[發明專利]基于異構機器視覺的嫁接苗自動栽植系統

有效

• 申請號: 201210546375.9
• 申請日: 2012-12-17
• 公開（公告）號: CN103004344A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 曹其新;盛國棟;楊揚
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: A01C11/02
• 分類號: A01C11/02
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及機器視覺及農業裝備領域，尤其涉及基于異構機器視覺的嫁接苗自動栽植系統。

背景技術

雖然我國的設施農業面積和產量世界第一，但是生產效率、生產方式、機械化程度以及加工技術等領域較落后，有待于提高水平。特別是影響整個蔬菜生產的嫁接基本依賴人工操作，速度慢，效率低，質量不穩定。雖然搞嫁接機器人等機械化、自動化研究開發，但是與育苗環節脫節，嚴重制約了農業自動化的發展。

我國現階段嫁接苗的育苗沒有充分考慮嫁接所需要的條件：嫁接技術的針對性強，有局限性，供苗作業還需要多個勞動力等。通過符合中國國情的嫁接、育苗裝備的研究開發，可降低生產成本，提高附加價值，進一步促進設施農業的發展，對改善農民生產生活條件有重大意義。

機器視覺是人工智能領域最熱門的研究課題之一。它主要指利用計算機來模擬人的視覺功能。從客觀事物的圖像或圖像序列中提取信息，進行處理并加以理解，最終用于實際檢測、測量和控制。機器視覺已成功應用于農業領域，大幅提高了生產效率和產品質量。機器視覺是實現儀器設備精密控制、智能化、自動化的有效途徑。作為自動嫁接育苗機器人的生產工序之一，嫁接苗的回栽機構不僅要保證將嫁接苗準確栽植到各穴孔中，而且往往對扦插深度有一定要求，當前多數研究者利用CCD或光電傳感器檢測穴盤，但只能確定穴盤的二維坐標，無法滿足生產要求。

現有技術中公開了“基于機器視覺的幼苗移栽系統”（中國發明專利申請號200710160391.3）。該發明使用密閉光照箱，指定光源，這樣就無法讓機械臂進行操作，此外，該發明為了保證視覺系統的密閉性，移栽系統與視覺系統分開，先檢測，再傳送至移栽系統移栽，但傳送過程中必然存在誤差。

發明內容

針對上述現有技術中存在的技術問題，本發明提供一種基于異構機器視覺的嫁接苗自動栽植系統，利用多關節機器人，通過多傳感器信息融合實時獲取、感知工作環境及嫁接苗信息，確保不損傷嫁接苗的前提下，完成從嫁接機上轉接嫁接苗，并通過機械臂的控制，快速將嫁接苗栽植到指定穴盤，實現全程自動化作業。

本發明是通過以下技術方案實現的：

基于異構機器視覺的嫁接苗自動栽植系統，該系統包括：中央控制器、機械臂、機械臂控制器、彩色CMOS傳感器、紅外CMOS傳感器、光柵發射器、移栽機械手、嫁接機、穴盤和輸送帶，其中，所述彩色CMOS傳感器能夠獲取目標的彩色圖像，進而獲得穴盤的位置信息，并將該信息傳送至中央控制器；所述光柵發射器與紅外CMOS傳感器構成一組深度傳感器，用于采集輸送帶上穴盤內基質的深度信息，并將該信息傳送至中央控制器；所述中央控制器接受到彩色CMOS傳感器和紅外CMOS傳感器采集的數據信息后，將接收到的信息轉換成能夠控制機械臂運動的命令，并將該命令傳送給機械臂控制器；所述機械臂接收機械臂控制器指令，完成移動至穴盤位置動作；所述移栽機械手固定于機械臂末端，由特定機械結構組成，在機械臂到達指定位置后完成嫁接苗的抓取和栽種；所述傳輸帶用于運送穴盤至指定位置，待穴盤裝滿后運走；所述嫁接機與傳輸帶分別位于機械臂的兩側。

進一步，所述的機械臂具有空間六個自由度。

進一步，所述光柵發射器與紅外CMOS傳感器構成一組深度傳感器，可感應45cm到300cm內的深度信息，具有采集輸送帶上穴盤內基質深度信息的能力。

進一步，所述的彩色CMOS傳感器、紅外CMOS傳感器與光柵發射器安裝位置要與傳輸帶平行，與穴盤之間的距離保持60cm左右。

進一步，所述的移栽機械手包括所有完成嫁接苗抓取和栽種所需的工具器械，在機械臂末端即移栽機械手上裝備有控制機械手運動的電機，從而進行正確的抓取和栽種動作。

進一步，所述的移栽機械手包括所有完成嫁接苗抓取和栽種所需的工具器械，為避免夾苗時用力過大而傷苗，在機械臂末端即移栽機械手上裝備有檢測加持力大小的傳感器，從而保證幼苗的成活率。

本發明通過異構機器視覺實現嫁接苗的自動栽植，可降低生產成本，提高附加價值，提高農業自動化程度，提高嫁接育苗的生產效率，進一步促進設施農業的發展，是今后農業自動化領域的發展方向。

附圖說明

圖1為本發明實施例系統組成結構示意圖；

圖2為本發明實施例異構視覺傳感器與運輸帶位置關系圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明：本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。