一种实现靶向化控的棉花打顶机及打顶方法

本发明涉及农业机器人，更具体的说是涉及一种实现靶向化控的棉花打顶机及打顶方法。

背景技术：

1、棉花具有无限生长的习性，顶端优势明显，为控制株高和后期无效果枝的生长，打顶是一项有效的措施。通过去除棉花顶端优势，养分回流，优先供应上部棉铃，上部棉铃光照通风条件好，因此盖顶桃质量好，有助于棉花品质提高。目前，可实现棉花打顶作业的方式主要有三种：人工打顶、机械打顶以及化学打顶三种方式。人工打顶常见方法是人工将棉株顶端掐去一叶一心，不采用“大把楸”。虽人工打顶效果好、漏顶率低，然人工打顶需要劳动力多、效率低，与当前棉花生产轻简化方向不一致。

2、与人工打顶和化学打顶相比，机械打顶的优点是工效高，机械打顶效率是人工打顶的5～7倍。目前主要以连续切割式打顶为主，虽然效率高，但由于一般的连续切割式打顶对生长发育棉花的地势条件和对棉花的发育密度均匀性的要求都很严格，其打顶的漏打率往往超过百分之二十，而且很容易对棉植株的花蕾产生很大的伤害。

3、化学打顶是指利用植物生长调节剂强制延缓或抑制棉花顶端生长，控制棉花的顶端优势，从而达到调节营养生长与生殖生长的目的，目前的化学打顶的方式为大面积喷洒农药为主，不仅浪费农药，还不可避免地会对有利枝端进行抑制。

4、因此如何对棉花顶芽进行靶向化控是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种实现靶向化控的棉花打顶机，可针对性地对棉花顶芽进行化学打顶，工作效率高，且误打率低。

2、第一方面，本发明提供一种实现靶向化控的棉花打顶机，包括：自走式车主体、图像采集装置、编译运算装置、控制装置和打顶装置；

3、所述图像采集装置安装在所述自走式车主体的前端，其用于采集预期覆盖区域内的棉花顶部画面；

4、所述编译运算装置用于判断当前棉花顶部画面中是否存在棉花顶芽，当存在棉花顶芽的时候，标定出棉花顶芽的坐标原点；

5、所述控制装置用于在所述自走式车主体的前进过程中，根据标定的坐标原点实时为所述打顶装置规划路径，并根据标定的棉花顶芽数量，适应性调整所述自走式车主体的前进速度；

6、所述打顶装置用于按照规划好的路径移动至目标位置，对目标位置的棉花顶芽进行化学打顶。

7、进一步的，所述自走式车主体包括：车轮、空气悬架、支撑台面和动力装置；所述空气悬架安装在所述车轮和所述支撑台面之间；所述图像采集装置、所述编译运算装置、所述控制装置和所述打顶装置均安装在所述支撑台面上，并通过所述动力装置供电。

8、进一步的，所述图像采集装置包括：深度相机、滑动机构和升降机构；

9、所述升降机构一端固定在所述自走式车主体的前端；所述滑动机构固定在所述升降机构的另一端；

10、所述深度相机可拆卸地固定在所述滑动机构上，并在所述滑动机构的带动下水平移动。

11、进一步的，所述打顶装置包括：转位机构、多自由度机械臂和喷药枪头；

12、所述转位机构固定在所述自主式车主体的前端；

13、所述多自由度机械臂固定在所述转位机构上，在所述转位机构的带动下实现360°旋转；

14、所述喷药枪头可拆卸地固定在所述多自由度机械臂的末端。

15、第二方面，本发明还提供一种棉花打顶方法，适用于上述实现靶向化控的棉花打顶机，包括以下步骤：

16、标靶：通过图像采集装置采集预期覆盖区域内的棉花顶部画面；

17、识靶：通过所述编译运算装置判断棉花顶部画面中是否存在棉花顶芽，当存在棉花顶芽的时候，标定出棉花顶芽的坐标原点，并将棉花顶芽的坐标原点发送至所述控制装置；

18、捉靶：在所述自走式车主体的前进过程中，通过所述控制装置根据标定的坐标原点实时为所述打顶装置规划路径，并根据标定的棉花顶芽数量，适应性调整所述自走式车主体的前进速度；

19、打靶：通过所述打顶装置按照规划好的路径移动至目标位置，对目标位置的棉花顶芽进行化学打顶。

20、进一步的，执行标靶步骤之前还包括：

21、在所述自走式车主体进入田间的初始时刻，启动所述图像采集装置开始图像预采集工作；

22、通过所述编译运算装置判断预采集的画面是否覆盖预期区域内的棉花顶芽，若否，则重新调整所述图像采集装置的拍摄高度和拍摄角度，直至所拍摄的画面覆盖预期区域内的棉花顶芽；若是，则依次执行后续所述标靶、所述识靶、所述捉靶和所述打靶步骤。

23、进一步的，所述识靶步骤还包括：

24、通过所述编译运算装置判断所述图像采集装置所拍摄画面是否覆盖预期区域的棉花顶芽画面的同时，又覆盖另一个相邻区域的画面；

25、若否，标定出棉花顶芽的坐标原点后，继续执行后续捉靶步骤和打靶步骤；

26、若是，则重新调整所述图像采集装置的拍摄高度和拍摄角度，直至所拍摄的画面仅包含预期覆盖区域的棉花顶芽。

27、进一步的，所述识靶步骤还包括：

28、通过所述编译运算装置判断所述图像采集装置所拍摄画面与所述打顶装置的打顶作业范围是否相匹配；

29、若否，则重新调整所述图像采集装置的拍摄高度和拍摄角度，直至拍摄画面与打顶作业范围相匹配；

30、若是，则标定出当前拍摄画面中棉花顶芽的坐标原点，并发送至所述控制装置，执行后续捉靶步骤和打靶步骤。

31、进一步的，所述识靶步骤还包括：

32、所述编译运算装置根据预先保存的棉花顶芽特征信息，对当前拍摄画面中的棉花顶芽进行识别，判断是否存在一株棉花上存在两个以上相似顶芽的情况；

33、若是，则计算各相似顶芽在该株棉花上的高度信息，选择最高位置的棉花顶芽的坐标原点进行标定；

34、若该株棉花存在一个顶芽，则将该顶芽坐标原点进行标定，并执行后续的捉靶步骤；

35、若该株棉花不存在顶芽，则所述控制装置不接收所述编译运算装置的信息，也不执行后续的捉靶步骤。

36、进一步的，所述捉靶步骤中，按照下式调整所述自走式车主体的前进速度：

37、

38、其中，v表示自走式车主体在田间的实际行进速度，a表示编译运算装置所标定的棉花顶芽数量，v0为常数，其数值可调，且不超过0.8m/s。

39、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明进行棉花打顶时，进行机械化打顶作业，依次自动执行标靶、识靶、捉靶以及打靶，先通过图像采集装置采集预期覆盖区域内的棉花顶部画面，保证画面中包含一株棉花的全部顶芽，然后通过编译运算装置对画面中的顶芽原点进行标定，最后控制装置再生成打顶装置至需打顶的目标顶芽之间的路径，控制打顶装置对目标顶芽进行靶向化学打顶。整个过程可实现对棉花顶尖优势杆的精确识别，且只针对顶芽定点定向喷洒农药，减少传统化学打顶方式下的农药使用量，并减小漏打、误打的情况，且提高打顶作业的效率和完成度。

技术特征：

1.一种实现靶向化控的棉花打顶机，其特征在于，包括：自走式车主体、图像采集装置、编译运算装置、控制装置和打顶装置；

2.根据权利要求1所述的实现靶向化控的棉花打顶机，其特征在于，所述自走式车主体包括：车轮、空气悬架、支撑台面和动力装置；所述空气悬架安装在所述车轮和所述支撑台面之间；所述图像采集装置、所述编译运算装置、所述控制装置和所述打顶装置均安装在所述支撑台面上，并通过所述动力装置供电。

3.根据权利要求1所述的实现靶向化控的棉花打顶机，其特征在于，所述图像采集装置包括：深度相机、滑动机构和升降机构；

4.根据权利要求1所述的实现靶向化控的棉花打顶机，其特征在于，所述打顶装置包括：转位机构、多自由度机械臂和喷药枪头；

5.一种棉花打顶方法，其特征在于，适用于如权利要求1-4任一项所述的实现靶向化控的棉花打顶机，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的棉花打顶方法，其特征在于，执行标靶步骤之前还包括：

7.根据权利要求5所述的棉花打顶方法，其特征在于，所述识靶步骤还包括：

8.根据权利要求5所述的棉花打顶方法，其特征在于，所述识靶步骤还包括：

9.根据权利要求5所述的棉花打顶方法，其特征在于，所述识靶步骤还包括：

10.根据权利要求5所述的棉花打顶方法，其特征在于，所述捉靶步骤中，按照下式调整所述自走式车主体的前进速度：

技术总结
本发明涉及农业机器人技术领域，具体涉及一种实现靶向化控的棉花打顶机及打顶方法，打顶机包括：自走式车主体、图像采集装置、编译运算装置、控制装置和打顶装置；图像采集装置采集预期覆盖区域内的棉花顶部画面；编译运算装置判断当前棉花顶部画面中是否存在棉花顶芽，当存在棉花顶芽的时候，标定出棉花顶芽的坐标原点；在自走式车主体的前进过程中，控制装置根据标定的坐标原点实时为打顶装置规划路径，并根据标定的棉花顶芽数量，适应性调整自走式车主体的前进速度；打顶装置按照规划好的路径移动至目标位置，对目标位置的棉花顶芽进行化学打顶。本发明可针对性地对棉花顶芽进行化学打顶，工作效率高，且误打率低。

技术研发人员：李俊伟,王海龙,罗昕,胡斌,王兆杰,顾天龙,李祥雨
受保护的技术使用者：石河子大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13