CN211745525U - 智能棉芽打顶系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开智能棉芽打顶系统，设置的参数检测模块为系统提供车本体实时的转向角度、位移、行驶速度以及打顶组件的偏移角度，定位模块(10)为系统提供实时的行走定位信息，避障检测模块为行走避障控制模块提供车本体行进过程中的障碍物信息，各主动光三目传感器模块(6)为系统提供实时的地垄上棉株枝叶的图像信息，经外部程序完成棉芽识别后，计算机、行走避障控制模块和各机械臂控制模块(7)协同控制，车本体可自动行进、转向，机械臂(8)可自动完成棉芽打顶作业，上述各个模块的设置，为解决现有技术存在的“棉芽打顶效率低以及因错打、漏打导致棉花收成低”的问题提供了电路支持和结构支持。

Description

智能棉芽打顶系统

技术领域

本实用新型涉及农用机械设备领域，具体涉及智能棉芽打顶系统。

背景技术

棉芽打顶，即摘除棉株顶芽。通过棉芽打顶可消除棉株顶端生长优势，调节水分养分等物质的运输方向，使较多的养分供生殖器官生长，减少无效果枝对水肥的消耗，促进棉株早结铃、多结铃、少脱落等，有明显的增产增收效果。棉芽打顶的时效性很强，如偏早或偏晚，会严重影响收成，因此，需严格把控棉芽打顶的时机，提高棉芽打顶的效率。

现有技术中可通过人工打顶或半自动化机械打顶，对于大中型棉田，人工打顶存在效率低的问题，容易错过打顶的时机，还存在错打、漏打的问题，较为影响棉花收成，而半自动机械打顶虽然效率得到较大提高，但“一刀切”的切割方式会误将顶芽下方的棉铃也切割掉，同样会影响棉花收成。有待于提出一种能全自动地、针对性地进行棉芽打顶的系统，既能提高打顶效率又能保障棉花收成。

实用新型内容

本实用新型提供智能棉芽打顶系统，为解决现有技术存在的“棉芽打顶效率低以及因错打、漏打导致棉花收成低”的问题提供电路支持和结构支持。

本实用新型通过以下技术方案解决技术问题：

智能棉芽打顶系统，包括车本体，还包括计算机、参数检测模块、行走避障控制模块、定位模块10、避障检测模块以及至少1个打顶组件；在每个打顶组件中，所述打顶组件包括主动光三目传感器模块6、机械臂控制模块7以及机械臂8；所述参数检测模块检测车本体的转向角度、位移、行驶速度以及偏移角度，并将检测结果输入至各机械臂控制模块7；所述定位模块10为行走避障控制模块提供车本体的位置定位信息；所述避障检测模块为行走避障控制模块提供车本体行进过程中的障碍物信息；所述行走避障控制模块根据位置定位信息和障碍物信息控制车本体的行进和转向；各主动光三目传感器模块6获取外部棉株枝叶的图像信息，输入至计算机；在计算机运行外部程序以提取外部棉芽的三维坐标信息所对应的芽顶位置，并将芽顶位置输入至与主动光三目传感器模块6对应的机械臂控制模块7；所述机械臂控制模块7根据参数检测模块提供的检测结果和计算机提取的芽顶位置控制对应的机械臂运行，完成棉芽打顶作业。

进一步地，还包括行进驱动模块和转向驱动模块；所述车本体包括行进组件和转向组件；所述行走避障控制模块控制所述行进驱动模块的运行，再通过行进组件控制所述车本体的行进；所述行走避障控制模块控制所述转向驱动模块的运行，再通过转向组件控制所述车本体的转向。

进一步地，所述车本体还包括至少2个后轮；所述行进组件包括前轮、前轮中轴和链条；在所述行进驱动模块的驱动下，作用力通过链条传至前轮中轴，进而控制前轮的行进；所述转向组件控制前轮的转向；所述参数检测模块包括1个转向传感器和至少3个滚动编码器，所述滚动编码器的数量与前轮和后轮的数量之和相同；在所述转向组件上安装转向传感器，在前轮中轴上安装1个滚动编码器，在每个后轮的中轴上分别安装1个滚动编码器。

进一步地，所述车本体还包括2个机翼，所述2个机翼分别为左机翼和右机翼；在所述左机翼安装有至少3个打顶组件；所述右机翼也安装有至少3个打顶组件，且所述左机翼和右机翼上的打顶组件的数量相同。

进一步地，所述参数检测模块包括2个陀螺仪；所述2个陀螺仪分别为左机翼陀螺仪和右机翼陀螺仪；所述左机翼陀螺仪安装在左机翼上，检测所述左机翼的上下偏移角度；所述右机翼陀螺仪安装在右机翼上，检测所述右机翼的上下偏移角度；所述左机翼陀螺仪和右机翼陀螺仪的检测结果输入至机械臂控制模块。

进一步地，所述避障检测模块包括至少3个激光雷达；在前轮的正前方、每个后轮的正前方各安装1个激光雷达，各个激光雷达检测到的信息输入至行走避障控制模块中。

进一步地，在每个打顶组件中，所述机械臂包括水平导轨、第一垂直导轨、第二垂直导轨、第一水平驱动电机、第二水平驱动电机、第一垂直驱动电机、第二垂直驱动电机以及2个带刀片切割电机；在所述第一垂直导轨的底端安装1个带刀片切割电机，在所述第二垂直导轨的底端安装1个带刀片切割电机；在所述机械臂控制模块的控制下，所述第一水平驱动电机带动所述第一垂直导轨在所述水平导轨上平移；在所述机械臂控制模块的控制下，所述第二水平驱动电机带动所述第二垂直导轨在所述水平导轨上平移；在所述机械臂控制模块的控制下，所述第一垂直驱动电机带动所述第一垂直导轨上下移动；在所述机械臂控制模块的控制下，所述第二垂直驱动电机带动所述第二垂直导轨上下移动；在所述机械臂控制模块的控制下，所述带刀片切割电机运转，切割外部棉芽。

进一步地，在每个打顶组件中，所述主动光三目传感器模块安装在对应的机械臂的前上方；所述主动光三目传感器模块包括RGB摄像头、第一结构光接收头、第二结构光接收头以及红外光源；所述红外光源向外部棉株枝叶发出预设波长的红外光，所述第一结构光接收头和第二结构光接收头接收反射光；所述第一结构光接收头接收到的反射光、所述第二结构光接收头接收到的反射光以及所述RGB摄像头拍摄的图像信息均输入至计算机。

进一步地，所述车本体包括敞篷；以车本体行进方向为参照，所述敞篷覆盖了各个打顶组件的前部、后部和顶部；在所述敞篷的顶部设有太阳能电池板；所述太阳能电池板将太阳能转换为电能，为系统供电。

进一步地，以车本体行进方向为参照，在所述敞篷的前部和后部均设有电控变色膜，并在敞篷内为电控变色膜设置感光模块、补光模块和电压控制模块；感光模块感测外部阳光的光照强度，并将光照强度信息输入至电压控制模块中，电压控制模块根据光照强度信息向电控变色膜发送控制电压，通过改变电压来改变电控变色膜的透光率，以改变敞篷内的光强；当敞篷内的光强较弱时，电压控制模块启动补光模块进行补光，增强敞篷内的光强。

与现有技术相比，具有如下特点：

1、参数检测模块为系统提供车本体实时的转向角度、位移、行驶速度以及打顶组件的偏移角度，定位模块为系统提供实时的行走定位信息，避障检测模块为行走避障控制模块提供车本体行进过程中的障碍物信息，各主动光三目传感器模块为系统提供实时的地垄上棉株枝叶的图像信息，经外部程序完成棉芽识别后，计算机、行走避障控制模块和各机械臂控制模块协同控制，车本体可自动行进、转向，机械臂可自动完成棉芽打顶作业，能有效提高打顶效率，机械臂仅针对棉芽进行打顶作业，可避免出现错打和漏打，保障了棉花收成，上述各个模块的设置，为解决现有技术存在的“棉芽打顶效率低以及因错打、漏打导致棉花收成低”的问题提供了电路支持和结构支持；

2、参数检测模块实时检测前轮的转向角度、位移和行驶速度，实时检测各后轮的位移和行驶速度，实时检测打顶组件所在的机翼的偏移角度，为调整行进方向、行进速度、打顶位置提供数据基础，以便完成准确无误的棉芽打顶作业，避免出现错打和漏打；

3、设置远程监控模块，以便掌握打顶作业过程中系统的运行状况，在出现故障时能及时发现和处理；

4、主动光三目传感器模块结合使用了红外光源的发送接收和RGB摄像头，分别获取棉株枝叶的红外线深度影像图和二维图像信息，再通过外部程序进行数据处理，便可获取棉芽的三维坐标信息所对应的芽顶位置，利用多个主动光三目传感器模块便可获取多个地垄上棉株枝叶的信息，1个主动光三目传感器模块对应1个机械臂控制模块，对应1个机械臂，如此便能同时对多垄棉株执行棉芽打顶作业，不仅效率高，准确度也高；

5、机械臂设置了水平导轨和2个垂直导轨，2个垂直导轨可在水平导轨上水平移动，也可在垂直于水平导轨的方向上下移动，每个机械臂的2个垂直导轨都设有带刀片切割电机，即每个机械臂可同时开展2垄棉株的棉芽打顶作业，打顶效率高，当垂直导轨水平或上下移动时，带刀片切割电机便随着垂直导轨在水平和垂直方向移动，以便对准棉芽，针对性地实施打顶作业；

6、设有敞篷，在敞篷顶部设置太阳能电池板，吸收太阳能为系统供电，可延长系统运行时间，节能省电；在敞篷前部和后部设置电控变色膜，电控变色膜可保证打顶作业过程中RGB摄像头的拍摄环境内光线亮度不变，为打顶作业提供独立的、稳定的光照环境，为更准确地完成打顶作业提供支持。

附图说明

图1为本实用新型的电路结构原理框图。

图2为本实用新型的机械结构图。

图中标号为：1、前轮；2、后轮；3、行进驱动模块；4、转向驱动模块；5、右机翼；6、主动光三目传感器模块；7、机械臂控制模块；8、机械臂；9、机身；10、定位模块；11、左机翼；12、前轮中轴；13、链条；14、激光雷达；15、微波雷达；16、物理拨杆。

图3为机械臂的结构图。

图中标号为：81、水平导轨；82、第一垂直导轨；83、第二垂直导轨；84、第一水平驱动电机；85、第二水平驱动电机；86、第一垂直驱动电机；87、第二垂直驱动电机；88、带刀片切割电机。

图4为主动光三目传感器模块的结构图。

图中标号为：61、RGB摄像头；62、第一结构光接收头；63、第二结构光接收头；64、红外光源。

图5为带敞篷的机械结构图。

图中标号为：17、敞篷；171、太阳能电池板；172、电控变色膜。

图6为本实用新型折叠后的机械结构图。

18、轴关节。

具体实施方式

以下结合实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于这些实施例。

智能棉芽打顶系统，包括车本体，还包括计算机、参数检测模块、行走避障控制模块、定位模块10、避障检测模块以及至少1个打顶组件；在每个打顶组件中，所述打顶组件包括主动光三目传感器模块6、机械臂控制模块7以及机械臂8；所述参数检测模块检测车本体的转向角度、位移、行驶速度以及偏移角度，并将检测结果输入至各机械臂控制模块7；所述定位模块10为行走避障控制模块提供车本体的位置定位信息；所述避障检测模块为行走避障控制模块提供车本体行进过程中的障碍物信息；所述行走避障控制模块根据位置定位信息和障碍物信息控制车本体的行进和转向；各主动光三目传感器模块6获取外部棉株枝叶的图像信息，输入至计算机；在计算机运行外部程序以提取外部棉芽的三维坐标信息所对应的芽顶位置，并将芽顶位置输入至与主动光三目传感器模块6对应的机械臂控制模块7；所述机械臂控制模块7根据参数检测模块提供的检测结果和计算机提取的芽顶位置控制对应的机械臂8运行，完成棉芽打顶作业。所述行走避障控制模块以及本系统的供电电源安装在机身9内，供电电源为本系统中各个需要供电的组件提供电源。本实用新型的电路结构原理框图如图1所示，本实用新型的机械结构图如图2所示。

所述参数检测模块的输出端与各打顶组件中的机械臂控制模块7连接；所述定位模块10的输出端与行走避障控制模块连接；所述避障检测模块的输出端与行走避障控制模块连接；所述行走避障控制模块与各打顶组件的机械臂控制模块7连接；各机械臂控制模块7与计算机连接；在每个打顶组件中，主动光三目传感器6的输出端与计算机连接，所述计算机与机械臂控制模块7连接，所述机械臂控制模块7与机械臂8连接。

定位模块10是基于北斗+GPS的RTK接收机，所述RTK接收机的输出端与行走避障控制模块连接。RTK接收机安装在车本体上，随着车本体的移动而移动，实时将车本体的位置定位信息输入至行走避障控制模块中。基于北斗+GPS的RTK接收机是一种高精度差分定位系统，涉及的处理技术为现有技术：建立已知的具备精确三维坐标的差分北斗+GPS基准站，利用载波相位差分技术(RTK)，将基准站采集的载波相位发给RTK接收机，进行求差解算坐标，对比偏差进行补偿，其定位精度可达厘米级。在定位模块10使用基于北斗+GPS的RTK接收机，可获取车本体高精度的行进位移，进而获取精确的位置定位信息，实时数据可借助外部程序圈出作业范围以及规划行进路线，防止多系统同时作业时出现行进路线冲突的情况。

本实用新型还设有行进驱动模块3和转向驱动模块4；所述车本体包括行进组件和转向组件；所述行走避障控制模块控制所述行进驱动模块3的运行，再通过行进组件控制所述车本体的行进；所述行走避障控制模块控制所述转向驱动模块4的运行，再通过转向组件控制所述车本体的转向。

行进驱动模块3主要包括变速器和行进驱动电机，变速器的变速比大于100，在变速器的作用下，行进驱动电机运转，带动行进组件前进，进而带动车本体行进。所述行进组件包括前轮1、前轮中轴12和链条13；在所述行进驱动模块3的驱动下，作用力通过链条13传至前轮中轴12，进而控制前轮1的行进。行走避障控制模块根据位置定位信息和预设的规划好的行进路线，通过行进驱动模块3控制前轮1的一路行进。

行进驱动模块3的控制端与行走避障模块连接，其中，变速器的控制端与行走避障模块连接，变速器的输出端与行进驱动电机的驱动端连接，所述行进驱动电机带动行进组件行进。

转向驱动模块4的控制端与行走避障模块连接。转向驱动模块4主要包括转向驱动电机，转向驱动电机的控制端与行走避障模块连接。行走避障控制模块根据参数检测模块的检测信息和预设的规划好的行进路线，通过转向驱动模块4控制转向组件运行，进而控制前轮1的转向，实现避障和换垄。转向组件主要包括伺服电机和减速器：伺服电机由转向驱动模块4提供驱动电流，伺服电机工作时，为前轮1的转向提供动力；减速器用于降低伺服电机的转速，增加伺服电机的扭矩，即，使用减速器可增大伺服电机的带负载能力，使得前轮1可轻易实现转向。在本实用新型中，行走避障控制模块向转向驱动模块4发送脉冲信号，转向驱动模块4向伺服电机提供驱动电流，伺服电机依据按驱动电流提供的方向和速度旋转，产生的旋转力经减速器放大后带动前轮1旋转，进而实现车本体的转向。

所述车本体还包括至少2个后轮2；所述参数检测模块包括1个转向传感器和至少3个滚动编码器；所述转向传感器的输出端与各机械臂控制模块7连接；每个滚动编码器的输出端均与各个机械臂控制模块7连接；所述滚动编码器的数量与前轮1和后轮2的数量之和相同；在所述转向组件上安装转向传感器，在前轮中轴12上安装1个滚动编码器，在每个后轮2的中轴上分别安装1个滚动编码器。

转向传感器安装在转向组件上，用于检测转向组件的转向角度。在棉芽打顶作业过程中，行进方向出现障碍物或者需换垄时，行走避障控制模块向转向驱动模块4发出驱动信号，转向组件运行，前轮1转向，当前轮1转向时，转向传感器检测出转向组件的转向角度。前轮1的转向角度信息经转向传感器检测后传输至行走避障控制模块中，行走避障控制模块比较前轮1理论的方向转动角度信息以及检测到的方向转动角度信息，调整脉冲信号，实现方向纠偏，通过闭环控制，使得车本体的转向更为精确。

滚动编码器安装在前轮1和各后轮2的中轴上，用以检测前轮1和各后轮2的行进位移和行驶速度，检测结果输入至各机械臂控制模块7中。另外，可通过各滚动编码器的差值来判断车本体在行进过程中是否发生了偏移。

进一步地，所述车本体还包括2个机翼，所述2个机翼分别为左机翼11和右机翼5；在所述左机翼11上安装有至少3个打顶组件；所述右机翼5也安装有至少3个打顶组件，且所述左机翼11和右机翼5上的打顶组件的数量相同。

所述参数检测模块包括2个陀螺仪；所述2个陀螺仪分别为左机翼陀螺仪和右机翼陀螺仪；所述左机翼陀螺仪的输出端与各个机械臂控制模块7连接；所述右机翼陀螺仪的输出端与各个机械臂控制模块7连接；所述左机翼陀螺仪安装在左机翼11上，检测所述左机翼11的上下偏移角度；所述右机翼陀螺仪安装在右机翼5上，检测所述右机翼5的上下偏移角度；所述左机翼陀螺仪和右机翼陀螺仪的检测结果输入至各机械臂控制模块7。在2个机翼上安装陀螺仪，目的是获取机翼的偏移角度，进而获取对应的位移值，该位移值可用作补偿机械臂8安装时带来的误差，使得在进行棉芽打顶作业时机械臂8可更为准确地定位到棉芽位置。

避障检测模块包括至少3个激光雷达14和至少2个微波雷达15；各个激光雷达的输出端与行走避障控制模块连接；各个微波雷达的输出端与行走避障控制模块连接。在前轮1的正前方、每个后轮2的正前方各安装1个激光雷达14，各个激光雷达14通过连接件固定于各个车轮的支架上，各个激光雷达14检测到的信息输入至行走避障控制模块中。在左机翼11上安装至少1个微波雷达15，各微波雷达15等间距设置，在右机翼5上安装至少1个微波雷达15，各微波雷达15等间距设置，各个微波雷达15检测到的信息输入至输入至行走避障控制模块中。本实用新型的车本体设有1个车轮1和2个后轮2，因此设有3个激光雷达14，本实用新型的车本体设有左机翼11和右机翼5，在左机翼11的居中位置设有1个微波雷达15，在右机翼5的居中位置设有1个微波雷达15。

激光雷达14安装于各车轮的正前方，用于检测行进过程中相应车轮周边是否有障碍物。激光雷达14向外界目标发射探测激光束，接收外界目标反射回来的信号进行比较，通过处理获取外界目标的距离、方位、高度、速度、姿态、形状等参数，在行进路线中，如接收到反射信号，则可判断出存在障碍物。

微波雷达发射的微波波长很短，方向性好，适用于位置较远、目标较大的障碍物检测。本实用新型中，微波雷达15安装于两个机翼上，用于检测高出棉株高度之外的是否有人、电线杆、浇灌设施等较大型的障碍物。

进一步地，在每个打顶组件中，所述机械臂8包括水平导轨81、第一垂直导轨82、第二垂直导轨83、第一水平驱动电机84、第二水平驱动电机85、第一垂直驱动电机86、第二垂直驱动电机87以及2个带刀片切割电机88；在所述第一垂直导轨82的底端安装1个带刀片切割电机88，在所述第二垂直导轨83的底端安装1个带刀片切割电机88；在所述机械臂控制模块7的控制下，所述第一水平驱动电机84带动所述第一垂直导轨82在所述水平导轨81上平移；在所述机械臂控制模块7的控制下，所述第二水平驱动电机85带动所述第二垂直导轨83在所述水平导轨81上平移；在所述机械臂控制模块7的控制下，所述第一垂直驱动电机86带动所述第一垂直导轨82上下移动；在所述机械臂控制模块7的控制下，所述第二垂直驱动电机87带动所述第二垂直导轨83上下移动；在所述机械臂控制模块7的控制下，所述带刀片切割电机88运转，切割外部棉芽。机械臂8的结构图如图3所示。

在每个打顶组件中，机械臂8的控制端与机械臂控制模块7连接。在每个打顶组件中，在每个机械臂8中，所述第一水平驱动电机84的控制端与机械臂控制模块7连接；所述第二水平驱动电机85的控制端与机械臂控制模块7连接；所述第一垂直驱动电机86的控制端与机械臂控制模块7连接；所述第二垂直驱动电机87的控制端与机械臂控制模块7连接；

本实用新型中，在左机翼11安装了3个打顶组件，在右机翼5安装了3个打顶组件，每个打顶组件中含有1个机械臂8，每个机械臂8受控于对应的机械臂控制模块7，每个机械臂8设有2个垂直导轨，每个垂直导轨可在水平、垂直方向上移动，每个垂直导轨底端设有1个带刀片切割电机88，而每个带刀片切割电机88都可以在对应的机械臂控制模块7的控制下进行棉芽切割，即，可同时对12个地垄的棉芽实施打顶作业，相对于现有技术，大大提高了作业效率。

在每个机械臂8中，水平导轨81的长度为50-100cm可调，供第一垂直导轨82和第二垂直导轨83在棉芽打顶作业中水平移动，以便在水平方向上对准待打顶的棉芽。具体地，本实用新型的水平导轨81长度为76cm，可应用于大多数不同品种棉花的行间距。第一垂直导轨82和第二垂直导轨83上下移动的长度为30-90cm，以便在垂直方向上对准待打顶的棉芽。具体地，本实用新型的第一垂直导轨82和第二垂直导轨83上下移动的长度为40cm，可应用于大多数不同品种、不同长势的棉花种植区。

本实用新型的机械臂8的设计方式成本低、结构简单、重量轻，占用空间小，提高了机械臂8的可靠性和维护成本，大幅度减小车载重量。每个机械臂8中的两个垂直导轨，使用的是智能互动机制，在两个垂直导轨的负责范围内，可保证无死角打顶棉芽，不会因为棉芽靠得太近而发生机械臂8或垂直导轨之间的碰撞，避免漏打或者误打的情况发生，能很好地保证棉株生长无规律、有错行、交叉、重行的情况下的打顶效率。

进一步地，在每个打顶组件中，所述主动光三目传感器模块6安装在对应的机械臂8的前上方；所述主动光三目传感器模块6包括RGB摄像头61、第一结构光接收头62、第二结构光接收头63以及红外光源64；所述红外光源64向外部棉株枝叶发出预设波长的红外光，所述第一结构光接收头62和第二结构光接收头63接收反射光；所述第一结构光接收头62接收到的反射光、所述第二结构光接收头63接收到的反射光以及所述RGB摄像头61拍摄的图像信息均输入至计算机。主动光三目传感器模块6的结构图如图4所示。

在每个打顶组件中，主动光三目传感器模块6的输出端与计算机连接。在每个打顶组件中，RGB摄像头61的输出端与计算机连接；第一结构光接收头62的输出端与计算机连接；第二结构光接收头63的输出端与计算机连接。

本实用新型红外光源64的预设波长为780nm，该波长的带编码的红外光，可有效提高抗室外光线干扰的能力，可保证RGB摄像头61的工作免受干扰，提高分辨精度。红外光源64向棉株发出780nm的红外光，第一结构光接收头62和第二结构光接收头63接收棉株的反射光，发射光和反射光信息输入至计算机，在计算机加载外部程序，计算机便可通过发射光和反射光获取棉株的红外线深度影像图，再结合RGB摄像头61拍摄的棉株的二维图像信息，进行像素匹配后便可获取棉芽的三维坐标信息所对应的芽顶位置，精度可达毫米级。计算机提取芽顶位置后，便向各个机械臂控制模块7发送指令，控制相应的机械臂8移动至三维坐标位置，实施打顶作业。计算机具有高速运算能力，可在70ms完成一个RGB摄像头61的识别工作，6个RGB摄像头61分时处理完成识别所需时间为420ms,此处理速度足以匹配6个机械臂8同时开展棉芽打顶作业的需求。

另外，在每个打顶组件中，主动光三目传感器模块6内还设置有惯性测量子模块，所述惯性测量子模块的输出端与机械臂控制模块7连接，用于检测打顶组件的倾斜角度。机械臂8打顶过程中，容易产生位置偏差，倾斜角度可用于补偿该偏差值。

所述车本体包括敞篷17，具体结构如图5所示。以车本体行进方向为参照，敞篷17为立方体结构，敞篷17的两侧以及底部漏空，仅有固连的前部、后部和顶部。以车本体行进方向为参照，所述敞篷17覆盖了2个机翼、2个后轮2以及各个打顶组件的前部、后部和顶部。

在所述敞篷17的顶部设有太阳能电池板171；所述太阳能电池板171为系统供电。本实用新型在棉芽打顶作业过程中或者户外闲置过程中，太阳能电池板171均可吸收太阳光，将太阳辐射能转换为电能，作为供电电源的辅助电源，为系统供电，实现节能。

以车本体行进方向为参照，在所述敞篷17的前部和后部均设有电控变色膜172，并在敞篷17内为电控变色膜172设置感光模块、补光模块和电压控制模块；感光模块感测外部阳光的光照强度，并将光照强度信息输入至电压控制模块中，电压控制模块根据光照强度信息向电控变色膜172发送控制电压，通过改变电压来改变电控变色膜172的透光率，以改变敞篷17内的光强；当敞篷17内的光强较弱时，电压控制模块启动补光模块进行补光，增强敞篷17内的光强，使得各个敞篷17内各个RGB摄像头61保持摄像光照度。

电控变色膜172具有遮光作用，棉芽打顶是户外作业，棉芽的识别和机械臂8的打顶效率极易受户外变化的光线影响，利用敞篷17覆盖各个打顶组件，在敞篷17设置电控变色膜172和补光模块，电控变色膜172可根据环境光线自动调整光亮度，可将打顶作业环境设置在局部空间和独立环境下，保证敞篷17内光线亮度不变，以确保打顶环境相对稳定，以免引起错打、漏打，即便是夜间作业，依旧能实现敞篷17内的照明，保障打顶作业顺利开展。另外，电控变色膜172还具有挡风作用，可抵抗5级风，在打顶作业过程中可有效减少自然风的影响，避免影响棉芽的识别和机械臂8的打顶效率。

本实用新型还设有远程监控模块；所述远程监控模块与行走避障控制模块双向连接。本实用新型的检测信息、控制信息、机械臂8的运行状况，均可传输至远程监控模块，工作人员可通过远程监控模块掌握各个系统的作业情况。

本实用新型的2个机翼上，在后轮2的正上方处设置有轴关节18，2个机翼可通过轴关节18往前轮1方向实现旋转折叠，便于运输。在开展打顶作业时，只需将2个机翼沿轴关节18往前轮1行进方向的反方向打开便可使用。折叠后的机械结构图如图6所示。

本实用新型还设有物理拨杆16，物理拨杆16通过连接件和弹簧件6安装在前轮中轴12两侧，车本体行进过程中，物理拨杆16框定住车轮1两侧地垄的棉株，当地垄间距发生变化时，前轮中轴12两侧物理拨杆16的距离也发生相应改变，以保证在行进过程中车轮1始终在两侧地垄的中间，防止车本体行进过程中发生偏移。

本实用新型还在机翼上设置多个安装孔，各个后轮2的轮叉可通过不同的安装孔实现与左机翼11和右机翼5的衔接，进而改变各后轮2之间的距离，以适应不同的地垄间距的需求。

本实用新型将行进、转向、定位、避障、机械臂8打顶结合在一起，形成智能闭环结构，可动态控制车本体的行进和机械臂8的打顶，自动化、智能化、针对性地完成棉芽打顶作业，保障打顶的效率和棉花收成。

在电学领域，检测数据、处理数据、控制执行必然涉及计算机程序，如果涉及的计算机程序为现有技术，则不应当认为技术方案涉及计算机程序的改进。本实用新型中，说明书中已明确位置定位信息的获取是现有技术，说明书也阐明路径的规划、棉芽的识别是借助外部计算机程序，同时明确本技术方案是为解决现有技术存在的“棉芽打顶效率低以及因错打、漏打导致棉花收成低”的问题提供电路支持和结构支持，即，为解决相应的技术问题仅在电路和结构上作出贡献，因此，关于参数检测、避障检测、行进控制、转向控制、机械臂控制所涉及的流程程序，不应当认为涉及计算机程序的改进，本实用新型并未涉及计算机程序的改进。

Claims (10)

1.智能棉芽打顶系统，包括车本体，其特征在于：

还包括计算机、参数检测模块、行走避障控制模块、定位模块(10)、避障检测模块以及至少1个打顶组件；在每个打顶组件中，所述打顶组件包括主动光三目传感器模块(6)、机械臂控制模块(7)以及机械臂(8)；

所述参数检测模块检测车本体的转向角度、位移、行驶速度以及偏移角度，并将检测结果输入至各机械臂控制模块(7)；所述定位模块(10)为行走避障控制模块提供车本体的位置定位信息；所述避障检测模块为行走避障控制模块提供车本体行进过程中的障碍物信息；所述行走避障控制模块根据位置定位信息和障碍物信息控制车本体的行进和转向；各主动光三目传感器模块(6)获取外部棉株枝叶的图像信息，输入至计算机；在计算机运行外部程序以提取外部棉芽的三维坐标信息所对应的芽顶位置，并将芽顶位置输入至与主动光三目传感器模块(6)对应的机械臂控制模块(7)；所述机械臂控制模块(7)根据参数检测模块提供的检测结果和计算机提取的芽顶位置控制对应的机械臂(8)运行，完成棉芽打顶作业。

2.根据权利要求1所述的智能棉芽打顶系统，其特征在于：

还包括行进驱动模块(3)和转向驱动模块(4)；

所述车本体包括行进组件和转向组件；

所述行走避障控制模块控制所述行进驱动模块(3)的运行，再通过行进组件控制所述车本体的行进；所述行走避障控制模块控制所述转向驱动模块(4)的运行，再通过转向组件控制所述车本体的转向。

3.根据权利要求2所述的智能棉芽打顶系统，其特征在于：

所述车本体还包括至少2个后轮(2)；

所述行进组件包括前轮(1)、前轮中轴(12)和链条(13)；

在所述行进驱动模块(3)的驱动下，作用力通过链条(13)传至前轮中轴(12)，进而控制前轮(1)的行进；

所述转向组件控制前轮(1)的转向；

所述参数检测模块包括1个转向传感器和至少3个滚动编码器，所述滚动编码器的数量与前轮(1)和后轮(2)的数量之和相同；在所述转向组件上安装转向传感器，在前轮中轴(12)上安装1个滚动编码器，在每个后轮(2)的中轴上分别安装1个滚动编码器。

4.根据权利要求1所述的智能棉芽打顶系统，其特征在于：

所述车本体还包括2个机翼，所述2个机翼分别为左机翼(11)和右机翼(5)；在所述左机翼(11)安装有至少3个打顶组件；所述右机翼(5)也安装有至少3个打顶组件，且所述左机翼(11)和右机翼(5)上的打顶组件的数量相同。

5.根据权利要求4所述的智能棉芽打顶系统，其特征在于：

所述参数检测模块包括2个陀螺仪；所述2个陀螺仪分别为左机翼陀螺仪和右机翼陀螺仪；所述左机翼陀螺仪安装在左机翼(11)上，检测所述左机翼(11)的上下偏移角度；所述右机翼陀螺仪安装在右机翼(5)上，检测所述右机翼(5)的上下偏移角度；所述左机翼陀螺仪和右机翼陀螺仪的检测结果输入至机械臂控制模块(7)。

6.根据权利要求1所述的智能棉芽打顶系统，其特征在于：

所述避障检测模块包括至少3个激光雷达(14)；在前轮(1)的正前方、每个后轮(2)的正前方各安装1个激光雷达(14)，各个激光雷达检测到的信息输入至行走避障控制模块中。

7.根据权利要求1所述的智能棉芽打顶系统，其特征在于：

在每个打顶组件中，所述机械臂(8)包括水平导轨(81)、第一垂直导轨(82)、第二垂直导轨(83)、第一水平驱动电机(84)、第二水平驱动电机(85)、第一垂直驱动电机(86)、第二垂直驱动电机(87)以及2个带刀片切割电机(88)；在所述第一垂直导轨(82)的底端安装1个带刀片切割电机(88)，在所述第二垂直导轨(83)的底端安装1个带刀片切割电机(88)；

在所述机械臂控制模块(7)的控制下，所述第一水平驱动电机(84)带动所述第一垂直导轨(82)在所述水平导轨(81)上平移；在所述机械臂控制模块(7)的控制下，所述第二水平驱动电机(85)带动所述第二垂直导轨(83)在所述水平导轨(81)上平移；在所述机械臂控制模块(7)的控制下，所述第一垂直驱动电机(86)带动所述第一垂直导轨(82)上下移动；在所述机械臂控制模块(7)的控制下，所述第二垂直驱动电机(87)带动所述第二垂直导轨(83)上下移动；在所述机械臂控制模块(7)的控制下，所述带刀片切割电机(88)运转，切割外部棉芽。

8.根据权利要求1所述的智能棉芽打顶系统，其特征在于：

在每个打顶组件中，所述主动光三目传感器模块(6)安装在对应的机械臂(8)的前上方；

所述主动光三目传感器模块(6)包括RGB摄像头(61)、第一结构光接收头(62)、第二结构光接收头(63)以及红外光源(64)；所述红外光源(64)向外部棉株枝叶发出预设波长的红外光，所述第一结构光接收头(62)和第二结构光接收头(63)接收反射光；所述第一结构光接收头(62)接收到的反射光、所述第二结构光接收头(63)接收到的反射光以及所述RGB摄像头(61)拍摄的图像信息均输入至计算机。

9.根据权利要求1所述的智能棉芽打顶系统，其特征在于：

所述车本体包括敞篷(17)；

以车本体行进方向为参照，所述敞篷(17)覆盖了各个打顶组件的前部、后部和顶部；

在所述敞篷(17)的顶部设有太阳能电池板(171)；所述太阳能电池板(171)将太阳能转换为电能，为系统供电。

10.根据权利要求9所述的智能棉芽打顶系统，其特征在于：

以车本体行进方向为参照，在所述敞篷(17)的前部和后部均设有电控变色膜(172)，并在敞篷(17)内为电控变色膜(172)设置感光模块、补光模块和电压控制模块；感光模块感测外部阳光的光照强度，并将光照强度信息输入至电压控制模块中，电压控制模块根据光照强度信息向电控变色膜(172)发送控制电压，通过改变电压来改变电控变色膜(172)的透光率，以改变敞篷(17)内的光强；当敞篷(17)内的光强较弱时，电压控制模块启动补光模块进行补光，增强敞篷(17)内的光强。

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