CN221048423U - 温室黄瓜叶部病害自动巡检与识别机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及设施农业技术领域，提供一种温室黄瓜叶部病害自动巡检与识别机器人，包括：轮式移动平台、升降装置、第一采集装置、第二采集装置、识别装置和第三采集装置；轮式移动平台，用于在温室内按照预设路径进行移动；升降装置，用于驱动第一采集装置和第二采集装置向上或向下移动；第一采集装置和第二采集装置，用于采集温室黄瓜植株的叶片图像；识别装置，用于在确定叶片图像中存在病斑的情况下，识别叶片图像对应的病害类型。本实用新型提供的温室黄瓜叶部病害自动巡检与识别机器人，通过轮式移动平台在温室内按照预设路径进行移动，可满足黄瓜行间有限空间的行走和转弯条件，监测效率大幅提高。

Description

温室黄瓜叶部病害自动巡检与识别机器人

技术领域

本实用新型涉及设施农业技术领域，尤其涉及一种温室黄瓜叶部病害自动巡检与识别机器人。

背景技术

黄瓜是我国温室蔬菜种植的代表性作物之一，其生长周期较长，病害较多，其中受害影响最大的是叶片。叶部病害不仅严重影响着黄瓜的质量和产量，而且会引起农药的大量投入和防治费用的上升，增加生产成本，影响黄瓜无公害绿色化生产，给生态环境带来压力，同时存在潜在的食品安全和健康风险。因此，尽早发现黄瓜病害对提升黄瓜品质和产量，减少经济损失意义重大。

目前，传统温室黄瓜病害巡检和识别方式主要分为以下几种，一是人工检测，人工观察症状、手动记录，结合病害呈现的症状和经验进行识别。这些方法对检测人员经验要求高，劳动强度大，主观性强，容易产生误判，进而给生产造成损失。二是实验室培养方法，结合病原菌的形态特征以及培养性状进行识别，这种方法专业性强，对专业知识的要求高，不适合普通的种植户，而且识别时间较长。三是高光谱方法，该方法利用病斑处表现出的特异光谱特征能够在症状不明显的时候进行准确识别，具有早期识别的优势，但是缺点是高光谱在室外检测中容易受到环境影响，且设备昂贵。

计算机视觉技术利用一定的算法完成对图像的处理和分析，对图像中的客观对象构建明确而有意义的描述。随着计算机视觉技术的快速发展和在众多领域的普及应用，采用计算机视觉技术进行温室黄瓜病害巡检和识别是基于以下条件：

一是由植物病理学知识可知，大部分黄瓜病害会在叶片上表现出症状，黄瓜染病后会导致叶片细胞内部的色素含量、细胞间隙和水分含量发生改变，使得叶片的外部形态产生明显变化进而显现为病斑。病斑与健康叶在颜色、形状、纹理等方面不同，从而形成可区分性特征，这是使用计算机视觉进行病害识别的基础；二是RGB图像具有病害视觉特征丰富，获取成本低的特点；三是基于深度学习的视觉检测和识别模型逐步成熟，检测的准确率能够满足实际的应用要求。

通常温室植物病害自动巡检机器人主要由移动平台、摄像头和病害识别系统三部分构成。目前，已有的温室植物病害自动巡检机器人多为履带式自动小车，装备有一定数量自由度的机械臂，在机械臂上安装有摄像头，采集叶片图像然后进行检测分析。履带式自动小车的弊端在于转弯半径过大，转弯时间长，效率低。多自由度的机械臂控制复杂，可靠性差。病害识别系统部署在云端或上位机，摄像头采集的图像需要经过网络传输到云端或上位机才能进行病害识别，浪费了传输带宽并加大了时延。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型实施例提供一种温室黄瓜叶部病害自动巡检与识别机器人。

本实用新型提供一种温室黄瓜叶部病害自动巡检与识别机器人，包括：

轮式移动平台、升降装置、第一采集装置、第二采集装置、识别装置和第三采集装置；

所述第一采集装置和所述第二采集装置均设置在所述升降装置上；

所述升降装置、所述识别装置和所述第三采集装置均设置在所述轮式移动平台上；

所述轮式移动平台，用于在温室内按照预设路径进行移动；

所述升降装置，用于驱动所述第一采集装置和所述第二采集装置向上或向下移动；

所述第一采集装置和所述第二采集装置，用于采集温室黄瓜植株的叶片图像；

所述识别装置，用于在确定所述叶片图像中存在病斑的情况下，识别所述叶片图像对应的病害类型；

所述第三采集装置，用于采集存在病斑的叶片图像对应的植株的位置图像。

在一些实施例中，所述轮式移动平台，包括：

行走驱动系统、行走轮、导航装置和动力装置；

所述导航装置，用于探测温室内的环境信息；

所述动力装置，用于基于所述环境信息进行地图构建，生成所述预设路径；

所述行走驱动系统，用于基于所述预设路径，控制所述行走轮的转动姿态。

在一些实施例中，所述导航装置，包括：

激光雷达和惯性测量单元；

所述激光雷达，用于探测温室内的环境信息；

所述惯性测量单元，用于测量所述轮式移动平台的加速度与角速度。

在一些实施例中，所述动力装置，包括：

移动控制器；

所述移动控制器与所述激光雷达连接；

所述移动控制器，用于基于所述环境信息进行地图构建，生成所述预设路径。

在一些实施例中，所述移动控制器与所述惯性测量单元连接；

所述移动控制器，用于基于所述加速度与角速度，控制所述轮式移动平台的运动位姿。

在一些实施例中，所述升降装置，包括：

升降台、步进电机、滑动轨道、丝杠、上端限位器、下端限位器、第一升降臂和第二升降臂；

所述升降台滑动安装在所述滑动轨道上；

所述升降台与所述丝杠螺纹连接；

所述丝杠转动安装在所述轮式移动平台上，所述丝杠与所述步进电机的输出端驱动连接；

所述上端限位器设置在所述滑动轨道的上端，所述下端限位器设置在所述滑动轨道的下端；

所述第一升降臂和所述第二升降臂均安装在所述升降台上。

在一些实施例中，所述第一升降臂与所述第一采集装置连接；

所述第二升降臂与所述第二采集装置连接。

在一些实施例中，所述识别装置分别与所述第一采集装置、所述第二采集装置和所述第三采集装置连接。

在一些实施例中，所述第一采集装置和所述第二采集装置均为带云台的RGB摄像头。

本实用新型提供的温室黄瓜叶部病害自动巡检与识别机器人，通过轮式移动平台在温室内按照预设路径进行移动，行走灵活，可满足黄瓜行间有限空间的行走和转弯条件，监测效率大幅提高，实现对温室黄瓜叶部病害的自动巡检和识别，实现了黄瓜病害的早期发现和预警的目的，为最大程度降低病害损失提供技术支持。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的温室黄瓜叶部病害自动巡检与识别机器人的结构示意图。

附图标记：

1：轮式移动平台；2：升降装置；3：第一采集装置；4：第二采集装置；5：识别装置；6：第三采集装置；

7：升降台；8：滑动轨道；9：上端限位器；10：下端限位器；11：第一升降臂；12：第二升降臂。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

本实用新型的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”所区别的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

图1是本实用新型实施例提供的温室黄瓜叶部病害自动巡检与识别机器人的结构示意图，如图1所示，本实用新型实施例提供的温室黄瓜叶部病害自动巡检与识别机器人，包括：

轮式移动平台1、升降装置2、第一采集装置3、第二采集装置4、识别装置5和第三采集装置6；

所述第一采集装置3和所述第二采集装置4均设置在所述升降装置2上；

所述升降装置2、所述识别装置5和所述第三采集装置6均设置在所述轮式移动平台1上；

所述轮式移动平台1，用于在温室内按照预设路径进行移动；

所述升降装置2，用于驱动所述第一采集装置3和所述第二采集装置4向上或向下移动；

所述第一采集装置3和所述第二采集装置4，用于采集温室黄瓜植株的叶片图像；

所述识别装置5，用于在确定所述叶片图像中存在病斑的情况下，识别所述叶片图像对应的病害类型；

所述第三采集装置6，用于采集存在病斑的叶片图像对应的植株的位置图像。

如图1所示，本实用新型实施例提供的温室黄瓜叶部病害自动巡检与识别机器人，包括：轮式移动平台1、升降装置2、第一采集装置3、第二采集装置4、识别装置5和第三采集装置6。

轮式移动平台1可以为本领域所公知的地面移动平台，通过行走轮转动，使得轮式移动平台1可以在温室内沿着相应的规划路径行走。

升降装置2、识别装置5和第三采集装置6均设置在轮式移动平台1上，从而轮式移动平台1可以带动升降装置2、识别装置5和第三采集装置6一起行走。

第一采集装置3和第二采集装置4均设置在升降装置2上，第一采集装置3和第二采集装置4用于采集温室黄瓜植株的叶片图像。

通过升降装置2可以驱动第一采集装置3和第二采集装置4向上或向下移动，分别达到相应的拍摄高度，满足黄瓜全生长周期内不同高度叶片的图像采集需求。

识别装置5，可以对采集的叶片图像进行识别，在确定采集的叶片图像中存在病斑的情况下，识别叶片图像对应的病害类型。

第三采集装置6，用于采集存在病斑的叶片图像对应的植株的位置图像，负责记录有病斑的植株所在位置，该位置以事先在地面的设置的标志数字作为植株所在位置。便于工作人员根据记录的位置信息对病斑的识别结果进行人工核对。

本实用新型实施例提供的温室黄瓜叶部病害自动巡检与识别机器人，通过轮式移动平台在温室内按照预设路径进行移动，行走灵活，可满足黄瓜行间有限空间的行走和转弯条件，监测效率大幅提高，实现对温室黄瓜叶部病害的自动巡检和识别，实现了黄瓜病害的早期发现和预警的目的，为最大程度降低病害损失提供技术支持。

在一些实施例中，所述轮式移动平台1，包括：

行走驱动系统、行走轮、导航装置和动力装置；

所述导航装置，用于探测温室内的环境信息；

所述动力装置，用于基于所述环境信息进行地图构建，生成所述预设路径；

所述行走驱动系统，用于基于所述预设路径，控制所述行走轮的转动姿态。

轮式移动平台1包括：行走驱动系统和多个行走轮，轮式移动平台1内置有动力装置和导航装置。

导航装置可以探测温室内的环境信息，也即轮式移动平台1当前的环境信息。

动力装置可以根据导航装置探测的环境信息进行地图构建，生成预设路径。

行走驱动系统可以根据预设路径，控制行走轮的转动姿态。

行走驱动系统与导航装置连接，并可基于导航装置的导航信息而控制各个行走轮的转动姿态，以使得轮式移动平台1沿着相应的规划路径行走，并能在黄瓜垄两端的有限空间内自动转弯。

导航装置可以为本领域所公知的雷达导航装置、视觉导航装置、声呐导航装置等，在此不作具体限定，只要能够基于对温室黄瓜植株叶片进行图像采集而实现自动规划路径的功能即可。

但本实施例基于设备成本与导航的可实现性考虑，导航装置优选为雷达导航装置。

在一些实施例中，所述导航装置，包括：

激光雷达和惯性测量单元；

所述激光雷达，用于探测温室内的环境信息；

所述惯性测量单元，用于测量所述轮式移动平台1的加速度与角速度。

导航装置可以包括激光雷达和惯性测量单元。

激光雷达用于探测轮式移动平台1当前的环境信息。

惯性测量单元用于测量轮式移动平台1在巡检过程中的加速度与角速度。

本实用新型实施例提供的温室黄瓜叶部病害自动巡检与识别机器人，通过设置导航装置，基于导航装置对温室内部环境的探测而进行自动规划路径，可使得轮式移动平台沿着相应的规划路径行走，以适应于对不同温室和不同垄行栽培方式的巡检，并大幅度减少了巡检人员的劳动强度，有效节约人力成本，同时为病害的早发现早防治提供技术支持。

在一些实施例中，所述动力装置，包括：

移动控制器；

所述移动控制器与所述激光雷达连接；

所述移动控制器，用于基于所述环境信息进行地图构建，生成所述预设路径。

动力装置可以包括移动控制器、步进电机和电池。

移动控制器分别与激光雷达和轮式移动平台1连接。

移动控制器可以根据激光雷达所探测的环境信息，进行地图构建并自动规划轮式移动平台1的行走路径，即生成预设路径。

在一些实施例中，所述移动控制器与所述惯性测量单元连接；

所述移动控制器，用于基于所述加速度与角速度，控制所述轮式移动平台1的运动位姿。

移动控制器与惯性测量单元通讯连接。

移动控制器可以根据惯性测量单元采集的信息，即采集的加速度与角速度，实现对轮式移动平台1运动位姿的控制。

在一些实施例中，所述升降装置2，包括：

升降台7、步进电机、滑动轨道8、丝杠、上端限位器9、下端限位器10、第一升降臂11和第二升降臂12；

所述升降台7滑动安装在所述滑动轨道8上；

所述升降台7与所述丝杠螺纹连接；

所述丝杠转动安装在所述轮式移动平台1上，所述丝杠与所述步进电机的输出端驱动连接；

所述上端限位器9设置在所述滑动轨道8的上端，所述下端限位器10设置在所述滑动轨道8的下端；

所述第一升降臂11和所述第二升降臂12均安装在所述升降台7上。

在一些实施例中，所述第一升降臂11与所述第一采集装置3连接；

所述第二升降臂12与所述第二采集装置4连接。

升降装置2包括：升降台7、步进电机、滑动轨道8、丝杠、上端限位9器、下端限位器10、第一升降臂11和第二升降臂12。

升降装置2安装在轮式移动平台1上，第一采集装置3和第二采集装置4分别装在升降台7上，以在滑动轨道8的驱动下分别达到相应的拍摄高度，满足黄瓜全生长周期内不同高度叶片的图像采集需求。

第一升降臂11连接第一采集装置3，第二升降臂12连接第二采集装置4。

升降台7滑动安装在滑动轨道8，并与丝杠螺纹连接。

丝杠转动安装在轮式移动平台1上，并与步进电机的输出端构成驱动连接。

上端限位器9安装在滑动轨道8的上端，下端限位器10安装在滑动轨道8的下端。

第一升降臂11和第二升降臂12的升降滑台8限于上端限位器9和下端限位器10之间。

在一些实施例中，所述识别装置5分别与所述第一采集装置3、所述第二采集装置4和所述第三采集装置6连接。

识别装置5安装在轮式移动平台1上，可以通过数据线与第一采集装置3、第二采集装置4和第三采集装置6连接。

识别装置5对第一采集装置3和第二采集装置4采集的叶片图像进行检测和识别，判断是否有病斑，如果有病斑的话，识别病害类型并记录发病植株所在位置。

第三采集装置6负责记录有病斑的植株所在位置，该位置以事先在地面的设置的标志数字作为植株所在位置。便于工作人员根据记录的位置信息对病斑的识别结果进行人工核对。

在一些实施例中，所述第一采集装置3和所述第二采集装置4均为带云台的RGB摄像头。

第一采集装置3和第二采集装置4均为带云台的RGB摄像头，可满足自动对焦和拍摄角度的微调需要。

本实用新型实施例提供的温室黄瓜叶部病害自动巡检与识别机器人，可代替人工巡检，一方面大大提高了巡检效率，并大幅度减少了巡检人员的劳动强度，有效节约了人力成本；另一方面由于减少了人工巡检反复穿行在温室内，从而降低了对植株带来的物理性伤害。

可选地，通过将检测、分割和识别模型部署在端设备，可以及时准确识别病害种类并记录发病植株所在位置，为快速确认病害并采取防治措施提供了帮助。

可选地，本实用新型实施例还提供一种温室黄瓜叶部病害自动巡检和识别系统的服务器端软件，包括云服务器、Web端软件及如上所述的黄瓜叶部病害自动巡检和识别机器人；所述黄瓜叶部病害自动巡检和识别机器人既可以连接所述云服务器，将巡检过程中的采集的图像数据和识别结果上传所述云端服务器，也可以在离线状态下，独立工作。用户可以通过Web终端方式连接所述云端服务器查看巡检结果。

本实用新型实施例提供的基于上述温室黄瓜叶部病害的自动巡检和识别，可实现将巡检信息实时上传至云服务器，以便巡检人员通过电脑、手机等远程终端访问云服务器，远程获取相应的巡检信息，并基于巡检信息实施对温室黄瓜叶部病害防治管理。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种温室黄瓜叶部病害自动巡检与识别机器人，其特征在于，包括：

轮式移动平台、升降装置、第一采集装置、第二采集装置、识别装置和第三采集装置；

所述第一采集装置和所述第二采集装置均设置在所述升降装置上；

所述升降装置、所述识别装置和所述第三采集装置均设置在所述轮式移动平台上；

所述轮式移动平台，用于在温室内按照预设路径进行移动；

所述升降装置，用于驱动所述第一采集装置和所述第二采集装置向上或向下移动；

所述第一采集装置和所述第二采集装置，用于采集温室黄瓜植株的叶片图像；

所述识别装置，用于在确定所述叶片图像中存在病斑的情况下，识别所述叶片图像对应的病害类型；

所述第三采集装置，用于采集存在病斑的叶片图像对应的植株的位置图像。

2.根据权利要求1所述的温室黄瓜叶部病害自动巡检与识别机器人，其特征在于，所述轮式移动平台，包括：

行走驱动系统、行走轮、导航装置和动力装置；

所述导航装置，用于探测温室内的环境信息；

所述动力装置，用于基于所述环境信息进行地图构建，生成所述预设路径；

所述行走驱动系统，用于基于所述预设路径，控制所述行走轮的转动姿态。

3.根据权利要求2所述的温室黄瓜叶部病害自动巡检与识别机器人，其特征在于，所述导航装置，包括：

激光雷达和惯性测量单元；

所述激光雷达，用于探测温室内的环境信息；

所述惯性测量单元，用于测量所述轮式移动平台的加速度与角速度。

4.根据权利要求3所述的温室黄瓜叶部病害自动巡检与识别机器人，其特征在于，所述动力装置，包括：

移动控制器；

所述移动控制器与所述激光雷达连接；

所述移动控制器，用于基于所述环境信息进行地图构建，生成所述预设路径。

5.根据权利要求4所述的温室黄瓜叶部病害自动巡检与识别机器人，其特征在于，

所述移动控制器与所述惯性测量单元连接；

所述移动控制器，用于基于所述加速度与角速度，控制所述轮式移动平台的运动位姿。

6.根据权利要求1所述的温室黄瓜叶部病害自动巡检与识别机器人，其特征在于，所述升降装置，包括：

升降台、步进电机、滑动轨道、丝杠、上端限位器、下端限位器、第一升降臂和第二升降臂；

所述升降台滑动安装在所述滑动轨道上；

所述升降台与所述丝杠螺纹连接；

所述丝杠转动安装在所述轮式移动平台上，所述丝杠与所述步进电机的输出端驱动连接；

所述上端限位器设置在所述滑动轨道的上端，所述下端限位器设置在所述滑动轨道的下端；

所述第一升降臂和所述第二升降臂均安装在所述升降台上。

7.根据权利要求6所述的温室黄瓜叶部病害自动巡检与识别机器人，其特征在于，

所述第一升降臂与所述第一采集装置连接；

所述第二升降臂与所述第二采集装置连接。

8.根据权利要求1所述的温室黄瓜叶部病害自动巡检与识别机器人，其特征在于，

所述识别装置分别与所述第一采集装置、所述第二采集装置和所述第三采集装置连接。

9.根据权利要求1至8任一项所述的温室黄瓜叶部病害自动巡检与识别机器人，其特征在于，

所述第一采集装置和所述第二采集装置均为带云台的RGB摄像头。