PL239730B1

PL239730B1 - Weed removal device, a weed removal mechanism assembly, and weed removal method

Info

Publication number: PL239730B1
Application number: PL429834A
Authority: PL
Inventors: Krzysztof Bąk; Krzysztof Bak; Michał Majewski; Michal Majewski; Sergiusz Łuczak; Sergiusz Luczak; Wojciech Credo; Karol Bagiński; Karol Baginski
Original assignee: Mcms Warka Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2019-05-06
Filing date: 2019-05-06
Publication date: 2022-01-03
Also published as: PL429834A1

Abstract

Urządzenie do usuwania chwastów, mające ramę nośną z zaczepem do sprzężenia z pojazdem samobieżnym, koła podporowe, akumulator energii elektrycznej i generator energii elektrycznej zaopatrzony w wielowypust do sprzężenia ze źródłem napędu pojazdu samobieżnego, kamerę wizyjną sprzężoną z komputerem do autonomicznego rozpoznawania chwastów i roślin uprawnych, oraz co najmniej jeden zespół pielący wyposażony w narzędzia do mechanicznego usuwania chwastów, charakteryzuje się tym, że zawiera zespół aktywnego pielenia mający ramiona robocze zakończone ostrzami podcinającymi sprzężone mechanicznie z motoreduktorem do przekształcenia ruchu obrotowego w ruch wahadłowy ramion roboczych, oraz ma kamerę wizyjną z reflektorem doświetlającym i mikrokomputerem, który to mikrokomputer jest dostosowany do wykonywania analizy obrazu z kamery wizyjnej z użyciem algorytmu rozpoznawania chwastów i roślin uprawnych wykorzystującego konwolucyjne sieci neuronowe i jest sprzężony z układem sterowania przekazującym do motoreduktora informacje dotyczące pozycji kątowej wałka silnika uzależnione od wyników analizy obrazu zarejestrowanego przez kamerę wizyjną, przy czym zespół aktywnego pielenia jest wyposażony w detektor położenia krańcowego, aby układ sterowania rozpoznawał dokładne położenie ramion roboczych oraz wykorzystuje zintegrowany czujnik położenia kątowego wirnika silnika, aby sterować motoreduktorem w czasie rzeczywistym, zgodnie z zadanym profilem przemieszczania się urządzenia (1) do usuwania chwastów, a także zawiera momentomierz sztywno połączony z motoreduktorem do kontrolowania poziomu oporów mechanicznych w mechanizmach zespołu pielenia aktywnego.Weed removal device having a support frame with a hitch for coupling with a self-propelled vehicle, support wheels, an electric energy battery and an electric energy generator equipped with a spline for coupling with the drive source of the self-propelled vehicle, a vision camera coupled with a computer for autonomous recognition of weeds and cultivated plants, and at least one weeding unit equipped with tools for mechanical weed removal, characterized by the fact that it includes an active weeding unit having working arms ending with undercutting blades mechanically coupled to a gear motor to transform the rotational movement into a swinging movement of the working arms, and has a vision camera with an illuminating reflector and a microcomputer, which microcomputer is adapted to analyze the image from a vision camera using an algorithm for recognizing weeds and crops using convolutional neural networks and is coupled with a control system that transmits information to the gear motor regarding the angular position of the motor shaft depending on the results of the analysis of the image recorded by the camera vision, where the active weeding unit is equipped with an end position detector so that the control system recognizes the exact position of the working arms and uses an integrated sensor of the angular position of the engine rotor to control the gear motor in real time, in accordance with the set movement profile of the device (1) for removal weeds, and also contains a torque meter rigidly connected to a gear motor to control the level of mechanical resistance in the mechanisms of the active weeding unit.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do usuwania chwastów, zespół mechanizmu do usuwania chwastów oraz sposób usuwania chwastów.The present invention relates to a weed removal apparatus, a weed removal mechanism assembly, and a method for removing weeds.

Znane są urządzenia do selektywnego, mechanicznego usuwania chwastów w miejscach ich wzrastania, wyposażone w zautomatyzowane układy rozpoznawania roślin.Devices for selective, mechanical removal of weeds in places of their growing, equipped with automated plant recognition systems, are known.

Z publikacji międzynarodowej nr WO2017/002093, znany jest wynalazek dotyczący pojazdu robotycznego oraz sposobu automatycznego traktowania roślin warzywnych. Sposób, w którym stosuje się robota do automatycznego traktowania chwastów, obejmuje etapy rejestrowania odwzorowania chwastu z użyciem kamery, określania odległości pomiędzy chwastem a rośliną uprawną oraz wybrania przez robota narzędzia do traktowania chwastu, w zależności od wymienionej odległości.From the international publication no. WO2017 / 002093, an invention is known relating to a robotic vehicle and a method for the automatic treatment of vegetable plants. The method in which a robot is used to automatically treat weeds comprises the steps of capturing the weed imaging with a camera, determining the distance between the weed and the crop, and selecting by the robot a weed treatment tool depending on said distance.

Wymienione traktowanie polega na zastosowaniu narzędzia wybranego z grupy obejmującej narzędzie fizyczne i narzędzie opryskowe. Pojazd robotyczny do realizacji powyższego sposobu obejmuje urządzenie do rejestrowania odwzorowania, system komputerowy dostosowany do wyznaczania odległości pomiędzy chwastem a rośliną uprawną (na podstawie zarejestrowanego odwzorowania), zespół wybierający narzędzie do traktowania chwastu w zależności od wymienionej odległości oraz układ narzędziowy, wspomagający narzędzia do traktowania chwastów.Said treatment is the use of a tool selected from the group consisting of a physical tool and a spray tool. The robotic vehicle for carrying out the above method comprises a projection recording device, a computer system adapted to determine the distance between a weed and a crop (based on the recorded projection), a team for selecting a weed treatment tool according to said distance, and a tool system to assist the weed treatment tools. .

Amerykańskie zgłoszenie wynalazku nr US2017/0238460, ujawnia robota do usuwania chwastów, przeznaczonego do stosowania w ogródku przydomowym, w obrębie obszaru, który korzystnie jest ograniczony niewysoką barierą. Narzędziem do usuwania chwastów jest na przykład wirująca żyłka plastikowa. Chwasty są rozpoznawane na podstawie zapamiętanych odwzorowań, których zbiór jest uzupełniany/aktualizowany w trakcie czynności konserwacyjnych. Robot korzystnie ma niewielkie wymiary (szerokość 15-17,5 cm, długość 22,5-25 cm) i waży około 1 kg.United States Patent Application No. US2017 / 0238460 discloses a weed removal robot for use in a home garden within an area that is preferably delimited by a low barrier. For example, a weed removal tool is a spinning plastic line. Weeds are recognized on the basis of saved maps, the collection of which is supplemented / updated during maintenance operations. The robot is preferably small (15-17.5 cm wide, 22.5-25 cm long) and weighs approximately 1 kg.

Publikacja międzynarodowa WO2027/194398, ujawnia wynalazek dotyczący rozpoznawania chwastów w środowisku naturalnym. Układ do rozpoznawania rodzaju chwastu będącego na wczesnym etapie rozwoju, w środowisku naturalnym, pomiędzy roślinami uprawnymi, obejmuje kamerę cyfrową, moduł konturowania do wyznaczania obszarów o zadanej barwie i teksturze, wyświetlacz do wyświetlania odwzorowania cyfrowego z najmniejszą zadaną ramką otaczającą konturowane obszary, pamięć, zespół resetowania do resetowania danych o barwie poza zdefiniowaną ramką oraz zespół do przesyłania danych do dalszej analizy, przyjmowania danych o rodzaju chwastu i o wielkości prawdopodobieństwa poziomu zgodności.International publication WO2027 / 194398, discloses an invention relating to the recognition of weeds in the natural environment. The system for recognizing the type of weed at an early stage of development, in the natural environment, between crops, includes a digital camera, a contour module for determining areas of a given color and texture, a display for displaying a digital representation with the smallest predetermined frame surrounding the contoured areas, memory, set resets for resetting color data outside the defined frame; and a data transfer unit for further analysis, weed type data acquisition and match level probability magnitude.

Publikacja naukowa pod tytułem „A system for Weeds and Corps Identification Based on Convolutional Neural Network” (Chechliński Ł, Siemiątkowska B, Majewski M) [w:] Advances in Automation, Robotics and Measurement Techniques, red: Szewczyk R, Zieliński C, Kaliczyńska M., seria: Advances in Intelligent Systems and Computing, wol. 743, Springer International Publishing, 2018, str. 193-202, prezentuje autonomiczny system odchwaszczania upraw. System został oparty na głębokich sieciach konwolucyjnych (ang. Deep Convolutional Neural Network, dalej CNN).Scientific publication entitled "A system for Weeds and Corps Identification Based on Convolutional Neural Network" (Chechliński Ł, Siemiątkowska B, Majewski M) [in:] Advances in Automation, Robotics and Measurement Techniques, edited by Szewczyk R, Zieliński C, Kaliczyńska M., series: Advances in Intelligent Systems and Computing, vol. 743, Springer International Publishing, 2018, pp. 193-202, presents an autonomous crop weeding system. The system was based on the Deep Convolutional Neural Network (hereinafter CNN).

Powyższa praca prezentuje wyszukanie pierwszego przybliżenia architektury sieci na bazie dwóch sekwencji obejmujących 100 obrazów roślin. Osiągnięto poziom dokładności rzędu 96-98%. Przedstawione podejście jest przewidywane do stosowania w przypadku treningu i testów CNN z użyciem większych zbiorów danych.The above work presents the search for the first approximation of the network architecture on the basis of two sequences covering 100 images of plants. An accuracy level of 96-98% has been achieved. The presented approach is predicted to be applied to CNN training and testing with larger datasets.

Z opisu wynalazku nr JPH0779681(A), znane jest rozwiązanie dotyczące wykrywania roślin uprawnych różnego rodzaju i chwastów przy użyciu chromatyczności i niszczenia chwastów aparatem do rozpylania środków chemicznych. Cel rozwiązania jest realizowany na podstawie map podających pozycję roślin. Do wykonania map pozycjonowania roślin uprawnych i chwastów wynalazek wykorzystuje obrazy pobierane za pomocą kamer CCD.From the description of the invention No. JPH0779681 (A), a solution is known for detecting crops of various kinds and weeds using chromaticity and destroying the weeds with a chemical spray apparatus. The goal of the solution is implemented on the basis of maps showing the position of plants. The invention uses images captured with CCD cameras to create positioning maps for crops and weeds.

Z publikacji międzynarodowej wynalazku nr WO2019083336, znany jest sposób i urządzenie do klasyfikacji roślin uprawnych i chwastów, wykorzystujące testowanie sieci neuronowej. Sposób polega na rozpoznawaniu upraw przy użyciu techniki sieci neuronowej z kodowaniem dekoderem (CED) i klasyfikowanie wszystkich roślin między rzędami upraw jako chwasty. Ponadto wychwytywanie chwastów z rzędów upraw na podstawie obrazu w zbliżeniu dzięki analizie kształtów, kolorów i innych cech morfologicznych. Informacje pobierane i przetwarzane przez sieć neuronową CED są przekazywane i umożliwiają sterowanie pracą urządzeń odchwaszczających.From the international publication of the invention No. WO2019083336, there is known a method and device for the classification of crops and weeds, using the testing of a neural network. The method consists in identifying crops using a decoder neural network (CED) technique and classifying all plants between the rows of crops as weeds. In addition, capturing weeds from crop rows based on a close-up image by analyzing shapes, colors and other morphological features. The information collected and processed by the CED neural network is transmitted and enables the control of weed control devices.

PL 239 730 B1PL 239 730 B1

Urządzenie do usuwania chwastów, zgodnie z wynalazkiem jest wyposażone w nośną ramę z zaczepem do sprzężenia z pojazdem samobieżnym oraz podporowe koła, akumulator energii elektrycznej i generator energii elektrycznej, zaopatrzony w wielowypust do sprzężenia ze źródłem napędu pojazdu samobieżnego, wizyjną kamerę sprzężoną z komputerem do autonomicznego rozpoznawania chwastów i roślin uprawnych, stosujący algorytm wykorzystujący konwolucyjne sieci neuronowe do rozpoznawania chwastów i roślin uprawnych. Ponadto jest wyposażony w co najmniej jeden pielący zespół posiadający narzędzia do mechanicznego usuwania chwastów.The weed removal device according to the invention is equipped with a support frame with a hitch for coupling to a self-propelled vehicle and supporting wheels, an electric power accumulator and an electric power generator provided with a spline for coupling to a drive source of the self-propelled vehicle, a vision camera coupled to a computer for an autonomous recognition of weeds and crops, using an algorithm that uses convolutional neural networks to recognize weeds and crops. Moreover, it is equipped with at least one weeding unit having tools for mechanically removing weeds.

Urządzenie to charakteryzuje się tym, że zawiera zespół aktywnego pielenia, który ma robocze ramiona zakończone podcinającymi ostrzami, sprzężone mechanicznie z motoreduktorem do przekształcenia ruchu obrotowego w ruch wahadłowy roboczych ramion oraz wizyjną kamerę z doświetlającym reflektorem i mikrokomputerem. Mikrokomputer jest dostosowany do wykonywania analizy obrazu z wizyjnej kamery z użyciem wspomnianego algorytmu rozpoznawania chwastów i roślin uprawnych, wykorzystującego konwolucyjne sieci neuronowe. Jest on sprzężony z układem sterowania przekazującym do motoreduktora informacje dotyczące pozycji kątowej wałka silnika, uzależnione od wyników analizy obrazu zarejestrowanego przez wizyjną kamerę. Zespół aktywnego pielenia jest zaopatrzony w detektor położenia krańcowego, aby układ sterowania mógł dokładnie rozpoznawać położenie roboczych ramion. Zespół aktywnego pielenia posiada także zintegrowany czujnik położenia kątowego wirnika, aby sterować motoreduktorem w czasie rzeczywistym, zgodnie z zadanym profilem przemieszczania się urządzenia do usuwania chwastów. W skład urządzenia wchodzi także momentomierz, sztywno połączony z motoreduktorem do kontrolowania poziomu oporów mechanicznych w mechanizmach zespołu pielenia aktywnego.The device is characterized in that it comprises an active weeding unit, which has working arms terminated with undercutting blades, mechanically coupled to a gear motor for converting the rotary motion into a swing motion of the working arms, and a vision camera with an illuminating reflector and a microcomputer. The microcomputer is adapted to perform image analysis from the vision camera with the use of the mentioned algorithm for recognizing weeds and crops, using convolutional neural networks. It is coupled with the control system which transmits to the gear motor information on the angular position of the motor shaft, depending on the results of the image analysis recorded by the video camera. The active weeding unit is provided with an end position detector so that the control system can accurately recognize the position of the working arms. The active weeding unit also has an integrated rotor angular position sensor to control the geared motor in real time according to a predetermined movement profile of the weed removal device. The device also includes a torque meter, rigidly connected to a geared motor for controlling the level of mechanical resistance in the mechanisms of the active weeding unit.

Korzystnie, urządzenie jest wyposażone w odometryczny czujnik prędkości w postaci kopiującego koła z enkoderem, określającym prędkość liniową, z jaką porusza się urządzenie do usuwania chwastów po sprzężeniu z pojazdem samobieżnym. Odometryczny czujnik prędkości dostarcza sygnał do układu sterowania.Preferably, the device is equipped with an odometric speed sensor in the form of a tracking wheel with an encoder to determine the linear speed at which the weed remover is moved when coupled to the self-propelled vehicle. The odometer speed sensor supplies a signal to the control system.

W szczególności robocze ramiona są sprzężone mechanicznie z motoreduktorem poprzez czynne pasowe koło, osadzone na wałku motoreduktora, połączone obrotowo za pomocą zębatego paska z dwoma biernymi pasowymi kołami, na których są zamontowane mimośrodowo łączniki. Łączniki te są połączone wahliwie z dźwigniami sztywno połączonymi z roboczymi ramionami.In particular, the working arms are mechanically coupled to the geared motor through an active pulley mounted on the shaft of the geared motor, rotatably connected by a toothed belt with two passive pulleys on which the connectors are eccentrically mounted. These links are pivotally connected with levers rigidly connected to the operating arms.

Korzystnie, urządzenie posiada zespół pasywnego pielenia, obejmujący pielący nóż, zamontowany na słupicy do podcinania korzeni chwastów poniżej poziomu gleby oraz strunowy wał do uprawiania gleby w międzyrzędziu.Preferably, the apparatus has a passive weeding unit, including a weeding knife mounted on a weed root cutter below the soil level and a string roller for cultivating the soil in the inter-row.

W szczególności zespół aktywnego pielenia i zespół pasywnego pielenia są osadzone na nośnym korpusie, zaopatrzonym w podporowe koło, przy czym nośny korpus jest połączony przegubowo poprzez montażowy segment nośnej ramy z nośną ramą za pomocą czworobocznego przegubowego łącznika.In particular, the active weeding unit and the passive weeding unit are mounted on a support body provided with a support wheel, the support body being articulated through the mounting section of the support frame to the support frame by means of a four-sided articulated link.

Korzystnie, nośna rama ma montażową belkę wspartą na skrętnych kołach oraz co najmniej jeden zaczep do mechanicznego sprzężenia urządzenia do usuwania chwastów z pojazdem samobieżnym. W szczególności na nośnej ramie jest umiejscowione źródło energii elektrycznej, zasilające urządzenie do usuwania chwastów, które obejmuje generator energii elektrycznej oraz co najmniej jeden akumulator energii elektrycznej. Wał generatora energii elektrycznej jest wyprowadzony poza jego obudowę i zaopatrzony w wielowypust do sprzężenia generatora ze źródłem napędu pojazdu samobieżnego.Preferably, the support frame has a mounting beam supported by swivel wheels and at least one catch for mechanically coupling the weed removal device to the self-propelled vehicle. In particular, an electric power source is located on the support frame, which powers the weed removal device which comprises an electric power generator and at least one electric power accumulator. The shaft of the electric power generator extends outside its housing and is provided with a spline for coupling the generator to the prime mover of the self-propelled vehicle.

Według alternatywnej realizacji, nośna rama ma liczne segmenty montażowe, połączone za pomocą czworobocznych łączników przegubowych z licznymi nośnymi korpusami, mającymi zespoły aktywnego pielenia i zespoły pasywnego pielenia, tak że do każdego segmentu montażowego jest przyporządkowany czworoboczny przegubowy łącznik, nośny korpus, zespół aktywnego pielenia i zespół pasywnego pielenia.According to an alternative embodiment, the support frame has a plurality of mounting sections connected by quadrilateral articulated links to a plurality of support bodies having active weeding units and passive weeding units such that each mounting section is associated with a quadrilateral articulated link, support body, active weeding unit, and passive weeding unit.

Zespół mechanizmu do usuwania chwastów, zgodnie z rozwiązaniem, zaopatrzony w wizyjną kamerę sprężoną z komputerem do autonomicznego rozpoznawania chwastów i roślin uprawnych, oraz w narzędzia do mechanicznego usuwania chwastów, zgodnie z wynalazkiem, wyróżnia się tym, że obejmuje robocze ramiona, zakończone podcinającymi ostrzami, sprzężone mechanicznie z motoreduktorem do przekształcenia ruchu obrotowego w ruch wahadłowy roboczych ramion. Ponadto zespół ten jest wyposażony w wizyjną kamerę z doświetlającym reflektorem i mikrokomputerem. Mikrokomputer jest dostosowany do wykonywania analizy obrazu z wizyjnej kamery z użyciem algorytmu rozpoznawania chwastów i roślin uprawnych przy wykorzystaniu konwolucyjnych sieci neuronowych. MikrokomputerThe assembly of the weed removal mechanism, according to the solution, equipped with a vision camera compressed with a computer for autonomous recognition of weeds and crops, and with tools for mechanical weed removal, according to the invention, is distinguished by the fact that it includes working arms ending with undercutting blades, mechanically coupled with a gear motor to transform the rotary motion into a swing motion of the working arms. Moreover, this unit is equipped with a vision camera with a floodlight and a microcomputer. The microcomputer is adapted to perform image analysis from a vision camera using an algorithm for recognizing weeds and crops using convolutional neural networks. Microcomputer

PL 239 730 B1 jest sprzężony z układem sterowania przekazującym do motoreduktora informacje odnośnie pozycji kątowej wałka silnika, uzależnione od wyników analizy obrazu zarejestrowanego przez wizyjną kamerę.The PL 239 730 B1 is coupled to the control system which transmits to the gear motor information regarding the angular position of the motor shaft, depending on the results of the image analysis recorded by the video camera.

Zespół aktywnego pielenia jest wyposażony w detektor położenia krańcowego, aby układ sterowania rozpoznawał dokładne położenie roboczych ramion.The active weeding unit is equipped with an end position detector so that the control system recognizes the exact position of the working arms.

Ponadto zespół aktywnego pielenia posiada zintegrowany czujnik położenia kątowego wirnika silnika, aby sterować motoreduktorem w czasie rzeczywistym, zgodnie z zadanym profilem przemieszczania się roboczych ramion na polu uprawnym.In addition, the active weeding unit has an integrated motor rotor angular position sensor to control the geared motor in real time, according to the preset profile of the movement of the working arms in the arable field.

Korzystnie, zespół do usuwania chwastów jest wyposażony w momentomierz, sztywno połączony z motoreduktorem do kontrolowania poziomu oporów mechanicznych.Preferably, the weed removal unit is equipped with a torque meter rigidly connected to the gear motor for controlling the level of mechanical resistance.

W szczególności robocze ramiona są sprzężone mechanicznie z motoreduktorem za pomocą czynnego pasowego koła, osadzonego na wałku motoreduktora i połączonego obrotowo za pomocą zębatego paska z dwoma biernymi pasowymi kołami, na których są zamontowane mimośrodowo łączniki. Łączniki te są połączone wahliwie z dźwigniami sztywno połączonymi z roboczymi ramionami.In particular, the working arms are mechanically coupled to the gear motor by an active pulley mounted on the shaft of the geared motor and rotatably connected by a toothed belt with two passive pulleys on which the connectors are mounted eccentrically. These links are pivotally connected with levers rigidly connected to the operating arms.

Sposób usuwania chwastów, według wynalazku jest realizowany za pomocą urządzenia rolniczego, wyposażonego w zespół mechanizmu do usuwania chwastów. Sposób polega na tym, że wizyjna kamera urządzenia połączonego z pojazdem, poruszającym się wzdłuż rzędów uprawnych roślin, rejestruje obraz wraz z informacjami o nasadzeniach. Te informacje są klasyfikowane przez system detekcyjny, dzieląc obraz na obszary zajmowane przez rośliny uprawne, chwasty oraz tło. Informacja o obszarach jest rozbudowana o sygnał z enkodera z kopiującym kołem, mierzącym przemieszczanie się pojazdu wraz z urządzeniem. Czujnik położenia krańcowego umieszczony w przekładni, informuje układ sterowania o aktualnej pozycji roboczych ramion, a algorytm na podstawie zebranych informacji ustala najbardziej dogodną trajektorię podcinających ostrzy i w wyznaczonym momencie z układu sterowania urządzenia jest wysyłany sygnał do sterownika silnika, który zadaje silnikowi napięcie właściwe dla wykonania ruchu wahadłowego przez robocze ramiona, po czym następuje zsuwanie się roboczych ramion ku sobie, poprzecznie do rzędów uprawnych roślin wraz z zamontowanymi na ich końcach podcinającymi ostrzami. Ostrza te podcinają korzenie chwastów poniżej poziomu gleby. Jeśli algorytm stwierdzi obecność rośliny uprawnej, podcinające ostrza rozsuwają i tym samym uniemożliwiają uszkodzenie uprawnej rośliny.The method of removing weeds according to the invention is carried out with an agricultural machine equipped with a weed removing mechanism assembly. The method is based on the fact that a video camera of the device connected to the vehicle, moving along the rows of cultivated plants, records the image along with information about the plantings. This information is classified by the detection system, dividing the image into areas occupied by crops, weeds and the background. The information about the areas is extended by a signal from an encoder with a copying wheel, measuring the movement of the vehicle with the device. The end position sensor located in the transmission informs the control system about the current working position of the arms, and the algorithm, on the basis of the collected information, determines the most convenient trajectory of the undercutting blades, and at a given moment, the device control system sends a signal to the engine controller, which gives the engine the voltage appropriate for the movement. swing by the working arms, followed by the sliding of the working arms towards each other, transversely to the rows of cultivated plants with the undercutting blades mounted at their ends. These blades cut the roots of the weeds below the soil level. If the algorithm detects the presence of a crop, the undercutting blades move apart and thus prevent damage to the crop.

Sygnał pomiarowy z momentomierza jest rozpatrywany w układzie sterowania, aby:The measuring signal from the torque meter is taken into the control system in order to:

- w przypadku przekroczenia granicznej wartości momentu odłączyć zasilanie motoreduktora z wygenerowaniem informacji dla operatora o wystąpieniu błędu krytycznego,- in the event of exceeding the limit value of the torque, disconnect the gearmotor power supply and generate information for the operator about the occurrence of a critical error,

- sprawdzić podczas uruchamiania urządzenia do usuwania chwastów opory ruchu w zespole pielenia aktywnego, wykonującego ruch jałowy z ewentualnym wygenerowaniem ostrzeżenia dla operatora dotyczącego obecności ciała obcego, zwiększającego opory ruchu elementów roboczych, albo w przypadku nieobecności ciał obcych, ostrzeżenia dla operatora o konieczności dokonania przeglądu i/lub konserwacji.- when starting the weed removal device, check the resistance to motion in the idle motion of the active weeding unit, possibly generating a warning for the operator regarding the presence of a foreign body, increasing the resistance to movement of the working elements, or, in the absence of foreign bodies, a warning for the operator about the need for inspection and / or maintenance.

Zwalczanie chwastów jest jednym z największych problemów w dziedzinie agrotechniki. Rozrost chwastów wpływa niekorzystnie na jakość roślin uprawnych, gdyż chwasty zmniejszają zawartość wody i składników odżywczych w glebie, wytwarzają toksyny szkodliwe dla roślin uprawnych, a także utrudniają przeprowadzenie zbiorów. Należy dodać, że chwasty są nosicielami chorób mogących przenosić się na rośliny uprawne. Manualne odchwaszczanie upraw jest wysoce pracochłonne, a stosowanie herbicydów wnosi swój udział w skażenie środowiska naturalnego i wywołuje negatywne skutki zdrowotne dla ludzi i zwierząt.Weed control is one of the biggest problems in the field of agrotechnics. The growth of weeds adversely affects the quality of the crops, as weeds reduce the water and nutrient content of the soil, produce toxins that are harmful to crops, and make harvesting difficult. It should be added that weeds are the carriers of diseases that can spread to crops. Manual weeding of crops is highly labor-intensive, and the use of herbicides contributes to the contamination of the natural environment and causes negative health effects for humans and animals.

Alternatywę może stanowić metoda zautomatyzowanego odchwaszczania mechanicznego z użyciem sensorów (zazwyczaj kamer) wykrywających i identyfikujących chwasty, która jednak wymaga szybkiego i dokładnego rozpoznawania roślin rejestrowanych przez kamerę w czasie rzeczywistym i odróżniania roślin uprawowych od chwastów.An alternative may be the method of automated mechanical weeding using sensors (usually cameras) to detect and identify weeds, which, however, requires fast and accurate recognition of plants captured by the camera in real time and distinguishing between crops and weeds.

Urządzenie do usuwania chwastów, według wynalazku posiada zintegrowany układ wykorzystujący metodykę rozpoznawania chwastów i roślin uprawnych. Układ ten współpracuje z aktywnym mechanizmem niszczącym chwasty, a ponadto urządzenie jest wyposażone w układ pielenia pasywnego.The weed removal device according to the invention has an integrated system using the methodology of recognizing weeds and crops. This system works in conjunction with an active weed killing mechanism, and the machine is also equipped with a passive weeding system.

Dzięki temu urządzenie, zgodnie z rozwiązaniem nadaje się do przeprowadzania kombinowanego odchwaszczania obejmującego pielenie międzyrzędzi oraz rzędów upraw roślin za jednym przejazdem.The device is therefore suitable for carrying out a combined weeding including weeding between rows and rows of crops in a single pass.

Sterowanie mechanizmem niszczącym chwasty odbywa się poprzez analizę obrazu pochodzącego z wizyjnej kamery, której pole widzenia jest doświetlane przez reflektor. Analiza jest wykonywana za pomocą mikrokomputera z użyciem algorytmów/programów wykorzystujących tzw. sztuczną inteligencję, dokładnie konwolucyjne sieci neuronowe.The control of the weed killing mechanism is carried out by analyzing the image from a video camera, the field of view of which is illuminated by a reflector. The analysis is performed using a microcomputer with the use of algorithms / programs using the so-called artificial intelligence, convolutional neural networks to be exact.

PL 239 730 B1PL 239 730 B1

Z mikrokomputera, po rozpoznaniu obrazu są generowane sygnały sterujące przesyłane do układu wykonawczego.From the microcomputer, after recognizing the image, control signals are generated and sent to the executive system.

Proces pielenia w rzędzie roślin jest realizowany za pomocą poruszających się ruchem wahadłowym roboczych ramion, zakończonych ostrzami podcinającymi korzenie chwastów na określonej głębokości poniżej poziomu gleby.The process of weeding in a row of plants is carried out by means of swinging working arms, ending with blades cutting the roots of weeds at a specific depth below the soil level.

Proces pielenia roślin w międzyrzędziu jest wykonywany przez zespół pielenia pasywnego, wyposażonego w pielący nóż, zamocowany na słupicy. Nóż ten przemieszczając się na głębokości poniżej poziomu gleby podcina korzenie chwastów. Istotnym elementem wyposażenia zespołu pielenia pasywnego jest zamocowany na nośnym korpusie sekcji roboczej strunowy wał, który uzupełniająco uprawia ziemię w międzyrzędziu.The process of weeding plants in the inter-row is performed by a passive weeding unit, equipped with a weeding knife, mounted on the leg. Moving below the soil level, this knife cuts the roots of weeds. An important element of the passive weeding unit equipment is a string roller mounted on the supporting body of the working section, which additionally cultivates the soil in the inter-row.

Przedmiot wynalazku został zilustrowany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1a przedstawia praktyczną realizację urządzenia, zgodnie z rozwiązaniem w rzucie prostokątnym z boku, fig. 1b - w widoku aksonometrycznym, fig. 2 - pokazuje w rzucie prostokątnym z boku wybrane elementy konstrukcji wsporczej urządzenia, fig. 3 - pokazuje w widoku aksonometrycznym nośną ramę wraz z zespołem zasilającym, fig. 4 - ilustruje budowę narzędzi zespołu pielenia pasywnego, fig. 5 uwidacznia wizyjną kamerę i oświetlający reflektor, fig. 6 - prezentuje kopiujące koło wraz z enkoderem, fig. 7 - aktywny zespół pielący z roboczymi końcówkami, fig. 8 - schemat blokowy struktury funkcjonalnej zespołu pielenia aktywnego, fig. 9 - przedstawia konstrukcję mechanizmu aktywnego zespołu pielącego, fig. 10a - prezentuje praktyczną realizację momentomierza, fig. 10b - alternatywną wersję momentomierza, natomiast fig. 11 - uwidacznia kolejną praktyczną realizację urządzenia do usuwania chwastów, zgodnie z wynalazkiem.The subject of the invention is illustrated in an embodiment in the drawing, in which fig. 1a shows a practical embodiment of the device according to the solution in a rectangular side view, fig. 1b - in an axonometric view, fig. 2 - shows selected elements of the structure in a rectangular view. 3 - shows in an axonometric view the supporting frame with the power unit, fig. 4 - shows the structure of the passive weeding unit tools, fig. 5 shows a camera and illuminating reflector, fig. 6 - shows a copying wheel with an encoder, Fig. 7 - active weeding unit with working tips, Fig. 8 - block diagram of the functional structure of the active weeding unit, Fig. 9 - shows the construction of the active weeding unit mechanism, Fig. 10a - shows a practical implementation of a torque measuring device, Fig. 10b - alternative version of a torque measuring device while Fig. 11 shows another embodiment of a weed removal device according to the present invention with the invention.

Urządzenie 1 do usuwania chwastów, według rozwiązania, przedstawione w praktycznej realizacji na rysunku fig. 1a (w rzucie prostokątnym) i na rysunku fig. 1b (w widoku aksonometrycznym), jest zaopatrzone w nośną ramę 2, mającą montażową belkę 3, wspartą na skrętnych kołach 4, wyposażonych w metalowe obręcze. Poziom osadzania skrętnych kół 4 może być regulowany za pomocą śrubowego elementu 5 wyposażonego w korbę 6. Na montażowej belce 3 jest zamontowany montażowy segment 7 czworobocznego przegubowego łącznika 8, łączącego przegubowo nośną ramę 2 z nośnym korpusem 9 zespołu pielącego 10.The weed removal device 1 of the embodiment shown in the practical embodiment in Fig. 1a (in orthogonal view) and in Fig. 1b (in axonometric view) is provided with a support frame 2 having a mounting beam 3 supported on a torsion. 4 wheels, fitted with metal rims. The level of mounting of the swivel wheels 4 can be adjusted by means of a screw element 5 provided with a crank 6. A mounting segment 7 of a four-sided joint 8 is mounted on the mounting beam 3, which articulates the support frame 2 with the support body 9 of the weeding assembly 10.

Czworoboczny przegubowy łącznik 8, zilustrowany na rysunku, fig. 2 - ma dwa poziome ramiona, osadzone wahliwie, z jednej strony w montażowym segmencie 7, a z drugiej strony w nośnym korpusie 9 zespołu pielącego 10. Czworoboczny przegubowy łącznik 8 jest zaopatrzony w dociskową sprężynę. Poziome ramiona czworobocznego przegubowego łącznika 8 są spięte naciągową sprężyną.The quadrilateral articulated link 8, illustrated in Fig. 2, has two horizontal arms pivoted on the one hand in the mounting section 7 and on the other hand in the supporting body 9 of the weeding assembly 10. The quadrangular articulated link 8 is provided with a pressure spring. The horizontal arms of the four-sided articulated link 8 are held together by a tension spring.

Rysunek, fig. 3 - ilustruje bardziej szczegółowo nośną ramę 2 i osadzone na niej zespoły. Nośna rama 2 jest zaopatrzona w co najmniej jeden zaczep 11 do mechanicznego sprzężenia urządzenia 1, według wynalazku z pojazdem samobieżnym (niepokazanym). Pojazdem samobieżnym może być jakikolwiek pojazd posiadający własne źródło napędu o wystarczającej mocy, aby zapewnić przemieszczanie się pojazdu samobieżnego sprzężonego z urządzeniem 1 po polu uprawnym. Może to być ciągnik rolniczy. Źródłem napędu pojazdu samobieżnego może być silnik spalinowy, silnik elektryczny albo zespół hybrydowy.The drawing, fig. 3, illustrates in more detail the support frame 2 and the assemblies mounted thereon. The support frame 2 is provided with at least one catch 11 for mechanically coupling the device 1 according to the invention to a self-propelled vehicle (not shown). A self-propelled vehicle may be any vehicle having its own power source with sufficient power to ensure that the self-propelled vehicle coupled with the device 1 moves across the farmland. It could be an agricultural tractor. The power source for the self-propelled vehicle may be an internal combustion engine, an electric motor or a hybrid unit.

Na nośnej ramie 2 jest zamontowane źródło energii elektrycznej, zasilające urządzenie 1, obejmujące generator energii elektrycznej oraz co najmniej jeden akumulator 13 energii elektrycznej (zespół ogniw odwracalnych), dostosowany liczbą ogniw do napięcia prądu elektrycznego generowanego przez generator energii elektrycznej 12. Korzystnie generatorem energii elektrycznej 12 jest alternator (o napięciu znamionowym na przykład 24 V), wyposażony w prostowniczy moduł (niepokazany), ewentualnie prądnica prądu stałego. Korzystnie, w przypadku generatora energii elektrycznej 12 o napięciu znamionowym 24 V, akumulator 13 energii elektrycznej obejmuje dwa akumulatory 12 V zestawione szeregowo.Mounted on the support frame 2 is an electric power source, powering a device 1 comprising an electric power generator and at least one electric power accumulator 13 (reversible cell assembly) adapted in number of cells to the electric voltage generated by the electric power generator 12. Preferably by means of an electric power generator 12. 12 is an alternator (rated for example 24 V), equipped with a rectifier module (not shown), possibly a DC generator. Preferably, in the case of an electric power generator 12 rated at 24 V, the electric power accumulator 13 comprises two 12 V batteries arranged in series.

Wał generatora energii elektrycznej 12 jest wyprowadzony poza jego obudowę i zaopatrzony w wielowypust 14 do sprzężenia generatora 12 ze źródłem napędu pojazdu samobieżnego.The electric generator shaft 12 extends outside its housing and is provided with a spline 14 for coupling the generator 12 to the power source of the self-propelled vehicle.

Nośny korpus 9 jest wyposażony w podporowe koło 15 zaopatrzone w ogumienie pneumatyczne. Poziom osadzenia podporowego koła 15 może być regulowany, podobnie jak w przypadku skrętnego koła 4, za pomocą elementu śrubowego, posiadającego korbę (nie pokazano). Na nośnym korpusie 9 jest osadzony zespół pielący 10, przeznaczony do mechanicznego usuwania chwastów. Zespół ten obejmuje wyposażone w odmienne narzędzia - zespół pielenia pasywnego i zespół pielenia aktywnego.The support body 9 is equipped with a support wheel 15 provided with pneumatic tires. The seat level of the supporting wheel 15 can be adjusted, similar to the pivoting wheel 4, by means of a screw element having a crank (not shown). Mounted on the supporting body 9 is a weeding unit 10, intended for the mechanical removal of weeds. This unit comprises a passive weeding unit and an active weeding unit equipped with different tools.

Zespół pielenia pasywnego realizuje operacje uprawiania międzyrzędzia w uprawach rzędowych z użyciem narzędzi pokazanych na rysunku - fig. 4.The passive weeding unit carries out inter-row cultivation operations in row crops with the use of tools shown in the drawing - fig. 4.

PL 239 730 B1PL 239 730 B1

Narzędzia te stanowi pielący nóż 16 osadzony na słupicy 17, przy czym pielący nóż 16 zagłębia się poniżej poziomu gleby i w trakcie ruchu urządzenia 1, według wynalazku dokonuje podcięcia korzeni chwastów. Zespół pielenia pasywnego dodatkowo realizuje funkcję uprawiania gleby w międzyrzędziu. Czyni to za pomocą strunowego wału 18.These tools consist of a weeding knife 16 mounted on a leg 17, the weeding knife 16 plunging below the ground level and, while the device 1 is in motion, undercutting the roots of the weeds. The passive weeding unit additionally performs the function of cultivating the soil in the inter-row area. It does this with the help of the 18 string shaft.

W skład zespołu aktywnego pielenia wchodzi wizyjna kamera 19 z mikrokomputerem (zilustrowana na rysunku - fig. 5), doświetlający reflektor 20, kopiujące koło 21 wraz z enkoderem 22 (pokazane na rysunku - fig. 6). Ponadto układ wykonawczy i układ sterujący. Mechanizm układu wykonawczego jest umieszczony w obudowie 23, z której są wyprowadzone robocze ramiona 24.1 i 24.2. Robocze ramiona 24.1 i 24.2 są zakończone podcinającymi ostrzami 25.1 i 25.2 (uwidocznione na rysunku fig. 7). Operacje pielenia wykonuje się za pomocą roboczych ramion 24.1 i 24.2 wykonujących ruch wahadłowy umożliwiający podcięcia korzeni chwastów poniżej poziomu gleby przez podcinające ostrza 25.1 i 25.2. Sterowanie mechanizmem układu wykonawczego, usuwającym chwasty odbywa się w następstwie analizy obrazu pochodzącego z wizyjnej kamery 19, której pole widzenia jest oświetlane dodatkowo przez doświetlający reflektor 20.The active weeding unit includes a vision camera 19 with a microcomputer (shown in the drawing - fig. 5), a light reflector 20, a copying wheel 21 with an encoder 22 (shown in the drawing - fig. 6). Moreover, the executive system and the control system. The mechanism of the actuating system is placed in the housing 23 from which the operating arms 24.1 and 24.2 extend. The working arms 24.1 and 24.2 terminate in undercutting blades 25.1 and 25.2 (shown in Fig. 7). Weeding operations are performed by the operating arms 24.1 and 24.2 swinging to allow undercutting of the weed roots below the soil level by the undercutting blades 25.1 and 25.2. The control of the weed-removing actuator mechanism takes place as a result of the analysis of the image from the vision camera 19, the field of view of which is additionally illuminated by an illuminating reflector 20.

Analiza obrazu jest dokonywana przez mikrokomputer z użyciem algorytmu rozpoznawania chwastów i roślin uprawnych, wykorzystującego konwolucyjne sieci neuronowe. To pozwala na autonomiczne wykonywanie odchwaszczania upraw przez aktywny zespół pielący urządzenia 1, według wynalazku.Image analysis is performed by a microcomputer using an algorithm for recognizing weeds and crops, using convolutional neural networks. This allows the weeding of crops to be carried out autonomously by the active weeding unit of the device 1 according to the invention.

Dodatkowym komponentem zespołu aktywnego pielenia jest kopiujące koło 21 wraz z enkoderem 22, który spełnia rolę układu redundantnego dla wyznaczonej na podstawie analizy obrazu zarejestrowanego wizyjną kamerą 19 przebytej drogi oraz prędkości poruszania się urządzenia 1. Zarejestrowana sekwencja obrazu jest analizowana przez układ wizyjny.An additional component of the active weeding unit is the copying wheel 21 together with the encoder 22, which acts as a redundant system for the traveled distance determined on the basis of image analysis recorded with a video camera 19 and the speed of movement of the device 1. The recorded image sequence is analyzed by the vision system.

Układ wizyjny na podstawie zastosowanych algorytmów analizujących, generuje sygnały sterujące dla układu wykonawczego.The vision system, based on the applied analyzing algorithms, generates control signals for the executive system.

Struktura urządzenia 1 została przedstawiona na rysunku - fig. 8 w postaci schematu blokowego. Podzespoły mechaniczne zostały wyróżnione poprzez wypełnienie ich okien szarym tłem.The structure of the device 1 is shown in Figure 8 in the form of a block diagram. Mechanical components have been distinguished by filling their windows with a gray background.

Układ sterowania, bazujący na wynikach analizy obrazu z układu wizyjnego, obejmującego wizyjną kamerę 19 z mikrokomputerem i doświetlający reflektor 20, przesyła do serwonapędu informację dotyczącą żądanej pozycji kątowej roboczych ramion 24.1 i 24.2, przeliczoną na pozycję kątową wałka silnika. Sterownik silnika przekazuje do układu sterowania zwrotną informację o aktualnej pozycji wałka silnika. Ruch silnika serwonapędu jest przekazywany do mechanizmu zmiany ruchu obrotowego na kątowy ruch oscylacyjny, którego zakres odpowiada wymaganemu zakresowi ruchu roboczych ramion 24.1 i 24.2. Do wyjść mechanizmu zamiany ruchu zamocowane są robocze ramiona 24.1 i 24.2 zaopatrzone w podcinające ostrza 25.1 i 25.2.The control system, based on the results of the image analysis from the vision system, including a video camera 19 with a microcomputer and an illuminating reflector 20, sends to the servo drive information about the desired angular position of the working arms 24.1 and 24.2, converted to the angular position of the motor shaft. The engine controller provides feedback to the control system about the current position of the engine shaft. The motion of the servo motor is transmitted to the mechanism for changing the rotary motion into angular oscillating motion, the range of which corresponds to the required range of motion of the working arms 24.1 and 24.2. The working arms 24.1 and 24.2, provided with undercutting blades 25.1 and 25.2, are attached to the outputs of the change-of-motion mechanism.

Wszystkie podzespoły zasilane są prądem stałym, ze źródła energii elektrycznej urządzenia 1, korzystnie prądem o napięciu 24 V. Układ sterowania steruje w sposób nadążny ruchem roboczych ramion 24.1 i 24.2, zakończonych podcinającymi ostrzami 25.1 i 25.2. Sterowanie ruchem roboczych ramion 24.1 i 24.2 odbywa się poprzez napędzanie ich za pomocą bezszczotkowego silnika prądu stałego (BLDC). Podcinające ostrza 25.1 i 25.2 rozsuwają się od siebie w momencie zbliżenia się nośnego korpusu 9 zespołu pielącego 10 do rośliny uprawnej. Informację o tej pozycji system sterowania uzyskuje poprzez przetwarzanie obrazu rejestrowego za pomocą wizyjnej kamery 19. Pole widzenia wizyjnej kamery 19 jest dodatkowo oświetlane doświetlającym reflektorem 20 w celu uzyskania wysokiej jakości rejestrowanego obrazu. Do przetwarzania rejestrowanego obrazu wykorzystywane są algorytmy analizy obrazu. Metoda rozpoznawania wzorców obejmuje etapy akwizycji obrazu, przetwarzania wstępnego ekstrakcji cech i klasyfikacji. Odpowiedni dobór powyższych komponentów jest kluczowy dla efektywnego rozwiązywania problemu identyfikacji roślin. Istniejące metody klasyfikacji liści obejmują dwie grupy metod. Pierwsza z metod wykorzystuje cechy globalne liści, druga zaś cechy lokalne. Jako cechy lokalne ocenia się wygląd ogonka, blaszki, nasady i obrzeża morfologiczne deskryptory polegają na geometrycznych właściwościach, takich jak: średnica, centroid, pole powierzchni. Powyższe deskryptory są zwykle łączone z takimi cechami jak tekstura lub kolor liścia. Momenty obrazu są statystycznymi deskryptorami, charakteryzującymi się niską złożonością obliczeniową, ale są czułością na szum. Do rozpoznawania i klasyfikacji liści można zastosować skalo-niezmiennicze przekształcenie cech (scale-invariant feature transform, SIFT), albo histogramy zorientowanych gradientów (histogram of oriented gradients, HOG), względnie metody klasyfikacji liści oparte o deskryptory konturów.All components are supplied with direct current from the electric power source of the device 1, preferably with a voltage of 24 V. The control system continuously controls the movement of the working arms 24.1 and 24.2, ending with undercutting blades 25.1 and 25.2. The movement of the working arms 24.1 and 24.2 is controlled by driving them with a brushless DC motor (BLDC). The undercutting blades 25.1 and 25.2 move apart from each other as the carrying body 9 of the weeding unit 10 approaches the crop. The information about this position is obtained by the control system by processing the recording image with the video camera 19. The field of view of the video camera 19 is additionally illuminated with an illuminating reflector 20 in order to obtain a high-quality recorded image. Image analysis algorithms are used to process the recorded image. The pattern recognition method includes the steps of image acquisition, pre-processing, feature extraction, and classification. The appropriate selection of the above components is crucial for the effective solution of the plant identification problem. Existing leaf grading methods consist of two groups of methods. The first method uses global leaf features, the second uses local features. The appearance of the petiole, lamina, base and periphery are assessed as local features. Morphological descriptors rely on geometric properties such as diameter, centroid, surface area. The above descriptors are usually associated with characteristics such as leaf texture or color. Image moments are statistical descriptors of low computational complexity but sensitivity to noise. Scal-invariant feature transform (SIFT) or histogram of oriented gradients (HOG) or leaf grading methods based on contour descriptors can be used to recognize and classify leaves.

W rozwiązaniu, według wynalazku wykorzystuje się trenowanie sieci CNN, wskutek czego uzyskuje się wysoką dokładność i krótki czas przetwarzania na małej bazie opisów. W procesie stosuje sięIn the present invention, CNN training is used, whereby high accuracy and short processing times are obtained on a small base of descriptions. In the process is used

PL 239 730 B1 parametryzację architektury sieci, mierzy dokładność i czas przetwarzania dla różnych wartości parametrów sieci, a następnie dla najlepszej konfiguracji sprawdza się wpływ ilości danych treningowych na dokładność działania sieci. Ostatecznie przeprowadza się analizę sklasyfikowanych obrazów, aby uzyskać jakościową informację o wynikach.In order to parameterize the network architecture, measure the accuracy and processing time for different values of the network parameters, and then, for the best configuration, the influence of the amount of training data on the accuracy of the network operation is checked. Ultimately, an analysis of the classified images is performed to obtain qualitative information on the results.

Klasyfikacja roślin jest zadaniem lokalnym, którego wynik zależy od okolicy analizowanego punktu, a nie całego obrazu. Oznacza to, że na wejściu sieci podaje się grupy małych obrazków, zwanych polami recepcyjnymi. Taka klasyfikacja skutkuje tym, że trening jest wydajniejszy, a w praktycznym użyciu sieć może zostać przekształcona do konwolucji po całym obrazie.Plant classification is a local task, the result of which depends on the vicinity of the analyzed point, not the entire image. This means that groups of small pictures, called receptive fields, are given at the input of the network. This classification results in the training being more efficient, and in practical use the network can be transformed into a convolution all over the picture.

Co do szczegółów rozwiązania, rozpoznawanie chwastów i roślin uprawnych z wykorzystaniem konwolucyjnych sieci neuronowych, niniejszym powołujemy się na całość pracy opublikowanej w: Advances in Automation, Robotics and Measurement Techniques, seria Advances in Intelligent Systems and Computing, wol. 743, Springer International Publishing, 2028, str. 193-202, która to praca powstała we współpracy ze zgłaszającym przedmiotowy wynalazek.For details of the solution, recognition of weeds and crops using convolutional neural networks, we hereby refer to the entire work published in Advances in Automation, Robotics and Measurement Techniques, Advances in Intelligent Systems and Computing series, vol. 743, Springer International Publishing, 2028, pp. 193-202, which work was produced in collaboration with the applicant for the present invention.

W celu zapewnienia wysokiego poziomu wydajności oraz niezawodności pracy urządzenia 1 do usuwania chwastów, oprócz sygnału z wizyjnej kamery 19, układ sterowania wykorzystuje także sygnały z innych sensorów. Na potrzeby dynamicznego sterowania pracą silnika BLDC, sprężony z nim standardowy sterownik wykorzystuje sygnał generowany przez zintegrowany czujnik położenia kątowego wirnika silnika (niepokazany), informujący o aktualnym położeniu wirnika. Sygnał ten jest także wykorzystywany przez układ sterowania, który w połączeniu z sygnałem z detektora położenia krańcowego jednego z ruchomych elementów struktury mechanicznej (przy uwzględnieniu stałego położenia przekładni z zębatym paskiem oraz zmiennego położenia mechanizmu dźwigowego) umożliwia dynamiczne sterowanie położeniem roboczych ramion 24.1 i 24.2 w sposób nadążny. Układ sterowania wykorzystuje także sygnał z odometrycznego czujnika prędkości 22, określającego prędkość liniową, z jaką porusza się urządzenie 1, sprzężone z pojazdem samobieżnym, w celu zwiększenia niezawodności działania zespołu aktywnego pielenia.In order to ensure a high level of efficiency and operational reliability of the weed removal device 1, in addition to the signal from the video camera 19, the control system also uses signals from other sensors. For dynamic control of the BLDC motor, a standard controller coupled with it uses a signal generated by an integrated rotor angular position sensor of the motor (not shown) that provides information on the current rotor position. This signal is also used by the control system, which in combination with the signal from the end position detector of one of the movable elements of the mechanical structure (taking into account the constant position of the gear with the toothed belt and the variable position of the lifting mechanism) enables dynamic control of the working position of the arms 24.1 and 24.2 in a manner following. The control system also uses the signal from the odometer speed sensor 22 determining the linear speed at which the device 1, coupled to the motorized vehicle, is moving to increase the reliability of the active weeding assembly.

Zespół aktywnego pielenia zawiera w swej mechanicznej strukturze momentomierz o specjalnej budowie. Jest to urządzenie stacjonarne, sprzężone mechanicznie z obudową silnika. Dzięki temu możliwe jest wyznaczenie rzeczywistego momentu, jaki generuje silnik podczas napędzania elementów roboczych.The active weeding unit includes in its mechanical structure a torque measuring device with a special structure. It is a stationary device, mechanically coupled to the engine housing. Thanks to this, it is possible to determine the actual torque generated by the engine while driving the working elements.

Sygnał pomiarowy z momentomierza wykorzystywany jest przez układ sterowania w następujących celach:The measuring signal from the torque meter is used by the control system for the following purposes:

a) po przekroczeniu granicznej wartości momentu, układ sterowania odcina zasilanie silnika napędowego w celu zabezpieczenia go przed uszkodzeniem (silnik wraz ze sterownikiem i reduktorem stanowi najdroższy komponent modułu mechanicznego), generując informację o wystąpieniu błędu krytycznego dla operatora;a) after exceeding the limit value of the torque, the control system cuts the power supply to the drive motor in order to protect it against damage (the motor with the controller and reducer is the most expensive component of the mechanical module), generating information about the occurrence of a critical error for the operator;

b) podczas uruchamiania zespołu pielenia, układ sterowania może dokonać sprawdzenia oporów ruchu w module mechanicznym, wykonującym ruch jałowy - dzięki temu jest możliwe stwierdzenie istnienia jakichś ciał obcych (np. korzenie lub łodygi, które się owinęły wokół elementów ruchomych) zwiększając opory ruchu elementów roboczych; generowane jest w takiej sytuacji ostrzeżenie dla operatora;b) when starting the weeding unit, the control system can check the resistance to motion in the mechanical module that performs idle motion - thanks to this, it is possible to detect the existence of some foreign bodies (e.g. roots or stalks wrapped around the moving elements), increasing the resistance to movement of the working elements ; a warning is generated for the operator in such a situation;

c) podczas uruchamiania zespołu pielenia aktywnego, układ sterowania może dokonać sprawdzenia oporów ruchu w module mechanicznym, wykonującym ruch jałowy; jeśli operator urządzenia 1, według wynalazku nie stwierdzi istnienia jakichś ciał obcych zwiększających z zewnątrz opory ruchu elementów roboczych, sygnał pomiarowy z momentomierza jest miarą zużycia komponentów mechanicznych, bowiem wraz z zużywaniem się elementów współpracujących, bądź też starzeniem się środków smarnych, zazwyczaj rosną opory ruchu (w stanie zdiagnozowania nadmiernego poziomu tych oporów generowane jest ostrzeżenie dla operatora, sugerujące dokonanie przeglądu i/lub konserwacji modułu mechanicznego);c) when starting the active weeding unit, the control system can check the resistance to motion in the mechanical unit, performing the idling motion; If the operator of the device 1 according to the invention does not find the existence of any foreign bodies increasing the resistance to movement of the working elements from the outside, the measurement signal from the measuring signal is a measure of the wear of the mechanical components, because with the wear of the mating elements or the aging of the lubricants, the resistance to motion usually increases (when diagnosing an excessive level of these resistances, a warning is generated for the operator, prompting the inspection and / or maintenance of the mechanical module);

d) w trakcie normalnego działania zespołu aktywnego pielenia, układ sterowania może wykryć nadmierne obciążenie silnika napędzającego moduł mechaniczny, które także może wynikać z przyczepienia się jakichś ciał obcych, znacznie zwiększających opory ruchu elementów roboczych; generowane jest w takiej sytuacji ostrzeżenie dla operatora, albo ewentualnie informacja o wstąpieniu błędu krytycznego, uniemożliwiającego dalszą pracę zespołu pielącego;d) during normal operation of the active weeding unit, the control system can detect excessive load on the motor driving the mechanical module, which may also result from the attachment of some foreign bodies, significantly increasing the resistance to movement of the working elements; in such a situation, a warning is generated for the operator, or possibly information about the occurrence of a critical error, preventing further operation of the weeding unit;

e) w przypadku, gdy z jakichś względów (np. bezpieczeństwa) korzystne byłoby ograniczenie maksymalnego momentu, wytwarzanego przez moduł mechaniczny pielnika, przy wykorzystaniu sygnału pomiarowego z momentomierzem, układ sterowania jest w stanie chwilowoe) if for some reasons (e.g. safety) it would be advantageous to limit the maximum torque generated by the mechanical module of the hoe, using a measuring signal with a torque meter, the control system is temporarily

PL 239 730 B1 odciąć zasilanie silnika napędowego i przez to zmniejszyć wytwarzany moment obrotowy na elementach ruchomych;Cut off power to the drive motor and thus reduce the torque generated on the moving parts;

f) sygnał pomiarowy z momentomierza wykorzystać można także w celach badawczych - do wyznaczania oporów występujących w procesie pielenia roślin posadzonych na różnych rodzajach gleb. Zbiór danych uzyskanych w związku z rejestrowaniem sygnałów pomiarowych z momentomierza może posłużyć do stworzenia bazy wiedzy do wykorzystania przy budowie różnego rodzaju sprzętu rolniczego. Poza tym takie pomiary umożliwiają prace optymalizacyjne nad usprawnieniem konstrukcji mechanizmu mechanicznego (np. optymalizowanie kształtu ostrza elementów ruchomych), co może doprowadzić do znacznego zmniejszenia zużycia energii elektrycznej przez urządzenie 1, według wynalazku. Dzięki temu można by zastosować silniki elektryczne o mniejszej mocy, co prowadziłoby do istotnego ograniczenia kosztów wytwarzania co najmniej niektórych części urządzenia 1 do usuwania chwastów.f) the measuring signal from the torque meter can also be used for research purposes - to determine the resistance in the process of weeding plants planted on various types of soil. The set of data obtained in connection with the recording of measurement signals from the torque meter can be used to create a knowledge base to be used in the construction of various types of agricultural equipment. Moreover, such measurements enable optimization work to improve the design of the mechanical mechanism (e.g. optimizing the shape of the blade of the moving parts), which can lead to a significant reduction in the electric energy consumption of the device 1 according to the invention. As a result, less powerful electric motors could be used, which would lead to a significant reduction in the manufacturing costs of at least some parts of the weed removal device 1.

Wyposażenie urządzenia 1, według wynalazku w powyższe funkcje, a zwłaszcza w funkcje opisane w punktach a)-e), umożliwia diagnostykę jego pracy, a z tego wynika wpływ na zwiększenie trwałości przy odpowiednio szybkim reagowaniu na pojawiające się drobne uszkodzenia i przedwczesne zużycie poszczególnych elementów mechanicznych.Equipping the device 1 according to the invention with the above functions, and in particular with the functions described in items a) -e), enables the diagnostics of its operation, and this results in an influence on the increase of durability with an adequately quick response to minor damage and premature wear of individual mechanical elements. .

Konstrukcja mechanizmu zespołu aktywnego pielenia, szczegółowo przedstawiona na rysunku, fig. 9 - wyróżnia się tym, że wewnątrz obudowy 23 są ułożyskowane tocznie robocze ramiona 24.1 i 24.2. Do obudowy 23 jest sztywno zamocowany stacjonarny momentomierz 26, do którego od góry przylega motoreduktor 27, sztywno połączony z momentomierzem 26. Motoreduktor stanowi bezszczotkowy silnik prądu stałego (BLDC) sprzężony mechanicznie z reduktorem planetarnym oraz z inkrementalnym enkoderem, generującym w każdej chwili informację o położeniu kątowym wirnika silnika. Na wałku motoreduktora 27 jest osadzone czynne pasowe koło 28 cięgnowej przekładni. Pasowe koło 28 za pomocą zębatego paska 29 przekazuje napęd do dwóch biernych pasowych kół 30.1 i 30.2, ułożyskowanych tocznie w obudowie 23. Bierne pasowe koła 30.1 i 30.2 za pomocą mimośrodowo zamocowanych łączników 31.1 oraz 31.2 przenoszą napęd na dźwignie 32.1 oraz 32.2, które są ułożyskowane tocznie w obudowie 23. Ponadto dźwignie 32.1 i 32.2 są sztywno połączone z roboczymi ramionami 24.1 i 24.2. Napinacz 33 służy do napinania zębatego paska 29 w celu zapewnienia poprawnej pracy przekładni cięgnowej.The structure of the active weeding assembly mechanism, shown in detail in Fig. 9, is distinguished by the fact that inside the housing 23, the rolling working arms 24.1 and 24.2 are mounted. A stationary torque meter 26 is rigidly attached to the housing 23, to which the gear motor 27 adheres from the top, rigidly connected to the torque meter 26. The gearmotor is a brushless DC motor (BLDC) mechanically coupled with the planetary reducer and with an incremental encoder generating position information at any time. angular rotor of the motor. The active pulley 28 of the cable transmission is mounted on the shaft of the geared motor 27. The pulley 28, by means of a toothed belt 29, transmits the drive to two passive pulleys 30.1 and 30.2, mounted rollingly in the housing 23. The passive pulleys 30.1 and 30.2 transfer the drive to levers 32.1 and 32.2, which are mounted on rollingly in the housing 23. Moreover, the levers 32.1 and 32.2 are rigidly connected to the operating arms 24.1 and 24.2. The tensioner 33 serves to tension the toothed belt 29 in order to ensure correct operation of the cable transmission.

Dzięki zastosowaniu detektora położenia krańcowego 34, układ sterowania, po wykonaniu procedury inicjacyjnej (jałowy ruch elementów roboczych, kontynuowany aż do wygenerowania sygnału z detektora położenia krańcowego 34) zna dokładne położenie roboczych ramion 24.1 i 24.2. Dzięki sygnałom z inkrementalnego enkodera, zintegrowanego z motoreduktorem układ sterowania jest w stanie sterować ruchem roboczych ramion 24.1 i 24.2 w czasie rzeczywistym, zgodnie z zadanym profilem ruchu. Jako dekoder położenia krańcowego 34 można zastosować typowy indukcyjny czujnik zbliżeniowy.By using the end position detector 34, the control system, after the initiation procedure (idle movement of the operating elements continued until the signal from the end position detector 34 is generated) knows the exact position of the operating arms 24.1 and 24.2. Thanks to the signals from the incremental encoder, integrated with the gear motor, the control system is able to control the movement of the working arms 24.1 and 24.2 in real time, in accordance with the set motion profile. A conventional inductive proximity sensor may be used as the end position decoder 34.

Ewentualnie, w mechanizmie zamiast przekładni cięgnowej z paskiem zębatym można zastosować inny rodzaj przekładni mającej pojedyncze koło czynne i dwa koła bierne, jak przekładnia cięgnowa z paskiem klinowym, łańcuchowa, zębata (z wyeliminowaniem napinacza 33). Nadto, detektor położenia końcowego może być osadzony w różnych miejscach (wewnątrz lub na zewnątrz korpusu), aby wykrywać skrajne położenie co najmniej jednego spośród elementów ruchomych: 24.1,24.2, 30.1,30.2, 31.1, 31.2, 32.1, 32.2.Alternatively, in place of the pulley with toothed belt, another type of transmission having a single drive pulley and two idler pulleys, such as a V-belt pulley, chain, toothed transmission (eliminating the tensioner 33), may be used in the mechanism. Moreover, the end position detector may be mounted at various locations (inside or outside the body) to detect the extreme position of at least one of the movable elements: 24.1, 24.2, 30.1, 30.2, 31.1, 31.2, 32.1, 32.2.

Na rysunku, fig. 10a - przedstawiono budowę praktycznej realizacji momentomierza 26 w przekroju przechodzącym wzdłuż osi silnika. Silnik napędowy zintegrowany z motoreduktorem 27 jest na stałe zespolony z tuleją 35, która jest łożyskowana za pomocą dwóch łożysk tocznych osadzonych w górnej części obudowy 23. Łożyskowanie tulei 35 zapewnia małe opory ruchu, w związku z czym można przyjąć, że poziom ewentualnego zakłócenia pomiaru momentu powiązanego z tymi oporami pozostaje na zaniedbywalnym poziomie. Nadto, jakiekolwiek obciążenia silnika napędowego siłami promieniowymi lub wzdłużnymi nie są przenoszone na stronę podatną momentomierza 26. Działanie momentomierza 26 polega na tym, że skutek przenoszenia momentu skręcającego wynikającego z reakcji stojana na moment obrotowy generowany na wirniku silnika, jego podatna struktura mechaniczna ulega odkształceniu. Największe odkształcenia występują na każdym z czterech pionowych ramion 36 momentomierza 26. Na ramionach 36 momentomierza 26 naklejone są tensometry 37 - po jednym na każdym z ramion 36. Przetwornik elektryczny - zamieniający odkształcenie z podatnej struktury mechanicznej momentomierza 26 na sygnał elektryczny - stanowi pełny mostek tensometryczny, skompensowany termicznie. Mostek jest zasilany ze standardowego modułu pomiarowego do mostków tensometrycznych, a także ten sam moduł wzmacnia jego sygnał pomiarowy (na przykład moduł wzmacniająco-izolujący do czujnikówIn the drawing, Fig. 10a, the construction of a practical embodiment of a torque meter 26 is shown in a section along the axis of the motor. The drive motor integrated with the geared motor 27 is permanently connected to the sleeve 35, which is bearing by two rolling bearings embedded in the upper part of the housing 23. The bearing of the sleeve 35 provides low resistance to movement, therefore it can be assumed that the level of possible disturbance of the torque measurement related to these resistances remains at a negligible level. Moreover, any radial or longitudinal loads on the drive motor are not transferred to the flexible side of the torque meter 26. The operation of the torque meter 26 is that, as a result of the torque transmission resulting from the stator response to the torque generated on the rotor of the motor, its flexible mechanical structure is deformed. The greatest deformations occur on each of the four vertical arms 36 of the torque meter 26. On the arms 36 of the torque meter 26, strain gauges 37 are glued - one on each of the arms 36. An electrical converter - transforming the deformation from the flexible mechanical structure of the torque meter 26 into an electrical signal - constitutes a full strain gauge bridge , thermally compensated. The bridge is powered by a standard load cell measuring module, and the same module amplifies its measurement signal (e.g. an amplifying-isolating module for sensors

PL 239 730 B1 tensometrycznych ADAM 3016 firmy Advantach lub specjalizowany układ scalony). Wzmocniony sygnał pomiarowy doprowadzany jest bezpośrednio do jednego z wejść analogowych systemu sterowania. Kalibracja momentomierza 26 dokonywana jest po zamontowaniu układu mechanicznego, a dane kalibracyjne zapisywane są w pamięci trwałej układu sterowania.PL 239 730 B1 strain gauge ADAM 3016 from Advantach or a specialized integrated circuit). The amplified measuring signal is fed directly to one of the analog inputs of the control system. Calibration of the torque meter 26 is performed after the mechanical system has been mounted, and the calibration data is stored in the non-volatile memory of the control system.

W innej korzystnej praktycznej realizacji, momentomierz 26 jest wyposażony w pionowe ramiona w liczbie różnej od czterech (zarówno mniejszej jak i większej), które to ramiona mogą być rozmieszczone symetrycznie albo niesymetrycznie. Odpowiednio, momentomierz 26 jest wówczas wyposażony w tensometry 37 w liczbie różnej od czterech (zarówno mniejszej jak i większej),In another advantageous embodiment, the measuring shaft 26 is provided with different number than four vertical arms (both the minor and the larger), which arms may be symmetrically or asymmetrically arranged. Correspondingly, the torque meter 26 is then equipped with strain gauges 37 in a number different from four (both the smaller and the larger),

W alternatywnej praktycznej realizacji momentomierza 26, przedstawionej na rysunku, fig. 10b zastosowany jest czujnik siły 39. Silnik napędowy zintegrowany z motoreduktorem 27 jest stale zespolony z tuleją 35, która jest łożyskowana za pomocą dwóch łożysk tocznych osadzonych w górnej części obudowy 23.In an alternative embodiment of the torque meter 26 shown in Fig. 10b, a force sensor 39 is used. The drive motor integrated with the gear motor 27 is permanently connected to the sleeve 35, which is bearing by means of two rolling bearings mounted in the upper part of the housing 23.

Dzięki temu wszelkie, dodatkowe obciążenia silnika siłami promieniowymi lub wzdłużnymi nie są przenoszone na strukturę podatną czujnika siły 39, a łożyskowanie tulei 35 zapewnia małe opory ruchu.As a result, any additional engine loads due to radial or longitudinal forces are not transferred to the flexible structure of the force sensor 39, and the bearing of the sleeve 35 ensures low resistance to movement.

W takiej sytuacji można przyjąć, że poziom ewentualnego zakłócenia pomiaru momentu powiązanego z tymi oporami pozostaje na zaniedbywalnym poziomie. Działanie momentomierza 26 w tej wersji polega na tym, że moment reakcji stojana na moment obrotowy generowany na wirniku silnika, powoduje powstanie promieniowanej siły na obwodzie tulei 35, która jest przenoszona poprzez łącznik 38 bezpośrednio na czujnik siły 39 zamocowany w podporze 40 sztywno połączonej z górną częścią obudowy 23. Czujnikiem siły jest na przykład jednoosiowy czujnik transometryczny o zakresie pomiarowym równym 1 KN (taki jak na przykład KMM 20), zintegrowany z dedykowanym modułem wzmacniająco-izolującym. Sygnał pomiarowy doprowadzany jest bezpośrednio do jednego z wejść analogowych układu sterowania. Kalibracja momentomierza 26 dokonywana jest po zmontowaniu modułu mechanicznego, a dane kalibracyjne zapisywane są w pamięci trwałej systemu sterowania.In such a situation, it can be assumed that the level of possible distortion of the torque measurement associated with these resistances remains at a negligible level. The operation of the torque meter 26 in this version is that the stator reaction torque to the torque generated on the rotor of the motor causes a radiated force on the circumference of the sleeve 35, which is transmitted through the connector 38 directly to the force sensor 39 fixed in the support 40 rigidly connected to the upper part of the housing 23. The force sensor is e.g. The measuring signal is fed directly to one of the analog inputs of the control system. Calibration of the torque measuring shaft 26 is performed after the mechanical module is assembled, and the calibration data is stored in the non-volatile memory of the control system.

Zgodnie z przedstawionymi praktycznymi realizacjami momentomierza 26, jego konstrukcja jest zoptymalizowana pod kątem uzyskania korzystnych właściwości pomiarowych, co umożliwia pomiar momentu w odpowiednim zakresie (maksymalnie 100 Nm) z błędem nie większym niż 1%.In accordance with the presented practical implementations of the torque meter 26, its design is optimized to obtain favorable measurement properties, which enables the measurement of the torque in the appropriate range (maximum 100 Nm) with an error of no more than 1%.

Zarazem każde z rozwiązań zapewnia dostatecznie zwartej konstrukcji mechanizmu zespołu pielenia aktywnego, dzięki czemu wysokość mechanizmu pozostaje na tym samym poziomie.At the same time, each of the solutions provides a sufficiently compact structure of the active weeding unit mechanism, so that the height of the mechanism remains at the same level.

Kolejna praktyczna realizacja urządzenia 1 do usuwania chwastów, według wynalazku została przedstawiona na rysunku, fig. 11 w widoku aksometrycznym.Another embodiment of the weed removal device 1 according to the invention is shown in an axometric view in fig. 11.

Urządzenie 1 posiada nośną ramę 2 z montażową belką 3, wspartą na skrętnych kołach 4, zaopatrzonych w metalowe obręcze. Na montażowej belce 3 są osadzone liczne montażowe segmenty 7 czworobocznych przegubowych łączników 8, łączących przegubowo nośną ramę 2 z nośnymi korpusami 9 pielących zespołów 10.The device 1 has a supporting frame 2 with a mounting beam 3, supported on swivel wheels 4, provided with metal rims. Mounted on the mounting beam 3 are numerous mounting segments 7 of four-sided articulated links 8, articulating the support frame 2 with the support bodies 9 of weeding units 10.

Na nośnej ramie 2 jest zamontowane źródło energii elektrycznej, zasilającej urządzenie, 1 według wynalazku, obejmujące generator energii elektrycznej oraz co najmniej jeden akumulator 13 energii elektrycznej. Wymienione źródło energii elektrycznej zasila wszystkie pielące zespoły 10, z których każdy obejmuje zespół pielenia aktywnego i zespół pielenia pasywnego, omówione pod względem budowy i działania powyżej.Mounted on the support frame 2 is an electric power source for powering a device 1 according to the invention, including an electric power generator and at least one electric power accumulator 13. Said source of electrical energy powers all weeding units 10, each of which includes an active weeding unit and a passive weeding unit discussed above in terms of structure and operation.

Urządzenie 1 do usuwania chwastów, w praktycznej realizacji według rysunku, fig. 11 - jest zaopatrzone w pojedyncze kopiujące koło 21 wraz z enkoderem 22, który spełnia rolę układu redundantnego dla wyznaczonej na podstawie analizy obrazu, zarejestrowanego wizyjną kamerą 19 przebytej drogi oraz prędkości poruszania się urządzenia 1. Dane dostarcza do każdego układu sterowania zespołów pielenia aktywnego.The weed removal device 1, in the practical implementation according to the drawing, Fig. 11 - is provided with a single copy wheel 21 with an encoder 22, which acts as a redundant system for the distance traveled and the speed of movement determined on the basis of image analysis, recorded with a video camera 19. devices 1. Data is supplied to each control system of active weeding units.

Claims

Patent claims

1.Weed removal device, equipped with a load-bearing frame with a hitch for coupling the device to a self-propelled vehicle, support wheels, energy accumulator and electricity generator provided with a spline for coupling a self-propelled vehicle, in addition, a video camera with a computer mounted on the frame, the computer is equipped with an algorithm for recognizing weeds and ornamental plants using convolutional neural networks, and at least one weeding unit equipped with mechanical tools

For removing weeds, characterized in that it has an active weeding unit with working arms (24.1) and (24.2), ending with undercutting blades (25.1) and (25.2), mechanically coupled to the gear motor (27), and a visual camera ( 19) has an illuminating reflector (20), while the microcomputer, adapted to analyze the image from the video camera (19), is coupled with the control system transmitting to the geared motor (27) information about the angular position of the motor shaft depending on the results of the image analysis recorded by the video camera (19), moreover, the active weeding unit has an end position detector (34) that detects the exact position of the working arms (24.1) and (24.2) by the control system and an integrated rotor angular position sensor of the motor, which controls the gear motor (27) in real time, according to the preset displacement profile of the device (1), it also has a torque meter (26), rigidly connected to the gear motor (27) controlling the level of mechanical resistance in the mechanisms of the active weeding unit.

2. The weed removal device according to claim 1, A speed sensor according to claim 1, characterized in that it is equipped with an odometric speed sensor in the form of a tracking wheel (21) with an encoder (22), providing a signal to the control system and determining the linear speed of the device (1) movement after coupling with the self-propelled vehicle.

3. The weed removal device according to claim 1, 1 or 2, characterized in that the operating arms (24.1) and (24.2) are mechanically coupled to the gear motor (27) through an active pulley (28), mounted on the gear motor shaft (27) and rotatably connected by a toothed belt (29) with two passive pulleys (30.1) and (30.2), on which are mounted eccentrically the connectors (31.1) and (31.2), pivotally connected to the levers (32.1) and (32.2), and these rigidly connected to the working arms (24.1) and (24.2).

4. The weed removal device according to claim 1, Claim 1, 2, or 3, characterized in that it comprises a passive weeding unit, equipped with a weeding knife (16) mounted on the leg (17) and a string roller (18).

5. The weed removal device according to claim 1, 4. The method of claim 4, characterized in that the active weeding unit and the passive weeding unit are mounted on a support body (9) provided with a support wheel (15), the support body (9) being articulated by a mounting segment (7) of the support frame (2). with the load-bearing frame (2) by means of a four-sided joint (8).

6. A weed removal device as claimed in claim 1. 5. Device according to claim 5, characterized in that the supporting frame (2) has a mounting beam (3) supported on the swivel wheels (4) and at least one catch (11) for the mechanical coupling of the device (1) with the self-propelled vehicle.

7. A weed removal device as claimed in claim 1, An electric power source (1) comprising an electric power generator and at least one electric power accumulator (13), wherein the shaft of the electric power generator (12) extends to the support frame (2). outside its housing and provided with a spline (14) for coupling the generator (12) with the power source of the self-propelled vehicle.

8. A weed removal device as claimed in claim 1, 5-7, characterized in that the support frame (2) has a plurality of mounting segments (7) connected by means of four-sided articulated links (8) to a plurality of support bodies (9) provided with active weeding units and passive weeding units, and each mounting segment (7) is associated with a quadrilateral articulation (8), a support body (9), an active weeding unit and a passive weeding unit.

9. A weed removal device as claimed in claim 1; The method of claim 4, characterized in that the weeding knife (16) mounted on the leg (17) is intended to undercut weed roots below the soil level, while the string roller (18) is used to cultivate the soil in the inter-row.

10. A weed removal device as claimed in claim 1. A device according to claim 1, characterized in that the gear motor (27) is arranged to convert the rotary motion into a swing motion of the operating arms (24.1) and (24.2).

11. A weed removal mechanism assembly, equipped with a vision camera coupled to a computer equipped with an algorithm for recognizing weeds and crops, using convolutional neural networks and mechanical weed removal tools, characterized in that it includes operating arms (24.1) and (24.2), finished undercut

With blades (25.1) and (25.2) mechanically coupled to the gear motor (27) converting the rotary motion of the working arms (24.1), (24.2) into a swing motion, and the vision camera (19) is equipped with an illuminating reflector (20) , moreover, the microcomputer performing image analysis from the vision camera (19) is coupled with the control system transmitting to the gear motor (27) information about the angular position of the motor shaft, depending on the results of the image analysis recorded by the video camera (19), the active weeding unit having a detector end position (34), enabling the control system to recognize the exact working position of the arms (24.1) and (24.2), moreover, it is equipped with an integrated sensor of the angular position of the rotor of the motor, controlling the gear motor (27) in real time, in accordance with the preset profile of the movement of the working arms (24.1) and (24.2) on a farmland.

12. The weed removal mechanism of claim 12. The method of claim 9, characterized in that it is provided with a torque meter (26) rigidly connected to the gear motor (27) controlling the level of mechanical resistance.

13. The weed removal mechanism of claim 13; 9 or 10, characterized in that the operating arms (24.1) and (24.2) are mechanically coupled to the gear motor (27) through an active pulley (28) mounted on the gear motor shaft (27) and rotatably connected by a toothed belt (29) with two passive with pulleys (30.1) and (30.2), on which are mounted eccentrically couplings (31.1) and (31.2) pivotally connected with levers (32.1) and (32.2), which are rigidly connected to the operating arms (24.1) and (24.2).

14. Method for removing weeds, characterized in that the vision camera (19) of the device (1) connected to a self-propelled vehicle traveling along the rows of cultivated plants records an image with information on plantings, classified by the detection system, dividing the image into areas occupied by crops, weeds and background, where the information about the areas is extended by the signal from the encoder (22) with the copying wheel (21), measuring the movement of the vehicle with the device (1) and the end position sensor (34) located in the transmission, informs the control system about the current working position of the arms (24.1) and (24.2), and the algorithm, on the basis of the collected information, determines the most convenient trajectory of the undercutting blades (25.1) and (25.2) and at the specified moment, a signal is sent from the device control system (1) to the engine controller, the engine with the voltage appropriate for the swinging motion through the working arms (24.1) and (24.2), and then the working arms (24.1) and (24.2) slide towards each other, transversely to the rows of cultivated plants with undercutting blades (25.1) and (25.2) mounted at their ends, undercutting the roots of weeds below the soil level, and if the algorithm detects the presence of a crop, the undercutting blades (25.1 ) and (25.2) move apart, preventing damage to the cultivated plant.

15. The weed removal method of claim 15 14. A method according to claim 14, characterized in that the measuring signal from the measuring device is recognized in the control system so that in the event of exceeding the torque limit, disconnect the gearmotor (27) from the power supply, generating information for the operator about the occurrence of a critical error, or check during the start-up of the weed removal device (1) resistance to motion in the idle movement of the active weeding unit with possible generation of a warning to the operator regarding the presence of a foreign body increasing the resistance to movement of the working elements, or in the absence of foreign bodies, a warning to the operator about the need for inspection and / or maintenance.