[發明專利]一種農田專用除草機器人及其控制方法

在審

• 申請號: 201910015387.0
• 申請日: 2019-01-08
• 公開（公告）號: CN109511361A
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 李紹穩;張樂;金秀;傅雷揚;段慧茹;吳超豪;王志玲;張理;張蘊
• 申請（專利權）人: 安徽農業大學
• 主分類號: A01D43/06
• 分類號: A01D43/06;A01D43/14;B25J5/00;B25J9/16;B25J11/00;B25J19/04
• 代理公司: 合肥市科融知識產權代理事務所(普通合伙) 34126
• 代理人: 陳思聰

1.一種農田專用除草機器人，包括移動小車主體（1）、行駛輪（2）、除草機構（15）和機械抓手（16），所述移動小車主體（1）上安裝有若干個行駛輪（2），行駛輪（2）由安裝在移動小車主體（1）中的行駛輪驅動裝置（3）驅動運行，移動小車主體（1）上安裝有可調節除草機械臂機構，可調節除草機械臂機構上安裝有除草機構（15）和機械抓手（16），所述移動小車主體（1）內置有用于控制可調節除草機械臂機構、行駛輪驅動裝置（3）、除草機構（15）和機械抓手（16）的工控機以及動力模塊，其特征在于：

所述移動小車主體（1）和可調節除草機械臂機構上分別安裝有深度相機一（6）和深度相機二（17），深度相機一（6）通過相機支架（5）安裝在移動小車主體（1）上，深度相機一（6）和深度相機二（17）均與工控機電氣連接。

2.根據權利要求1所述的一種農田專用除草機器人，其特征在于，所述深度相機一（6）為基于TOF原理的微軟Kinect V2，深度相機二（17）為基于三角測量法的英特爾RealsenseD435。

3.根據權利要求1所述的一種農田專用除草機器人，其特征在于，所述動力模塊為可充電電源，可充電電源為48V的可充電鋰電池或者鉛蓄電池，可充電電源可拆卸的安裝在所述移動小車主體（1）后方中間位置的凹槽內，凹槽處安裝有電源罩（18），將可充電電源封裝在內，移動小車主體上設有充電接口（19）。

4.根據權利要求1所述的一種農田專用除草機器人，其特征在于，所述移動小車主體（1）采用鈑金材料制成，移動小車主體（1）上設有啟動按鈕（20）、急停按鈕（21）。

5.根據權利要求1所述的一種農田專用除草機器人，其特征在于，所述行駛輪（2）與移動小車主體（1）可拆卸連接，所述行駛輪（2）為直徑250mm的越野實心橡膠輪胎。

6.根據權利要求1所述的一種農田專用除草機器人，其特征在于，所述可調節除草機械臂機構通過底座固定座（22）固定在滑動擋板（8）上，滑動擋板（8）插接安裝在固定于移動小車主體（1）表面的U型固定板（7）上，U型固定板（7）的兩側壁上均開設有用于與滑動擋板（8）相互配合的槽口。

7.根據權利要求1-6任一所述的一種農田專用除草機器人，其特征在于，還包括安裝在移動小車主體（1）前后側的移動小車保險杠（4），移動小車保險杠（4）采用合金材料制成。

8.根據權利要求6所述的一種農田專用除草機器人，其特征在于，所述的可調節除草機械臂機構包括底座（9）、第一橫臂（10）、第一豎臂（11）、第二橫臂（12）、第二豎臂（13）和橫軸（14），所述底座（9）安裝在底座固定座（22）上，底座固定座（22）內置用于驅動底座（9）相對于底座固定座（22）轉動的伺服電機，第一橫臂（10）與底座（9）轉動連接，第一橫臂（10）由伺服電機驅動可相對于底座（9）轉動，第一橫臂（10）的自由端位置與第一豎臂（11）固定連接，所述第二橫臂（12）的一端與第二豎臂（13）轉動連接，且第二橫臂（12）由其內置的伺服電機驅動可相對于第二豎臂（13）轉動，第二橫臂（12）的另一端與第一豎臂（11）固定連接，第二豎臂（13）的自由端位置固定連接橫軸（14），橫軸（14）的兩端位置分別安裝有除草機構（15）和機械抓手（16），且除草機構（15）和機械抓手（16）由橫軸（14）內置的伺服電機驅動，使得除草機構（15）和機械抓手（16）可相對于橫軸（14）轉動。

9.根據權利要求8所述的一種農田專用除草機器人，其特征在于，所述整除草機構（15）包括高速旋轉電機和安裝在高速旋轉電機輸出軸上的除草刀具；所述機械抓手（16）包括機械手臂和安裝在機械手臂上的液壓手爪，液壓手爪為電動液壓抓手。

10.一種農田專用除草機器人的控制方法，其特征在于，其包括以下步驟：

S1、利用深度學習中的深度卷積神經網絡，根據區域提議算法共享卷積特征，通過采集的數據集訓練雜草和農作物分類與識別深度模型，以實現接近實時的幀率目標檢測；

S2、將訓練得到的雜草和農作物分類與識別深度模型部署到工控機的操作系統中；

S3、對深度相機一、深度相機二和可調節除草機械臂機構進行室外環境標定，實現室外空間三維立體建模；

S4、通過相機支架上的深度相機一獲取移動小車主體前方區域的雜草密度，并且確定其對應的三維空間坐標信息，實現粗略定位；

S5、通過橫軸上的深度相機二進一步的輔助定位，最終確定雜草的精確位置和姿態，實現精準定位；

S6、通過將雜草的三維空間坐標信息轉換成除草機器人的坐標信息，進而指導可調節除草機械臂機構完成精準的運動路徑規劃和除草操作。