一种机器视觉伺服的智能间苗锄草机具的制作方法

本发明属于现代农业装备技术领域，特别涉及一种机器视觉伺服的智能间苗锄草机具。

背景技术：

对于多数条播作物，播种量都远超留苗量，造成幼苗拥挤，为保证幼苗有足够的空间生长和营养汲取，应及时间苗。间苗一般分为疏苗与定苗两个阶段，疏苗即是将发芽后的条播作物按照作物生长株距将连续的作物苗行分为若干簇，每簇留一定数量作物，然后通过定苗将每簇中弱苗与病苗除去，保留每簇中的壮苗，从而改善幼苗的通风透光条件，促进根系生长发育。我国目前常用的间苗方法有人工间苗与化学间苗。由于人工间苗的作业劳动力效率低、强度高，成本高昂，化学间苗会带来作物药害和环境污染等弊端，因此对高效环保的间苗机械需求日益高涨。

在机械间苗中，作物对行和定苗环节是其重点与难点。条播作物受落种不齐与生长情况不一等情况的影响，作物发芽后的苗行并不整齐，间苗机械对行不准导致苗距不均与留苗过多，影响作物生长发育。定苗环节同样影响作物收成，定苗中留苗过多，幼苗相互争肥、争水和争光，导致作物发育不良；留苗过少，田间漏光严重，不能充分利用地力资源。

技术实现要素：

针对现有技术不足，本发明提供了一种机器视觉伺服的智能间苗锄草机具。

一种机器视觉伺服的智能间苗锄草机具，包括车体、行走机构和悬挂机构，还包括地面仿形机构、横移机构、疏苗单元、定苗单元和机器视觉伺服控制系统；其中，地面仿形机构安装在车体上；

所述横移机构，在地面仿形机构上垂直于机具前进方向设有直线导轨11，间苗刀具连接块9可滑动地设置在直线导轨11上；电推杆10安装在直线导轨11上，并与间苗刀具连接块9连接，控制间苗刀具连接块9的直线移动；

所述疏苗单元，双活塞式双出驱动缸5连接在间苗刀具连接块9的前端，双活塞式双出驱动缸5的左右两个活塞杆的外端分别安装有疏苗刀具4，且左右疏苗刀具4相对设置；当左右活塞杆收回时，左右疏苗刀具4的刀片闭合以锄去作物；当左右活塞杆伸出时，左右疏苗刀具4的刀片打开避让作物，同时锄去作物两侧的杂草；

所述定苗单元，旋转马达8连接在间苗刀具连接块9的后端，在旋转马达8上安装有定苗刀具7；所述定苗刀具7的两端各有一刀片，两刀片平行于机具前进方向；旋转马达8带动定苗刀具7旋转，刀片旋转至底端时锄去作物，两刀片依次经过底端的间隔区避让作物，在疏苗的基础上进行择优留苗；

所述机器视觉伺服控制系统，在间苗刀具连接块9上安装有彩色相机3；所述行走机构中包括测速轮13；彩色相机3和测速轮13分别通过数据线连接至控制器集成箱6；双活塞式双出驱动缸5、旋转马达8及电推杆10分别通过各自的驱动系统和数据线连接至控制器集成箱6；所述控制器集成箱6装载在车体上，其内设有装有预安装软件的核心处理器、双活塞式双出驱动缸控制单元、旋转马达控制单元和电推杆控制单元；

其中，测速轮13用于测试并发送速度信号；彩色相机3用于采集并发送作物图像信息；所述核心处理器通过预安装软件对作物图像信息分析处理，并结合测速轮13发送的速度信号，向双活塞式双出驱动缸控制单元、旋转马达控制单元和电推杆控制单元发送控制指令，从而通过控制相应的驱动系统驱动双活塞式双出驱动缸5、旋转马达8及电推杆10的运动。

所述双活塞式双出驱动缸5与旋转马达8的运动通过气动、液动或电动的方式实现。

所述地面仿形机构采用平行四杆仿形机构。

将多组疏苗单元、定苗单元、间苗刀具连接块9、电推杆10和彩色相机3集成于同一直线导轨11上，进行多行同步作业。

本发明的有益效果为：

(1)本发明通过机器视觉伺服控制系统控制间苗单元工作，一次作业完成疏苗、定苗与锄草三个农艺；并能够根据作物间苗的不同需求灵活设置相应疏苗距离与定苗精度，有效避免了由于间苗间距不可调带来的使用局限性，保证不同类型、不同生长时期、不同种植情况的作物的多样化间苗需求。为增加农民收成、减少农业污染、提高生产效率、推动农业经济快速发展提供了有力的技术支撑和装备保障。

(2)采用机器视觉实时检测作物行所在位置，并控制横移机构使疏苗刀具与定苗刀具追踪作物行，实时对准作物行，提高间苗准确率，降低伤苗，减少损失；采用机器视觉智能识别疏苗后作物簇，定位作物簇中壮苗位置，根据去弱留强原则，除去弱苗和病苗，留下壮苗，提高间苗精度，进而提高幼苗成活率，增加产量。

附图说明

图1为本发明一种机器视觉伺服的智能间苗锄草机具的结构示意图。

图2为本发明疏苗作业示意图。

图3为本发明定苗作业示意图。

图4为本发明横移作业示意图。

标号说明：1-三点悬挂架；2-车体；3-彩色相机；4-疏苗刀具；5-双活塞式双出驱动缸；6-控制器集成箱；7-定苗刀具；8-旋转马达；9-间苗刀具连接块；10-电推杆；11-直线导轨；12-地面仿形机构；13-测速轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

如图1所示一种机器视觉伺服的智能间苗锄草机具，车体2的前方设有三点悬挂架1，机具通过三点悬挂架1与动力牵引装置相连。

车体2下方设有四轮行走机构，其中一个行走轮采用测速轮13，用于测试并发送速度信号。

设于车体2一侧的地面仿形机构采用现有农机具中广泛使用的平行四杆仿形机构，平行四杆仿形机构由一组平行四杆机构和仿形地轮组成。

横移机构为，在地面仿形机构上垂直于机具前进方向设有直线导轨11，间苗刀具连接块9可滑动地设置在直线导轨11上；电推杆10安装在直线导轨11上，位于间苗刀具连接块9的相对位置，并与间苗刀具连接块9连接。

疏苗单元为，双活塞式双出驱动缸5连接在间苗刀具连接块9的前端，双活塞式双出驱动缸5的左右两个活塞杆的外端分别安装有疏苗刀具4，且左右疏苗刀具4相对设置；当左右活塞杆收回时，左右疏苗刀具4的刀片闭合；当左右活塞杆伸出时，左右疏苗刀具4的刀片打开。

定苗单元为，旋转马达8连接在间苗刀具连接块9的后端，在旋转马达8上安装有定苗刀具7；所述定苗刀具7的两端各有一刀片，两刀片平行于机具前进方向。

机器视觉伺服控制系统，包括彩色相机3安装在间苗刀具连接块9前端，用于采集并发送作物图像信息；控制器集成箱6安装在车体2上，其内设有装有预安装软件的核心处理器、双活塞式双出驱动缸控制单元、旋转马达控制单元和电推杆控制单元。测速轮13、彩色相机3分别通过数据线连接至控制器集成箱6；双活塞式双出驱动缸5、旋转马达8及电推杆10分别通过各自的驱动系统和数据线连接至控制器集成箱6。所述核心处理器通过预安装软件对作物图像信息分析处理，并结合测速轮13发送的速度信号，向双活塞式双出驱动缸控制单元、旋转马达控制单元和电推杆控制单元发送控制指令，从而通过控制相应的驱动系统驱动双活塞式双出驱动缸5、旋转马达8及电推杆10的运动。

所述双活塞式双出驱动缸5与旋转马达8的驱动通过气动、液动或电动等方式实现。

本发明可根据田间种植情况和用户需求，将不同组数的疏苗单元、定苗单元、间苗刀具连接块9、电推杆10和彩色相机3集成于同一直线导轨11上，组合成不同型号的间苗机。

以下说明一种机器视觉伺服的智能间苗锄草机具的工作原理：

首先，根据作物间苗需求对核心处理器的预安装软件设置相应的工作模式，调节疏苗距离与定苗精度，满足多样化的间苗需求。

机具通过三点悬挂架1与动力牵引装置相连，动力牵引装置可为农用拖拉机或其它农用动力牵引设备。机具可以安装于动力牵引装置的前部，即机具前置；也可由动力牵引装置的后置三点悬挂装置搭载，即机具后置，使用方式灵活。

彩色相机3采集作物图像信号，并发送至核心处理器，核心处理器通过预安装软件对作物图像信号分析处理，结合测速轮13发送的速度信号，得到作物行物理位置信息，并发送控制指令给双活塞式双出驱动缸控制单元和旋转马达控制单元，控制疏苗刀具4开合与定苗刀具7转动，实现智能间苗工作。

等距疏苗作业如图2所示，疏苗刀具4位于土壤面以下，双活塞式双出驱动缸控制单元接收核心处理器的控制指令，控制双活塞式双出驱动缸5的驱动系统驱动双活塞式双出驱动缸5运动，双活塞杆伸出与缩回带动疏苗刀具4的打开与闭合，当疏苗刀具4闭合时，作物被其锄掉，当疏苗刀具4打开时避让作物，中间留下作物的同时将作物两侧的杂草锄去。

定苗作业如图3所示，定苗是在疏苗的基础上择优留苗。在疏苗后的留苗区，机器视觉伺服控制系统通过彩色相机3采集作物图像信息，发送至核心处理器进行分析处理图像，确定留苗区内优势作物位置，并由旋转马达控制单元控制旋转马达8的驱动系统，驱动旋转马达8旋转，从而带动定苗刀具7转动。在同一疏苗后留苗区，定苗刀具7旋转一周，定苗刀具7的两刀片依次经过底端时，将弱苗、病苗锄去，两刀片依次经过底端的间隔区避让壮苗，留下壮苗位置。至此，间苗机一次作业完成疏苗、锄草与定苗三个农艺，实现了高效的机械化间苗工作。

横移作业如图4所示，机器视觉伺服控制系统通过彩色相机3采集作物图像信息，发送至核心处理器进行分析处理图像，当作物行偏离疏苗刀具4和定苗刀具7中心，核心处理器根据作物图像信息得到两者偏距，结合测速轮13发送的速度信号，发送控制指令至电推杆控制单元，通过控制电推杆10的驱动系统驱动电推杆10伸长或缩短一定距离，实现刀具对行，减少甚至消除偏距。

作业过程中，平行四杆仿形机构承载横移机构、疏苗单元、定苗单元和彩色相机3，在仿形地轮和平行四杆机构的作用下，依据实际地形上下起伏，保证稳定的刀具入土深度及彩色相机3距地面高度。