[发明专利]一种田间棉花自动打顶装置

权利要求书

1.一种田间棉花自动打顶装置，用于田间棉花顶部的自动化快速精准去除，其特征在于：该装置包括自主移动平台、棉花高度粗定位装置、棉花顶部三维识别及精定位装置、棉花去顶装置、供电系统和控制系统；其中，自主移动平台采用四轮独立驱动、独立转向方式移动；自主移动平台搭载了高精度GPS自主导航模块系统，具有遥控和自主导航两种工作模式；棉花高度粗定位装置和棉花顶部三维识别及精定位装置配合，通过三级定位来实现拟去顶目标的精准定位和识别，具体是通过所述棉花高度粗定位装置实现所述自主移动平台的调整，对棉花进行一级初步定位，再通过所述棉花顶部三维识别及精定位装置对拟去顶的目标进行二级定位，最后通过棉花去顶装置末端安装的彩色摄像头进行三级定位；棉花去顶装置基于棉花顶部的精准识别信息进行去顶操作；供电系统为田间棉花自动打顶装置提供动力；其中，棉花高度粗定位装置通过超声传感器测量田间棉花群体的冠层高度后，反馈调节伸缩机构的行程，将承载平台调节至合适高度；棉花顶部三维识别及精定位装置采用立体摄像头和三自由度并联机械手来实现棉花顶部的识别和定位；彩色摄像头和顶部切割装置安装于三自由度并联机械手末端中心位置处，彩色摄像头进行目标近距离三次定位；装置开始运动后，立体摄像头开始采集棉花冠层图像并识别，识别出视场中需打顶的棉花的数量，根据该数量自动调节行驶速度；

其中，立体摄像头与三自由度并联机械手安装相对位置固定，通过立体摄像头对棉花顶部识别结果控制三自由度并联机械手移动至目标处；

棉花顶部三维识别及精定位装置通过所述立体摄像头对棉花顶部进行识别，根据所采集的棉花顶部图像出现无需打顶棉花、有唯一需打顶棉花、有多个需打顶棉花的实际状态，其识别准则为：若该图像中未识别出需打顶的棉花，不做任何处理，继续进行图像采集及识别；若该图像中有唯一需打顶棉花，将该棉花设置为目标；若该图像中有多个棉花需打顶，首先计算视场中需打顶的棉花的数量，并根据该数量自动调节行驶速度，待打顶数量越多，设置行驶速度越低，同时将图像中识别出的面积最大顶部设置为目标，进行打顶；对设置为目标的棉花，计算其三维空间位置坐标，反馈至所述三自由度并联机械手。

2.根据权利要求1所述的田间棉花自动打顶装置，其特征在于：自主移动平台的四个轮组分别通过升降机构与各支撑杆连接，支撑杆与承载平台连接，伸缩机构通过伸缩运动调整自主移动平台的高度；支撑杆与承载平台相对转动，从而带动轮组整体相对承载平台转动，进而调整自主移动平台的行驶宽度；所述自主移动平台升降范围为0-40cm，承载平台底部距离地面高度为1.2-1.6m可调。

3.根据权利要求2所述的田间棉花自动打顶装置，其特征在于：支撑杆与承载平台通过法兰连接，法兰上均匀分布8个固定孔，支撑杆与承载平台以22.5°为间隔单位相对转动，进而调整自主移动平台的行驶宽度；单个支撑杆水平长度设置为0.5米，自主移动平台轮组之间的调节范围为0-0.6m；其行驶跨距为1.4-2m可调。

4.根据权利要求1所述的田间棉花自动打顶装置，其特征在于：设置承载平台的底部距离棉花冠层高度为30cm，以保证棉花顶部三维识别及精定位装置距离棉花顶部的距离在一定范围内，提高棉花顶部识别及定位精度。

5.根据权利要求1所述的田间棉花自动打顶装置，其特征在于：三自由度并联机械手的最大往复移动速度为120次/分钟，其末端移动范围为：水平方向覆盖直径1.4米范围，垂直方向移动范围为0-60cm，棉花顶部三维识别及精定位装置可同时安装多套三自由度并联机械手，以提高效率。

6.根据权利要求4所述的田间棉花自动打顶装置，其特征在于：彩色摄像头和顶部切割装置安装于三自由度并联机械手末端中心位置处，彩色摄像头进行目标近距离三次定位，顶部切割装置为高强度点激光器，工作时随着并联机械手的运动，移动至目标棉花顶部处后，通过彩色摄像头获取目标图像，识别目标中心位置并对顶部切割装置位置进行微调，消除棉花遮挡对打顶效果造成的影响，实现目标棉花顶部的精准切割，激光切割伤口整齐，无二次污染。