[发明专利]水田除草机自动避苗系统及方法

说明书

本发明公开了一种水田除草机自动避苗系统及方法，所述系统包括图像采集模块、控制模块和液压模块，控制模块包括测速传感器和可编程逻辑控制器；图像采集模块，用于实时采集苗带图像，根据苗带图像提取苗带线，判定苗带线的偏转角度，并输出至可编程逻辑控制器；测速传感器，用于测量水田除草机的前进速度，并传输至可编程逻辑控制器；可编程逻辑控制器，用于根据苗带线的偏转角度和水田除草机的前进速度，输出信号控制液压模块；液压模块，用于实现水田除草机的除草轮横向纠偏调节，以及根据可编程逻辑控制器输出的信号，实现水田除草机的除草轮角度纠偏调节。本发明能够使除草轮工作时跟随苗带线轨迹运动，可以使水田除草机进行自动避苗。

技术领域

本发明涉及一种避苗系统及方法，尤其是一种水田除草机自动避苗系统及方法，属于除草机自动避苗技术领域。

背景技术

现有一种除草机无论是除草部件前置或后置，在工作过程中都需要人为观察除草部件与秧苗的相对位置，调整除草机行进方向使除草部件对行。而一般机插秧行距为30cm左右，属于小行距作物，在实际生产中，机插秧秧苗行并未完全插植成一条直线，一种中耕除草机进行行间除草作业时，人为操控除草机行进方向进行除草部件对行调节，因秧苗行距较小，存在人为调整机具方向不及时，导致伤苗的问题，因此通过使除草装置跟随苗带线运动，可有效减少伤苗，因此首先需精确的提取出苗带线，韩国的Keun Ha Choi等人通过构建水稻立体模型，采用Hough变换求得稻苗叶片边缘直线，以边缘直线交点作为稻苗中线特征点，通过稳定线性回归算法从特征点中提取导航线。江苏大学高国琴等人通过HSI颜色空间，提取出与光照信息无关的H分量图，采用K-means聚类分析算法对图像中的绿色作物信息以及垄道信息进行分类，通过形态学操作去除噪声后，采用Hough算法提取出作物行线。河南理工大学的姜国权等人为提取农田作物行中线，采用2G-R-B、自动阈值等方法分割图像，然后进行左右边缘中间线检测，得到作物行特征点，通过聚类算法区分出作物行特征点，根据已知直线检测算法得到导航线。使除草装置跟随苗带线运动，也需要良好的控制方法。Anderson等人设计了一款基于模糊控制的控制器，实现控制机器实现在未知路径下主动避让障碍物的目的。南京林业大学的郭伟斌等人采用模糊控制方法设计了玉米行间除草机器人。沈阳自动化研究所的白晓平等人提出了一种农业车辆导航的自校正模型控制方法。

分析国内外作物行视觉提取技术及控制技术的研究现状可以发现，国内外虽已有类似农田作物行线提取技术的研究，但研究对象多为旱地作物，作物与背景的颜色空间差异明显，而且作物多为叶菜类作物，作物冠层特征相对简单，导航线提取难度较小，作物行距较宽，对控制系统的控制精度要求不是很高。国内外有关水稻导航机械的研究较少，已存在的多为对水田拖拉机机头进行导航的研究，少见对机头悬挂部件导航控制的研究。水田环境背景复杂、水层反光、类稻苗杂草等因素造成稻苗行识别与行线提取难度较大，且机插秧行距相对旱地作物行较窄，对控制系统精度要求较高。

根据生产经验可以知道，除草机在田间地头时，除草轮相对苗带存在横向偏移，因此需横向纠偏调整。除草机在田间工作时，车轮沿着插秧机轮辙行走，不存在横向偏移，因此不存在横向偏移，初始对行完成后可固定。但因秧苗未插植成直线，除草机行进在苗带弯曲部分时，除草轮相对苗带存在角度偏移，因此需进行角度纠偏调整。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种水田除草机自动避苗系统，该系统能够使水田除草机上的除草轮初始对行，工作时跟随苗带线轨迹运动，可以使水田除草机进行自动避苗。

本发明的另一目的在于提供一种水田除草机自动避苗方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

水田除草机自动避苗系统，包括图像采集模块、控制模块和液压模块，所述控制模块包括测速传感器和可编程逻辑控制器，所述图像采集模块、测速传感器和液压模块分别与可编程逻辑控制器连接；

所述图像采集模块，用于实时采集苗带图像，根据苗带图像提取苗带线，判定苗带线的偏转角度，并输出至可编程逻辑控制器；