[发明专利]一种智能采棉机器人及其采棉作业路径规划方法

说明书

本发明公开了一种智能采棉机器人及其采棉作业路径规划方法，其智能采棉机器人包括机械臂、机械爪、摄像头、超声波模块、铲叉、车轮、履带、进棉口、旋转底座和机身；机械臂通过旋转底座设置在机身的顶部；机械臂和机械爪活动连接；摄像头、超声波模块和铲叉均设置在机身的侧壁上；车轮设置在机身的底部；车轮的外壁设置有履带；进棉口设置在机身的顶部。本智能采棉机器人通过在采摘平台上搭载多个采摘机械臂，采用独立协同控制的方法，大幅度提高采摘作业的工作效率，降低棉花的漏采率，同时做到采摘棉花的完整性和完好性，减少采摘棉花的含杂率，以保证棉花品质的稳定性。

技术领域

本发明属于采棉技术领域，具体涉及一种智能采棉机器人及其采棉作业路径规划方法。

背景技术

我国是棉花生产大国，棉花种植地域辽阔。在我国棉花的采摘主要采用手工方式，人工采摘保证了棉花品质的稳定性，但存在成本高、效率低和劳动强度大等不足。为了实现棉花采摘的自动化和智能化，逐渐将采棉机应用于棉花收获中，机械化采摘在一定程度上解放了劳动力、降低了生产成本，但存在棉花采净率低和含杂率高等问题。同时，由于我国棉花具有品种多、纤维短和成熟期长等特点，大规模的机械化采棉会造成优劣并收的局面，并不适合我国国情。因此，开发一种适用于我国国情的采棉机器人具有重要意义和广阔的应用前景。采棉机器人的诞生，不仅减少了劳动力、降低了成本，而且提高了采棉效率及棉花的质量。

目前，采棉机器人的研究在棉花的识别与定位、自主导航和机器人本体结构设计等方面取得了积极进展。但总体而言，仍普遍存在效率低的问题，难以满足大规模棉花采摘的实际需求。为了提升采棉机器人的作业效率，本发明设计了一种多臂自主智能高效率高采摘率清洁采棉机器人，在采摘平台上搭载多个采摘机械臂，采用独立、协同控制的方法，在保证棉花品质的同时大幅度提高采摘作业的工作效率。

发明内容

本发明为了解决现有单臂采棉机器人工作效率普遍低下的问题，提出了一种智能采棉机器人及其采棉作业路径规划方法。

本发明的技术方案是：一种智能采棉机器人包括机械臂、机械爪、摄像头、超声波模块、铲叉、车轮、履带、进棉口、旋转底座和机身；

机械臂通过旋转底座设置在机身的顶部；机械臂和机械爪活动连接；摄像头、超声波模块和铲叉均设置在机身的侧壁上；车轮设置在机身的底部；车轮的外壁设置有履带；进棉口设置在机身的顶部。

进一步地，机身内设置有导航控制模块、动力模块、压缩仓、GPS模块和采摘控制模块；

导航控制模块用于控制机身的行走、转向和停止；动力模块用于为导航控制模块提供动力；压缩仓用于对进棉口的棉花进行压缩；

GPS模块用于检测机器人的当前位置信息和棉花地的环境信息；采摘控制模块用于控制机械臂和机械爪。

本发明的有益效果是：本智能采棉机器人通过在采摘平台上搭载多个采摘机械臂，采用独立协同控制的方法，大幅度提高采摘作业的工作效率，降低棉花的漏采率，同时做到采摘棉花的完整性和完好性，减少采摘棉花的含杂率，以保证棉花品质的稳定性。

基于以上系统，本发明还提出一种采棉作业路径规划方法，包括以下步骤：

S1：利用摄像头采集棉花地的RGB图像，并对RGB图像进行预处理；

S2：构建成熟棉花识别神经网络模型，并利用成熟棉花识别神经网络模型识别预处理后的RGB图像中的成熟棉花；

S3：确定成熟棉花的位置；

S4：根据成熟棉花的位置，对采棉机器人进行作业规划。

进一步地，步骤S1中，对RGB图像进行预处理的具体方法为：对RGB图像依次进行中值滤波和图像锐化。

进一步地，步骤S2中，成熟棉花识别神经网络模型包括依次连接的输入层、双通道特征提取层、特征融合层、隐藏层和输出层；