[發(fā)明專利]一種懸軌式溫室綜合信息自動(dòng)巡航監(jiān)測(cè)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810004680.2
• 申請(qǐng)日: 2018-01-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108362326B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張曉東;龔鎮(zhèn);毛罕平;邱白晶;左志宇;高洪燕;管賢平;張紅濤;孫俊;孫宏偉;張怡雪;張雪威;阮玉強(qiáng);姚春陽(yáng);張凱旋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D21/02
• 分類號(hào): G01D21/02;G05B19/042
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• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種懸軌式溫室綜合信息自動(dòng)巡航監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于：包括軌道總成、行走機(jī)構(gòu)、滑動(dòng)平臺(tái)、多傳感器系統(tǒng)、控制柜總成，以及鋪設(shè)在地面的地標(biāo)傳感器(36)，

軌道總成主要包括分別固定在溫室的橫跨結(jié)構(gòu)梁上的滑移軌道(1)、齒條(4)；

行走機(jī)構(gòu)包括齒輪架A(7)、齒輪架B(8)、減速電機(jī)(9)、齒輪軸(10)、齒輪(11)、軸承(12)、光電編碼器(13)，減速電機(jī)(9)與齒輪軸(10)的一端通過(guò)花鍵相連；齒輪(11)固定在齒輪軸(10)上、且與齒條(4)嚙合，齒輪軸(10)的另一端裝在軸承(12)上，軸承(12)通過(guò)螺栓與齒輪架A(7)連接；齒輪架A(7)與齒輪架B(8)通過(guò)螺栓連接；光電編碼器(13)的軸上的頂絲與齒輪軸(10)相連，以實(shí)現(xiàn)行走距離和位置的計(jì)算和檢測(cè)；

滑動(dòng)平臺(tái)主要由升降機(jī)構(gòu)(19)和電控旋轉(zhuǎn)云臺(tái)(21)組成，由4組滑輪(14)、終端限位開(kāi)關(guān)(17)、懸架(18)、升降機(jī)構(gòu)(19)、電控旋轉(zhuǎn)云臺(tái)(21)、升降機(jī)構(gòu)電源(16)、DSP運(yùn)動(dòng)控制器(15)組成，所述滑輪(14)固定在懸架(18)上，并裝配在滑移軌道(1)的滑槽中，懸架(18)固定在升降機(jī)構(gòu)(19)的頂部，終端限位開(kāi)關(guān)(17)固定在懸架(18)的頂部沿前后行進(jìn)方向的兩個(gè)末端位置，升降機(jī)構(gòu)(19)的底部固定在電控旋轉(zhuǎn)云臺(tái)(21)上，DSP運(yùn)動(dòng)控制器(15)用于實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)平臺(tái)前后移動(dòng)和升降機(jī)構(gòu)(19)的升降的控制；升降機(jī)構(gòu)電源(16)為滑動(dòng)平臺(tái)提供電源；

多傳感器系統(tǒng)包括光照強(qiáng)度傳感器(28)、激光測(cè)距傳感器(27)、紅外測(cè)溫傳感器(25)、溫濕度傳感器(26)、雙目多功能成像系統(tǒng)，傳感器支架A(23-1)、傳感器支架B(23-2)分別安裝在電控旋轉(zhuǎn)云臺(tái)(21)下端的兩側(cè)；雙目多功能成像系統(tǒng)包括可見(jiàn)光多功能成像系統(tǒng)(22-1)和近紅外多功能成像系統(tǒng)(22-2)，固定在傳感器支架A(23-1)上，視場(chǎng)方向向下；可見(jiàn)光多功能成像系統(tǒng)(22-1)前端裝有前置可見(jiàn)光濾光片組，可實(shí)現(xiàn)作物營(yíng)養(yǎng)特征圖像信息的采集；近紅外多功能成像系統(tǒng)(22-2)前端裝有前置近紅外濾光片組，可實(shí)現(xiàn)作物水分脅迫的特征圖像信息的采集；同時(shí)可見(jiàn)光多功能成像系統(tǒng)(22-1)與近紅外多功能成像系統(tǒng)(22-2)作為復(fù)用相機(jī)，可進(jìn)行雙目視覺(jué)匹配，實(shí)現(xiàn)立體成像，實(shí)現(xiàn)對(duì)作物株高和冠幅面積的測(cè)量；紅外測(cè)溫傳感器(25)、溫濕度傳感器(26)、激光測(cè)距傳感器(27)、光照強(qiáng)度傳感器(28)固定在傳感器支架B(23-2)的兩側(cè)，采用俯視位，探測(cè)方向垂直向下；

控制柜總成包括工控機(jī)(32)、工控機(jī)電源(33)，工控機(jī)(32)與光電編碼器(13)、DSP運(yùn)動(dòng)控制器(15)、多傳感器系統(tǒng)相連；

在檢測(cè)過(guò)程中：

工控機(jī)(32)發(fā)指令給DSP運(yùn)動(dòng)控制器(15)和多傳感器系統(tǒng)，按照設(shè)定的檢測(cè)程序進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制和作物營(yíng)養(yǎng)、水分、長(zhǎng)勢(shì)和病蟲害信息的探測(cè)流程，DSP運(yùn)動(dòng)控制器(15)根據(jù)工控機(jī)(32)發(fā)來(lái)的位置指令，首先發(fā)送信號(hào)給減速電機(jī)(9)，減速電機(jī)(9)帶動(dòng)齒輪軸(10)和齒輪(11)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪(11)和齒條(4)嚙合，帶動(dòng)整個(gè)滑動(dòng)平臺(tái)通過(guò)滑輪(14)在滑移軌道(1)上移動(dòng)順序到達(dá)作物的上方，并根據(jù)預(yù)設(shè)的地標(biāo)傳感器(36)位置和序號(hào)，采用逐點(diǎn)探測(cè)的方式進(jìn)行作物多傳感信息的探測(cè)，具體流程如下：

1)滑動(dòng)平臺(tái)目標(biāo)定位

按照設(shè)置的檢測(cè)間距，在每個(gè)檢測(cè)位的植株最前端，預(yù)先敷設(shè)地標(biāo)傳感器(36)，當(dāng)滑動(dòng)平臺(tái)按照行程移動(dòng)并檢測(cè)到該地標(biāo)后，沿行進(jìn)方向的運(yùn)動(dòng)停止，工控機(jī)(32)給DSP運(yùn)動(dòng)控制器(15)發(fā)送指令，驅(qū)動(dòng)升降機(jī)構(gòu)(19)，將滑動(dòng)平臺(tái)升降機(jī)構(gòu)下降到預(yù)設(shè)的高度，完成滑動(dòng)平臺(tái)的目標(biāo)定位，開(kāi)始執(zhí)行該目標(biāo)點(diǎn)的多傳感信息探測(cè)；

2)多傳感信息探測(cè)

順序到達(dá)檢測(cè)位后，工控機(jī)(32)給DSP運(yùn)動(dòng)控制器(15)發(fā)送信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電控旋轉(zhuǎn)云臺(tái)(21)按照預(yù)設(shè)參數(shù)調(diào)整仰俯角度，保證初始檢測(cè)位的多傳感器系統(tǒng)的檢測(cè)視場(chǎng)和探測(cè)角符合成像和探測(cè)要求；

順序到達(dá)檢測(cè)位后，檢測(cè)系統(tǒng)采用矩陣網(wǎng)格化掃描的方式進(jìn)行作物營(yíng)養(yǎng)、水分、長(zhǎng)勢(shì)和病蟲害信息的獲取；

其中所述矩陣網(wǎng)格化掃描的方式具體如下：

①工控機(jī)(32)給DSP運(yùn)動(dòng)控制器(15)發(fā)送指令，驅(qū)動(dòng)電控旋轉(zhuǎn)云臺(tái)(21)，以與行進(jìn)方向垂直的方向?yàn)閄坐標(biāo)，以電控旋轉(zhuǎn)云臺(tái)(21)的幾何中心為原點(diǎn)，從0-180°圓弧方向自左至右進(jìn)行駐點(diǎn)掃描，每個(gè)檢測(cè)位沿行進(jìn)方向的檢測(cè)起點(diǎn)，為檢測(cè)到該地標(biāo)傳感器(36)，滑動(dòng)平臺(tái)停止后的初始點(diǎn)；

②完成步驟①中的檢測(cè)后，步進(jìn)掃描下一圓弧網(wǎng)格，步進(jìn)間距根據(jù)檢測(cè)需求和作業(yè)效率需求進(jìn)行設(shè)定，步距設(shè)定值在10mm至植株冠幅直徑的最大值之間，覆蓋整個(gè)植株冠層；在此區(qū)間內(nèi)沿行進(jìn)方向進(jìn)行圓弧網(wǎng)格化掃描，利用激光測(cè)距傳感器(27)通過(guò)點(diǎn)掃描的方式，獲取植株區(qū)域的高度點(diǎn)陣坐標(biāo)信息用于分析作物株高和冠幅長(zhǎng)勢(shì)信息；

③在每次掃描至90°角的檢測(cè)中線即與行進(jìn)方向的幾何中線重合的檢測(cè)中線時(shí)，利用雙目多功能成像系統(tǒng)(22)獲取植株的可見(jiàn)光-近紅外雙目俯視圖像信息；

④當(dāng)每個(gè)檢測(cè)位掃描至植株的幾何中心時(shí)，利用紅外測(cè)溫傳感器(25)獲取作物的冠層溫度信息，利用光照強(qiáng)度傳感器(28)獲取檢測(cè)位的環(huán)境光照強(qiáng)度信息，利用溫濕度傳感器(26)獲取檢測(cè)位的環(huán)境溫濕度信息；

檢測(cè)完成后，進(jìn)行溫室作物綜合信息處理：

利用檢測(cè)過(guò)程獲取的溫室作物綜合信息，通過(guò)信息采集模塊上傳給工控機(jī)(32)處理；其中雙目多功能成像系統(tǒng)(22)獲取的雙目視覺(jué)圖像和營(yíng)養(yǎng)、水分的特征波段下的作物冠層圖像，激光測(cè)距傳感器所獲取的激光掃描距離點(diǎn)陣信息，以及紅外冠層溫度、環(huán)境溫濕度和光照強(qiáng)度信息，由信息采集模塊作為輸入?yún)?shù)，導(dǎo)入工控機(jī)(32)的處理程序，并實(shí)時(shí)顯示在觸摸屏(30)上；

該植株信息采集完成后，按照設(shè)定行程，工控機(jī)(32)給DSP運(yùn)動(dòng)控制器(15)發(fā)送指令，驅(qū)動(dòng)電控旋轉(zhuǎn)云臺(tái)(21)旋轉(zhuǎn)至初始位置，升降機(jī)構(gòu)(19)收起至初始狀態(tài)；滑動(dòng)平臺(tái)按照預(yù)設(shè)行程行進(jìn)至下一個(gè)檢測(cè)位進(jìn)行檢測(cè)。