[发明专利]基于机器视觉的锄草机器人系统及方法

权利要求书

1.一种基于机器视觉的锄草机器人系统，其特征在于，包括机器人移动平台、田间导航装置、田间苗草识别装置、锄草装置以及机器人控制系统；

所述机器人移动平台用于执行所述机器人系统在田间的行进动作；

所述田间导航装置用于获取所述机器人系统运动所需的导航参数，并将其发送给所述机器人控制系统；

田间苗草识别装置用于对田间苗草图像信息进行采集，根据田间苗草图像信息进行苗体识别，以及计算苗体坐标和苗间距，并将苗体坐标和苗间距数据发送给所述机器人控制系统；

所述锄草装置用于执行锄草动作；

所述机器人控制系统用于按照所接收的导航参数控制所述机器人移动平台执行在田间的行进动作，并根据所述苗体坐标和苗间距数据控制所述锄草装置执行锄草动作。

2.如权利要求1所述的基于机器视觉的锄草机器人系统，其特征在于，所述机器人移动平台包括四轮驱动的移动平台本体(12)。

3.如权利要求1所述的基于机器视觉的锄草机器人系统，其特征在于，所述田间导航装置包括彩色CCD摄像机视觉系统(2)和车载差分全球定位系统(4)，所述车载差分全球定位系统(4)用于执行相对大范围内机器人系统的路径规划与导航；所述彩色CCD摄像机视觉系统(2)用于执行相对小范围内作物垄行的识别并获取导航参数。

4.如权利要求1所述的基于机器视觉的锄草机器人系统，其特征在于，所述锄草装置包括锄具和锄具悬挂机械臂，所述锄具包括直流伺服电机(7)、用于苗间锄草的耙形旋转锄刀(10)及用于行间锄草的固定铲形锄刀(11)，所述直流伺服电机(7)中减速机(15)的输出轴通过联轴器(16)与耙形旋转锄刀(10)的刀柄连接，所述固定铲形锄刀(11)为两个，分别位于所述耙形旋转锄刀(10)的两侧。

5.如权利要求4所述的基于机器视觉的锄草机器人系统，其特征在于，所述锄具悬挂机械臂包括锄具抬升机构(6)及地面仿形机构，所述锄具抬升机构(6)为电推缸，其固定部与移动平台本体(12)的车架铰接，伸缩部与所述地面仿形机构铰接；所述地面仿形机构与所述直流伺服电动机(7)连接，用于带动所述锄具沿竖直方向上下浮动。

6.一种利用权利要求1～5任一项所述系统进行锄草的方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述田间导航装置获取所述机器人系统运动所需的导航参数，并将其发送给所述机器人控制系统；

所述田间苗草识别装置对田间苗草图像信息进行采集，根据田间苗草图像信息进行苗体识别，以及计算苗体坐标和苗间距，并将苗体坐标和苗间距数据发送给所述机器人控制系统；

所述机器人控制系统按照所接收到的导航参数控制所述机器人移动平台执行在田间的行进动作，并根据所述苗体坐标和苗间距数据控制所述锄草装置执行锄草动作。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述苗体坐标和苗间距数据控制所述锄草装置执行锄草动作具体为：所述机器人控制系统控制锄具悬挂机械臂带动锄具下降至耙形旋转锄刀的耙齿全部插入土壤，然后控制耙形旋转锄刀开始旋转，根据所述苗体坐标和苗间距数据实时调整耙形旋转锄刀的旋转速度及转角，使耙形旋转锄刀形成与作物苗间距相适应的耙齿旋移曲线，以清除苗间杂草；同时固定铲形锄刀在随所述机器人移动平台行进的过程中清除行间杂草。