一种基于立体视觉信息引导的农药喷洒装置及方法

本发明涉及农业工具领域，特别是涉及农药喷洒机械领域。

背景技术：

1、在农业生产中，农药喷洒是一项重要但具有风险的任务。农业人员使用手动农药喷洒装置时，农药中有害的化学物质会扩散到空气中，并可能通过呼吸系统进入人体内，对人体照成伤害。同时，手动农药喷洒装置可能会导致喷洒不均匀，使得农产品农药含量过多或过少导致虫害。因此，现在农药生产中引入了农药喷洒机器人，通过农药喷洒机器人进行农药喷洒，有效减少农药的过量使用，并控制其对人类和环境的恶劣影响。

2、然而，现有的农药喷洒机器人，对于喷洒末端执行器的设计较少。现有的农药喷洒机器人鲜有专用的喷洒末端执行器，喷洒作业使用的通常为通用型喷头，现有的通用型喷头仅能实现果树表面的区域性覆盖，难以实现对于果实的精准喷洒施药，因此仍旧需要人力补充喷洒。使农药喷洒机器人具备果树区域广泛喷洒，同时也果实精准施药功能，是农药喷洒机器人设计中一直亟待解决的问题。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的在于，提供一种基于立体视觉信息引导的农药喷洒装置及方法，其具有能够进行大范围喷洒或对目标果实进行精准喷洒的优点。

2、一种基于立体视觉信息引导的农药喷洒装置，包括机器人平台、机械臂、农药喷洒末端执行器、图像收集装置和控制系统；所述机械臂、图像收集装置和控制系统设于机器人平台上，所述农药喷洒末端执行器设于机械臂顶端；所述农药喷洒末端执行器包括可开合的爪形喷头。

3、本发明所述的基于立体视觉信息引导的农药喷洒装置，通过爪形喷头，能控制爪形喷头平面展开进行大范围喷洒，或控制爪形喷头包裹对应果实进行精准喷洒。

4、进一步地，所述爪形喷头包括驱动装置、若干喷头臂和若干喷射头，所述喷头臂环绕设于所述驱动装置上，所述喷射头设于所述喷头臂顶端，所述喷射头的喷射面朝向内侧。

5、进一步地，所述喷头臂包括内拉杆和外拉杆，内拉杆一端连接所述驱动装置，另一端与所述喷射头可转动地连接；外拉杆一端连接所述驱动装置，另一端与所述喷射头可转动地连接。

6、进一步地。所述内拉杆与所述喷射头的所述喷射面相邻的底面连接，所述外拉杆与所述喷射头的所述喷射面的相反面连接。

7、进一步地，所述图像收集装置为双目相机或深度相机。

8、本发明还提供一种基于立体视觉信息引导的农药喷洒方法，其特征在于，包括以下步骤：

9、s1通过图像收集装置扫描园区场景，获取视觉图像；

10、s2根据视觉图像识别出对应果实，并计算获得对应果实的三维点云信息；

11、s3通过三维点云信息计算得到对应果实中心空间坐标和对应果实拟合球半径；

12、s41根据对应果实中心空间坐标控制机械臂伸向对应果实；

13、s42根据喷洒模式控制爪形喷头；若为大范围喷洒模式，则控制爪形喷头平面展开；若为精准喷洒模式，则控制爪形喷头根据对应果实拟合球半径包裹对应果实；

14、s5进行大范围喷洒或精准喷洒。

15、进一步地，步骤s2中，通过计算机深度学习方法识别视觉图像中的对应果实。

16、进一步地，步骤s2中，通过双目视差计算并获取对应果实三维点云信息。

17、进一步地，步骤s3中，通过果实点云聚类方法计算得到对应果实中心空间坐标和对应果实拟合球半径。

18、进一步地，步骤s42中，若为精准喷洒模式，则根据对应果实拟合球半径得出爪形喷头的开合角与夹持角；通过控制内拉杆改变爪形喷头的开合角，通过控制外拉杆改变爪形喷头的夹持角，控制爪形喷头包裹对应果实进行精准喷洒。

19、本申请的基于立体视觉信息引导的农药喷洒方法，通过双目视差计算得到对应果实的三维点云信息，并计算得到对应果实中心空间坐标和对应果实拟合球半径，依据对应果实中心空间坐标和对应果实拟合球半径控制爪形喷头，实现对果树的区域大范围喷洒或对对应果实的包裹进行精准喷洒。

20、为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

技术特征：

1.一种基于立体视觉信息引导的农药喷洒装置，其特征在于：包括机器人平台、机械臂、农药喷洒末端执行器、图像收集装置和控制系统；所述机械臂、图像收集装置和控制系统设于机器人平台上，所述农药喷洒末端执行器设于机械臂顶端；所述农药喷洒末端执行器包括可开合的爪形喷头。

2.根据权利要求1所述的基于立体视觉信息引导的农药喷洒装置，其特征在于：所述爪形喷头包括驱动装置、若干喷头臂和若干喷射头，所述喷头臂环绕设于所述驱动装置上，所述喷射头设于所述喷头臂顶端，所述喷射头的喷射面朝向内侧。

3.根据权利要求2所述的基于立体视觉信息引导的农药喷洒装置，其特征在于：所述喷头臂包括内拉杆和外拉杆，内拉杆一端连接所述驱动装置，另一端与所述喷射头可转动地连接；外拉杆一端连接所述驱动装置，另一端与所述喷射头可转动地连接。

4.根据权利要求3所述的基于立体视觉信息引导的农药喷洒装置，其特征在于：所述内拉杆与所述喷射头的所述喷射面相邻的底面连接，所述外拉杆与所述喷射头的所述喷射面的相反面连接。

5.根据权利要求4所述的基于立体视觉信息引导的农药喷洒装置，其特征在于：所述图像收集装置为双目相机或深度相机。

6.一种基于立体视觉信息引导的农药喷洒方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的基于立体视觉信息引导的农药喷洒方法，其特征在于：步骤s2中，通过计算机深度学习方法识别视觉图像中的对应果实。

8.根据权利要求7所述的基于立体视觉信息引导的农药喷洒方法，其特征在于：步骤s2中，通过双目视差计算并获取对应果实三维点云信息。

9.根据权利要求8所述的基于立体视觉信息引导的农药喷洒方法，其特征在于：步骤s3中，通过果实点云聚类方法计算得到对应果实中心空间坐标和对应果实拟合球半径。

10.根据权利要求9所述的基于立体视觉信息引导的农药喷洒方法，其特征在于：步骤s42中，若为精准喷洒模式，则根据对应果实拟合球半径得出爪形喷头的开合角与夹持角；通过控制内拉杆改变爪形喷头的开合角，通过控制外拉杆改变爪形喷头的夹持角，控制爪形喷头包裹对应果实进行精准喷洒。

技术总结
本发明涉及一种基于立体视觉信息引导的农药喷洒装置及方法。本发明所述的一种基于立体视觉信息引导的农药喷洒装置包括：包括机器人平台、机械臂、农药喷洒末端执行器、图像收集装置和控制系统；所述机械臂、图像收集装置和控制系统设于机器人平台上，所述农药喷洒末端执行器设于机械臂顶端；所述农药喷洒末端执行器包括可开合的爪形喷头。本发明所述的一种基于立体视觉信息引导的农药喷洒装置及方法具有能够进行大范围喷洒或对目标果实进行精准喷洒的优点。

技术研发人员：叶磊,吕沅桦,刘孝炜,李锦,李璞,李鸿洲,黄志豪
受保护的技术使用者：韶关学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14