[發明專利]一種基于激光掃描的穴盤苗移栽機器人作業監控方法

有效

• 申請號: 201310189234.0
• 申請日: 2013-05-21
• 公開（公告）號: CN103309310A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 劉繼展;毛罕平;賈允毅;席寧
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418;A01C11/02
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

????本發明涉及農業機器人領域，特別涉及一種基于激光掃描的穴盤苗移栽機器人作業監控方法。

背景技術

溫室的育苗與移栽自動化技術正在受到更多重視并呈現快速發展態勢，國內外相關研究得到不斷深入，一些自動化裝備走入市場并得到推廣應用。機器人移栽作業的監控對于提高其環境適應性與作業可靠性至關重要，監控的目的主要包括：

(1)盡管供苗穴盤的位置可以預先輸入控制系統，引導機械手完成作業，但由于穴盤的形狀尺寸誤差、撓性等，有可能造成穴盤實際穴孔位置與高度等與理想狀態存在差異，必須提高移栽機器人的主動監控與位置誤差自糾能力，才能保證其適應性與可靠性；

(2)供苗穴盤有可能出現少數穴孔的缺苗與存在非健康苗情況，從而影響移栽的可靠性與質量，移栽機器人應發現并作出正確判斷；

(3)移栽作業過程中的漏栽或移栽失敗等情況不可避免，移栽機器人必須監控發現并及時反饋，進而實施自動補栽作業，從而保證移栽的可靠性與成功率。

移栽機器人的作業監控是避免盲栽所帶來不可預知狀況的有效手段，因而國內外相關研究均高度重視監控系統及監控方法的研究工作。目前的機器人移栽監控主要基于機器視覺來實現，如美國Y.W.Tai利用灰度圖像閾值法來發現空穴孔，并嘗試用激光光源和相機結合，進行特定空穴孔高度的檢測，但該方法無法實現對穴盤內各穴孔的坐標定位(Y.?W.?Tai,?P.?P.?Ling,?K.?C.?Ting.?Machine?vision?assisted?robotic?seedling?transplanting?[J].?Transaction?of?the?ASAE,?1994,?37(2):?661-667.)。浙江大學蔣煥煜利用圖像分割實現了穩定光源下秧苗的識別與葉片面積、周長計算(蔣煥煜，施經揮，任燁，應義斌.?機器視覺在幼苗自動移缽作業中的應用[J].?農業工程學報,?2009,?25(5):?127-131；蔣煥煜，應義斌，任燁.?發明專利：基于機器視覺的幼苗移栽系統(公開號：CN101180928))；中國農大賀冬仙利用雙目視覺實現了恒定光環境下秧苗的高度、葉面積等參數測定(D.X.?He,?Y.?Matsuura,?T.?Kozai,?K.C.?Ting.?A?binocular?stereovision?system?for?transplant?growth?variables?analysis[J].?Applied?Engineering?in?Agriculture,?2003,?19(5):?611-617.)；黑龍江農機院劉立強基于顏色特征、吉利大學邱碩基于顏色和形狀特征進行了健康苗的識別研究(劉立強，項建廷，吳澤全.?基于顏色特征的健康苗快速識別方法研究[J].?農業科技與裝備,?2012,?6(216):?26-28；邱碩.?基于圖像處理技術的健康苗識別研究[D].?長春：吉林大學,?2009.)。此外，美國L.J.Kutz也進行了利用在末端執行器上安裝的光電傳感器進行空穴孔檢測的研究(L.?J.?Kutz,?J.?B.?Craven.?Evaluation?of?Photoelectric?Sensors?for?Robotic?Transplanting[J].?Applied?Engineering?in?Agriculture,?1994,?10(1):115-121.)。

上述研究在取得進展的同時，亦同時面臨一定的客觀問題：

(1)機器人移栽監控任務需要完成大范圍的準確識別、尺寸計算與精確定位，而雙目立體視覺僅受基線長度及數據處理時間等的限制，更適合于小范圍或小尺寸物體的測量定位，同時其復雜的標定與圖像匹配仍然對精度及實時性造成限制；

(2)當葉片較大而伸展進入相鄰穴孔時，機器視覺利用形狀與顏色特征無法對其做出區分和判斷，成為影響實現空穴孔與非健康苗準確判斷的關鍵難題；

(3)基于光電傳感器的距離與接近覺檢測，可以實現空穴孔檢測，但對非健康苗的識別與穴盤定位則無能為力。

因此，尋找適合于機器人移栽的作業監控的新的技術方法，成為提高穴盤苗的機器人移栽成功率與可靠性、促進穴盤苗移栽機器人技術推廣的關鍵。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于激光掃描的穴盤苗移栽機器人作業監控方法，實現穴盤苗機器人移栽過程的定位修正，缺苗、非健康苗、漏栽等信息的監測與機器人作業控制，以提高穴盤苗的機器人移栽成功率與可靠性。

為了解決以上技術問題，本發明所采用的技術方案如下：