[发明专利]基于机器视觉的葡萄冬剪作业装置

说明书

技术领域

本发明涉及智能农业机械领域，尤其是一种葡萄冬剪作业装置。 

背景技术

葡萄树的修剪可以调节生长和结果的关系，以增加葡萄产量。每年葡萄种植需要进行冬剪、更新修剪、夏剪等多次剪枝整枝。在葡萄树种植过程中，剪枝环节工作量大，任务繁重。目前，剪枝环节仍然以人工作业为主，机械化水平很低，劳动强度很大，需要更加高效省力的设备，将果农从繁重的手工劳动中解救出来。 

机器视觉是研究计算机模拟生物外显或宏观视觉功能的科学和技术，是涉及人工智能、神经生物学、计算机科学、图像处理以及模式识别等多个领域的交叉学科。机器视觉技术是20世纪70年代初期在遥感图片和生物医学图片分析两项应用技术取得卓有成效后开始兴起的，其理论基础是70年代中后期逐渐形成的Marr视觉计算理论。计算机视觉技术在农业机械上的研究与应用，始于20世纪70年代末期，主要研究集中与农产品分选机械中利用计算机视觉技术对农产品(如苹果、桃、香蕉、西红柿、黄瓜等)进行品质检测和分级等，有些已取得了实用性成果。 

目前对于葡萄树枝图像处理的算法研究甚少。在应用机器视觉于剪枝作业时我们会碰到以下问题：鉴于葡萄树属于藤本植物，生长比较自由，树枝间容易出现纵横交错；土壤颜色与冬季葡萄树枝颜色相近；冬季枯叶遮挡树枝，影响树枝图像采集等。这类问题使得在采集葡萄树图像时背景变得复杂，这给应用机器视觉识别葡萄树枝时增加了算 法难度。同时由于图像信息冗余，应用基于机器视觉的剪枝作业实时性较差。这些问题迫切要求我们需要改进基于机器视觉的葡萄树剪枝系统。 

发明内容

为了克服已有葡萄冬剪作业的劳动强度大、工作效率较低的不足，本发明提供一种降低劳动强度、提高工作效率的基于机器视觉的葡萄冬剪作业装置。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种基于机器视觉的葡萄冬剪作业装置，包括自动导航车载平台、图像采集箱、整枝模块和剪枝模块，所述的图像采集箱安装于自动导航车载平台上，所述的图像采集箱分作业区和设备区两空间，整枝模块安装于工作区，剪枝模块安装于设备区； 

所述的自动导航车载平台包括云台摄像机、驱动轮和从动轮，云台摄像机安装于自动导航车载平台正前方，用于获取路径图像信息；电机驱动器安装于自动导航车载平台内，用于驱动行走机构；所述电机驱动器与行走驱动电机连接，所述行走驱动电机与驱动轮联动； 

所述的整枝模块包括切割锯和吹风机，切割锯用于切割过长的树枝，吹风机用于剪枝前吹落残留枯叶，切割机和吹风机均有电机驱动器控制，电机驱动器与切割电机和吹风电机连接； 

所述的剪枝模块包括双目摄像机、农业剪枝机械臂和工控机，农业剪枝机械臂中自下而上依次连接基座、肩关节、大臂、肘关节、小臂和腕关节，所述腕关节与末端修枝剪连接，双目摄像机用于采集葡萄树枝图像，农业剪枝机械臂用于完成剪枝作业，工控机用于图像分 析处理和机械臂轨迹规划。 

进一步，所述的图像采集箱包括背景墙、顶盖和设备间，所述的背景墙为一面单一纯白色视觉采集背景墙，用于隔离复杂背景；吹风机设置于顶盖正中间；吹风机两侧装有两只高频荧光灯管作为顶光源；在设备间顶面正前方设有两只高频荧光灯作为正光源；设备间底面正前部设有农业剪枝机械臂；在农业剪枝机械臂两侧设有双目摄像机；在设备间底面正后方设有工控机。 

背景墙、顶盖和设备间两侧边缘位置设有切割锯安装空间，所述切割锯安装空间由隔板隔开。 

一辆自动导航车载平台上装载至少左右两个图像采集箱。 

所述顶盖与背景墙、设备间的连接采用螺栓固定。 

本发明的有益效果主要表现在：在基于机器视觉的葡萄冬剪作业方法中，在图像采集方面，能够有效解决复杂背景对于目标树枝图像采集时的干扰问题，简化了图像识别算法；在工作效率方面，减少了图像信息数据量，增强了葡萄树枝识别和修剪的实时性、准确性。 

附图说明

图1为葡萄冬剪作业装置的总体结构示意图； 

图2为葡萄冬剪作业装置的背景墙示意图； 

图3为葡萄冬剪作业装置的顶盖仰视图； 

图4为葡萄冬剪作业装置的设备间结构示意图； 

图5为葡萄冬剪作业装置的工作流程图。