[發明專利]一種莖葉蔬菜收獲機自動作業行駛方法及系統和收獲機

在審

• 申請號: 202211000365.5
• 申請日: 2022-08-19
• 公開（公告）號: CN115280964A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 趙湛;胡欣宇;魏俊;劉思思
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: A01D45/00
• 分類號: A01D45/00;G06N3/04;G06N3/08;G06Q10/04;G06T1/00;G06T5/30;G06T5/40;G06T7/11;G06T7/194;G06T7/80;G06T7/90
• 代理公司: 南京智造力知識產權代理有限公司 32382
• 代理人: 馮燕平

本發明一種莖葉蔬菜收獲機自動作業行駛方法及系統和收獲機，本發明采用收獲機機架上的攝像機獲取收獲機前方作業環境，標定建立攝像機視場坐標與割刀坐標的映射關系；根據收獲機前進速度自適應調整圖像處理區域，對圖像處理區域進行超綠特征灰度化、直方圖均衡化、掃描線種子填充和閉運算處理，得到作物區域的中心坐標，采用最小二乘法擬合得到行駛規劃路徑；根據收獲機實際運動狀態與規劃路徑的誤差，采用反步法構建差速驅動底盤控制律；以最大誤差和誤差積分作為評價標準，通過不同作業狀態下的軌跡跟蹤性能分析，得到相應的最優控制律參數，并將其作為訓練樣本，通過神經網絡提出控制律參數的調整方法，提高軌跡跟蹤的精度和穩定性。

技術領域

本發明屬于蔬菜收獲機自動駕駛技術領域，具體涉及一種莖葉蔬菜收獲機自動作業行駛方法及系統和收獲機。

背景技術

壟作栽培是我國莖葉蔬菜，如上海青、雞毛菜，生菜、米莧、茼蒿、蘆蒿、芹菜、薺菜、芫荽等的主要種植模式，它可以提高土溫、增加土層厚度、土壤通氣性、防止積水，從而提高產量。近年來，我國莖葉蔬菜機械化收獲水平得到顯著提升，新型收獲機械不斷涌現。莖葉蔬菜收獲機整體結構可以分為底盤、機架、切割和轉運收集等部件，底盤在壟間行走，割刀緊貼壟面將蔬菜根部切斷，然后通過輸送帶轉運收集。割刀的長度略長于種植壟面的寬度，作業過程中，需要保證割刀能夠全覆蓋壟面，以免造成漏切割，目前，收獲作業主要是通過人工控制底盤行走軌跡完成。

路徑規劃和軌跡跟蹤是實現收獲機自動作業行駛的兩個重要內容。莖葉蔬菜品種眾多、種植環境和栽培模式也存在差異，難以通過預先設定路徑實現自動收獲作業，而需要根據實際蔬菜種植狀態進行自主路徑規劃和軌跡跟蹤。為了避免跨壟切割造成損失，割刀的長度通常略長于壟面寬度10-20cm，這對蔬菜種植狀態識別、路徑規劃和軌跡跟蹤的綜合精度提出了較高的要求。

發明內容

針對上述技術問題，本發明的一個方式的目的之一是提出一種基于機器視覺的莖葉蔬菜收獲機自動作業行駛方法，采用攝像機獲取前進方向作業環境圖片，根據前進速度自動調整處理區域，通過圖像處理得到種植邊界信息；通過坐標系的標定和轉換，將圖像種植邊界信息轉換為實際工作環境的位置信息，并采用最小二乘法擬合得到規劃路徑；計算收獲機實際位姿狀態與規劃路徑的誤差，利用反步法控制完成軌跡跟蹤；引入人工神經網絡分析路徑跟蹤性能，提出最大誤差和誤差積分作為評價標準，自適應調整反步控制律的參數，提高軌跡跟蹤的精度和穩定性。

本發明的一個方式的目的之一是提出一種實現所述莖葉蔬菜收獲機自動作業行駛方法的系統。

本發明的一個方式的目的之一是提出一種包括所述系統的收獲機。

注意，這些目的的記載并不妨礙其他目的的存在。本發明的一個方式并不需要實現所有上述目的?？梢詮恼f明書、附圖、權利要求書的記載中抽取上述目的以外的目的。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

一種莖葉蔬菜收獲機自動作業行駛方法，包括以下步驟：

步驟S1、標定坐標系的映射關系：標定攝像機視場坐標系與割刀坐標系的映射關系；

步驟S2、圖像處理：通過攝像機獲取前方的作業環境圖片，采用圖像處理方法獲取葉菜種植邊界位置信息；

步驟S3、作業路徑規劃：基于最小二乘擬合的作業路徑規劃，將步驟S2得到的攝像機視場坐標系下的作物邊界位置信息，通過步驟S1的映射關系轉換到割刀坐標系下，擬合計算得到作業路徑；

步驟S4、軌跡跟蹤：計算步驟S3得到的作業路徑與當前位姿的誤差，將誤差作為輸入參數，得到收獲機底盤中心速度v和角速度w的控制律，從而得到左右驅動輪轉速；