一种菠萝自动催花机器人及其催花方法技术

本发明专利技术公开了一种菠萝自动催花机器人，包括车架、固定在车架上的喷雾机和若干轮毂电机，以及安装在车架上的喷杆总成，喷杆总成上安装有摄像头和若干喷头；车架和轮毂电机之间设置有转向立轴总成。还包括有催花方法步骤，S1：初始化置信度阈值T

【技术实现步骤摘要】
一种菠萝自动催花机器人及其催花方法


[0001]本专利技术涉及农业智能化机器人领域，尤其涉及一种菠萝自动催花机器人及其催花方法。

技术介绍

[0002]菠萝也叫凤梨，是一种营养丰富的水果，具有较高的经济价值，目前在各个地方都有广泛种植。菠萝的花期较长，一般会人工进行催花，如果是自然开花的话，出花会不整齐，而且前后时间相差较大，果实之间相互影响发育，会造成产量较低。通过人工催花，使菠萝出花比较整齐，便于集中采收上市，可以提高菠萝产量；而且可以根据市场需要调控催花时间，从而调整菠萝的成熟采摘期。对菠萝催花的好处巨大，人工对菠萝催花已经广泛应用于菠萝种植。
[0003]目前农业上大多数高地隙催花机采用的是传统的锥齿轮传动结构，其主要实现方法是电机带动减速器，减速器输出动力到后桥，动力通过后桥的锥齿轮传动结构输出到轮毂上，完成驱动过程，这种转弯方式的转弯半径较大，容易压坏农作物，影响收成。而且现有的四轮独立驱动的催花机减振效果差，导致图像识别系统无法确定菠萝所在位置，结合现有的深度学习的图像识别模型控制喷雾机进行自动催花作业的效率较低。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的上述不足，本专利技术提供了一种菠萝自动催花机器人及其催花方法，解决现有的催花机器人转弯半径较大问题，催花机器人减振效果差导致图像识别系统无法确定菠萝位置问题，以及现有的催花方法效率较低的问题。
[0005]为达到上述专利技术目的，本专利技术的菠萝自动催花机器人的技术方案为：包括车架、固定在车架上的喷雾机和若干轮毂电机，以及安装在车架上的喷杆总成，喷杆总成上安装有摄像头和若干喷头；车架和轮毂电机之间设置有转向立轴总成，转向立轴总成分别与车架、轮毂电机固定连接；转向立轴总成包括有立轴、固定在立轴下端的立轴底座和套在立轴外部的立轴套筒，以及固定在立轴套筒外部的转向立轴总成安装梁和转向支撑臂安装梁，转向立轴总成安装梁安装在车架上，立轴的外部贯穿设置有转向臂安装板，转向支撑臂安装梁上设置有转向油缸支撑臂，转向臂安装板和转向油缸支撑臂之间设置有转向油缸，立轴的上端还设置有空气弹簧机构。
[0006]进一步地，空气弹簧机构包括有设置在转向臂安装板上的两处空气弹簧导向柱，空气弹簧导向柱上设置有空气弹簧底部支撑板和空气弹簧顶部支撑板，空气弹簧底部支撑板和空气弹簧顶部支撑板之间固定有空气弹簧，立轴的顶部与空气弹簧底部支撑板的底部贴合，立轴外部还设置有摩擦阻尼弹簧底部支撑，摩擦阻尼弹簧底部支撑位于空气弹簧底部支撑板和转向臂安装板之间。
[0007]进一步地，摩擦阻尼弹簧底部支撑包括有与立轴配合的圆环导向部，以及分别固定圆环导向部两侧的U形夹持部，U形夹持部用于夹持空气弹簧导向柱，U形夹持部的两侧分
别贯穿设置有夹持螺栓，夹持螺栓的旋入端设置有尼龙摩擦阻尼块，尼龙摩擦阻尼块与空气弹簧导向柱贴合；转向臂安装板与立轴之间设置有滚动轴承；立轴的顶部设置有与圆环导向部配合的扩大部，扩大部的外径等于圆环导向部的内径。
[0008]进一步地，轮毂电机上设置有轮毂电机固定端，立轴通过立轴底座固定在轮毂电机固定端上；车架的前、后侧设置有安装转向立轴总成的安装套筒，转向立轴总成安装梁安装在安装套筒中。
[0009]进一步地，轮毂电机设置有四处，四处轮毂电机均布设置在车架的两侧；车架上设置有安装转向立轴总成安装梁的安装套筒，安装套筒设置有固定转向立轴总成安装梁的螺钉；立轴底座的外部固定有轮毂挡环，轮毂挡环包括有与立轴底座固定的矩形套环和固定在矩形套环部上的U形档条，轮毂电机的轮边位于U形档条的槽口内部。
[0010]进一步地，喷杆总成包括有喷杆横梁和喷杆底部横梁，以及固定在喷杆横梁和喷杆底部横梁之间的两处连接结构，喷杆横梁的两端设置有延伸杆，延伸杆和喷杆横梁通过连接件和螺栓连接。
[0011]进一步地，连接机构包括有依次连接的安装座、上连杆、中央喷架和下连杆，安装座、上连杆、中央喷架和下连杆形成矩形框体，上连杆、中央喷架和下连杆之间固定连接，安装座与上连杆铰接；上连杆和安装座之间还设置有电动推杆。
[0012]进一步地，还包括有设置在车架上的水泵、水箱、柴油发电机、摄像头、蓄电池和液压系统；车架上设置有安装水箱的水箱护栏，水箱护栏固定在车架上。
[0013]还包括利用上述菠萝自动催花机器人的催花方法，包括有如下的算法步骤：
[0014]S1：初始化置信度阈值T
threshold
、IOB阈值IOB
threshold
和初始化容器Vector；YOLOv5模型识别到的物体中包含菠萝的概率为置信度值，YOLOv5模型识别菠萝的锚框占动态农药附着区域的比例为IOB值；
[0015]S2：利用训练好的YOLOv5模型对摄像头拍摄的图像进行逐帧识别，获取图像中的菠萝总数N，且逐帧识别为平均喷雾规则计算耗时τ内的每一帧菠萝拍摄图像；
[0016]S3：并且利用训练好的YOLOv5模型获取第一个菠萝到最后一个菠萝N的锚框位置坐标；
[0017]对于任意一个菠萝i；从YOLOv5模型识别结果中获取菠萝i的置信度值Confidence和对菠萝i进行锚框后的位置坐标(x
left
，y
top
)和(x
right
，y
bottom
)；
[0018]其中，(x
left
，y
top
)是YOLOv5模型识别框的左上角的横坐标，(x
left
，y
top
)是YOLOv5模型识别框的左上角的纵坐标，(x
right
，y
bottom
)是YOLOv5模型识别框的右下角的横坐标，(x
right
，y
bottom
)是YOLOv5模型识别框的右下角的纵坐标；
[0019]S4：根据置信度值Confidence，进行喷雾判断：
[0020]若Confidence＜T
threshold
，则不执行喷雾；
[0021]若Confidence≥T
threshold
，则执行步骤S5，进行行为预测机制和计算IOB值；
[0022]S5：从轮毂电机上的转速传感器获取催花机器人当前速度v的大小和方向信息；
[0023]S6：根据催花机器人当前速度v对农药有效附着区域进行实时更新，通过预测机制预测分析农药有效附着区域与菠萝识别区域的重合关系，判断是否打开喷头进行喷雾农药；
[0024]S7：重复步骤S3
‑
S7，直到完成所有菠萝的识别喷洒作业。
[0025]步骤S6还包括有如下步骤：
[0026]S61：喷嘴喷出的农药有效附着区域为圆形，利用此圆形的外接矩形作为实际的农药有效附着区域；获取事先实验得到的静态农药有效附着区域A的坐标(x
Aleft
，y
Atop...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种菠萝自动催花机器人，其特征在于，包括车架(1)、固定在所述车架(1)上的喷雾机和若干轮毂电机(4)，以及安装在所述车架(1)上的喷杆总成(2)，所述喷杆总成(2)上安装有摄像头和若干喷头；所述车架(1)和所述轮毂电机(4)之间设置有转向立轴总成(3)，所述转向立轴总成(3)分别与所述车架(1)、所述轮毂电机(4)固定连接；所述转向立轴总成(3)包括有所述立轴(33)、固定在所述立轴(33)下端的立轴底座(31)和套在所述立轴(33)外部的立轴套筒(32)，以及固定在立轴套筒(32)外部的转向立轴总成安装梁(34)和转向支撑臂安装梁(35)，所述转向立轴总成安装梁(34)安装在所述车架(1)上，所述立轴(33)的外部贯穿设置有转向臂安装板(38)，所述转向支撑臂安装梁(35)上设置有转向油缸支撑臂(37)，所述转向臂安装板(38)和所述转向油缸支撑臂(37)之间设置有转向油缸(36)，所述立轴(33)的上端还设置有空气弹簧机构(39)。2.根据权利要求1所述的菠萝自动催花机器人，其特征在于，所述空气弹簧机构(39)包括有设置在所述转向臂安装板(38)上的两处空气弹簧导向柱(395)，所述空气弹簧导向柱(395)上设置有空气弹簧底部支撑板(392)和空气弹簧顶部支撑板(394)，所述空气弹簧底部支撑板(392)和所述空气弹簧顶部支撑板(394)之间固定有空气弹簧(393)，所述立轴(33)的顶部与所述空气弹簧底部支撑板(392)的底部贴合，所述立轴(33)外部还设置有摩擦阻尼弹簧底部支撑(391)，所述摩擦阻尼弹簧底部支撑(391)位于所述空气弹簧底部支撑板(392)和所述转向臂安装板(38)之间。3.根据权利要求2所述的菠萝自动催花机器人，其特征在于，所述摩擦阻尼弹簧底部支撑(391)包括有与所述立轴(33)配合的圆环导向部，以及分别固定所述圆环导向部两侧的U形夹持部，所述U形夹持部用于夹持所述空气弹簧导向柱(395)，所述U形夹持部的两侧分别贯穿设置有夹持螺栓，所述夹持螺栓的旋入端设置有尼龙摩擦阻尼块，所述尼龙摩擦阻尼块与所述空气弹簧导向柱(395)贴合；所述转向臂安装板(38)与所述立轴(33)之间设置有滚动轴承；所述立轴(33)的顶部设置有与所述圆环导向部配合的扩大部，所述扩大部的外径等于所述圆环导向部的内径。4.根据权利要求1所述的菠萝自动催花机器人，其特征在于，所述轮毂电机(4)上设置有轮毂电机固定端(41)，所述立轴(33)通过所述立轴底座(32)固定在所述轮毂电机固定端(41)上；所述车架(1)的前、后侧设置有安装所述转向立轴总成(3)的安装套筒，所述转向立轴总成安装梁(34)安装在所述安装套筒中。5.根据权利要求1所述的菠萝自动催花机器人，其特征在于，所述轮毂电机(4)设置有四处，四处所述轮毂电机(4)均布设置在所述车架(1)的两侧；所述车架(1)上设置有安装所述转向立轴总成安装梁(34)的安装套筒，所述安装套筒设置有固定所述转向立轴总成安装梁(34)的螺钉；所述立轴底座(31)的外部固定有轮毂挡环(42)，所述轮毂挡环(42)包括有与所述立轴底座(31)固定的矩形套环和固定在所述矩形套环部上的U形档条，所述轮毂电机(4)的轮边位于所述U形档条的槽口内部。6.根据权利要求1所述的菠萝自动催花机器人，其特征在于，所述喷杆总成(2)包括有喷杆横梁(21)和喷杆底部横梁(28)，以及固定在所述喷杆横梁(21)和所述喷杆底部横梁(28)之间的两处连接结构，所述喷杆横梁(21)的两端设置有延伸杆(22)，所述延伸杆(22)和喷杆横梁(21)通过连接件(23)和螺栓连接。7.根据权利要求7所述的菠萝自动催花机器人，其特征在于，所述连接机构包括有依次
连接的安装座(24)、上连杆(25)、中央喷架(27)和下连杆(26)，所述安装座(24)、上连杆(25)、中央喷架(27)和下连杆(26)形成矩形框体，所述上连杆(25)、所述中央喷架(27)和下连杆(26)之间固定连接，所述安装座(24)与所述上连杆(25)铰接；所述上连杆(25)和所述安装座(24)之间还设置有电动推杆(29)。8.根据权利要求1所述的菠萝自动催花机器人，其特征在于，还包括有设置在所述车架(1)上的水泵(5)、水箱(6)、柴油发电机(8)、摄像头(9)、蓄电池和液压系统；所述车架(1)上设置有安装所述水箱(6)的水箱护栏(7)，所述水箱护栏(7)固定在所述车架(1)上。9.一种利用权利要求书1
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8任一项所述的菠萝自动催花机器人的催花方法，其特征在于，包括有如下步骤：S1：初始化置信度阈值T
threshold
、IOB阈值IOB
threshold
和初始化容器Vector；YOLOv5模型识别到的物体中包含菠萝的概率为置信度值，YOLOv5模型识别菠萝的锚框占动态农药附着区域的比例为IOB值；S2：利用训练好的YOLOv5模型对摄像头拍摄的图像进行逐帧识别，获取图像中的菠萝总数N，且逐帧识别为平均喷雾规则计算耗时τ内的每一帧菠萝拍摄图像；S3：并且利用训练好的YOLOv5模型获取第一个菠萝到最后一个菠萝N的锚框位置坐标；对于任意一个菠萝i；从Y...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海涛，祁正鸿，田雪虹，麦青群，翁宸宇，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：发明
国别省市：