：本發(fā)明屬于智能機器人，具體涉及一種智能大棚種植用巡檢機器人、控制系統(tǒng)及方法，通過配置導航、攝像頭和深度學習子模塊的自動巡檢履帶機器人，對大棚內的作物進行自動巡檢和作物表型識別。

背景技術

0、
背景技術：

1、大棚農(nóng)業(yè)機器人是一種集成了人工智能、機械和自動化技術的設備，廣泛應用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，在智能大棚內進行全天候巡檢和管理，以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和作物品質。目前，決策模型通常簡單的依賴人為記錄的作物表型數(shù)據(jù)，容易產(chǎn)生誤差，不足以提供決策支持，使得模型的泛化能力不足，同一個模型在不同種植環(huán)境中表現(xiàn)出的決策準確性差異巨大。如果種植戶的文化水平較低，對作物的表型數(shù)據(jù)解讀能力不足，沒有足夠的專業(yè)知識理解作物表型數(shù)據(jù)背后的復雜信息，就難以從表型數(shù)據(jù)中獲得實用的決策。為了獲取準確的作物表型信息，種植戶需要頻繁巡檢大棚，不僅耗費大量人力，還增加了管理成本，雖然，可以使用固定攝像頭進行監(jiān)測，但是，受限于攝像頭的固定位置，難以全面、近距離、實時獲取所有作物的表型信息。

2、在現(xiàn)有技術中，中國專利202110423414.5公開的一種大棚監(jiān)測機器人以及大棚檢測系統(tǒng)，大棚檢測機器人包括機架、轉動結構、滑動結構、數(shù)據(jù)采集模塊以及自鎖組件；轉動結構安裝與機架，滑動結構安裝于轉動結構，滑動結構帶動數(shù)據(jù)采集模塊伸縮，自鎖組件安裝于轉動結構和滑動結構之間，以使滑動結構在轉動結構停止工作后才能開始。能夠在大棚內隨意移動，且利用轉動結構和滑動結構的配合可以將數(shù)據(jù)采集模塊送至大棚內的任意位置，從而獲取大棚內更加全面更加詳細的數(shù)據(jù)，再利用對數(shù)據(jù)采集模塊的單向控制，從而對數(shù)據(jù)采集模塊形成保護，避免誤觸或者與大棚發(fā)生碰撞。中國專利202311828901.5公開的一種溫室大棚巡檢機器人系統(tǒng)和多源信息融合數(shù)據(jù)處理方法，由磁條、機器人系統(tǒng)、信息接收器、顯示終端組成，磁條置于溫室大棚的地面，機器人系統(tǒng)的無線傳輸單元將溫度傳感器對、濕度傳感器對、co2傳感器對中的數(shù)據(jù)傳輸至信息接收器，顯示終端包含有多源信息融合數(shù)據(jù)處理方法，包含參數(shù)預測模型和基于改進卡爾曼濾波的溫室參數(shù)測量模型，實現(xiàn)溫室溫度、濕度、co2、濃度數(shù)據(jù)的高精度測量?？蓪崿F(xiàn)溫室參數(shù)實時監(jiān)測，能降低技術成本的同時提高溫室作業(yè)智能化程度。中國專利202311837703.5公開的一種基于遠程巡檢機器人接口的農(nóng)業(yè)大棚智能控制系統(tǒng)，包括網(wǎng)絡模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊、服務器控制模塊和移動控制模塊；傳感器組采集農(nóng)業(yè)大棚內的農(nóng)作物生長因素參數(shù)；服務器控制模塊根據(jù)深度學習算法對農(nóng)作物生長因素參數(shù)和網(wǎng)絡數(shù)據(jù)進行處理，生成農(nóng)業(yè)任務，由巡檢機器人執(zhí)行農(nóng)業(yè)任務；移動控制模塊通過云端服務器將農(nóng)作物生長因素參數(shù)展示給用戶，并使得用戶能夠實時獲取巡檢機器人的任務執(zhí)行情況，對巡檢機器人的任務進行處理。具有能夠在對農(nóng)作物生長環(huán)境以及生長情況進行綜合分析、提高巡檢機器人的協(xié)同性和智能性、降低農(nóng)業(yè)投資風險等優(yōu)點。上述專利及現(xiàn)有技術中的技術方法沒有提供一種具備智能化水平較高的巡檢機器人，而且，存在人為記錄作物表型數(shù)據(jù)，容易產(chǎn)生誤差，同一個模型在不同種植環(huán)境中表現(xiàn)出的決策準確性差異較大，模型的泛化能力不足，固定監(jiān)測設備難以全面、近距離、實時地獲取所有作物的表型信息的問題。因此，研發(fā)設計一種智能大棚種植用巡檢機器人、控制系統(tǒng)及方法，解決上述問題，具有積極的經(jīng)濟和社會效益。

技術實現(xiàn)思路

0、
技術實現(xiàn)要素：

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的缺點，尋求設計一種包含多種功能性設備的自動巡檢機器人，對大棚內的作物進行自動巡檢和作物表型識別，實現(xiàn)農(nóng)作物的科學化種植。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的一種智能大棚種植決策控制裝置的主體結構包括：攝像頭、激光雷達、履帶、動力電池、控制芯片、驅動電機、底盤、支架；攝像頭用于捕捉大棚內的圖像信息，包括作物的表型識別，攝像頭可以實時傳輸高清圖像到控制芯片進行處理，激光雷達與攝像頭協(xié)同工作，對大棚內環(huán)境進行實時建模，生成精確的地圖，指導機器人的路徑規(guī)劃；控制芯片接收來自攝像頭和激光雷達的原始數(shù)據(jù)，進行圖像識別、三維建模等處理，分析作物的生長狀況、環(huán)境參數(shù)以及大棚內的空間布局；根據(jù)控制芯片的指令，驅動電機驅動履帶進行移動，使裝置能夠在大棚內自由移動。

3、本發(fā)明涉及的一種智能大棚種植決策控制系統(tǒng)中，驅動模塊提供動力，驅動機器人在大棚內移動，確保機器人能夠靈活應對不同的地形和障礙物；驅動模塊由電動機、履帶或輪胎等組成，電動機接收來自控制系統(tǒng)的指令，通過機械裝置將動力傳遞給履帶或輪胎；能夠通過調節(jié)速度和方向控制機器人的移動，使其在復雜的環(huán)境中靈活轉向，并克服障礙物，從而實現(xiàn)全面覆蓋與監(jiān)測；攝像頭和激光雷達導航模塊提供環(huán)境感知與導航功能，實現(xiàn)自主導航與避障，收集大棚內部的空間結構和障礙物分布信息，確保機器人安全移動；通過激光發(fā)射和接收反射信號，測量與周圍物體的距離，生成環(huán)境的二維或三維地圖，能幫助機器人實時更新地圖，識別障礙物并計算最佳路徑；攝像頭捕捉周圍環(huán)境的圖像信息，與激光雷達的數(shù)據(jù)結合，提供更全面的環(huán)境感知能力，攝像頭可以幫助識別動態(tài)對象、作物的狀態(tài)、以及潛在的障礙物；導航模塊可以制定出高效而安全的路徑計劃，從而減少人工干預；攝像頭模塊精準監(jiān)測和評估作物的生長狀態(tài)，提供實時圖像數(shù)據(jù)；幫助識別作物的生長狀況、病蟲害、營養(yǎng)缺乏等問題；攝像頭模塊通過拍攝作物的圖像，利用圖像處理算法分析作物的生長狀態(tài)；例如，可以檢測作物的色澤、形狀等特征，進而判斷其健康狀況；使用深度學習算法進行圖像識別，以便實現(xiàn)自動化的作物健康評估，這些分析結果會被傳送回主控系統(tǒng)，為種植者提供科學依據(jù)和決策支持；電路主板模塊作為系統(tǒng)的核心控制單元，協(xié)調各個模塊之間的工作；處理來自各個傳感器和攝像頭的數(shù)據(jù)，執(zhí)行決策和控制指令。

4、本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，通過攝像頭捕捉高清圖像，實時傳輸至控制芯片進行處理，對大棚內的作物進行表型識別；激光雷達與攝像頭協(xié)同工作，對大棚內環(huán)境進行實時三維建模，生成精確的地圖，為機器人的路徑規(guī)劃和精準作業(yè)提供基礎數(shù)據(jù)；控制芯片接受來自攝像頭和激光雷達的原始數(shù)據(jù)，進行圖像識別、三維建模等高級處理，分析作物的生長狀況、環(huán)境參數(shù)以及大棚內的空間布局；驅動電機根據(jù)控制芯片的指令，驅動履帶進行移動，執(zhí)行監(jiān)測任務，履帶設計增強了裝置的地面適應性和穩(wěn)定性，使其能夠在不同地形和土壤條件下自由移動，高效工作；智能大棚種植決策控制裝置通過自動化和智能化手段，實現(xiàn)了對大棚內環(huán)境的精準感知和精準作業(yè)，減少了人工干預產(chǎn)生的錯誤，降低了勞動力成本，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟效益；通過實時監(jiān)測和調控大棚內的環(huán)境參數(shù)，為作物提供了更加適宜的生長環(huán)境，有利于作物的健康生長和高產(chǎn)優(yōu)質。

技術特征：

1.一種智能大棚種植決策控制裝置，其特征在于，主體結構包括：攝像頭、激光雷達、履帶、動力電池、控制芯片、驅動電機、底盤、支架；其中，攝像頭用于捕捉大棚內的圖像信息，實時傳輸高清圖像到控制芯片進行處理，激光雷達與攝像頭協(xié)同工作，對大棚內環(huán)境進行實時建模，生成精確的地圖，指導機器人的路徑規(guī)劃；控制芯片接收來自攝像頭和激光雷達的原始數(shù)據(jù)，進行圖像識別、三維建模，分析作物的生長狀況、環(huán)境參數(shù)以及大棚內的空間布局，驅動電機根據(jù)控制芯片的指令驅動履帶進行移動。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種智能大棚種植決策控制裝置，其特征在于，履帶安裝于底盤下方，驅動電機安裝于履帶內部，與輪胎相固定，控制芯片安裝于驅動電機下方，動力電池安裝于與控制芯片相對一側；底盤上方安裝有可伸縮支架，支架頂端及支撐支架較短一側安裝有攝像頭，在支撐支架較短一側的底盤上，安裝有激光雷達。

3.一種智能大棚種植決策控制系統(tǒng)，其特征在于，主體結構包括：驅動模塊、攝像頭和激光雷達導航模塊、攝像頭模塊、電路主板模塊；其中，驅動模塊提供動力，驅動機器人在大棚內移動；攝像頭和激光雷達導航模塊提供環(huán)境感知與導航功能，收集大棚內部的空間結構和障礙物分布信息，通過激光發(fā)射和接收反射信號，測量與周圍物體的距離，生成環(huán)境的二維或三維地圖，使機器人實時更新地圖，識別障礙物并計算最佳路徑；攝像頭模塊監(jiān)測和評估作物的生長狀態(tài)，通過拍攝作物的圖像，利用圖像處理算法分析作物的生長狀態(tài)，使用深度學習算法進行圖像識別；電路主板模塊為核心控制單元，協(xié)調各個模塊之間的工作，處理來自各個傳感器和攝像頭的數(shù)據(jù)，執(zhí)行決策和控制指令。

4.根據(jù)權利要求3所述的一種智能大棚種植決策控制系統(tǒng)，其特征在于，驅動模塊包括電動機、履帶或輪胎，電動機接收指令，通過機械裝置將動力傳遞給履帶或輪胎；通過調節(jié)速度和方向控制機器人的移動。

5.根據(jù)權利要求3或4所述的一種智能大棚種植決策控制系統(tǒng)，其特征在于，電路主板模塊集成的電子元件，包括處理器、存儲器、電源管理模塊和通信接口；接收來自攝像頭模塊和激光雷達導航模塊的數(shù)據(jù)，并進行處理和分析；電路主板模塊與外部網(wǎng)絡連接，以進行遠程監(jiān)控和控制。

6.根據(jù)權利要求3所述的一種智能大棚種植決策控制系統(tǒng)，其特征在于，驅動模塊包括：履帶、驅動電機及動力電池，履帶驅動底盤的寬度為70cm，高度為40cm，底盤包含一個動力電池模組，單次完成1000米的巡檢；攝像頭和激光雷達導航模塊負責導航和地圖建模，對大棚內環(huán)境進行實時建模，生成地圖，指導機器人的路徑規(guī)劃和導航，通過激光雷達和攝像頭的結合，實時避障；攝像頭模塊包括tof攝像頭及其可伸縮支架，tof攝像頭捕捉作物的三維信息，為后續(xù)的嵌入式圖像識別分析作物表型提供含有距離的圖像數(shù)據(jù)，攝像頭支架可伸縮，以調整攝像頭的角度和高度。

7.根據(jù)權利要求5所述的一種智能大棚種植決策控制系統(tǒng)，其特征在于，電路主板模塊包括嵌入式計算子模塊、深度學習子模塊及通信子模塊；其中，嵌入式計算子模塊實時處理來自攝像頭的數(shù)據(jù)，通過嵌入式圖像識別算法，獲得作物表型數(shù)據(jù)分析；深度學習子模塊通過專家標定的環(huán)境數(shù)據(jù)和作物生長階段的相關性模型，對作物表型數(shù)據(jù)是否異常做出判斷，就作物的異常情況提出報警；通信子模塊與遠程服務器進行數(shù)據(jù)傳輸和通信，和在云端的大模型連接，根據(jù)作物表型數(shù)據(jù)和已有的知識庫，為用戶的疑問做文字或語音解釋。

8.根據(jù)權利要求7所述的一種智能大棚種植決策控制系統(tǒng)，其特征在于，深度學習子模塊，包括：數(shù)據(jù)處理單元，接收嵌入式計算子模塊實時處理來自攝像頭的數(shù)據(jù)，通過嵌入式圖像識別算法，獲得作物表型數(shù)據(jù)并分析。

9.一種智能大棚種植決策控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

10.根據(jù)權利要求9所述的一種智能大棚種植決策控制方法，其特征在于，構建多模態(tài)大模型的具體步驟包括：

技術總結
本發(fā)明屬于智能機器人技術領域，具體涉及一種智能大棚種植用巡檢機器人、控制系統(tǒng)及方法，通過攝像頭捕捉高清圖像，實時傳輸至控制芯片進行處理，對大棚內的作物進行表型識別；激光雷達與攝像頭協(xié)同工作，對大棚內環(huán)境進行實時三維建模，生成精確的地圖；控制芯片接受來自攝像頭和激光雷達的原始數(shù)據(jù)，進行圖像識別、三維建模等高級處理，分析作物的生長狀況、環(huán)境參數(shù)以及大棚內的空間布局；驅動電機根據(jù)控制芯片的指令，驅動履帶進行移動，執(zhí)行監(jiān)測任務；智能大棚種植決策控制裝置通過自動化和智能化手段，實現(xiàn)了對大棚內環(huán)境的精準感知和精準作業(yè)；通過實時監(jiān)測和調控大棚內的環(huán)境參數(shù)，為作物提供了更加適宜的生長環(huán)境。

技術研發(fā)人員：范博宇,蔣飛航,李強,熊衛(wèi)華,黃永
受保護的技術使用者：烏海市海勃灣區(qū)農(nóng)村建設投融資有限責任公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9