基于UWB导航和视觉识别的智能植物管理机器人及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于UWB导航和视觉识别的智能植物管理机器人及系统，控制终端和壳体均设置在底板的上部，壳体内设有液体存放箱体，机械臂的第一端设有喷头，喷头通过管路与液体存放箱体连通；机械臂的第二端与底板上部壳体范围内的位置固定，壳体开有用于机械臂伸缩进出的开口，轮组设置在底板的底部；视觉识别模块设置在底板的上部，视觉识别模块与控制终端通信连接，控制终端根据接收到的植物所在位置的UWB观测信号进行植物初定位，根据初定位结果进行机器人移动控制，根据植物所在位置的识别码信息进行植物重定位，根据重定位结果进行机械臂移动控制以进行液体喷洒控制；本发明专利技术提高了植物管理的效率和精度。明提高了植物管理的效率和精度。明提高了植物管理的效率和精度。

【技术实现步骤摘要】
基于UWB导航和视觉识别的智能植物管理机器人及系统


[0001]本专利技术涉及智能机器人
，特别涉及一种基于UWB导航和视觉识别的智能植物管理机器人及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。
[0003]目前，在名贵植物种植场所、办公大厅、学校、写字楼或者其他摆放植物的公共场所中，对植物的浇灌多采用人工的方式进行浇灌，但工人的方式费时费力，当植物的数量较多的时候往往会难以分清植物是否需要浇灌；同时，如果遇到特殊情况导致人工不在的时候，植物和花卉往往会缺乏水分甚至导致死亡。
[0004]专利技术人发现，市面上的智能浇花器也需要定期去换水，也无法对植物进行肥料的供给；且人们无法完全掌握植物所处环境的状态，如光照、土壤湿度、土壤PH值、温度等，难以进行量化管理。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于UWB导航和视觉识别的智能植物管理机器人及系统，可以对植物进行水分和肥料的供给，并且能实时反馈植物所处周边环境的参数和状态，同时配合视觉识别的方式，准确地对植物进行浇灌；可将无线信息传输装置插入植物的土壤之中，并产生UWB信号，机器人接收到信号后通过内部算法导航至植物周边，并通过视觉的辅助对植物进行浇灌，极大的提高了植物管理效率。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术第一方面提供了一种基于UWB导航和视觉识别的智能植物管理机器人。
[0008]一种基于UWB导航和视觉识别的智能植物管理机器人，包括：
[0009]机械臂、壳体、底板、轮组、视觉识别模块和控制终端；
[0010]控制终端和壳体均设置在底板的上部，壳体内设有液体存放箱体，机械臂的第一端设有喷头，喷头通过管路与液体存放箱体连通；
[0011]机械臂的第二端与底板上部壳体范围内的位置固定，壳体开有用于机械臂伸缩进出的开口，轮组设置在底板的底部；
[0012]视觉识别模块设置在底板的上部，视觉识别模块与控制终端通信连接，控制终端根据接收到的植物所在位置的UWB观测信号进行植物初定位，根据初定位结果进行机器人移动控制，根据植物所在位置的识别码信息进行植物重定位，根据重定位结果进行机械臂移动控制以进行液体喷洒控制。
[0013]作为可选的一些实现方式，轮组包括至少一组差速轮和至少两组万向轮，差速轮组设置在万向轮组之间，且各差速轮组与各万向轮组的轴线平行。
[0014]本专利技术第二方面提供了一种基于UWB导航和视觉识别的智能植物管理机器人的作业方法。
[0015]一种基于UWB导航和视觉识别的智能植物管理机器人的作业方法，采用中值均值滤波法对UWB观测距离进行滤波处理，对距离量进行判断，如果距离观测量的数量不满足taylor定位算法输入量的个数，则返回继续观测，否则通过taylor定位算法求解位置信息。
[0016]作为可选的一些实现方式，基于April Tag目标检测方法进行识别码的识别，包括：
[0017]April Tag目标检测中，阈值分割的阈值确定方法，包括：
[0018]找到每个像素周围区域的最小值和最大值，将图像分成4
×
4像素的块，并在每个块内计算极值，然后给每个像素分配一个白色或黑色的值，使用平均值(max+min)/2作为阈值。
[0019]进一步的，获取相机的中心坐标，结合第一坐标转换矩阵，得到二维码中心相对于相机的位姿；
[0020]获取机械臂的中心坐标，结合第二坐标转换矩阵，得到相机中心相对于机械臂中心的位姿；
[0021]获取需要浇灌的目标点的中心坐标，结合第三坐标转换矩阵，得到目标点中心相对于二维码标签中心的位姿；
[0022]综合二维码中心相对于相机的位姿、相机中心相对于机械臂中心的位姿以及目标点中心相对于二维码标签中心的位姿，得到需要浇灌的目标点中心相对于机械臂中心的位姿。
[0023]进一步的，根据得到的需要浇灌的目标点中心相对于机械臂中心的位姿，对机械臂的运动进行直线插补，以使得机械末端沿着直线对目标点进行浇灌，在沿着直线行进的过程中，采用滑模控制的策略使得机械臂能实时地对目标轨迹进行跟踪。
[0024]本专利技术第三方面提供了一种基于UWB导航和视觉识别的智能植物管理系统。
[0025]一种基于UWB导航和视觉识别的智能植物管理系统，包括第一方面所述的基于UWB导航和视觉识别的智能植物管理机器人以及无线信息传输装置，所述无线信息传输装置，包括：
[0026]UWB射频模块、装置外壳、光照传感器、二维码显示模块、土壤湿度传感元件、温度传感元件和PH值检测元件，UWB射频模块、光照传感器和二维码显示模块均设置在装置外壳上；装置外壳的底部设有用于插入植物所在位置土壤的插件，土壤湿度传感元件、温度传感元件和PH值检测元件均设置在插件上。
[0027]作为可选的一些实现方式，采用中值均值滤波法对UWB观测距离进行滤波处理，对距离量进行判断，如果距离观测量的数量不满足taylor定位算法输入量的个数，则返回继续观测，否则通过taylor定位算法求解位置信息。
[0028]作为可选的一些实现方式，基于April Tag的目标检测方法进行识别码的识别，April Tag的目标检测中，阈值分割的阈值确定方法，包括：找到每个像素周围区域的最小值和最大值，将图像分成4
×
4像素的块，并在每个块内计算极值，然后给每个像素分配一个白色或黑色的值，使用平均值(max+min)/2作为阈值。
[0029]进一步的，获取相机的中心坐标，结合第一坐标转换矩阵，得到二维码中心相对于相机的位姿；
[0030]获取机械臂的中心坐标，结合第二坐标转换矩阵，得到相机中心相对于机械臂中
心的位姿；
[0031]获取需要浇灌的目标点的中心坐标，结合第三坐标转换矩阵，得到目标点中心相对于二维码标签中心的位姿；
[0032]综合二维码中心相对于相机的位姿、相机中心相对于机械臂中心的位姿以及目标点中心相对于二维码标签中心的位姿，得到需要浇灌的目标点中心相对于机械臂中心的位姿。
[0033]进一步的，根据得到的需要浇灌的目标点中心相对于机械臂中心的位姿，对机械臂的运动进行直线插补，以使得机械末端沿着直线对目标点进行浇灌，在沿着直线行进的过程中，采用滑模控制的策略使得机械臂能实时地对目标轨迹进行跟踪。
[0034]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0035]1、本专利技术所述的基于UWB导航和视觉识别的智能植物管理机器人及系统，可以对植物进行水分和肥料的供给，并且能实时反馈植物所处周边环境的参数和状态，同时配合视觉识别的方式，准确地对植物进行浇灌；可将无线信息传输装置插入植物的土壤之中，并产生UWB信号，机器人接收到信号后通过内部算法导航至植物周边，并通过视觉的辅助对植物进行浇灌，极大的提高了植本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于UWB导航和视觉识别的智能植物管理机器人，其特征在于：包括：机械臂、壳体、底板、轮组、视觉识别模块和控制终端；控制终端和壳体均设置在底板的上部，壳体内设有液体存放箱体，机械臂的第一端设有喷头，喷头通过管路与液体存放箱体连通；机械臂的第二端与底板上部壳体范围内的位置固定，壳体开有用于机械臂伸缩进出的开口，轮组设置在底板的底部；视觉识别模块设置在底板的上部，视觉识别模块与控制终端通信连接，控制终端根据接收到的植物所在位置的UWB观测信号进行植物初定位，根据初定位结果进行机器人移动控制，根据植物所在位置的识别码信息进行植物重定位，根据重定位结果进行机械臂移动控制以进行液体喷洒控制。2.如权利要求1所述的基于UWB导航和视觉识别的智能植物管理机器人，其特征在于：轮组包括至少一组差速轮和至少两组万向轮，差速轮组设置在万向轮组之间，且各差速轮组与各万向轮组的轴线平行。3.一种权利要求1或2所述的基于UWB导航和视觉识别的智能植物管理机器人的作业方法，其特征在于：采用中值均值滤波法对UWB观测距离进行滤波处理，对距离量进行判断，如果距离观测量的数量不满足taylor定位算法输入量的个数，则返回继续观测，否则通过taylor定位算法求解位置信息。4.如权利要求3所述的作业方法，其特征在于：基于April Tag的目标检测方法进行识别码的识别，包括：April Tag的目标检测中，阈值分割的阈值确定方法，包括：找到每个像素周围区域的最小值和最大值，将图像分成4
×
4像素的块，并在每个块内计算极值，然后给每个像素分配一个白色或黑色的值，使用平均值(max+min)/2作为阈值。5.如权利要求4所述的作业方法，其特征在于：获取相机的中心坐标，结合第一坐标转换矩阵，得到二维码中心相对于相机的位姿；获取机械臂的中心坐标，结合第二坐标转换矩阵，得到相机中心相对于机械臂中心的位姿；获取需要浇灌的目标点的中心坐标，结合第三坐标转换矩阵，得到目标点中心相对于二维码标签中心的位姿；综合二维码中心相对于相机的位姿、相机中心相对于机械臂中心的位姿以及目标点中心相对于二维码标签中心的位姿，得到需要浇灌的目标点中心相对于机械臂中心的位姿。6.如权利要求5所述的作业方法，其特征在于：根据得到的需要浇灌的目标点中心相对于机械臂中心的位姿，对机械...

【专利技术属性】
技术研发人员：周军，石少杰，丁忠，皇攀凌，高新彪，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：