[发明专利]一种基于视觉识别的棉花打顶机器人及其实现方法

说明书

本发明公开了一种基于视觉识别的棉花打顶机器人及其实现方法，所述棉花打顶机器人包括底座支撑机构、嵌入式主控制端，一个以上的升降运动机构、末端执行机构和视觉识别机构；所述的末端执行机构，包括电机、刀头、保护套；整个末端执行机构固定于升降运动机构上，电机固定在末端执行机构上，刀头通过法兰联轴器连接在电机的传动轴末端，刀头的外部设有保护套，保护套固定在末端执行机构上，用于限制刀头的切除范围。本发明的方法能精准识别棉花顶芽，并自动进行切除，漏打率低，打顶效率高，有效避免了对植株和蕾铃的损伤，而且机械整体结构简单，经济实惠。

技术领域

本发明涉及农业机器人领域，特别涉及一种基于视觉识别的棉花打顶机器人及其实现方法。

背景技术

棉花具有无限生长的习性，顶端优势明显。为控制株高和后期无效果枝的生长，棉花打顶是一项有效的措施。研究和生产实践证明，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。但能否掌握好棉花打顶的时间和方法，直接影响到打顶的效果。目前，棉花打顶技术有人工打顶、化学封顶和机械打顶等3种，以人工打顶为主。人工打顶是掐掉顶芽及部分幼嫩叶片，费工费时，劳动效率低，制约了棉花生产轻简化、规模化、精准化和机械化作业。化学打顶和机械打顶都可以大幅度提高打顶效率，节约植棉成本，更适应棉花全程机械化生产需要，将取代人工打顶。如机械打顶的优点是工效高，机械打顶效率是人工打顶的5～7倍。但机械打顶对地势以及棉花生长均匀度要求较高，漏打率高达20％，比人工打顶高出15个百分点，并且会对植株和蕾铃造成严重损伤。因此，迫切需要研制一种棉花打顶机器人，降低漏打率，减少对植株的损伤。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种棉花打顶精度高、效率高、不伤害棉花植株的基于视觉识别的棉花打顶机器人及其实现方法，能精准识别棉花顶芽，并自动进行切除，漏打率低，打顶效率高，有效避免了对植株和蕾铃的损伤，而且机械整体结构简单，经济实惠。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于视觉识别的棉花打顶机器人，包括底座支撑机构5、嵌入式主控制端2，一个以上的升降运动机构1、末端执行机构3和视觉识别机构4。

所述的升降运动机构1，包括固定板8、滚珠丝杆11、导向光轴15和升降运动块17；步进电机6固定于固定板8上，步进电机6的传动轴与螺旋顶丝联轴器9的一端相连接，螺旋顶丝联轴器9的另一端与滚珠丝杆11相连接；上支座13与下支座14安装在固定板8上，左右两根导向光轴15和中间的滚珠丝杆11安装在上支座13和下支座14之间；升降运动块17通过丝杆传动在上支座和下支座之间做升降运动，升降运动块17内嵌有直线轴承16，与导向光轴15相配合，减小升降运动块在升降运动过程中的摩擦阻力；滚珠丝杆11与丝杆螺母12相配合，丝杆螺母12安装在升降运动块17上，随刀头22一同上下升降运动。

所述的嵌入式主控制端2安装在底座支撑机构5上，包括无线通信发送模块、电机驱动模块。

所述的末端执行机构3，包括电机20、电机固定架21、刀头22、末端执行器固定架24、保护套30；整个末端执行机构3通过末端执行器固定架24固定于升降运动机构1上，电机20通过电机固定架21固定在末端执行器固定架24上，电机20的传动轴与法兰联轴器23相连接，刀头22通过法兰联轴器23连接在电机20的传动轴末端，刀头22的外部设有保护套30，保护套30固定在电机固定架21上，用于限制刀头22切除范围，防止误切旁生茎叶。操作时，嵌入式主控制端2发出信号到电机20，电机20带动法兰联轴器23旋转，从而带动刀头22旋转，最后完成棉花顶芽剪切动作。

所述刀头22的形状为非全圆刀头；刀头22的外沿为半圆锯齿状，通过旋转剪切顶芽，在机器停工时，刀尖可藏匿在保护套内，以防伤害作业员。所述保护套30的内底面设置有4°～5°的坡度，且带坡度平面较为光滑不粗糙，减少摩擦力，使得切断后的顶芽可以自动滑出，便于清理，防止切断后的顶芽堆积、堵塞刀具。