[发明专利]一种采棉机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种采棉机器人，特别涉及一种基于视觉信息的采棉装置，属于农业机械技术领域。

背景技术

中国的棉花种植占世界种植面积的30％，棉花采摘有着重要的经济价值。棉花采收期一般在9月至10月，大约60天，采摘要求是：同一块棉田的棉花成熟期有先后，一般5到7天采一次；好花、僵瓣棉、落地棉分开采收，分级出售；减少杂质混入，提高籽棉质量。

采棉方式分为人工采棉和机器采棉两种方式。人工采棉的优点是采净率高、含杂率低，对棉株种植没有特殊要求，即使棉田形状不规则或是不平整也能采摘，不需要对棉田进行采摘前喷药落叶处理，但是劳动强度大、用工量多、效率低、成本高。

机器采棉可分为选收式和统收式采棉机。选收式采棉机分为垂直摘锭式采棉机和水平摘锭式采棉机，前者摘锭垂直放置，主要是原属苏联的乌兹别克斯坦等国采用，由于采净率低，目前在国内不普及；后者摘锭水平放置，该类型采棉机的主要生产厂家为美国的凯斯公司、约翰迪尔公司，采净率高，在国内比较普及。统收式采棉机分为指杆式和梳齿式，由于含杂率高，目前不普及。文献“我国大中型采棉机及采棉头技术分析”(杨东山等，拖拉机与农用运输车，2013，40(2)，8-12)对采棉机现状进行了分析；专利“自走复指式采棉机”(专利号CN102577753B)提出了一种统收式采棉机，用指杆排进行采摘，通过清分装置和清杂装置将棉花选出。专利“采棉头及具有该采棉头的梳齿选收式采棉机”(专利号CN104718885B)提出了一种梳齿式采棉机，通过安装在链轮上的梳齿将棉花采下。

机器采棉的优点是效率高，缺点是：对棉株种植间距有严格要求；采净率不如人工采摘，据统计每亩地浪费在30kg左右；含杂率高，选收式采棉机含杂率在10％以上，统收式采棉机含杂率在30％以上；采摘前需要用药水先脱叶，采摘后的棉花要清洁处理后才能采用。因此，目前机器采棉在中国推广率比较低。

发明内容

本发明的首要目的是：克服目前人工采棉和机器采棉的不足，既可以达到人工采摘的高采净率和低含杂率，又可以达到机器采棉的高效率，但没有目前机器采棉的局限性，诸如对棉株种植间距有严格要求、进行采棉操作前要进行药水脱叶等等。

本发明进一步的目的在于：实现采棉过程的无人化，一个操作工可以同时控制多台采棉机器人进行操作，可以设置采摘棉花的成熟标准，根据同一块棉田的棉花成熟周期，对棉花进行分批次采摘。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于棉花采摘的机器人，优选的，所述系统包括自主移动平台、视觉采棉头、棉花收集仓。自主移动平台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，视觉采棉头在自主平台移动过程中，在采棉摄像头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。视觉采棉头采集下的棉花通过气流输送通道输送到棉花收集仓。当预设的采棉任务完成后，或根据电池管理系统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的故障分析模块提示故障发生后，自主移动平台返回，完成采棉过程。

上述自主移动平台，优选的，所述移动平台的车身上安装有移动平台控制模块，GPS模块，车顶上安装有前向摄像头，在视觉采棉头的扶禾器的内、外侧挡板安装有超声波传感器，做为自动对行传感器，在车身上安装有角加速度传感器和加速度传感器，在置放棉花收集仓的车梁上安装有重量传感器，在车底盘部位安装有行走电机驱动系统和行走电机，转向电机驱动系统和转向电机，电池管理系统和电池组。各主模块间通信通过CAN总线。视觉采棉头控制模块通过CAN总线与移动平台控制模块通信。移动平台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。

上述自主移动平台，优选的，所述移动平台控制模块包括：路径规划模块根据用户输入界面输入的棉田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。