[发明专利]采棉机器人

说明书

所属技术领域

本发明是一种机电一体化的采棉机器人，是一种高度自动化的棉田收获机械。

背景技术

目前，采棉主要有以下两种方式：一种是手工采棉，另一种是机械化采棉。机械化采棉所采用的采棉机是一种大型农业机械，不含有智能控制系统。在采棉过程中它是通过飞机喷洒药物，进行打叶和催熟，然后一次性完成采棉。

发明内容

要解决的技术问题(现有技术现状)：

当前，采棉所使用的机械价格昂贵(单价在150万以上)；所采棉花掺杂多，降低了棉花等级；因飞机喷洒药物进行打叶和催熟，造成环境污染；采棉前期无法使用，导致机械化采棉面积不足总面积的10％。

有益效果

本采棉机器人，一次性投资小，所采棉花掺杂少，对环境无污染，适用于大小棉田，在采棉前期、中期和后期均可适用，降低了棉农的劳动强度。

采用的技术方案

本采棉机器人安装在拖拉机上，在拖拉机走动时，采棉机器人自动将棉田中的白色或彩色棉花进行识别、定位和采摘。

本采棉机器人在电脑控制下，首先，摄像头自动拍摄棉田中的白色或彩色棉花；其次，对图像数据进行处理，确定棉花相对于本采棉机器人的立体方位；再次，通过控制电路和功率放大电路驱动机械手运行到位；最后，采棉装置完成采棉。采棉机器人的组成部件及功能(图1是采棉机器人的组成部件方块图)

1、摄像头是采棉机器人的视觉，每个机械手对应两个摄像头。摄像头对棉田拍照后，将图像数据传输至电脑中，以确定棉花在棉田中相对于采棉机器人的立体方位。

摄像头安装在机械手固架上的气垫包中，一副摄像头左右相距10厘米并列安装。

摄像头的信号线可插入电脑的USB口或视频捕捉采集卡上，并通过相应的驱动程序完成图像采集。在Windows视窗下，利用VB6中的发送击键功能，进行自动拍照和图像存贮。

2、电脑是采棉机器人的数据处理和控制中心，对各部件进行检测并控制整个采棉过程。(数据处理程序和控制程序使用BC5.0C++语言编程)。

(1)作用：

①对采棉机器人各部件的参数进行自检。

②控制摄像头进行自动拍照并将图像数据传至电脑。

③对从摄像头获取的图像数据进行处理，得到诸多棉花在棉田中的空间坐标(立体方位)。

④控制采棉机器人的多个机械手同时到达与之对应的棉花处(立体方位)。

⑤控制安装在机械手端部的采棉装置进行采棉。

⑥在维护时可通过插接显示器进行维护。

(2)数据处理，得到立体方位参数(x、y、z)：

每个机械手对应两个摄像头，摄像头1，摄像头2，获得两个图像。

①由摄像头1获得的图像1，确定各白色或彩色棉花区域的中心坐标(x1，y1)，即确定空间平面坐标(x，y)。

②由摄像头2获得的图像2，确定各白色或彩色棉花区域的中心坐标(x2，y2)。

③确定图像1和图像2的对应块(白色或彩色棉花区域)

检查图像1和图像2的块中心坐标顺序一致；

检查图像1和图像2的块中心间相对距离基本相同；

检查图像1和图像2的块面积大小顺序一致；

检查图像1和图像2边缘形状相似对比等。

确定其图像1和图像2的对应块(白色或彩色棉花区域)。

④获取空间实际深度坐标z＝FB/(x1-x2)

最后得到立体方位参数(x、y、z)。

(3)自检流程：

自检时：(机械手端部的十字架(白色)标杆，用于定位)

采棉机器人在采棉前，必须进行一次自检，按照循环的方式分间隔给出α，β，γ三个值，使某机械手动作到位；然后，两摄像头对机械手端部的十字架(白色)标杆进行拍照，把图象存入计算机内存或硬盘中，紧接着对图像进行处理得到(x、y、z)立体方位坐标，给定的α，β，γ值和产生的(x、y、z)值，以列表形式进行存贮，以备采棉时使用。

α(0~180度)     机械手臂     摄像头     图像     得到           表式存贮各参数

β(0~270度)-----动作到位-----拍照-------处理-----(x、y、z)------α，β，γ，x，y，z

γ(0~180度)

注意：每次给定值前应使机械手臂复位。

(4)采棉流程：

采棉时：(对棉花定位，十字架(白色)标杆对机械手端部校对用)