[發(fā)明專利]一種基于多光譜視覺的高效除草機(jī)器人

無效

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• 申請日: 2012-08-22
• 公開（公告）號: CN102792943A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何東健;喬永亮;唐晶磊;胡國田;高瞻;趙川源;楊闊
• 申請（專利權(quán)）人: 西北農(nóng)林科技大學(xué)
• 主分類號: A01M21/02
• 分類號: A01M21/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于多光譜視覺的高效除草機(jī)器人，尤其是一種能夠利用多光譜圖像來識別田間雜草并進(jìn)行快速除草的機(jī)器人，屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)

農(nóng)田雜草是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的大敵，它會影響農(nóng)作物的生長發(fā)育，降低農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)，對農(nóng)作物的危害不容忽視。我國每年均要花費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力進(jìn)行雜草清理作業(yè)。因此，研究一種高效的除草機(jī)器人對提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和糧食等作物產(chǎn)量均具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前主要的除草方法有：人工除草、機(jī)械除草和化學(xué)除草。其中人工除草效率低下已被逐漸淘汰；機(jī)械除草主要是利用機(jī)械工具切割或鏟除雜草；化學(xué)除草是利用除草劑來殺滅雜草，雖然效率高，但多由于采用大面積噴灑，既造成土壤、空氣及農(nóng)產(chǎn)品自身的嚴(yán)重污染，且農(nóng)藥浪費(fèi)嚴(yán)重。

隨著公眾環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)及精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要，國內(nèi)外已經(jīng)開始研究精確除草的方法，依據(jù)雜草和作物分布情況，只對雜草進(jìn)行定點(diǎn)變量噴灑農(nóng)藥，其它無草區(qū)域則不噴灑農(nóng)藥。這種方法在一定程度上節(jié)約了除草劑，減少了環(huán)境污染，但仍不可避免地會產(chǎn)生“霧滴飄移”，而且不可避免的會將化學(xué)藥劑噴灑到土壤上引起污染。如何高效地清除雜草而又盡可能減輕環(huán)境污染，仍需進(jìn)行研發(fā)和創(chuàng)新。

除此之外，精確除草的前提是雜草的識別，也就是將雜草從背景(作物和土壤)中識別出來。目前國內(nèi)的研究大多采用基于見光范圍內(nèi)的機(jī)器視覺和數(shù)字圖像處理的方法來進(jìn)行雜草的識別，存在算法復(fù)雜、實(shí)時性不強(qiáng)等問題。且主要是利用顏色、紋理、空間分布和形狀等特征進(jìn)行識別。然而在實(shí)際的田地環(huán)境中，由于綠色葉子對光的反射受諸多因素的影響，導(dǎo)致在可見光所提取的葉片特征不能很好表現(xiàn)作物和雜草差別。

另外，在眾多采用切割除草的裝置中，刀具極易在切割雜草時沾染植物的組織液或水等化合物而銹蝕，從而致使刀具壽命過短，增加使用成本，不利于推廣使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于多光譜視覺的高效除草機(jī)器人，其針對以上現(xiàn)有除草方法和技術(shù)存在的不足和缺點(diǎn)，充分利用植物可見光范圍及近紅外波段的數(shù)字圖像來精確、自動識別田間雜草，并根據(jù)識別結(jié)果，采用切割和藥物涂抹結(jié)合的方式來除草，同時利用除銹裝置來延長刀盤使用周期。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于多光譜視覺的高效機(jī)器人，包括移動小車，設(shè)置在移動小車上彼此連接的橫向移動裝置、除草切割裝置、除銹裝置以及主控系統(tǒng)，其特殊之處在于：

所述移動小車包括視覺導(dǎo)航系統(tǒng)、車體、車架、車輪、電源、車輪電機(jī)、車輪電機(jī)驅(qū)動器、車輪電機(jī)編碼器；所述視覺導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)置于車體的車頭位置，車體下方設(shè)有電源，車輪由車架支承，并由一個車輪電機(jī)帶動；

所述橫向移動裝置包括橫移電機(jī)、滑動導(dǎo)軌、滑塊、上連接片、下連接片、行程開關(guān)、橫移電機(jī)驅(qū)動器、橫移電機(jī)編碼器；所述橫移電機(jī)設(shè)置于車體上，橫移電機(jī)與滑塊相連；上連接片與下連接片通過螺栓連接，通過調(diào)節(jié)螺栓與上連接片及下連接片的相對位置，可以調(diào)整刀盤距離地面的高度；所述車體上設(shè)置行程開關(guān)，對上連接片橫向移動的極限位置進(jìn)行安全限位；所述橫移電機(jī)編碼器設(shè)置于橫移電機(jī)的軸上，檢測橫移電機(jī)的轉(zhuǎn)動位置信息并輸入主控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)橫移電機(jī)的伺服運(yùn)動控制；

所述除草切割裝置包括多光譜感知系統(tǒng)、固定盒、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、刀盤；所述多光譜感知系統(tǒng)設(shè)置在車體的車頭下方，利用多光譜圖像信息進(jìn)行雜草的識別與定位；所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)外設(shè)置固定盒；固定盒起到固定旋轉(zhuǎn)電機(jī)的作用，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)的軸末端套接刀盤。

所述除銹裝置包括貯液箱、調(diào)節(jié)閥、軟管、固定環(huán)和節(jié)流板；所述貯液箱通過軟管與刀盤連接；所述調(diào)節(jié)閥設(shè)置在軟管上，固定環(huán)固設(shè)于軟管末端，所述節(jié)流板設(shè)置于海綿外側(cè)，所述貯液箱內(nèi)設(shè)有除銹劑。

上述除草切割裝置還包括海綿，所述海綿粘貼在刀盤的底部。

上述主控系統(tǒng)包括工控機(jī)、多軸運(yùn)動控制卡和輸入/輸出接口板。

上述刀盤與地面成45～60°傾角為佳。

上述軟管一般為塑料軟管。

本發(fā)明的視覺導(dǎo)航系統(tǒng)探測前方信息來引導(dǎo)小車沿作物行方向行進(jìn)，同時多光譜感知系統(tǒng)對雜草進(jìn)行識別和定位，由控制系統(tǒng)根據(jù)雜草的位置信息控制移動小車在沿作物行前進(jìn)的同時，通過橫向移動裝置控制除草切割裝置；所述除草切割裝置包括刀盤、粘貼在刀盤底部的海綿，按照一定的傾斜角度放置，可以在清除行內(nèi)外雜草的同時涂抹藥物實(shí)現(xiàn)高效清除雜草，同時利用除銹裝置完成刀盤的養(yǎng)護(hù)；所述除銹裝置可以通過調(diào)節(jié)流向刀盤的除銹劑的流量，從而實(shí)現(xiàn)對刀盤的維護(hù)以提高使用壽命。