一种智能农业机器人及其控制方法技术

本发明专利技术提供了一种智能农业机器人及其控制方法，包括移动机构和设置在移动机构上的视觉导航机构、超声波测距传感器、控制机构、视觉机构和执行末端；视觉机构用于进行目标检测，超声波测距传感器实时检测前进方向障碍物，移动机构根据视觉导航机构和超声波测距传感器获取的数据移动；视觉机构用于对目标农作物检测；控制机构通过位置数据获取目标农作物的三维坐标信息和农作物信息并以此确定执行区域；执行末端对目标农作物相应的进行采摘、授粉、喷药或施肥。本发明专利技术是集采摘、施肥、授粉、喷药等多功能为一体的机器人，可以适应在多种类番茄的各个生长阶段，能够提高劳动生产率和作业质量，降低种植者的劳动强度，节约了人力资源。

【技术实现步骤摘要】
一种智能农业机器人及其控制方法
本专利技术涉及精准农业与人工智能领域，特别涉及一种智能农业机器人及其控制方法。
技术介绍
随着农业信息化技术的不断发展，机器人开始在农业生产中使用，使用机器人替代农业劳动者，不但可以大幅提高劳动生产率、降低劳动力成本，在解决劳动力不足、降低工人劳动程度、提高工人劳动的舒适度和工人的劳动危险性等方面也起到重要作用，还能减少农药对土壤和水资源等自然环境的破坏，对我国农业信息化发展起到推动作用。目前农业机器人多为专业机器人，作业功能都比较单一，例如采摘机器人只能完成采摘功能、打药机器人只能进行打药操作、授粉机器人只能完成授粉操作，都没有从解决农业生产的全流程考虑，没有从种植过程的统一性方面克服作业的精准性和复杂性。市场上对番茄的种植生产多使用人工种植，由于番茄果树多半不高，种植范围相对比较密集，番茄在成熟期时果实密度大，对番茄的种植技术要求较高，耗时耗力；随着人力成本的不断提高，种植成本进一步增加，故开发一种对番茄全生产过程进行精准作业的多功能作业机器人装置具有较大的实用价值和市场前景。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于上述技术缺陷和应用需求，本申请提出一种智能农业机器人及其控制方法，旨在解决现有农业机器人功能单一，难以在复杂环境下工作等问题。(二)技术方案为解决上述问题，本专利技术提供一种智能农业机器人，包括：移动机构和设置在所述移动机构上的视觉导航机构、超声波测距传感器、控制机构、视觉机构和执行末端；所述导航机构用于进行目标检测，所述超声波测距传感器实时检测前进方向障碍物，所述移动机构根据所述视觉导航机构和所述超声波测距传感器获取的数据移动；所述视觉机构用于对目标农作物检测，以获得目标农作物在三维空间对应的位置数据，并将所述位置数据传输给所述控制机构；所述控制机构通过所述位置数据获取所述目标农作物的三维坐标信息和农作物信息，并以此确定执行区域；所述执行末端在所述执行区域对所述目标农作物相应的进行采摘、授粉、喷药或施肥。进一步地，所述执行末端包括：采摘装置、授粉装置、喷药装置和施肥装置；所述采摘装置、授粉装置、喷药装置和施肥装置分别与所述控制机构电连接，以分别相应的进行采摘、授粉、喷药或施肥。进一步地，所述执行末端还包括：机械臂；所述机械臂第一端转动连接在所述控制机构上，所述机械臂的第二端设置有所述采摘装置和所述授粉装置。进一步地，所述执行末端还包括：垂直滑台和水平滑台；所述垂直滑台设置在所述移动机构上，所述水平滑台沿竖直方向可滑动地设置在所述垂直滑台上，所述喷药装置和所述施肥装置沿水平方向可滑动地设置在所述水平滑台上。进一步地，所述执行末端还包括：存储装置；所述存储装置包括：采摘篮和药水箱；所述采摘篮邻近所述采摘装置，设置在所述移动机构上；所述药水箱内设有施肥箱和杀虫箱，所述施肥箱与所述施肥装置连通，所述杀虫箱与所述喷药装置连通。进一步地，所述智能农业机器人还包括：导航线；所述导航线按照预设行进路线设置，且所述导航线上设置有拐弯和停止二维码标志，所述视觉导航机构实时识别所述导航线，以保证沿着所述导航线前进。进一步地，所述智能农业机器人还包括：旋转装置；所述旋转装置固定在所述垂直滑台上，所述视觉机构通过所述旋转装置可转动的设置在所述垂直滑台上。为解决上述问题，本专利技术提供一种智能农业机器人的控制方法，所述控制方法包括如下步骤：步骤S1：视觉机构实时进行目标检测，超声波测距传感器实时检测前进方向障碍物，移动机构根据视觉导航机构和超声波测距传感器获取的数据移动；步骤S2：若视觉机构检测到当前区域内存在目标农作物，移动机构停止前行；视觉机构对当前区域内的标农作物检测，以获得对全部目标农作物在三维空间对应的位置数据，并将位置数据传输给控制机构，控制机构通过位置数据获取目标农作物的三维坐标信息和农作物信息；步骤S3：控制机构根据三维坐标信息和农作物信息确定执行区域，执行末端在执行区域对目标农作物进行相应的采摘、授粉、喷药或施肥；步骤S4：移动机构重新根据视觉导航机构和超声波测距传感器获取的数据移动，重新开始执行步骤S2，直至所有对象处理完毕。进一步地，步骤S3具体包括：步骤S31：控制机构根据三维信息和农作物信息确认执行区域；步骤S32：机械臂、垂直滑台和水平滑台将采摘装置、授粉装置、喷药装置和施肥装置移动到执行区域；步骤S33：采摘装置、授粉装置、喷药装置和施肥装置开始作业，以分别相应的进行采摘、授粉、喷药或施肥；步骤S34：返回继续执行步骤S31，直至将执行区域内存在的全部目标农作物进行采摘、授粉、喷药或施肥。进一步地，视觉机构通过神经网络模型实现对目标农作物在三维空间的位置数据，神经网络模型的建立包括如下步骤：获取目标农作物的GRB彩色图像和3D点云信息，将所述RGB彩色图像作为第一训练集，对所述第一训练集进行标注；用YOLOv3对标注后的第一训练集进行训练，得到所述样本的成熟度和品质等级进行分类和识别的第一神经网络模型，并获取二维训练结果；对所述RGB彩色图像进行分割处理，获取目标检测物所在区域，再用二值化算法进行灰度处理并裁剪，获取只包含所述目标检测物及周围区域的灰度图；将所述灰度图中与3D点云信息一一对应，随机选择对应后的点云作为第二训练集；用PointNet网络对所述二维训练结果和所述第二训练集进行训练，得到所述样本的番茄的大小、位姿、坐标、质量、品质等级和成熟度进行分类和识别的第二神经网络模型。(三)有益效果本专利技术提供一种智能农业机器人及其控制方法，本专利技术提供的智能农业机器人是集采摘、施肥、授粉、喷药等多功能为一体的机器人，可以适应在多种类番茄的各个生长阶段，能够提高劳动生产率和作业质量，降低种植者的劳动强度，大大节约人力资源。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的智能农业机器人的主视图；图2是本专利技术实施例提供的智能农业机器人的斜视图；图3是本专利技术实施例提供的智能农业机器人的工作流程图；图4是本专利技术实施例提供的智能农业机器人的功能架构图；其中，1、视觉机构；2、采摘装置；3、授粉装置；4、喷药装置；5、施肥装置；6、机械臂；7、采摘篮；8、超声波测距传感器；9、移动机构；10、垂直滑台；12、水平滑台；13、药水箱；14、控制机构；15、旋转装置；16、视觉导航机构；17、导航线。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能农业机器人，其特征在于，包括：/n移动机构和设置在所述移动机构上的视觉导航机构、超声波测距传感器、控制机构、视觉机构和执行末端；/n所述视觉机构用于进行目标检测，所述超声波测距传感器实时检测前进方向障碍物，所述移动机构根据所述视觉导航机构和所述超声波测距传感器获取的数据移动；所述视觉机构用于对目标农作物检测，以获得目标农作物在三维空间对应的位置数据，并将所述位置数据传输给所述控制机构；所述控制机构通过所述位置数据获取所述目标农作物的三维坐标信息和农作物信息，并以此确定执行区域；所述执行末端在所述执行区域对所述目标农作物相应的进行采摘、授粉、喷药或施肥。/n

【技术特征摘要】
1.一种智能农业机器人，其特征在于，包括：
移动机构和设置在所述移动机构上的视觉导航机构、超声波测距传感器、控制机构、视觉机构和执行末端；
所述视觉机构用于进行目标检测，所述超声波测距传感器实时检测前进方向障碍物，所述移动机构根据所述视觉导航机构和所述超声波测距传感器获取的数据移动；所述视觉机构用于对目标农作物检测，以获得目标农作物在三维空间对应的位置数据，并将所述位置数据传输给所述控制机构；所述控制机构通过所述位置数据获取所述目标农作物的三维坐标信息和农作物信息，并以此确定执行区域；所述执行末端在所述执行区域对所述目标农作物相应的进行采摘、授粉、喷药或施肥。


2.根据权利要求1所述的智能农业机器人，其特征在于，所述执行末端包括：采摘装置、授粉装置、喷药装置和施肥装置；所述采摘装置、授粉装置、喷药装置和施肥装置分别与所述控制机构电连接，以分别相应的进行采摘、授粉、喷药或施肥。


3.根据权利要求2所述的智能农业机器人，其特征在于，所述执行末端还包括：机械臂；所述机械臂的第一端转动连接在所述控制机构上，所述机械臂的第二端设置有所述采摘装置和所述授粉装置。


4.根据权利要求2所述的智能农业机器人，其特征在于，所述执行末端还包括：垂直滑台和水平滑台；所述垂直滑台设置在所述移动机构上，所述水平滑台沿竖直方向可滑动地设置在所述垂直滑台上，所述喷药装置和所述施肥装置沿水平方向可滑动地设置在所述水平滑台上。


5.根据权利要求2所述的智能农业机器人，其特征在于，所述执行末端还包括：存储装置；所述存储装置包括：采摘篮和药水箱；所述采摘篮邻近所述采摘装置，设置在所述移动机构上；所述药水箱内设有施肥箱和杀虫箱，所述施肥箱与所述施肥装置连通，所述杀虫箱与所述喷药装置连通。


6.根据权利要求2所述的智能农业机器人，其特征在于，所述智能农业机器人还包括：导航线；所述导航线按照预设行进路线设置，且所述导航线上设置有拐弯和停止二维码标志，所述视觉导航机构实时识别所述导航线，以保证沿着所述导航线前进。


7.根据权利要求4所述的智能农业机器人，其特征在于，所述智能农业机器人还包括：旋转装置；所述旋转装置固定在所述垂直滑台上，所述视觉机构通过所述旋转装置可转动的设置在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：林森，郭文忠，刘玉坤，文朝武，贾海遥，王少磊，徐凡，贾冬冬，李友丽，周波，陈红，
申请(专利权)人：北京农业智能装备技术研究中心，
类型：发明
国别省市：北京;11