[发明专利]一种农田专用除草机器人及其控制方法

权利要求书

1.一种农田专用除草机器人，包括移动小车主体（1）、行驶轮（2）、除草机构（15）和机械抓手（16），所述移动小车主体（1）上安装有若干个行驶轮（2），行驶轮（2）由安装在移动小车主体（1）中的行驶轮驱动装置（3）驱动运行，移动小车主体（1）上安装有可调节除草机械臂机构，可调节除草机械臂机构上安装有除草机构（15）和机械抓手（16），所述移动小车主体（1）内置有用于控制可调节除草机械臂机构、行驶轮驱动装置（3）、除草机构（15）和机械抓手（16）的工控机以及动力模块，其特征在于：

所述移动小车主体（1）和可调节除草机械臂机构上分别安装有深度相机一（6）和深度相机二（17），深度相机一（6）通过相机支架（5）安装在移动小车主体（1）上，深度相机一（6）和深度相机二（17）均与工控机电气连接。

2.根据权利要求1所述的一种农田专用除草机器人，其特征在于，所述深度相机一（6）为基于TOF原理的微软Kinect V2，深度相机二（17）为基于三角测量法的英特尔RealsenseD435。

3.根据权利要求1所述的一种农田专用除草机器人，其特征在于，所述动力模块为可充电电源，可充电电源为48V的可充电锂电池或者铅蓄电池，可充电电源可拆卸的安装在所述移动小车主体（1）后方中间位置的凹槽内，凹槽处安装有电源罩（18），将可充电电源封装在内，移动小车主体上设有充电接口（19）。

4.根据权利要求1所述的一种农田专用除草机器人，其特征在于，所述移动小车主体（1）采用钣金材料制成，移动小车主体（1）上设有启动按钮（20）、急停按钮（21）。

5.根据权利要求1所述的一种农田专用除草机器人，其特征在于，所述行驶轮（2）与移动小车主体（1）可拆卸连接，所述行驶轮（2）为直径250mm的越野实心橡胶轮胎。

6.根据权利要求1所述的一种农田专用除草机器人，其特征在于，所述可调节除草机械臂机构通过底座固定座（22）固定在滑动挡板（8）上，滑动挡板（8）插接安装在固定于移动小车主体（1）表面的U型固定板（7）上，U型固定板（7）的两侧壁上均开设有用于与滑动挡板（8）相互配合的槽口。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种农田专用除草机器人，其特征在于，还包括安装在移动小车主体（1）前后侧的移动小车保险杠（4），移动小车保险杠（4）采用合金材料制成。

8.根据权利要求6所述的一种农田专用除草机器人，其特征在于，所述的可调节除草机械臂机构包括底座（9）、第一横臂（10）、第一竖臂（11）、第二横臂（12）、第二竖臂（13）和横轴（14），所述底座（9）安装在底座固定座（22）上，底座固定座（22）内置用于驱动底座（9）相对于底座固定座（22）转动的伺服电机，第一横臂（10）与底座（9）转动连接，第一横臂（10）由伺服电机驱动可相对于底座（9）转动，第一横臂（10）的自由端位置与第一竖臂（11）固定连接，所述第二横臂（12）的一端与第二竖臂（13）转动连接，且第二横臂（12）由其内置的伺服电机驱动可相对于第二竖臂（13）转动，第二横臂（12）的另一端与第一竖臂（11）固定连接，第二竖臂（13）的自由端位置固定连接横轴（14），横轴（14）的两端位置分别安装有除草机构（15）和机械抓手（16），且除草机构（15）和机械抓手（16）由横轴（14）内置的伺服电机驱动，使得除草机构（15）和机械抓手（16）可相对于横轴（14）转动。

9.根据权利要求8所述的一种农田专用除草机器人，其特征在于，所述整除草机构（15）包括高速旋转电机和安装在高速旋转电机输出轴上的除草刀具；所述机械抓手（16）包括机械手臂和安装在机械手臂上的液压手爪，液压手爪为电动液压抓手。

10.一种农田专用除草机器人的控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1、利用深度学习中的深度卷积神经网络，根据区域提议算法共享卷积特征，通过采集的数据集训练杂草和农作物分类与识别深度模型，以实现接近实时的帧率目标检测；

S2、将训练得到的杂草和农作物分类与识别深度模型部署到工控机的操作系统中；

S3、对深度相机一、深度相机二和可调节除草机械臂机构进行室外环境标定，实现室外空间三维立体建模；

S4、通过相机支架上的深度相机一获取移动小车主体前方区域的杂草密度，并且确定其对应的三维空间坐标信息，实现粗略定位；

S5、通过横轴上的深度相机二进一步的辅助定位，最终确定杂草的精确位置和姿态，实现精准定位；

S6、通过将杂草的三维空间坐标信息转换成除草机器人的坐标信息，进而指导可调节除草机械臂机构完成精准的运动路径规划和除草操作。