[发明专利]一种用于检测植株生长状况的田间自动行走装置及其行走控制方法

权利要求书

1.一种用于检测植株生长状况的田间自动行走装置，其特征在于，包括：

装置主体，底部安装有行走机构，所述行走机构受控于控制模块；

植株检测模块，通过一升降平台安装于所述装置主体上，收集植株的光学图像和光谱图像并将图像传送给图像处理模块；

路径识别模块，安装于所述装置主体的前端，用于获取装置主体前进的道路图像并将道路图像发送给控制模块；

图像处理模块，提取光学图像中植株高度信息，提取光谱图像中植株病虫害信息，并从道路图像中得到前进道路中线和当前视野中线；

控制模块，根据当前视野中线与前进道路中线的距离控制行走机构的行进方向。

2.根据权利要求1所述的田间自动行走装置，其特征在于：

所述的行走机构包括安装在所述装置主体底部后端的主动轮和安装在所述装置主体底部前端的从动轮，所述主动轮连接驱动电机，所述从动轮连接转向舵机。

3.根据权利要求2所述的田间自动行走装置，其特征在于：

所述的驱动电机带有编码器，用于检测驱动电机的实际转速；所述的控制模块根据驱动电机的实际转速与设定的目标转速计算驱动电机的输入转速以控制行走机构的行进速度。

4.根据权利要求1所述的田间自动行走装置，其特征在于：

所述的植株检测模块包括用于测量植株高度的光学摄像头和用于检测植株病虫害的多光谱摄像头或红外摄像头，两个摄像头分别朝向装置主体前进方向的前后两端设置；

所述的路径识别模块包括通过一直杆固定在所述装置主体前端的摄像头。

5.根据权利要求1所述的田间自动行走装置，其特征在于：

所述的升降平台包括固定在装置主体中央的底座以及安装在该底座上的伸缩杆，所述伸缩杆上设有用于固定伸缩高度的紧固螺钉，所述的植株检测模块固定在所述伸缩杆的顶端。

6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的田间自动行走装置，其特征在于：

所述的装置主体内置有可充电的电池。

7.一种田间自动行走装置的行走控制方法，基于权利要求1所述的田间自动行走装置实现，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取装置主体的实际前进速度，与设定的速度进行比对，计算当前需要的前进速度；

2)获取装置主体行走前其前方田间小路的图像，对该图像进行处理，利用小路与周边环境的差异确定小路两侧边界在图像中的坐标；

3)根据小路两侧边界的坐标计算道路中线，并得到装置主体的前进路线的横坐标；

4)获取装置主体当前前进视野中的图像，得到视野中线的横坐标；

5)计算视野中线与前进路线的横坐标的差值并根据该差值控制装置主体的前进方向。

8.根据权利要求7所述的行走控制方法，其特征在于，步骤1)包括：

利用编码器记录装置主体的驱动电机在一定时间内转过的圈数，根据圈数计算装置主体的实际前进速度；

将实际前进速度与设定的速度作为PD调节器的输入，计算驱动电机下一个循环的输入转速；

根据输入转速改变PWM的占空比并输出到驱动电机。

9.根据权利要求7所述的行走控制方法，其特征在于，步骤3)包括：

将道路中线从上到下分为4部分，将第2、3、4部分的道路中线的像素点的横坐标并按照1:3:6的权重求加权平均值，得到前进路线的横坐标。

10.根据权利要求7所述的行走控制方法，其特征在于，步骤5)包括：

将视野中线与前进路线的横坐标的差值作为PI调节器的输入，将PI调节器的输入转换为转向舵机转动角度的PWM波输出，转向舵机相应改变转动角度，从而控制装置主体的前进方向。