[發(fā)明專利]智能除草機(jī)及其刀苗距優(yōu)化方法、刀苗信息優(yōu)化系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510296859.6
• 申請(qǐng)日: 2015-06-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104930998B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張春龍;陳子文;李濤;李南;張賓;李偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B21/16
• 分類號(hào): G01B21/16
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11002
• 代理人: 李相雨,李官

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能鋤草領(lǐng)域，更具體涉及一種智能除草機(jī)及其刀苗距優(yōu)化方法、刀苗信息優(yōu)化系統(tǒng)。

背景技術(shù)

農(nóng)田草害頻發(fā)，目前以化學(xué)除草為主的除草方式已帶來(lái)雜草抗藥性、食品安全和生態(tài)環(huán)境污染等嚴(yán)重問(wèn)題；而人工除草成本高、效率低。智能化、自動(dòng)化機(jī)械鋤草在摒棄化學(xué)除草的同時(shí)可大幅提高工作效率，將成為發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)的重要技術(shù)手段。

國(guó)內(nèi)外都進(jìn)行智能機(jī)械鋤草技術(shù)的研究，基本原理是實(shí)時(shí)定位作物的位置信息，通過(guò)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確控制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)完成“躲避作物苗鋤掉雜草”的目的。實(shí)時(shí)定位作物苗位置信息可通過(guò)機(jī)器視覺(jué)、地理種子地圖獲得，這種方法應(yīng)用較為廣泛且精度較高。應(yīng)用機(jī)器視覺(jué)對(duì)作物和雜草進(jìn)行識(shí)別，視覺(jué)采集設(shè)備，例如PC機(jī)，采集視覺(jué)信息并處理得出當(dāng)前作物苗與鋤草末端執(zhí)行器的水平距離，即刀苗距。通過(guò)當(dāng)前刀苗距和前進(jìn)速度信息實(shí)時(shí)計(jì)算鋤草刀轉(zhuǎn)速，控制鋤草刀位于苗間位置時(shí)處于鋤草狀態(tài)，在苗位置時(shí)處于避苗狀態(tài)。為實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺(jué)準(zhǔn)確定位作物苗信息，國(guó)內(nèi)外研究人員做了大量的視覺(jué)算法研究，通過(guò)采用哈弗變換、卡爾曼濾波、圖像免分割分析、灰度值求和等方法都是獲得了較為理想的圖像處理效果。

在實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中，刀苗距信息易受周圍環(huán)境、光線、盲區(qū)等因素的影響，無(wú)法得到連續(xù)的、精準(zhǔn)的刀苗距。具體現(xiàn)象如下：1)由于機(jī)械振動(dòng)和圖像采集處理等原因，刀苗距會(huì)在真實(shí)值上下波動(dòng)，較大范圍的波動(dòng)會(huì)影響測(cè)量和控制精度；2)由于光線變化或陰影遮擋等原因，導(dǎo)致當(dāng)前作物突然從視覺(jué)視場(chǎng)中消失，那么當(dāng)前作物與鋤草刀的刀苗距信息將丟失，給出下一棵作物與鋤草刀的刀苗距信息，無(wú)法得到連續(xù)的刀苗距；3)由于存在視覺(jué)盲區(qū)(由于圖像采集需求和機(jī)械安裝等原因，相機(jī)視場(chǎng)內(nèi)看不到鋤草刀中心點(diǎn)位置，相機(jī)視場(chǎng)下邊緣到鋤草刀中心的距離為視覺(jué)盲區(qū)，如圖1所示)，當(dāng)前作物一旦進(jìn)入視覺(jué)盲區(qū)，即離開(kāi)相機(jī)視場(chǎng)范圍，視覺(jué)系統(tǒng)將發(fā)送下一棵作物與鋤草刀的刀苗距信息，而當(dāng)前作物信息丟失，造成無(wú)法得到精確的刀苗距。

以上問(wèn)題影響當(dāng)前作物與鋤草刀刀苗距信息的準(zhǔn)確性，從而影響鋤草刀轉(zhuǎn)速的控制精度，最終反映到鋤草作業(yè)效果，增加傷苗率。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何快速、精確的檢測(cè)智能除草機(jī)的連續(xù)的刀苗距。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種智能除草機(jī)的刀苗距優(yōu)化方法，所述方法包括以下步驟：

S1、計(jì)算當(dāng)前采集的視覺(jué)刀苗距與上一次采集的視覺(jué)刀苗距的差；所述視覺(jué)刀苗距是由智能除草機(jī)的視覺(jué)采集設(shè)備采集到的作物苗與鋤草刀之間的距離；

S2、獲取當(dāng)前采集視覺(jué)刀苗距與上一次采集視覺(jué)刀苗距之間的時(shí)間段內(nèi)的鋤草刀前進(jìn)的位移；

S3、根據(jù)所述視覺(jué)刀苗距的差以及所述鋤草刀前進(jìn)的位移確定鋤草刀當(dāng)前的可信前進(jìn)位移；

S4、根據(jù)鋤草刀當(dāng)前的所述可信前進(jìn)位移以及上一次優(yōu)化得到的鋤草刀的優(yōu)化刀苗距得到鋤草刀當(dāng)前的所述優(yōu)化到苗距。

優(yōu)選地，所述步驟S3中可信前進(jìn)位移利用如下步驟計(jì)算：

S31、計(jì)算相對(duì)偏差

其中，e_r為所述相對(duì)偏差，ΔL_C為所述鋤草刀前進(jìn)的位移，ΔL_S為所述當(dāng)前采集的視覺(jué)刀苗距與上一次采集的視覺(jué)刀苗距的差；

S32、計(jì)算鋤草刀當(dāng)前的所述可信前進(jìn)位移

其中，ΔL為鋤草刀當(dāng)前的所述可信前進(jìn)位移，a為預(yù)定偏差閥值。

優(yōu)選地，所述步驟S4中，鋤草刀當(dāng)前的所述優(yōu)化到苗距利用如下公式計(jì)算：

L＝L′-ΔL

其中，L為鋤草刀當(dāng)前的所述優(yōu)化刀苗距，L′為上一次優(yōu)化得到的鋤草刀的優(yōu)化刀苗距，ΔL為鋤草刀當(dāng)前的所述可信前進(jìn)位移。

一種智能除草機(jī)的刀苗信息優(yōu)化系統(tǒng)，所述刀苗信息優(yōu)化系統(tǒng)包括視覺(jué)采集設(shè)備、位移傳感器以及優(yōu)化單元；

所述視覺(jué)采集設(shè)備用于采集鋤草刀的視覺(jué)刀苗距，并傳遞給所述優(yōu)化單元；

所述位移傳感器用于采集所述鋤草刀前進(jìn)的位移，并傳遞給所述優(yōu)化單元；

所述優(yōu)化單元用于計(jì)算當(dāng)前采集的視覺(jué)刀苗距與上一次采集的視覺(jué)刀苗距的差；獲取當(dāng)前采集視覺(jué)刀苗距與上一次采集視覺(jué)刀苗距之間的時(shí)間段內(nèi)的鋤草刀前進(jìn)的位移；并根據(jù)所述視覺(jué)刀苗距的差以及所述鋤草刀前進(jìn)的位移確定鋤草刀當(dāng)前的可信前進(jìn)位移；根據(jù)鋤草刀當(dāng)前的所述可信前進(jìn)位移以及上一次優(yōu)化得到的鋤草刀的優(yōu)化刀苗距得到鋤草刀當(dāng)前的所述優(yōu)化到苗距。