本發(fā)明屬于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種機(jī)器視覺(jué)伺服的智能間苗鋤草機(jī)具。

背景技術(shù)：

對(duì)于多數(shù)條播作物，播種量都遠(yuǎn)超留苗量，造成幼苗擁擠，為保證幼苗有足夠的空間生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)汲取，應(yīng)及時(shí)間苗。間苗一般分為疏苗與定苗兩個(gè)階段，疏苗即是將發(fā)芽后的條播作物按照作物生長(zhǎng)株距將連續(xù)的作物苗行分為若干簇，每簇留一定數(shù)量作物，然后通過(guò)定苗將每簇中弱苗與病苗除去，保留每簇中的壯苗，從而改善幼苗的通風(fēng)透光條件，促進(jìn)根系生長(zhǎng)發(fā)育。我國(guó)目前常用的間苗方法有人工間苗與化學(xué)間苗。由于人工間苗的作業(yè)勞動(dòng)力效率低、強(qiáng)度高，成本高昂，化學(xué)間苗會(huì)帶來(lái)作物藥害和環(huán)境污染等弊端，因此對(duì)高效環(huán)保的間苗機(jī)械需求日益高漲。

在機(jī)械間苗中，作物對(duì)行和定苗環(huán)節(jié)是其重點(diǎn)與難點(diǎn)。條播作物受落種不齊與生長(zhǎng)情況不一等情況的影響，作物發(fā)芽后的苗行并不整齊，間苗機(jī)械對(duì)行不準(zhǔn)導(dǎo)致苗距不均與留苗過(guò)多，影響作物生長(zhǎng)發(fā)育。定苗環(huán)節(jié)同樣影響作物收成，定苗中留苗過(guò)多，幼苗相互爭(zhēng)肥、爭(zhēng)水和爭(zhēng)光，導(dǎo)致作物發(fā)育不良；留苗過(guò)少，田間漏光嚴(yán)重，不能充分利用地力資源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種機(jī)器視覺(jué)伺服的智能間苗鋤草機(jī)具。

一種機(jī)器視覺(jué)伺服的智能間苗鋤草機(jī)具，包括車(chē)體、行走機(jī)構(gòu)和懸掛機(jī)構(gòu)，還包括地面仿形機(jī)構(gòu)、橫移機(jī)構(gòu)、疏苗單元、定苗單元和機(jī)器視覺(jué)伺服控制系統(tǒng)；其中，地面仿形機(jī)構(gòu)安裝在車(chē)體上；

所述橫移機(jī)構(gòu)，在地面仿形機(jī)構(gòu)上垂直于機(jī)具前進(jìn)方向設(shè)有直線導(dǎo)軌11，間苗刀具連接塊9可滑動(dòng)地設(shè)置在直線導(dǎo)軌11上；電推桿10安裝在直線導(dǎo)軌11上，并與間苗刀具連接塊9連接，控制間苗刀具連接塊9的直線移動(dòng)；

所述疏苗單元，雙活塞式雙出驅(qū)動(dòng)缸5連接在間苗刀具連接塊9的前端，雙活塞式雙出驅(qū)動(dòng)缸5的左右兩個(gè)活塞桿的外端分別安裝有疏苗刀具4，且左右疏苗刀具4相對(duì)設(shè)置；當(dāng)左右活塞桿收回時(shí)，左右疏苗刀具4的刀片閉合以鋤去作物；當(dāng)左右活塞桿伸出時(shí)，左右疏苗刀具4的刀片打開(kāi)避讓作物，同時(shí)鋤去作物兩側(cè)的雜草；

所述定苗單元，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)8連接在間苗刀具連接塊9的后端，在旋轉(zhuǎn)馬達(dá)8上安裝有定苗刀具7；所述定苗刀具7的兩端各有一刀片，兩刀片平行于機(jī)具前進(jìn)方向；旋轉(zhuǎn)馬達(dá)8帶動(dòng)定苗刀具7旋轉(zhuǎn)，刀片旋轉(zhuǎn)至底端時(shí)鋤去作物，兩刀片依次經(jīng)過(guò)底端的間隔區(qū)避讓作物，在疏苗的基礎(chǔ)上進(jìn)行擇優(yōu)留苗；

所述機(jī)器視覺(jué)伺服控制系統(tǒng)，在間苗刀具連接塊9上安裝有彩色相機(jī)3；所述行走機(jī)構(gòu)中包括測(cè)速輪13；彩色相機(jī)3和測(cè)速輪13分別通過(guò)數(shù)據(jù)線連接至控制器集成箱6；雙活塞式雙出驅(qū)動(dòng)缸5、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)8及電推桿10分別通過(guò)各自的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)線連接至控制器集成箱6；所述控制器集成箱6裝載在車(chē)體上，其內(nèi)設(shè)有裝有預(yù)安裝軟件的核心處理器、雙活塞式雙出驅(qū)動(dòng)缸控制單元、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)控制單元和電推桿控制單元；

其中，測(cè)速輪13用于測(cè)試并發(fā)送速度信號(hào)；彩色相機(jī)3用于采集并發(fā)送作物圖像信息；所述核心處理器通過(guò)預(yù)安裝軟件對(duì)作物圖像信息分析處理，并結(jié)合測(cè)速輪13發(fā)送的速度信號(hào)，向雙活塞式雙出驅(qū)動(dòng)缸控制單元、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)控制單元和電推桿控制單元發(fā)送控制指令，從而通過(guò)控制相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)雙活塞式雙出驅(qū)動(dòng)缸5、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)8及電推桿10的運(yùn)動(dòng)。

所述雙活塞式雙出驅(qū)動(dòng)缸5與旋轉(zhuǎn)馬達(dá)8的運(yùn)動(dòng)通過(guò)氣動(dòng)、液動(dòng)或電動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)。

所述地面仿形機(jī)構(gòu)采用平行四桿仿形機(jī)構(gòu)。

將多組疏苗單元、定苗單元、間苗刀具連接塊9、電推桿10和彩色相機(jī)3集成于同一直線導(dǎo)軌11上，進(jìn)行多行同步作業(yè)。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明通過(guò)機(jī)器視覺(jué)伺服控制系統(tǒng)控制間苗單元工作，一次作業(yè)完成疏苗、定苗與鋤草三個(gè)農(nóng)藝；并能夠根據(jù)作物間苗的不同需求靈活設(shè)置相應(yīng)疏苗距離與定苗精度，有效避免了由于間苗間距不可調(diào)帶來(lái)的使用局限性，保證不同類(lèi)型、不同生長(zhǎng)時(shí)期、不同種植情況的作物的多樣化間苗需求。為增加農(nóng)民收成、減少農(nóng)業(yè)污染、提高生產(chǎn)效率、推動(dòng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐和裝備保障。

(2)采用機(jī)器視覺(jué)實(shí)時(shí)檢測(cè)作物行所在位置，并控制橫移機(jī)構(gòu)使疏苗刀具與定苗刀具追蹤作物行，實(shí)時(shí)對(duì)準(zhǔn)作物行，提高間苗準(zhǔn)確率，降低傷苗，減少損失；采用機(jī)器視覺(jué)智能識(shí)別疏苗后作物簇，定位作物簇中壯苗位置，根據(jù)去弱留強(qiáng)原則，除去弱苗和病苗，留下壯苗，提高間苗精度，進(jìn)而提高幼苗成活率，增加產(chǎn)量。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種機(jī)器視覺(jué)伺服的智能間苗鋤草機(jī)具的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明疏苗作業(yè)示意圖。

圖3為本發(fā)明定苗作業(yè)示意圖。

圖4為本發(fā)明橫移作業(yè)示意圖。

標(biāo)號(hào)說(shuō)明：1-三點(diǎn)懸掛架；2-車(chē)體；3-彩色相機(jī)；4-疏苗刀具；5-雙活塞式雙出驅(qū)動(dòng)缸；6-控制器集成箱；7-定苗刀具；8-旋轉(zhuǎn)馬達(dá)；9-間苗刀具連接塊；10-電推桿；11-直線導(dǎo)軌；12-地面仿形機(jī)構(gòu)；13-測(cè)速輪。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。

如圖1所示一種機(jī)器視覺(jué)伺服的智能間苗鋤草機(jī)具，車(chē)體2的前方設(shè)有三點(diǎn)懸掛架1，機(jī)具通過(guò)三點(diǎn)懸掛架1與動(dòng)力牽引裝置相連。

車(chē)體2下方設(shè)有四輪行走機(jī)構(gòu)，其中一個(gè)行走輪采用測(cè)速輪13，用于測(cè)試并發(fā)送速度信號(hào)。

設(shè)于車(chē)體2一側(cè)的地面仿形機(jī)構(gòu)采用現(xiàn)有農(nóng)機(jī)具中廣泛使用的平行四桿仿形機(jī)構(gòu)，平行四桿仿形機(jī)構(gòu)由一組平行四桿機(jī)構(gòu)和仿形地輪組成。

橫移機(jī)構(gòu)為，在地面仿形機(jī)構(gòu)上垂直于機(jī)具前進(jìn)方向設(shè)有直線導(dǎo)軌11，間苗刀具連接塊9可滑動(dòng)地設(shè)置在直線導(dǎo)軌11上；電推桿10安裝在直線導(dǎo)軌11上，位于間苗刀具連接塊9的相對(duì)位置，并與間苗刀具連接塊9連接。

疏苗單元為，雙活塞式雙出驅(qū)動(dòng)缸5連接在間苗刀具連接塊9的前端，雙活塞式雙出驅(qū)動(dòng)缸5的左右兩個(gè)活塞桿的外端分別安裝有疏苗刀具4，且左右疏苗刀具4相對(duì)設(shè)置；當(dāng)左右活塞桿收回時(shí)，左右疏苗刀具4的刀片閉合；當(dāng)左右活塞桿伸出時(shí)，左右疏苗刀具4的刀片打開(kāi)。

定苗單元為，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)8連接在間苗刀具連接塊9的后端，在旋轉(zhuǎn)馬達(dá)8上安裝有定苗刀具7；所述定苗刀具7的兩端各有一刀片，兩刀片平行于機(jī)具前進(jìn)方向。

機(jī)器視覺(jué)伺服控制系統(tǒng)，包括彩色相機(jī)3安裝在間苗刀具連接塊9前端，用于采集并發(fā)送作物圖像信息；控制器集成箱6安裝在車(chē)體2上，其內(nèi)設(shè)有裝有預(yù)安裝軟件的核心處理器、雙活塞式雙出驅(qū)動(dòng)缸控制單元、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)控制單元和電推桿控制單元。測(cè)速輪13、彩色相機(jī)3分別通過(guò)數(shù)據(jù)線連接至控制器集成箱6；雙活塞式雙出驅(qū)動(dòng)缸5、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)8及電推桿10分別通過(guò)各自的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)線連接至控制器集成箱6。所述核心處理器通過(guò)預(yù)安裝軟件對(duì)作物圖像信息分析處理，并結(jié)合測(cè)速輪13發(fā)送的速度信號(hào)，向雙活塞式雙出驅(qū)動(dòng)缸控制單元、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)控制單元和電推桿控制單元發(fā)送控制指令，從而通過(guò)控制相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)雙活塞式雙出驅(qū)動(dòng)缸5、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)8及電推桿10的運(yùn)動(dòng)。

所述雙活塞式雙出驅(qū)動(dòng)缸5與旋轉(zhuǎn)馬達(dá)8的驅(qū)動(dòng)通過(guò)氣動(dòng)、液動(dòng)或電動(dòng)等方式實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明可根據(jù)田間種植情況和用戶需求，將不同組數(shù)的疏苗單元、定苗單元、間苗刀具連接塊9、電推桿10和彩色相機(jī)3集成于同一直線導(dǎo)軌11上，組合成不同型號(hào)的間苗機(jī)。

以下說(shuō)明一種機(jī)器視覺(jué)伺服的智能間苗鋤草機(jī)具的工作原理：

首先，根據(jù)作物間苗需求對(duì)核心處理器的預(yù)安裝軟件設(shè)置相應(yīng)的工作模式，調(diào)節(jié)疏苗距離與定苗精度，滿足多樣化的間苗需求。

機(jī)具通過(guò)三點(diǎn)懸掛架1與動(dòng)力牽引裝置相連，動(dòng)力牽引裝置可為農(nóng)用拖拉機(jī)或其它農(nóng)用動(dòng)力牽引設(shè)備。機(jī)具可以安裝于動(dòng)力牽引裝置的前部，即機(jī)具前置；也可由動(dòng)力牽引裝置的后置三點(diǎn)懸掛裝置搭載，即機(jī)具后置，使用方式靈活。

彩色相機(jī)3采集作物圖像信號(hào)，并發(fā)送至核心處理器，核心處理器通過(guò)預(yù)安裝軟件對(duì)作物圖像信號(hào)分析處理，結(jié)合測(cè)速輪13發(fā)送的速度信號(hào)，得到作物行物理位置信息，并發(fā)送控制指令給雙活塞式雙出驅(qū)動(dòng)缸控制單元和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)控制單元，控制疏苗刀具4開(kāi)合與定苗刀具7轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)智能間苗工作。

等距疏苗作業(yè)如圖2所示，疏苗刀具4位于土壤面以下，雙活塞式雙出驅(qū)動(dòng)缸控制單元接收核心處理器的控制指令，控制雙活塞式雙出驅(qū)動(dòng)缸5的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)雙活塞式雙出驅(qū)動(dòng)缸5運(yùn)動(dòng)，雙活塞桿伸出與縮回帶動(dòng)疏苗刀具4的打開(kāi)與閉合，當(dāng)疏苗刀具4閉合時(shí)，作物被其鋤掉，當(dāng)疏苗刀具4打開(kāi)時(shí)避讓作物，中間留下作物的同時(shí)將作物兩側(cè)的雜草鋤去。

定苗作業(yè)如圖3所示，定苗是在疏苗的基礎(chǔ)上擇優(yōu)留苗。在疏苗后的留苗區(qū)，機(jī)器視覺(jué)伺服控制系統(tǒng)通過(guò)彩色相機(jī)3采集作物圖像信息，發(fā)送至核心處理器進(jìn)行分析處理圖像，確定留苗區(qū)內(nèi)優(yōu)勢(shì)作物位置，并由旋轉(zhuǎn)馬達(dá)控制單元控制旋轉(zhuǎn)馬達(dá)8的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)馬達(dá)8旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)定苗刀具7轉(zhuǎn)動(dòng)。在同一疏苗后留苗區(qū)，定苗刀具7旋轉(zhuǎn)一周，定苗刀具7的兩刀片依次經(jīng)過(guò)底端時(shí)，將弱苗、病苗鋤去，兩刀片依次經(jīng)過(guò)底端的間隔區(qū)避讓壯苗，留下壯苗位置。至此，間苗機(jī)一次作業(yè)完成疏苗、鋤草與定苗三個(gè)農(nóng)藝，實(shí)現(xiàn)了高效的機(jī)械化間苗工作。

橫移作業(yè)如圖4所示，機(jī)器視覺(jué)伺服控制系統(tǒng)通過(guò)彩色相機(jī)3采集作物圖像信息，發(fā)送至核心處理器進(jìn)行分析處理圖像，當(dāng)作物行偏離疏苗刀具4和定苗刀具7中心，核心處理器根據(jù)作物圖像信息得到兩者偏距，結(jié)合測(cè)速輪13發(fā)送的速度信號(hào)，發(fā)送控制指令至電推桿控制單元，通過(guò)控制電推桿10的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電推桿10伸長(zhǎng)或縮短一定距離，實(shí)現(xiàn)刀具對(duì)行，減少甚至消除偏距。

作業(yè)過(guò)程中，平行四桿仿形機(jī)構(gòu)承載橫移機(jī)構(gòu)、疏苗單元、定苗單元和彩色相機(jī)3，在仿形地輪和平行四桿機(jī)構(gòu)的作用下，依據(jù)實(shí)際地形上下起伏，保證穩(wěn)定的刀具入土深度及彩色相機(jī)3距地面高度。