一种农田专用除草机器人及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种农田专用除草机器人，属于农业机械技术领域，包括移动小车主体、行驶轮、除草机构和机械抓手，所述移动小车主体上安装有若干个行驶轮，行驶轮由安装在移动小车主体中的行驶轮驱动装置驱动运行，移动小车主体上安装有可调节除草机械臂机构，可调节除草机械臂机构上安装有除草机构和机械抓手，所述移动小车主体内置有用于控制可调节除草机械臂机构、行驶轮驱动装置、除草机构和机械抓手的工控机以及动力模块，与现有技术相比，本发明专利技术的有益效果是：利用现代信息技术与农业深度的跨界融合，通过引入深度学习模型使传统意义上的智能除草机器人过度到智慧化的农业除草机器人，提高了除草机器人的工作效率与工作质量。

【技术实现步骤摘要】
一种农田专用除草机器人及其控制方法
本专利技术涉及一种农业机械，具体是一种农田专用除草机器人及其控制方法。
技术介绍
众所周知，杂草一直是危害农田作物茁壮成长的一大田间杀手，杂草丛生不仅和农田作物竞争土壤养分，而且还夺取有限的生长空间和太阳光照，同时还容易诱发田间灾害，严重影响农田作物的生长，导致农田作物的减产。我国农业的田间除草主要以传统的方式进行，例如人工喷洒农药、人工机械除草等，大量的喷洒农药不仅污染环境而且不利于农田作物的生长，同时也会存在药物残留问题，而人工机械除草的方式效率低下，劳动成本过高，不适合大田作业。随着我国农业现代化进程的不断加快，全民环保意识的不断增强，传统的田间除草方式不再适用，同时现有的智能除草机器人智能化程度有待提高，为响应国家的号召，因此急需一种农田专用除草机器人及其控制方法来解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种农田专用除草机器人及其控制方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种农田专用除草机器人，包括移动小车主体、行驶轮、除草机构和机械抓手，所述移动小车主体上安装有若干个行驶轮，行驶轮由安装在移动小车主体中的行驶轮驱动装置驱动运行，移动小车主体上安装有可调节除草机械臂机构，可调节除草机械臂机构上安装有除草机构和机械抓手，所述移动小车主体内置有用于控制可调节除草机械臂机构、行驶轮驱动装置、除草机构和机械抓手的工控机以及动力模块；所述移动小车主体和可调节除草机械臂机构上分别安装有深度相机一和深度相机二，深度相机一通过相机支架安装在移动小车主体上，深度相机一和深度相机二均与工控机电气连接。作为本专利技术再进一步的方案：所述深度相机一为基于TOF原理的微软KinectV2，深度相机二为基于三角测量法的英特尔RealsenseD435。作为本专利技术再进一步的方案：所述动力模块为可充电电源，可充电电源为48V的可充电锂电池或者铅蓄电池，可充电电源可拆卸的安装在所述移动小车主体后方中间位置的凹槽内，凹槽处安装有电源罩，将可充电电源封装在内，移动小车主体上设有充电接口。作为本专利技术再进一步的方案：所述移动小车主体采用钣金材料制成，移动小车主体上设有启动按钮、急停按钮。作为本专利技术再进一步的方案：所述行驶轮与移动小车主体可拆卸连接，所述行驶轮为直径250mm的越野实心橡胶轮胎。作为本专利技术再进一步的方案：所述可调节除草机械臂机构通过底座固定座固定在滑动挡板上，滑动挡板插接安装在固定于移动小车主体表面的U型固定板上，U型固定板的两侧壁上均开设有用于与滑动挡板相互配合的槽口。作为本专利技术再进一步的方案：还包括安装在移动小车主体前后侧的移动小车保险杠，移动小车保险杠采用合金材料制成。作为本专利技术再进一步的方案：所述的可调节除草机械臂机构包括底座、第一横臂、第一竖臂、第二横臂、第二竖臂和横轴，所述底座安装在底座固定座上，底座固定座内置用于驱动底座相对于底座固定座转动的伺服电机，第一横臂与底座转动连接，第一横臂由伺服电机驱动可相对于底座转动，第一横臂的自由端位置与第一竖臂固定连接，所述第二横臂的一端与第二竖臂转动连接，且第二横臂由其内置的伺服电机驱动可相对于第二竖臂转动，第二横臂的另一端与第一竖臂固定连接，第二竖臂的自由端位置固定连接横轴，横轴的两端位置分别安装有除草机构和机械抓手，且除草机构和机械抓手由横轴内置的伺服电机驱动，使得除草机构和机械抓手可相对于横轴转动。作为本专利技术再进一步的方案：所述整除草机构包括高速旋转电机和安装在高速旋转电机输出轴上的除草刀具；所述机械抓手包括机械手臂和安装在机械手臂上的液压手爪，液压手爪为电动液压抓手。一种农田专用除草机器人的控制方法，其包括以下步骤：S1、利用深度学习中的深度卷积神经网络，根据区域提议算法共享卷积特征，通过采集的数据集训练杂草和农作物分类与识别深度模型，以实现接近实时的帧率目标检测；S2、将训练得到的杂草和农作物分类与识别深度模型部署到工控机的操作系统中；S3、对深度相机一、深度相机二和可调节除草机械臂机构进行室外环境标定，实现室外空间三维立体建模；S4、通过相机支架上的深度相机一获取移动小车主体前方区域的杂草密度，并且确定其对应的三维空间坐标信息，实现粗略定位；S5、通过横轴上的深度相机二进一步的辅助定位，最终确定杂草的精确位置和姿态，实现精准定位；S6、通过将杂草的三维空间坐标信息转换成除草机器人的坐标信息，进而指导可调节除草机械臂机构完成精准的运动路径规划和除草操作。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：（1）支持可调节除草机械臂机构位置的调节和移动小车主体行驶轮的更换，使可调节除草机械臂机构和移动小车主体能适用于不同的杂草环境与田间场地，从机械原理的设计角度，采用更近实际的设计理念；（2）本专利技术可调节除草机械臂机构上的除草设备和机械抓手独立交互运行，区别于现有的机械臂除草设备，除草设备用来高效除草，机械抓手可以将所除杂草回收或者精准施肥，实现了机械臂末端的多功能交互操作；（3）本专利技术中深度相机的使用，通过两种深度相机相互配合精准识别杂草的位置以及杂草的形态，一方面提高了杂草的识别和定位精度，另一方面也有利于除草机械臂装置的运动路径规划和除草操作，提高了农田除草的效率和精度；（4）本专利技术利用现代信息技术与农业深度的跨界融合，通过引入深度学习模型使传统意义上的智能除草机器人过度到智慧化的农业除草机器人，提高了除草机器人的工作效率与工作质量，大大的推动了智慧除草机器人的发展。附图说明图1为本专利技术一种农田专用除草机器人的前方整体结构示意图。图2为本专利技术一种农田专用除草机器人的后方整体结构示意图。图3为本专利技术一种农田专用除草机器人的除草方式示意图。图4为本专利技术一种农田专用除草机器人的回收杂草示意图。图5为本专利技术一种农田专用除草机器人的正常行驶状态示意图。图6为本专利技术一种农田专用除草机器人中U型固定板的结构示意图。图7为本专利技术一种农田专用除草机器人中相机支架的结构示意图。图8为本专利技术一种农田专用除草机器人中除草设备的结构示意图。图9为本专利技术一种农田专用除草机器人中机械抓手的结构示意图。图10为本专利技术一种农田专用除草机器人的控制方法的系统整体原理图。图11为本专利技术一种农田专用除草机器人的控制方法的示意图。图12为本专利技术一种农田专用除草机器人的工作原理图。图中：1、移动小车主体；2、行驶轮；3、行驶轮驱动装置；4、移动小车保险杠；5相机支架；6、深度相机一；7、U型固定板；8、滑动挡板；9、底座；10、第一横臂；11、第一竖臂；12、第二横臂；13、第二竖臂；14、横轴；15、除草机构；16、机械抓手；17、深度相机二；18、电源罩；19、充电接口；20、启动按钮；21、急停按钮；22、底座固定座。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实施例公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。实施例1请参阅图1～7，本专利技术实施例中，一种农田专用除草机器人，包括移动小车主体1、行驶轮2、除草机构1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种农田专用除草机器人，包括移动小车主体（1）、行驶轮（2）、除草机构（15）和机械抓手（16），所述移动小车主体（1）上安装有若干个行驶轮（2），行驶轮（2）由安装在移动小车主体（1）中的行驶轮驱动装置（3）驱动运行，移动小车主体（1）上安装有可调节除草机械臂机构，可调节除草机械臂机构上安装有除草机构（15）和机械抓手（16），所述移动小车主体（1）内置有用于控制可调节除草机械臂机构、行驶轮驱动装置（3）、除草机构（15）和机械抓手（16）的工控机以及动力模块，其特征在于：所述移动小车主体（1）和可调节除草机械臂机构上分别安装有深度相机一（6）和深度相机二（17），深度相机一（6）通过相机支架（5）安装在移动小车主体（1）上，深度相机一（6）和深度相机二（17）均与工控机电气连接。

【技术特征摘要】
1.一种农田专用除草机器人，包括移动小车主体（1）、行驶轮（2）、除草机构（15）和机械抓手（16），所述移动小车主体（1）上安装有若干个行驶轮（2），行驶轮（2）由安装在移动小车主体（1）中的行驶轮驱动装置（3）驱动运行，移动小车主体（1）上安装有可调节除草机械臂机构，可调节除草机械臂机构上安装有除草机构（15）和机械抓手（16），所述移动小车主体（1）内置有用于控制可调节除草机械臂机构、行驶轮驱动装置（3）、除草机构（15）和机械抓手（16）的工控机以及动力模块，其特征在于：所述移动小车主体（1）和可调节除草机械臂机构上分别安装有深度相机一（6）和深度相机二（17），深度相机一（6）通过相机支架（5）安装在移动小车主体（1）上，深度相机一（6）和深度相机二（17）均与工控机电气连接。2.根据权利要求1所述的一种农田专用除草机器人，其特征在于，所述深度相机一（6）为基于TOF原理的微软KinectV2，深度相机二（17）为基于三角测量法的英特尔RealsenseD435。3.根据权利要求1所述的一种农田专用除草机器人，其特征在于，所述动力模块为可充电电源，可充电电源为48V的可充电锂电池或者铅蓄电池，可充电电源可拆卸的安装在所述移动小车主体（1）后方中间位置的凹槽内，凹槽处安装有电源罩（18），将可充电电源封装在内，移动小车主体上设有充电接口（19）。4.根据权利要求1所述的一种农田专用除草机器人，其特征在于，所述移动小车主体（1）采用钣金材料制成，移动小车主体（1）上设有启动按钮（20）、急停按钮（21）。5.根据权利要求1所述的一种农田专用除草机器人，其特征在于，所述行驶轮（2）与移动小车主体（1）可拆卸连接，所述行驶轮（2）为直径250mm的越野实心橡胶轮胎。6.根据权利要求1所述的一种农田专用除草机器人，其特征在于，所述可调节除草机械臂机构通过底座固定座（22）固定在滑动挡板（8）上，滑动挡板（8）插接安装在固定于移动小车主体（1）表面的U型固定板（7）上，U型固定板（7）的两侧壁上均开设有用于与滑动挡板（8）相互配合的槽口。7.根据权利要求1-6任一所述的一种农田专用除草机器人，其特征在于，还包括安装在移动小车主体（1）前后侧的移动小车...

【专利技术属性】
技术研发人员：李绍稳，张乐，金秀，傅雷扬，段慧茹，吴超豪，王志玲，张理，张蕴，
申请(专利权)人：安徽农业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34