【技术实现步骤摘要】
本申请涉及咖啡种植，具体而言，涉及一种基于高光谱反射率的咖啡树养分检测装置及方法。
技术介绍
1、无人机机载光谱仪对作物养分检测技术现已广泛用于玉米、小麦、水稻、棉花等作物上，其原理是利用光谱仪获取到的植物叶片及冠层的光谱特性，通过检测冠层或叶片的光学反射来了解植物的营养状况，可见，若作物冠层叶片被遮挡就会造成检测结果不准确。
2、由于咖啡树不耐强光，需要适当的荫蔽，常见咖啡园大多种植香蕉、芒果树等来对咖啡树进行遮阴，所以针对遮阴咖啡园内的咖啡树养分检测就不能用无人机搭载光谱仪来进行检测。而传统化学检测方法又费时费力，因此需要设计一个装置来解决遮阴咖啡园内咖啡树养分快速检测的问题。
技术实现思路
1、本申请实施例的目的在于提供一种基于高光谱反射率的咖啡树养分检测装置及方法，其能够对咖啡树养分进行快速检测，能够提高咖啡树养分检测精度和效率。
2、第一方面，提供了一种基于高光谱反射率的咖啡树养分检测装置，包括：
3、移动单元，包括水平布置的上车架板和下车架底板，上车架板和下车架底板上下布置，上车架板和下车架底板之间形成置物空间；沿所述移动单元的宽度方向两侧对称设置履带移动部；
4、信息采集单元，包括第一机械臂、第一机械臂的一端与上车架板的上表面固定连接，第一机械臂的另一端设置视觉信息采集部；
5、控制单元，包括嵌入式的控制处理器，用于控制所述移动单元的行走、控制第一机械臂的动作以及控制高光谱仪和深度相机的作业；所述控制处理器设
6、地桩固定单元，包括多个内部中空的套筒，每个套筒内设置可沿所述套筒内上下滑动的地桩杆；在每个套筒的上部内侧设置一层承重板，在承重板上设置第一伺服电机和齿轮齿条机构；齿轮齿条机构包括齿轮和齿条，齿轮与第一伺服电机的输出轴传动连接，齿条的伸出端与地桩杆的顶部通过球铰连接，在地桩柱的外壁设有螺旋键槽状的导轨，在套筒的内壁上与导轨对应处设一个销轴，在销轴与导轨的配合下使地桩杆上下移动；
7、辅助单元，还包括设于上车架板的上表面设置第二机械臂，在第二机械臂的末端设置夹爪；夹爪通过第二伺服电机驱动夹紧和张开，用于对待检测旁边的干扰枝条进行抓紧并推开。
8、在一种可实施的方式中，每个所述履带移动部至少包括履带、驱动轮、承重轮、导向轮以及驱动电机；驱动电机设于置物空间内，且与下车架底板固定连接，驱动轮与驱动电机的输出轴传动连接。
9、在一种可实施的方式中，所述视觉信息采集部至少包括高光谱仪和深度相机；深度相机用于识别树干冠层的中心位置、并确定中心位置的坐标；高光谱仪用于采集咖啡树冠层的高光谱反射率；
10、高光谱仪的传感器探头与深度相机并列设置。
11、在一种可实施的方式中，在第一机械臂的末端还设有增稳云台，增稳云台连接于视觉信息采集部与第一机械臂之间。
12、在一种可实施的方式中，在上车架板的上表面设置保护收纳箱，在信息采集完毕后，通过第一机械臂控制高光谱仪和深度相机置于保护收纳箱内。
13、在一种可实施的方式中，所述控制单元还包括北斗导航机构，所述北斗导航机构用于根据地形确定移动单元的初步行走路线；所述控制单元根据初步行走路线控制移动单元进行行走。
14、在一种可实施的方式中，所述控制单元还包括多个超声波测距仪，多个超声波测距仪均布于上车架板的上表面的周侧，在移动单元根据初步行走路线行走的过程中，超声波测距仪用于实时获取与咖啡树之间的距离，并输送至所述控制单元处，根据实时距离进一步调节初步行走路线。
15、在一种可实施的方式中，所述地桩杆的底部包括锥形插头，所述地桩杆上设置导土条，所述导土条为螺旋状。
16、根据本申请的第二方面，还提供了一种基于高光谱反射率的咖啡树养分检测方法，使用第一方面提供的检测装置，包括以下步骤：
17、s1、基于检测环境确认初步检测路径；
18、s2、在检测装置到达待检测咖啡树旁时，基于深度相机确定待检测咖啡树和遮阴树枝的高度和位置，并通过辅助单元推开遮阴树枝，实现待检测咖啡树的冠层上方无遮阴树遮挡；
19、s3、基于待检测咖啡树的高度和位置控制移动高光谱仪至预定位置，调整光谱仪传感器探头到达冠层中心位置并垂直向下拍摄，获取当前咖啡树高光谱反射率并输出；通过深度相机获取的图像信息确定咖啡树冠层中心位置并输出；
20、s4、第一机械臂和第二机械臂收回初始位置处；通过所述移动单元移动至下一个预定作业点处，重复步骤s1至s3，继续信息采集，直至完成预定路径内所有咖啡树的检测为止。
21、在一种可实施的方式中，在步骤s3中，所述基于待检测咖啡树的高度和位置控制移动高光谱仪至预定位置至少包括以下内容：在进行视觉信息采集时，深度相机与咖啡树冠层的顶点之间的高度为1m。
22、与现有技术相比，本申请的有益效果为：
23、在本申请的技术方案中，通过辅助单元的设置，可以实现推开咖啡树上方遮阴树枝的功能。通过地桩固定单元的设置，能够保证检测过程中的稳定性。通过信息采集单元的设置，能够直接在田间实现遮阴咖啡树养分含量的无损快速检测。本申请结构简单，自动化程度高，能有效对遮阴咖啡园内咖啡树养分情况进行快速精确检测。
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1.一种基于高光谱反射率的咖啡树养分检测装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于高光谱反射率的咖啡树养分检测装置，其特征在于，每个所述履带移动部至少包括履带、驱动轮、承重轮、导向轮以及驱动电机；驱动电机设于置物空间内，且与下车架底板固定连接，驱动轮与驱动电机的输出轴传动连接。
3.根据权利要求1所述的基于高光谱反射率的咖啡树养分检测装置，其特征在于，所述视觉信息采集部至少包括高光谱仪和深度相机；深度相机用于识别树干冠层的中心位置、并确定中心位置的坐标；高光谱仪用于采集咖啡树冠层的高光谱反射率；
4.根据权利要求3所述的基于高光谱反射率的咖啡树养分检测装置，其特征在于，在第一机械臂的末端还设有增稳云台，增稳云台连接于视觉信息采集部与第一机械臂之间。
5.根据权利要求3所述的基于高光谱反射率的咖啡树养分检测装置，其特征在于，在上车架板的上表面设置保护收纳箱，在信息采集完毕后，通过第一机械臂控制高光谱仪和深度相机置于保护收纳箱内。
6.根据权利要求1所述的基于高光谱反射率的咖啡树养分检测装置，其特征在于，所述控制
7.根据权利要求6所述的基于高光谱反射率的咖啡树养分检测装置，其特征在于，所述控制单元还包括多个超声波测距仪，多个超声波测距仪均布于上车架板的上表面的周测，在移动单元根据初步行走路线行走的过程中，超声波测距仪用于实时获取与咖啡树之间的距离，并输送至所述控制单元处，根据实时距离进一步调节初步行走路线。
8.根据权利要求1所述的基于高光谱反射率的咖啡树养分检测装置，其特征在于，所述地桩杆的底部包括锥形插头，所述地桩杆上设置导土条，所述导土条为螺旋状。
9.一种基于高光谱反射率的咖啡树养分检测方法，其特征在于，使用权利要求1至8中任一项所述的基于高光谱反射率的咖啡树养分检测装置进行检测，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的基于高光谱反射率的咖啡树养分检测方法，其特征在于，在步骤S3中，所述基于待检测咖啡树的高度和位置控制移动高光谱仪至预定位置至少包括以下内容：在进行视觉信息采集时，深度相机与咖啡树冠层的顶点之间的高度为1m。
...【技术特征摘要】
1.一种基于高光谱反射率的咖啡树养分检测装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于高光谱反射率的咖啡树养分检测装置，其特征在于，每个所述履带移动部至少包括履带、驱动轮、承重轮、导向轮以及驱动电机；驱动电机设于置物空间内，且与下车架底板固定连接，驱动轮与驱动电机的输出轴传动连接。
3.根据权利要求1所述的基于高光谱反射率的咖啡树养分检测装置，其特征在于，所述视觉信息采集部至少包括高光谱仪和深度相机；深度相机用于识别树干冠层的中心位置、并确定中心位置的坐标；高光谱仪用于采集咖啡树冠层的高光谱反射率；
4.根据权利要求3所述的基于高光谱反射率的咖啡树养分检测装置，其特征在于，在第一机械臂的末端还设有增稳云台，增稳云台连接于视觉信息采集部与第一机械臂之间。
5.根据权利要求3所述的基于高光谱反射率的咖啡树养分检测装置，其特征在于，在上车架板的上表面设置保护收纳箱，在信息采集完毕后，通过第一机械臂控制高光谱仪和深度相机置于保护收纳箱内。
6.根据权利要求1所述的基于高光谱反射率的咖啡树养分检测装置，其特征在于，所述控制单元还包括北...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘小刚，张帅，陈绍民，彭凯伦，蒋泽引，王心乐，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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