CN220455175U - 植物数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种植物数据采集装置，包括：车体；升降机构；支撑臂；连接架；位置采集机构和图像采集机构。车体，具有行进机构；升降机构，设置在步行车上；支撑臂，支撑臂可伸展地设置，支撑臂的第一端连接在升降机构上；连接架，连接架与支撑臂的第二端连接；位置采集机构和图像采集机构，设置在连接架上。本申请的技术方案有效地解决了相关技术中的大型植株三维数据无法采集的问题。

Description

植物数据采集装置

技术领域

本实用新型涉及植物数据采集领域，具体而言，涉及一种植物数据采集装置。

背景技术

目前，植物三维结构模型在植物分子育种和栽培管理的研究中起到了不可替代的作用，而植物三维结构模型的构建技术决定了模型的重构效率、模型精度。现有的植物三维模型构建主要通过图像重构、三维扫描等技术方案实现。

在相关技术中，图像重构技术采用的数码相机等视觉传感器设备价格较低，但往往需要移动待测植株置于旋转盘进而采集植株图像，费时费力，无法实现对陆地固定植株的数据采集。同时三维扫描采用的扫描仪、数字化仪等设备价格昂贵，设备在使用过程中难以移动，使用场景受限，部分大型植株三维数据无法采集。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种植物数据采集装置，以解决相关技术中大型植株三维数据无法采集的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种植物数据采集装置，包括：车体；升降机构；支撑臂；连接架；位置采集机构和图像采集机构。车体，具有行进机构；升降机构，设置在步行车上；支撑臂，支撑臂可伸展地设置，支撑臂的第一端连接在升降机构上；连接架，连接架与支撑臂的第二端连接；位置采集机构和图像采集机构，设置在连接架上。

进一步地，连接架包括连接环以及与连接环连接的第一连接臂和第二连接臂，第一连接臂的第一端与连接环连接，位置采集机构设置在第一连接臂的第二端，第二连接臂的第一端与连接环连接，图像采集机构设置在第二连接臂的第二端，第一连接臂的第一端和第二连接臂的第一端之间的距离小于第一连接臂的第二端和第二连接臂的第二端之间的距离。

进一步地，第一连接臂包括第一臂体和第二臂体，连接架还包括第一电机、第二电机以及第三电机，第一臂体连接在第二臂体和连接环之间，第一电机设置在连接环上，第一电机的输出轴与第一臂体连接，以驱动第一臂体相对连接环摆动，第二电机设置在第一臂体上，第二电机的输出轴与第二臂体连接，以驱动第二臂体相对第一臂体摆动，第三电机设置在第二臂体上，第三电机的输出轴与位置采集机构连接，以驱动所述位置采集机构相对所述第二臂体摆动。

进一步地，第二连接臂包括第三臂体和第四臂体，连接架还包括第四电机、第五电机以及第六电机，第四电机设置在连接环上，第四电机的输出轴与第三臂体连接，以驱动第三臂体相对连接环摆动，第五电机设置在第三臂体上，第五电机的输出轴与第四臂体连接，以驱动第四臂体相对第三臂体摆动，第六电机设置在第四臂体上，第六电机的输出轴与图像采集机构连接，以驱动图像采集机构相对第四臂体摆动。

进一步地，植物数据采集装置还包括定位装置，定位装置设置在连接环的下方。

进一步地，植物数据采集装置还包括照明机构，照明机构设置在第一连接臂和/或第二连接臂上。

进一步地，支撑臂包括第一杆体、第二杆体、第三杆体、第七电机、第八电机以及第九电机，第七电机设置在升降机构上，第七电机的输出轴与第一杆体连接，以驱动第一杆体相对升降机构摆动，第八电机设置在第一杆体上，第八电机的输出轴与第二杆体连接，以驱动第二杆体相对第一杆体摆动，第九电机设置在第二杆体上，第九电机的输出轴与第三杆体连接，以驱动第三杆体相对第二杆体摆动。

进一步地，升降机构包括立杆、滑块以及第十电机，滑块可移动地设置在立杆上，第十电机驱动滑块沿立杆移动，支撑臂与滑块连接。

进一步地，植物数据采集装置还包括控制器，控制器设置在车体内，控制器与升降机构、车体、支撑臂、连接架、位置采集机构以及图像采集机构电连接。

进一步地，行进机构包括履带。

应用本实用新型的技术方案，车体具有行进机构；升降机构设置在车体上；支撑臂可伸展地设置，支撑臂的第一端连接在升降机构上。连接架与支撑臂的第二端连接；位置采集机构和图像采集机构均设置在连接架上。通过上述的设置，植物数据采集装置可以通过行进机构实现在田间行走，植物数据采集装置可以垂直地面的方向上下移动、横向移位和旋转，这样使得位置采集机构和图像采集机构能够实现对任意植物的数据进行采集，进而提高了植物数据采集装置的通用性。因此本申请的技术方案有效地解决了相关技术中的大型植株三维数据无法采集的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型的植物数据采集装置的实施例的立体结构示意图；

图2示出了图1植物数据采集装置的A处局部放大结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、车体；11、行进机构；111、履带；20、升降机构；21、立杆；22、滑块；23、第十电机；30、支撑臂；31、第一杆体；32、第二杆体；36、第三杆体；34、第七电机；35、第八电机；33、第九电机；40连接架；41、连接环；42、第一连接臂；421、第一臂体；422、第二臂体；43、第二连接臂；431、第三臂体；432、第四臂体；44、第一电机；45、第二电机；46、第三电机；47、第四电机；48、第五电机；49、第六电机；50、位置采集机构；60、图像采集机构；70、照明机构。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1所示，本实用新型提供了一种植物数据采集装置，在本实施例中，植物数据采集装置包括：车体10、升降机构20、支撑臂30、连接架40、位置采集机构50和图像采集机构60。车体10具有行进机构11；升降机构20设置在车体10上；支撑臂30可伸展地设置，支撑臂30的第一端连接在升降机构20上；连接架40与支撑臂30的第二端连接；位置采集机构50和图像采集机构60设置在连接架40上。

应用本实施例的技术方案，车体10具有行进机构11。升降机构20设置在车体10上；支撑臂30可伸展地设置，支撑臂30的第一端连接在升降机构20上；连接架40与支撑臂30的第二端连接；位置采集机构50和图像采集机构60设置在连接架40上。通过上述的设置，植物数据采集装置可以通过行进机构11在田间行走，植物数据采集装置可以垂直地面的方向上下移动、横向移位和旋转，这样使得位置采集机构50和图像采集机构60能够实现对任意植物的数据进行采集，进而提高了植物数据采集装置的通用性。因此本实施例的技术方案有效地解决了相关技术中的大型植株三维数据无法采集的问题。

具体地，车体10为小型履带式行进平台，具有较大配重。

具体地，在本实施例中，如图1所示，车体10上还设置有旋转电机，升降机构20设置在旋转电机上，旋转电机转动时能够带动升降机构20转动，进而带动连接架40转动，这样能够实现对不同位置的植株进行数据采集，进而有效地提高了植物数据采集装置的通用性。

如图1和图2所示，在本实施例中，连接架40包括连接环41以及与连接环41连接的第一连接臂42和第二连接臂43，第一连接臂42的第一端与连接环41连接，位置采集机构50设置在第一连接臂42的第二端，第二连接臂43的第一端与连接环41连接，图像采集机构60设置在第二连接臂43的第二端，第一连接臂42的第一端和第二连接臂43的第一端之间的距离小于第一连接臂42的第二端和第二连接臂43的第二端之间的距离。连接架40上设置的连接环41为第一连接臂42和第二连接臂43提供了安装位置，使得第一连接臂42和第二连接臂43在工作时不会产生干涉，连接环41还使得第一连接臂42和第二连接臂43可以转动。第一连接臂42的第一端和第二连接臂43的第一端之间的距离小于第一连接臂42的第二端和第二连接臂43的第二端之间的距离使得位置采集机构50和图像采集机构60的工作范围有所扩大，同时位置采集机构50和图像采集机构60在采集数据时也不会发生干涉的现象。

具体地，第一连接臂42和第二连接臂43均由高强度轻型铝合金材质制成，使得第一连接臂42和第二连接臂43在保证结构强度的前提下还不会增加数据采集装置的重量。

具体地，位置采集机构50是高清广角变焦数码相机，高清广角变焦数码相机可于特定角度采集植株全株表型图像，并分多次变焦采集不同焦点冠层深度图像，避免焦点影响的景深冠层图像模糊现象。图像采集机构60是激光雷达，激光雷达可以精确、快速获取目标三维空间位置信息。

如图1和图2所示，在本实施例中，第一连接臂42包括第一臂体421和第二臂体422，连接架40还包括第一电机44、第二电机45以及第三电机46，第一臂体421连接在第二臂体422和连接环41之间，第一电机44设置在连接环41上，第一电机44的输出轴与第一臂体421连接，以驱动第一臂体421相对连接环41摆动，第二电机45设置在第一臂体421上，第二电机45的输出轴与第二臂体422连接，以驱动第二臂体422相对第一臂体421摆动，第三电机46设置在第二臂体422上，第三电机46的输出轴与位置采集机构50连接，以驱动位置采集机构50相对第二臂体422摆动。第一电机44可以驱动第一臂体421相对连接环41摆动，第二电机45可以驱动第二臂体422相对第一臂体421摆动，第三电机46可以驱动位置采集机构50相对第二臂体422摆动，避免了因第一臂体421和第二臂体422的位置固定影响位置采集机构50的活动范围，进而影响数据采集范围。第一电机44、第二电机45以及第三电机46还使得第一臂体421和第二臂体422的位置移动更加精确，避免了因第一臂体421和第二臂体422移动位置偏离设定位置导致数据采集有误。位置采集机构50可活动的设置在第二臂体422上，使得采集数据的范围更加全面。

如图1和图2所示，在本实施例中，第二连接臂43包括第三臂体431和第四臂体432，连接架40还包括第四电机47、第五电机48以及第六电机49，第四电机47设置在连接环41上，第四电机47的输出轴与第三臂体431连接，以驱动第三臂体431相对连接环41摆动，第五电机48设置在第三臂体431上，第五电机48的输出轴与第四臂体432连接，以驱动第四臂体432相对第三臂体431摆动，第六电机49设置在第四臂体432上，第六电机49的输出轴与图像采集机构60连接，以驱动图像采集机构60相对第四臂体432摆动。第四电机47可以驱动第三臂体431相对连接环41摆动，第五电机48可以驱动第四臂体432相对第三臂体431摆动，第六电机49可以驱动图像采集机构60相对第四臂体432摆动，避免了因第三臂体431和第四臂体432的位置固定，影响图像采集机构60的活动范围，进而影响数据采集范围。第四电机47、第五电机48以及第六电机49还使得第三臂体431和第四臂体432的位置移动更加精确，避免了因第三臂体431和第四臂体432移动位置偏离设定位置导致数据采集有误。图像采集机构60可活动的设置在第二臂体422上，使得采集数据的范围更加全面。

如图2所示，在本实施例中，植物数据采集装置还包括定位装置，定位装置设置在连接环41的下方。

具体地，定位装置包括可视摄像头和激光定位器，可视摄像头可以捕捉植物冠层顶面图像，根据激光定位器可以调整第一连接臂42和第二连接臂43的定位，使得采集的数据更加精确。

如图1和图2所示，在本实施例中，植物数据采集装置还包括照明机构70，照明机构70设置在第一连接臂42和/或第二连接臂43上。照明机构70为植物数据采集装置提供了更好的光照条件。

具体地，照明机构70为多光源补光灯，光源柔和无重影，不会影响位置采集机构50和图像采集机构60的信息采集，还可以改善不同环境下的信息采集光照条件。

如图1所示，在本实施例中，支撑臂30包括第一杆体31、第二杆体32、第三杆体36、第七电机34、第八电机35以及第九电机33，第七电机34设置在升降机构20上，第七电机34的输出轴与第一杆体31连接，以驱动第一杆体31相对升降机构20摆动，第八电机35设置在第一杆体31上，第八电机35的输出轴与第二杆体32连接，以驱动第二杆体32相对第一杆体31摆动，第九电机33设置在第二杆体32上，第九电机33的输出轴与第三杆体36连接，以驱动第三杆体36相对第二杆体32摆动。支撑臂30为连接架40的安装提供了位置，且第一杆体31、第二杆体32、第三杆体36可以活动，为连接架40在更大的范围移动提供了基础。第七电机34、第八电机35以及第九电机33使得第一杆体31、第二杆体32以及第三杆体36的移动位置更加精准，进而使连接架40的移动位置更加准确。

如图1所示，在本实施例中，升降机构20包括立杆21、滑块22以及第十电机23，滑块22可移动地设置在立杆21上，第十电机23驱动滑块22沿立杆21移动，支撑臂30与滑块22连接。升降机构20使得支撑臂30在高度方向上可以移动，进而使得安装在连接架40上的位置采集机构50和图像采集机构60在高度方向上采集数据范围更大。

如图1所示，在本实施例中，植物数据采集装置还包括控制器，控制器设置在车体10内，控制器与升降机构20、车体10、支撑臂30、连接架40、位置采集机构50以及图像采集机构60电连接。

具体地，控制器与计算机处理中心和遥控端相连接，能够将采集数据及时传递至计算机处理中心处理，并且能够接收来自遥控端的控制信号，使得升降机构20、车体10、支撑臂30、连接架40、位置采集机构50以及图像采集机构60能够平稳工作。

具体的，第一电机44、第二电机45、第三电机46、第四电机47、第五电机48第六电机49、第七电机34、第八电机35、第九电机33以及第十电机23均为伺服电机，由控制器电性连接驱动控制，由遥控端控制升降机构20、支撑臂30、连接架40的移动。

如图1所示，在本实施例中，行进机构11包括履带111。行进机构采用履带行进的方式使得行进更加稳定，能够适应田间复杂地况。

在本实施例中，数据采集装置工作步骤具体如下：

1、遥控端遥控车体10使其行进至待测植株。

2、控制支撑臂30移动到待测植株上方，并通过定位装置的激光定位器及可视化摄像头控制连接架40位于植株冠层正上方中心。

3、连接架40伸展至植株冠层外，控制器控制连接环41旋转固定角度后，位置采集机构50以及图像采集机构60分别采集相应数据。

4、控制器控制连接架40分别在植株外上中下高度重复步骤3，使位置采集机构50以及图像采集机构60旋转一周，获取冠层不同高度周视的图像，获取待测植株的俯视、平视、仰视图像信息。

5、获取的图像信息由控制器传输到计算机处理中心，基于运动恢复结构方法进行三维重建处理、植株三维模型修正及三维数据提取等操作，对结果进行输出显示并完成三维表型信息的存储和管理。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种植物数据采集装置，其特征在于，包括：

车体(10)，具有行进机构(11)；

升降机构(20)，设置在所述车体(10)上；

支撑臂(30)，所述支撑臂(30)可伸展地设置，所述支撑臂(30)的第一端连接在所述升降机构(20)上；

连接架(40)，所述连接架(40)与所述支撑臂(30)的第二端连接；

位置采集机构(50)和图像采集机构(60)，设置在所述连接架(40)上；

所述连接架(40)包括连接环(41)以及与所述连接环(41)连接的第一连接臂(42)和第二连接臂(43)，所述第一连接臂(42)的第一端与所述连接环(41)连接，所述位置采集机构(50)设置在所述第一连接臂(42)的第二端，所述第二连接臂(43)的第一端与所述连接环(41)连接，所述图像采集机构(60)设置在所述第二连接臂(43)的第二端，所述第一连接臂(42)的第一端和所述第二连接臂(43)的第一端之间的距离小于所述第一连接臂(42)的第二端和所述第二连接臂(43)的第二端之间的距离，所述连接环(41)可旋转地设置；

所述植物数据采集装置还包括定位装置，所述定位装置设置在所述连接环(41)的下方；所述定位装置包括可视摄像头和激光定位器，可视摄像头捕捉植物冠层顶面图像，根据所述激光定位器调整第一连接臂(42)和第二连接臂(43)的定位。

2.根据权利要求1所述的植物数据采集装置，其特征在于，所述第一连接臂(42)包括第一臂体(421)和第二臂体(422)，所述连接架(40)还包括第一电机(44)、第二电机(45)以及第三电机(46)，所述第一臂体(421)连接在所述第二臂体(422)和所述连接环(41)之间，所述第一电机(44)设置在所述连接环(41)上，所述第一电机(44)的输出轴与所述第一臂体(421)连接，以驱动所述第一臂体(421)相对所述连接环(41)摆动，所述第二电机(45)设置在所述第一臂体(421)上，所述第二电机(45)的输出轴与所述第二臂体(422)连接，以驱动所述第二臂体(422)相对所述第一臂体(421)摆动，所述第三电机(46)设置在所述第二臂体(422)上，所述第三电机(46)的输出轴与所述位置采集机构(50)连接，以驱动所述位置采集机构(50)相对所述第二臂体(422)摆动。

3.根据权利要求1所述的植物数据采集装置，其特征在于，所述第二连接臂(43)包括第三臂体(431)和第四臂体(432)，所述连接架(40)还包括第四电机(47)、第五电机(48)以及第六电机(49)，所述第四电机(47)设置在所述连接环(41)上，所述第四电机(47)的输出轴与所述第三臂体(431)连接，以驱动所述第三臂体(431)相对所述连接环(41)摆动，所述第五电机(48)设置在所述第三臂体(431)上，所述第五电机(48)的输出轴与所述第四臂体(432)连接，以驱动所述第四臂体(432)相对所述第三臂体(431)摆动，所述第六电机(49)设置在所述第四臂体(432)上，所述第六电机(49)的输出轴与所述图像采集机构(60)连接，以驱动所述图像采集机构(60)相对所述第四臂体(432)摆动。

4.根据权利要求1所述的植物数据采集装置，其特征在于，所述植物数据采集装置还包括照明机构(70)，所述照明机构(70)设置在所述第一连接臂(42)和/或所述第二连接臂(43)上。

5.根据权利要求1所述的植物数据采集装置，其特征在于，所述支撑臂(30)包括第一杆体(31)、第二杆体(32)、第三杆体(36)、第七电机(34)、第八电机(35)以及第九电机(33)，所述第七电机(34)设置在所述升降机构(20)上，所述第七电机(34)的输出轴与所述第一杆体(31)连接，以驱动所述第一杆体(31)相对所述升降机构(20)摆动，所述第八电机(35)设置在所述第一杆体(31)上，所述第八电机(35)的输出轴与所述第二杆体(32)连接，以驱动所述第二杆体(32)相对所述第一杆体(31)摆动，所述第九电机(33)设置在所述第二杆体(32)上，所述第九电机(33)的输出轴与所述第三杆体(36)连接，以驱动所述第三杆体(36)相对所述第二杆体(32)摆动。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的植物数据采集装置，其特征在于，所述升降机构(20)包括立杆(21)、滑块(22)以及第十电机(23)，所述滑块(22)可移动地设置在所述立杆(21)上，所述第十电机(23)驱动所述滑块(22)沿所述立杆(21)移动，所述支撑臂(30)与所述滑块(22)连接。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的植物数据采集装置，其特征在于，所述植物数据采集装置还包括控制器，所述控制器设置在所述车体(10)内，所述控制器与所述升降机构(20)、所述车体(10)、所述支撑臂(30)、所述连接架(40)、所述位置采集机构(50)以及所述图像采集机构(60)电连接。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的植物数据采集装置，其特征在于，所述行进机构(11)包括履带(111)。