间自行走机器人，其特征在于，所述控制器(6)通过两个步进电机分别控制竖直伸缩臂和水平伸缩臂的伸缩调节，以获取育种小区作物的点云信息。

4.根据权利要求2或3所述用于育种小区测产的田间自行走机器人，其特征在于，所述竖直伸缩臂的底端通过一个旋转台设置在底盘车(1)上，所述控制器(6)通过一个电机控制旋转台的旋转运动。

5.根据权利要求1所述用于育种小区测产的田间自行走机器人，其特征在于，所述便携式计算机(5)置于底盘车(1)表面后部中央，接收双目相机(4)获取的小区内作物图像信息，接收GPS模块(7)和IMU模块(8)获取的实时定位信息，接收激光雷达(2)获取的周围小区内作物的点云信息。

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