[发明专利]一种采棉机器人

权利要求书

1.一种用于棉花采摘的机器人，其特征在于：系统包括自主移动平台(1)、视觉采棉头(2)、棉花收集仓(3)。自主移动平台(1)根据棉田地理位置信息和棉花分布信息、棉株边界信息在棉田移动，视觉采棉头(2)在自主平台(1)移动过程中，在采棉摄像头(23)产生的视觉信息引导下进行采棉，并引导自主移动平台的移动速度。视觉采棉头(2)采集下的棉花通过气流输送通道(26)(131)输送到棉花收集仓(3)。当预设的采棉任务完成后，或根据电池管理系统(16)的电量信息判断剩余电量到阀值后，或是根据棉花采集重量传感器(17)的采集棉花重量信息判断到阀值后，或是根据移动平台控制模块(10)的故障分析模块提示故障发生后，自主移动平台(1)返回，完成采棉过程。

2.根据权利要求1所述的自主移动平台(1)，其特征在于：移动平台的车身上安装有移动平台控制模块(10)，GPS模块(11)，车顶上安装有前向摄像头(12)，在视觉采棉头(2)的扶禾器(21)的内、外侧挡板安装有超声波传感器(111)，做为自动对行传感器，在车身上安装有角加速度传感器(151)和加速度传感器(152)，在置放棉花收集仓(3)的车梁上安装有重量传感器(17)，在车底盘部位安装有行走电机驱动系统(18)和行走电机(181)，转向电机驱动系统(19)和转向电机(191)，电池管理系统(16)和电池组(161)。各主模块间通信通过CAN总线。视觉采棉头控制模块(20)通过CAN总线与移动平台控制模块(10)通信。移动平台(10)内的软件功能模块包括：GPS路径跟踪模块、棉花密度分布跟踪模块、棉株对行跟踪模块、车身姿态跟踪模块、车身速度跟踪模块、路径规划模块、运动规划模块、采棉信息模块、运动控制模块、故障分析模块、工作逻辑模块、前进/后退控制模块、加/减速控制模块、转向控制模块。

3.根据权利要求2所述的移动平台控制模块(10)，其特征在于：路径规划模块根据用户输入界面(101)输入的棉田GPS地理信息进行路径规划，路径跟踪模块跟据GPS模块(11)产生的实时GPS信息与规划路径进行比较，产生路径跟踪信息，棉花密度分布跟踪模块根据前向摄像头(12)采集到的棉田白色棉花信息在图像中的分布比例，产生棉花密度分布信息，棉株对行跟踪模块跟据安装在采棉头两侧的超声波器(111)的能量强度信息，产生棉株对行跟踪信息，运动规划模块跟据路径跟踪信息、棉花密度分布信息、棉株对行跟踪信息进行移动平台运动规划。

4.根据权利要求2所述的移动平台控制模块(20)，其特征在于：根据运动规划模块产生的目标轨迹，以及角加速度传感器(14)产生的车身姿态信息及加速度传感器(15)产生的车身速度跟踪信息，以及视觉采棉头控制模块(20)产生的采棉完成信息，运动控制模块产生运动控制指令，控制移动平的前进/后退、加/减速、转向。

5.根据权利要求2所述的自主移动平台(1)，其特征在于：移动平台控制模块(10)中的故障分析模块根据各模块的通信中断或模块发送的信息超出限定值，故障分析模块判断故障发生；根据故障发生的信息，以及判断路径规划模块的任务是否完成，以及判断棉花重量传感器(17)产生的重量信息是否超过限值，以及电池管理系统(16)产生的剩余电量信息是否超限值，移动平台控制模块(10)中的工作逻辑模块产生采棉机器人结束采棉返回指令。

6.根据权利要求1所述的视觉采棉头(2)，其特征在于：采集系统由扶禾器(21)、采集箱(22)组成，采集箱(22)安装有多组采集杆(24)及安装有多组采棉摄像头(23)，对应地在在采集箱内侧有采集孔(241)和观测窗(231)；不工作时采集杆(24)的采棉锭(242)位于采集孔(241)内，工作时旋转伸出；采棉摄像头(23)安装在摄像头筒(232)内，位于观测窗(231)后；采集箱内对应每个采集杆的位置有一个刷棉片(25)；采棉时，随着移动平台的移动，扶禾器(21)将棉株导入采集区域，采棉摄像头组(23)采集图像，系统分析出棉花的空间坐标信息及色泽、大小信息，当达到采摘标准的棉花处于某个采集杆(24)的采集区域时，对应的采棉锭(242)从采集孔(241)旋转伸出，通过采棉锭上的齿将棉花拧下，再反向旋转缩回采集孔(241)，采集箱内刷棉片(25)将棉花刮下，通过气流输送通道(26)到棉花收集仓(3)。