[發明專利]一種使用視覺導航的多旋翼無人機果實采收方法及其裝置

在審

• 申請號: 201911060291.2
• 申請日: 2019-11-01
• 公開（公告）號: CN110794860A
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 唐昀超;鄒湘軍;葉磊;朱立學;高一華
• 申請（專利權）人: 仲愷農業工程學院;華南農業大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 44245 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 陳燕嫻

本發明公開了一種使用視覺導航的多旋翼無人機果實采收方法及其裝置。該裝置包括無人機機體、伸縮支架、齒梳架和齒梳桿；在無人機機體的兩側分別設置有左右對稱的伸縮支架；齒梳架平行位于伸縮支架的下方；伸縮支架上垂直安裝有兩根伸縮導向桿，伸縮導向桿同時套接在齒梳架的兩端；齒梳架的中部垂直安裝有絲桿，絲桿同時穿出伸縮支架；齒梳架上安裝有步進電機，通過步進電機帶動絲桿轉動，進而帶動齒梳架的上升或下降；齒梳架的下方垂直安裝有兩根以上的齒梳桿，其中位于齒梳架兩端的齒梳桿的內部為空心，與伸縮導向桿配合組成滑軌結構。本發明可以有效節省勞動力、采摘效率高、避免對采摘人員的傷害。

技術領域

本發明涉及采摘機械領域，特別涉及一種使用視覺導航的多旋翼無人機果實采收方法及其裝置。

背景技術

中國是一個農業大國，油茶、核桃等果實是我國最主要的經濟作物之一。以油茶為例，與其它果實的采收相比，油茶果采收具有以下特點：首先，油茶樹較高大，種植地區地形復雜，多數種植在山區，不利于大型作業機器；其次，油茶樹掛果密集，同枝掛果成熟期不同；而且，油茶果采收時要求動作輕，不可用敲打和折枝的方法，不能損傷樹枝和花苞，否則會嚴重影響第二年的產量。

目前，油茶果基本上是手工采收，比如人手搖晃樹干，通過外力作用使果實與果樹分離，再通過果樹下的收集網袋收集果實。這種采收方式的人工強度較大，采摘效率低，而且在采摘過程中油茶果掉落容易對采摘人員造成傷害。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的缺點，提供一種采摘效率高、人工采摘強度低的使用視覺導航的多旋翼無人機果實采收方法及其裝置。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種使用視覺導航的多旋翼無人機果實采收裝置，包括無人機機體1、伸縮支架2、齒梳架3和齒梳桿4；在無人機機體1的兩側分別設置有左右對稱的伸縮支架2；齒梳架3平行位于伸縮支架2的下方；伸縮支架2上垂直安裝有兩根伸縮導向桿2-2，伸縮導向桿2-2同時套接在齒梳架3的兩端；齒梳架3的中部垂直安裝有絲桿3-1，絲桿3-1同時穿出伸縮支架2；齒梳架3上安裝有步進電機2-1，通過步進電機2-1帶動絲桿轉動，進而帶動齒梳架3的上升或下降；齒梳架3的下方垂直安裝有兩根以上的齒梳桿4，其中位于齒梳架3兩端的齒梳桿的內部為空心，與伸縮導向桿2-2配合組成滑軌結構。

齒梳桿4包括桿身、球形關節4-2和齒梳桿頭部4-1，齒梳桿頭部4-1通過球形關節4-2與桿身連接，使得齒梳桿頭部4-1可以通過球形關節4-2相對于桿身彎曲或轉動一定角度。其中，中間的齒梳桿頭部安裝有雙目視覺系統。每根齒梳桿的間隔距離比果實平均直徑略小1～2mm，且大于花蕾。

所述齒梳桿頭部4-1為仿生扁平頭龜頭形狀，頭尖且圓滑。

所述雙目視覺系統由兩個攝像機5組成，用于飛行過程中的圖像采集、無人機與果樹的距離測定。

所述齒梳架3的高度可調節，在采摘過程中，雙目視覺系統通過深度學習方法識別目標，得到無人機兩側果樹距離齒梳桿頭部的高度信息；然后采摘人員通過步進電機2-1帶動絲桿3-1轉動，絲桿3-1帶動齒梳架3的上升或下降，調整無人機兩側齒梳桿4的高度。

一種使用視覺導航的多旋翼無人機果實采收方法，采用上述多旋翼無人機果實采收裝置，包括下述步驟：

(1)對視覺導航的神經網絡系統進行訓練：進行基于Faster-RCNN模型的圖像語義分割網絡訓練，進行基于pointnet++模型的點云分類網絡訓練，使得訓練好的視覺導航的神經網絡系統可以識別每棵果樹的位置；

(2)對雙目視覺系統進行雙目標定：先對多旋翼無人機果實采收裝置的雙目視覺系統進行單目標定，得到每個攝像機的內參數矩陣與畸變系數矩陣；再對雙目視覺系統進行雙目標定，得到用于三維重建的重投影矩陣，以及像素距離與真實物理距離的轉換關系；