[发明专利]一种田间棉花自动打顶装置

说明书

针对现有的棉花打顶装置在田间环境打顶作业时打顶效率和打顶精度难以兼顾的问题，提出了一种田间棉花自动打顶装置。该装置主要包括自主移动平台、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。以自主移动平台为载体，实现本装置在不同棉花地块的自主、高效行走。通过棉花高度粗定位装置进行田间环境棉花株高初步定位，通过棉花顶部三维识别及精定位装置进行打定目标二次定位，再通过棉花去顶装置上安装的彩色摄像头进行打顶目标的三次精确定位，实现田间棉花顶部的自动识别和精准去除。大大提高田间环境的棉花打顶效率和打顶精准度。

技术领域

本发明属于农业机器人领域，涉及一种棉花自动作业装置。具体涉及一种田间棉花自动打顶装置，对田间种植的棉花自动打顶。

背景技术

棉花具有无限生长的习性，顶端优势明显。通过摘除顶心，能控制主茎的生长，协调营养生长与生殖生长，促使养分更多的运向果枝，供应结实器官，减少无效果枝。目前，棉花打顶技术有人工打顶、机械打顶、化学打顶等三种。人工打顶虽然精度高，但工作环境恶劣、劳动强度高、费工费时，效率较低，易错过最佳打顶时期，导致棉花生长周期不一，从而降低棉花产量。机械打顶较人工效率高，但对地势以及棉花生长均匀度要求较高，且漏打率高达20％，且会对植株和蕾铃造成严重损伤，降低了吐絮效率，从而影响了产量。化学打顶，通过喷洒生长抑制剂使棉花停止向上生长，虽能够抑制棉花的生长，但会导致棉花产量降低，且容易对环境造成极大污染。急需能够实现田间棉花自动、高效、精准、环保的打顶技术装置及方法。目前，新疆石河子大学团队针对棉花打顶关键技术开展了相关研究，如论文“棉花打顶机棉株高度识别技术的研究”(沈晓晨，2018)，“基于机器视觉技术的棉株识别系统研究”(瞿端阳，2013)等，针对盆栽棉花，基于双目视觉技术从侧面拍照进行棉株定位和棉株高度计算，为棉花打顶机构的高度调节提供依据。但其采用侧面成像，定位目标为棉株而非待去顶的对象。所述方法，尚难以应用于田间密植环境的棉花自动打顶。

本发明提出一种田间棉花自动打顶装置及方法，以多功能轮式智能移动平台为载体，进行田间棉花顶部的自动识别和精准切除，大大降低人工打顶成本，提高打顶效率和精度。

发明内容

现有的棉花打顶装置及方法存在打顶效率、打顶精度难以兼顾的问题，针对此情况，发明设计了一种田间棉花自动打顶装置及方法，可自主实现田间棉花的自动、高效、高精度打顶。具体发明内容如下：

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；移动机器人平台搭载了高精度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摄像头进行三级定位；棉花去顶机构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。

具体地，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。

具体地，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，进而调整移动机器人平台的行驶宽度；单个支撑杆水平长度设置为0.5米，移动机器人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。