一种用于花朵授粉的路径规划方法、设备及介质技术

本说明书实施例公开了一种用于花朵授粉的路径规划方法、设备及介质，涉及花朵授粉技术领域，方法包括：采集待授粉植株的待授粉植株点云数据进行语义分割，生成花柱位置数据；通过点对特征法，根据花柱位置数据，确定花柱位姿数据，确定每个待授粉花柱的花蕊朝向信息；基于花蕊朝向信息，确定授粉路径规划终点和预授粉点，计算预授粉点与授粉路径规划终点之间的距离，大于预设距离设定值时，通过预授粉点和授粉路径规划终点，构建参考坐标系；在参考坐标系中，确定叶片障碍物集合，根据指定区域内的叶片障碍物集合，建立采样空间，以便于通过改进人工势场法的BI

【技术实现步骤摘要】
一种用于花朵授粉的路径规划方法、设备及介质


[0001]本说明书涉及花朵授粉
，尤其涉及一种用于花朵授粉的路径规划方法、设备及介质。

技术介绍

[0002]在农作物种植过程中，为提高作物产量，授粉是必要行为，由于花朵大多被叶面所遮挡，因此人工授粉成为较佳的解决方案，但随着社会的发展，人工不再满足社会需要，面临大量待授粉植株时人工授粉需要大量人力，并且授粉效率无法保障。随着智能种植业的不断发展，智能机器人与农业生产相结合将进一步推动精准农业发展的步伐，是未来农业发展的必要需求，不仅会大大地降低劳动力输出，智能化和精准化程度也得到较大提高，有效地提高农产品生产效率和产品质量。
[0003]在通过机器人对花朵进行自动授粉时，需要规划授粉路径，一般情况下，使用快速扩展随机树(rapidly exploring random tree，RRT)算法进行路径规划，但是不同花朵的位姿和叶片情况分布不一，且RRT算法的随机性太强，导致路径规划效率较低，规划出的路径无法满足实际授粉需求。

技术实现思路

[0004]本说明书一个或多个实施例提供了一种用于花朵授粉的路径规划方法、设备及介质，用于解决如下技术问题：不同花朵的位姿和叶片情况分布不一，且RRT算法的随机性太强，导致路径规划效率较低，规划出的路径无法满足实际授粉需求。
[0005]本说明书一个或多个实施例采用下述技术方案：
[0006]本说明书一个或多个实施例提供一种用于花朵授粉的路径规划方法，所述方法包括：采集待授粉植株的待授粉植株点云数据，以对所述待授粉植株点云数据进行语义分割，生成所述待授粉植株的多个待授粉花柱的花柱位置数据；通过点对特征法，根据每个所述待授粉花柱的花柱位置数据，确定每个所述待授粉花柱的花柱位姿数据，以基于所述花柱位姿数据，确定每个所述待授粉花柱的花蕊朝向信息；基于每个所述待授粉花柱的花蕊朝向信息，确定授粉路径规划终点和预授粉点，计算所述预授粉点与所述授粉路径规划终点之间的距离，当所述距离大于预设距离设定值时，通过所述预授粉点和所述授粉路径规划终点，构建参考坐标系；在所述参考坐标系中，确定所述预授粉点和所述授粉路径规划终点对应的指定区域内的叶片障碍物集合，根据所述指定区域内的叶片障碍物集合，建立采样空间，以便于通过改进人工势场法的BI
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RRT算法，在建立的所述采样空间中生成每个待授粉花柱对应的授粉路径，实现所述待授粉植株的授粉。
[0007]进一步地，基于每个所述待授粉花柱的花蕊朝向信息，确定授粉路径规划终点和预授粉点，具体包括：预先构建每个待授粉花柱对应的虚拟圆柱结构，其中，所述虚拟圆柱结构包括花柱半径；根据每个所述待授粉花柱的花蕊朝向信息，在所述虚拟圆柱结构中确定与所述花蕊朝向信息对应的指定底面，将所述指定底面的圆心作为所述授粉路径规划终
点；以所述授粉路径规划终点为起点，以预先获取的初始授粉起点为终点，每间隔指定距离，在指定方向上依次生成多个参考预授粉点，其中，所述指定方向与每个所述待授粉花柱的花蕊朝向信息相关；依次确定所述多个参考预授粉点与预先确定的授粉起点之间的叶片障碍物信息，其中，所述叶片障碍物信息包括叶片障碍物数量；基于所述叶片障碍物信息，在所述多个参考预授粉点中，确定符合要求的预授粉点，其中，所述符合要求的预授粉点对应的叶片障碍物信息为叶片障碍物数量小于预设数量阈值。
[0008]进一步地，通过所述预授粉点和所述授粉路径规划终点，构建参考坐标系，具体包括：连接所述预授粉点和所述授粉路径规划终点，作为X轴，并以所述X轴的正方向设置为所述预授粉点指定所述授粉路径规划终点的方向；基于所述X轴，确定出包含所述X轴且垂直于地面的第一平面；在所述第一平面中确定所述预授粉点和所述授粉路径规划终点的连线的中点，以基于所述中点构建Y轴，且所述Y轴的正方向为所述待授粉植株的生长方向，其中，所述Y轴属于所述第一平面且所述Y轴与所述X轴垂直；基于所述X轴和所述Y轴，确定Z轴，将所述Z轴的正方向设置为指定方向。
[0009]进一步地，在所述参考坐标系中，确定所述预授粉点和所述授粉路径规划终点对应的指定区域内的叶片障碍物集合，具体包括：获取预先构建的每个待授粉花柱对应的虚拟圆柱结构，确定所述虚拟圆柱结构中的花柱半径，以基于所述花柱半径生成查找半径；以所述预授粉点和所述授粉路径规划终点之间的连线作为轴，根据所述查找半径，生成圆柱体叶片障碍物查找区域；在所述圆柱体叶片障碍物查找区域内，按照预设顺序进行叶片障碍物查找，生成有序叶片障碍物集合。
[0010]进一步地，根据所述指定区域内的叶片障碍物集合，建立采样空间，具体包括：在所述有序叶片障碍物集合中，基于所述参考坐标系依次对每个叶片障碍物进行坐标分析，得到每个叶片障碍物对应的多个叶片点位置坐标；根据所述多个叶片点位置坐标，在每个叶片障碍物的多个叶片点中确定出多个局部可选点，其中，所述局部可选点包括Z值最大值对应的叶片点、Z值最小值对应的叶片点、Y值最大值对应的叶片点和Y值最小值对应的叶片点中的任意一项或多项；确定每个所述局部可选点与所述预授粉点或所述授粉路径规划终点的距离，按照距离由小到大的顺序，生成每个叶片障碍物对应的局部可选点有序子集；通过每个叶片障碍物对应的局部可选点有序子集，建立所述采样空间。
[0011]进一步地，通过每个叶片障碍物对应的局部可选点有序子集，建立所述采样空间，具体包括：基于每个叶片障碍物对应的局部可选点有序子集、所述预授粉点和所述授粉路径规划终点，确定至少一个局部可选点、所述预授粉点和所述授粉路径规划终点之间的至少一个局部线段；生成每个所述局部线段对应的局部圆柱体，以得到多个局部圆柱体；确定所述多个局部圆柱体之间的重叠区域，将所述多个局部圆柱体中除所述重叠区域之外的其他区域进行叠加，得到所述采样空间。
[0012]进一步地，基于每个叶片障碍物对应的局部可选点有序子集、所述预授粉点和所述授粉路径规划终点，确定至少一个局部可选点、所述预授粉点和所述授粉路径规划终点之间的至少一个局部线段，具体包括：在所述有序叶片障碍物集合中，确定位于首位的第一叶片障碍物，以确定所述第一叶片障碍物对应的第一局部可选点有序子集；在所述第一局部可选点有序子集中，确定位于首位的第一局部可选点，对所述第一局部可选点与所述预授粉点进行连接判断，以判断所述第一局部可选点与所述预授粉点的连线之间是否存在叶
片障碍物；若所述连线之间存在所述叶片障碍物，则获取所述第一局部可选点有序子集中位于所述第一局部可选点之后的第二局部可选点；对所述第二局部可选点与所述预授粉点进行连接判断，以判断所述第二局部可选点与所述预授粉点的连线之间是否存在叶片障碍物；若所述连线之间不存在所述叶片障碍物，则对所述第二局部可选点与所述授粉路径规划终点进行连接判断，以判断所述第二局部可选点与所述授粉路径规划终点之间是否存在叶片障碍物；当所述连线之间不存在所述叶片障碍物时，生成所述预授粉点和所述第二局部可选点之间的第一局部线段，并生成所述第二局部可选点和所述授粉路径规划终点之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于花朵授粉的路径规划方法，其特征在于，所述方法包括：采集待授粉植株的待授粉植株点云数据，以对所述待授粉植株点云数据进行语义分割，生成所述待授粉植株的多个待授粉花柱的花柱位置数据；通过点对特征法，根据每个所述待授粉花柱的花柱位置数据，确定每个所述待授粉花柱的花柱位姿数据，以基于所述花柱位姿数据，确定每个所述待授粉花柱的花蕊朝向信息；基于每个所述待授粉花柱的花蕊朝向信息，确定授粉路径规划终点和预授粉点，计算所述预授粉点与所述授粉路径规划终点之间的距离，当所述距离大于预设距离设定值时，通过所述预授粉点和所述授粉路径规划终点，构建参考坐标系；在所述参考坐标系中，确定所述预授粉点和所述授粉路径规划终点对应的指定区域内的叶片障碍物集合，根据所述指定区域内的叶片障碍物集合，建立采样空间，以便于通过改进人工势场法的BI
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RRT算法，在建立的所述采样空间中生成每个待授粉花柱对应的授粉路径，实现所述待授粉植株的授粉。2.根据权利要求1所述的一种用于花朵授粉的路径规划方法，其特征在于，基于每个所述待授粉花柱的花蕊朝向信息，确定授粉路径规划终点和预授粉点，具体包括：预先构建每个待授粉花柱对应的虚拟圆柱结构，其中，所述虚拟圆柱结构包括花柱半径；根据每个所述待授粉花柱的花蕊朝向信息，在所述虚拟圆柱结构中确定与所述花蕊朝向信息对应的指定底面，将所述指定底面的圆心作为所述授粉路径规划终点；以所述授粉路径规划终点为起点，以预先获取的初始授粉起点为终点，每间隔指定距离，在指定方向上依次生成多个参考预授粉点，其中，所述指定方向与每个所述待授粉花柱的花蕊朝向信息相关；依次确定所述多个参考预授粉点与预先确定的授粉起点之间的叶片障碍物信息，其中，所述叶片障碍物信息包括叶片障碍物数量；基于所述叶片障碍物信息，在所述多个参考预授粉点中，确定符合要求的预授粉点，其中，所述符合要求的预授粉点对应的叶片障碍物信息为叶片障碍物数量小于预设数量阈值。3.根据权利要求1所述的一种用于花朵授粉的路径规划方法，其特征在于，通过所述预授粉点和所述授粉路径规划终点，构建参考坐标系，具体包括：连接所述预授粉点和所述授粉路径规划终点，作为X轴，并以所述X轴的正方向设置为所述预授粉点指定所述授粉路径规划终点的方向；基于所述X轴，确定出包含所述X轴且垂直于地面的第一平面；在所述第一平面中确定所述预授粉点和所述授粉路径规划终点的连线的中点，以基于所述中点构建Y轴，且所述Y轴的正方向为所述待授粉植株的生长方向，其中，所述Y轴属于所述第一平面且所述Y轴与所述X轴垂直；基于所述X轴和所述Y轴，确定Z轴，将所述Z轴的正方向设置为指定方向。4.根据权利要求1所述的一种用于花朵授粉的路径规划方法，其特征在于，在所述参考坐标系中，确定所述预授粉点和所述授粉路径规划终点对应的指定区域内的叶片障碍物集合，具体包括：获取预先构建的每个待授粉花柱对应的虚拟圆柱结构，确定所述虚拟圆柱结构中的花
柱半径，以基于所述花柱半径生成查找半径；以所述预授粉点和所述授粉路径规划终点之间的连线作为轴，根据所述查找半径，生成圆柱体叶片障碍物查找区域；在所述圆柱体叶片障碍物查找区域内，按照预设顺序进行叶片障碍物查找，生成有序叶片障碍物集合。5.根据权利要求4所述的一种用于花朵授粉的路径规划方法，其特征在于，根据所述指定区域内的叶片障碍物集合，建立采样空间，具体包括：在所述有序叶片障碍物集合中，基于所述参考坐标系依次对每个叶片障碍物进行坐标分析，得到每个叶片障碍物对应的多个叶片点位置坐标；根据所述多个叶片点位置坐标，在每个叶片障碍物的多个叶片点中确定出多个局部可选点，其中，所述局部可选点包括Z值最大值对应的叶片点、Z值最小值对应的叶片点、Y值最大值对应的叶片点和Y值最小值对应的叶片点中的任意一项或多项；确定每个所述局部可选点与所述预授粉点或所述授粉路径规划终点的距离，按照距离由小到大的顺序，生成每个叶片障碍物对应的局部可选点有序子集；通过每个叶片障碍物对应的局部可选点有序子集，建立所述采样空间。6.根据权利要求5所述的一种用于花朵授粉的路径规划方法，其特征在于，通过每个叶片障碍物对应的局部可选点有序子集，建立所述采样空间，具体包括：基于每个叶片障碍物对应的局部可选点有序子集、所述预授粉点和所述授粉路径规划终点，确定至少一个局部可选点、所述预授粉点和所述授粉路径规划终点之间的至少一个局部线段；生成每个所述局部线段对应的局部圆柱体，以得到多个局部圆柱体；确定所述多个局部圆柱体之间的重叠区域，将所述多个局部圆柱体中除所述重叠区域之外的其他区域进行叠加，得到所述采样空间。7.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明月，倪泽隆，李庆党，陈奕帆，罗莎，庄勇博，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：