智能除草機(jī)及其刀苗距優(yōu)化方法、刀苗信息優(yōu)化系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及智能鋤草領(lǐng)域，更具體涉及一種智能除草機(jī)及其刀苗距優(yōu)化方法、刀 苗信息優(yōu)化系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 農(nóng)田草害頻發(fā)，目前以化學(xué)除草為主的除草方式已帶來雜草抗藥性、食品安全和 生態(tài)環(huán)境污染等嚴(yán)重問題；而人工除草成本高、效率低。智能化、自動化機(jī)械鋤草在摒棄化 學(xué)除草的同時(shí)可大幅提高工作效率，將成為發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)的重要技術(shù)手段。
[0003] 國內(nèi)外都進(jìn)行智能機(jī)械鋤草技術(shù)的研宄，基本原理是實(shí)時(shí)定位作物的位置信息， 通過實(shí)時(shí)準(zhǔn)確控制機(jī)械手運(yùn)動完成"躲避作物苗鋤掉雜草"的目的。實(shí)時(shí)定位作物苗位置信 息可通過機(jī)器視覺、地理種子地圖獲得，這種方法應(yīng)用較為廣泛且精度較高。應(yīng)用機(jī)器視覺 對作物和雜草進(jìn)行識別，視覺采集設(shè)備，例如PC機(jī)，采集視覺信息并處理得出當(dāng)前作物苗 與鋤草末端執(zhí)行器的水平距離，即刀苗距。通過當(dāng)前刀苗距和前進(jìn)速度信息實(shí)時(shí)計(jì)算鋤草 刀轉(zhuǎn)速，控制鋤草刀位于苗間位置時(shí)處于鋤草狀態(tài)，在苗位置時(shí)處于避苗狀態(tài)。為實(shí)現(xiàn)機(jī)器 視覺準(zhǔn)確定位作物苗信息，國內(nèi)外研宄人員做了大量的視覺算法研宄，通過采用哈弗變換、 卡爾曼濾波、圖像免分割分析、灰度值求和等方法都是獲得了較為理想的圖像處理效果。
[0004] 在實(shí)際試驗(yàn)過程中，刀苗距信息易受周圍環(huán)境、光線、盲區(qū)等因素的影響，無法得 到連續(xù)的、精準(zhǔn)的刀苗距。具體現(xiàn)象如下：1)由于機(jī)械振動和圖像采集處理等原因，刀苗距 會在真實(shí)值上下波動，較大范圍的波動會影響測量和控制精度；2)由于光線變化或陰影遮 擋等原因，導(dǎo)致當(dāng)前作物突然從視覺視場中消失，那么當(dāng)前作物與鋤草刀的刀苗距信息將 丟失，給出下一棵作物與鋤草刀的刀苗距信息，無法得到連續(xù)的刀苗距；3)由于存在視覺 盲區(qū)（由于圖像采集需求和機(jī)械安裝等原因，相機(jī)視場內(nèi)看不到鋤草刀中心點(diǎn)位置，相機(jī) 視場下邊緣到鋤草刀中心的距離為視覺盲區(qū)，如圖1所示），當(dāng)前作物一旦進(jìn)入視覺盲區(qū)， 即離開相機(jī)視場范圍，視覺系統(tǒng)將發(fā)送下一棵作物與鋤草刀的刀苗距信息，而當(dāng)前作物信 息丟失，造成無法得到精確的刀苗距。
[0005] 以上問題影響當(dāng)前作物與鋤草刀刀苗距信息的準(zhǔn)確性，從而影響鋤草刀轉(zhuǎn)速的控 制精度，最終反映到鋤草作業(yè)效果，增加傷苗率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] (一）要解決的技術(shù)問題
[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何快速、精確的檢測智能除草機(jī)的連續(xù)的刀苗距。
[0008] (二）技術(shù)方案
[0009] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種智能除草機(jī)的刀苗距優(yōu)化方法，所述 方法包括以下步驟：
[0010] S1、計(jì)算當(dāng)前采集的視覺刀苗距與上一次采集的視覺刀苗距的差；所述視覺刀苗 距是由智能除草機(jī)的視覺采集設(shè)備采集到的作物苗與鋤草刀之間的距離；
[0011] S2、獲取當(dāng)前采集視覺刀苗距與上一次采集視覺刀苗距之間的時(shí)間段內(nèi)的鋤草刀 前進(jìn)的位移；
[0012] S3、根據(jù)所述視覺刀苗距的差以及所述鋤草刀前進(jìn)的位移確定鋤草刀當(dāng)前的可信 前進(jìn)位移；
[0013] S4、根據(jù)鋤草刀當(dāng)前的所述可信前進(jìn)位移以及上一次優(yōu)化得到的鋤草刀的優(yōu)化刀 苗距得到鋤草刀當(dāng)前的所述優(yōu)化到苗距。
[0014] 優(yōu)選地，所述步驟S3中可信前進(jìn)位移利用如下步驟計(jì)算：
[0015] S31、計(jì)算相對偏差
[0017] 其中，^為所述相對偏差，ALC為所述鋤草刀前進(jìn)的位移，ALS為所述當(dāng)前采集的 視覺刀苗距與上一次采集的視覺刀苗距的差；
[0018] S32、計(jì)算鋤草刀當(dāng)前的所述可信前進(jìn)位移
[0019]
[0020] 其中，AL為鋤草刀當(dāng)前的所述可信前進(jìn)位移，a為預(yù)定偏差閥值。
[0021] 優(yōu)選地，所述步驟S4中，鋤草刀當(dāng)前的所述優(yōu)化到苗距利用如下公式計(jì)算：
[0022] L = Lr -AL
[0023] 其中，L為鋤草刀當(dāng)前的所述優(yōu)化刀苗距，L'為上一次優(yōu)化得到的鋤草刀的優(yōu)化 刀苗距，AL為鋤草刀當(dāng)前的所述可信前進(jìn)位移。
[0024] 一種智能除草機(jī)的刀苗信息優(yōu)化系統(tǒng)，所述刀苗信息優(yōu)化系統(tǒng)包括視覺采集設(shè) 備、位移傳感器以及優(yōu)化單元；
[0025] 所述視覺采集設(shè)備用于采集鋤草刀的視覺刀苗距，并傳遞給所述優(yōu)化單元；
[0026] 所述位移傳感器用于采集所述鋤草刀前進(jìn)的位移，并傳遞給所述優(yōu)化單元；
[0027] 所述優(yōu)化單元用于計(jì)算當(dāng)前采集的視覺刀苗距與上一次采集的視覺刀苗距的差； 獲取當(dāng)前采集視覺刀苗距與上一次采集視覺刀苗距之間的時(shí)間段內(nèi)的鋤草刀前進(jìn)的位移； 并根據(jù)所述視覺刀苗距的差以及所述鋤草刀前進(jìn)的位移確定鋤草刀當(dāng)前的可信前進(jìn)位移； 根據(jù)鋤草刀當(dāng)前的所述可信前進(jìn)位移以及上一次優(yōu)化得到的鋤草刀的優(yōu)化刀苗距得到鋤 草刀當(dāng)前的所述優(yōu)化到苗距。
[0028] 優(yōu)選地，所述優(yōu)化單元包括通信模塊、優(yōu)化計(jì)算單元以及測量位移單元；
[0029] 所述視覺采集設(shè)備通過所述通信模塊將其采集的所述視覺刀苗距傳遞給所述優(yōu) 化計(jì)算單元；
[0030] 所述測量位移單元與所述位移傳感器連接，用于接收所述位移傳感器上傳的信 號，經(jīng)過處理得到當(dāng)前采集視覺刀苗距與上一次采集視覺刀苗距之間的時(shí)間段內(nèi)的鋤草刀 前進(jìn)的位移并傳遞給所述優(yōu)化計(jì)算單元；
[0031] 所述優(yōu)化計(jì)算單元利用接收的所述視覺刀苗距計(jì)算當(dāng)前采集的視覺刀苗距與上 一次采集的視覺刀苗距的差，計(jì)算所述視覺刀苗距的差與當(dāng)前所述鋤草刀前進(jìn)的位移的相 對偏差，利用所述相對偏差確定鋤草刀當(dāng)前的可信前進(jìn)位移，并利用鋤草刀當(dāng)前的所述可 信前進(jìn)位移以及上一次優(yōu)化得到的鋤草刀的優(yōu)化刀苗距得到鋤草刀當(dāng)前的所述優(yōu)化到苗 距。
[0032] 優(yōu)選地，所述相對偏差利用如下公式計(jì)算：
[0034] 其中，^為所述相對偏差，AL。為所述鋤草刀前進(jìn)的位移，ALS為所述當(dāng)前采集的 視覺刀苗距與上一次采集的視覺刀苗距的差。
[0035] 優(yōu)選地，所述可信前進(jìn)位移利用如下公式計(jì)算：
[0036]
[0037] 其中，A L為所述可信前進(jìn)位移，a為預(yù)定偏差閥值。
[0038] 優(yōu)選地，鋤草刀當(dāng)前的所述優(yōu)化到苗距利用如下公式計(jì)算：
[0039] L = Lr -AL
[0040] 其中，L為鋤草刀當(dāng)前的所述優(yōu)化刀苗距，L'為上一次優(yōu)化得到的鋤草刀的優(yōu)化 刀苗距，AL為鋤草刀當(dāng)前的所述可信前進(jìn)位移。
[0041] 優(yōu)選地，所述位移傳感器包括編碼器和測速輪。
[0042] 一種智能除草機(jī)，包括上述刀苗信息優(yōu)化系統(tǒng)。
[0043] (三）有益效果
[0044] 本發(fā)明提供了一種智能除草機(jī)及其刀苗距優(yōu)化方法、刀苗信息優(yōu)化系統(tǒng)，本發(fā)明 通過引入由位移傳感器測得的位移信息，配合視覺采集設(shè)備采集的視覺刀苗距，使刀苗距 的檢測不單獨(dú)依賴于機(jī)器視覺，而是由視覺信息和位移信息共同決定，從而減小視覺設(shè)備 受外界因素影響導(dǎo)致刀苗距信息出現(xiàn)的誤差，并且消除了視覺盲區(qū)對刀苗距提取的影響， 同時(shí)本發(fā)明提供的優(yōu)化方法簡單，有效節(jié)約了處理時(shí)間，得到了更好的實(shí)時(shí)性。
【附圖說明】
[0045] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。