1.一种宿根蔗补种机器人,其特征在于,包括行走机构、打洞覆土机构以及落种机构,所述打洞覆土机构和落种机构设置在行走机构上;
所述打洞覆土机构包括钻筒、钻头、用于驱动钻头进行旋转的旋转驱动机构以及用于驱动钻筒和钻头下移的竖向驱动机构;所述钻头设置在钻筒中,该钻头上设有螺旋叶片;所述旋转驱动机构设置在竖向驱动机构的竖向传动板上,该旋转驱动机构的驱动端与钻头连接;所述钻筒与所述竖向传动板之间设有可竖向相对移动的竖向滑动结构;
所述落种机构包括储种斗、若干个种勺和用于驱动种勺从储种斗种将甘蔗取出的落种驱动机构。
2.根据权利要求1所述的宿根蔗补种机器人,其特征在于,还包括定位移动机构,该定位移动机构包括第一横向驱动机构和第二横向驱动机构,所述第一横向驱动机构的驱动方向与第二横向驱动机构的驱动方向垂直;
所述第二横向驱动机构设置在第一横向驱动机构上;
所述竖向驱动机构设置在第二横向驱动机构上;
所述第一横向驱动机构包括第一横向驱动电机和第一直线模组,所述第二横向驱动机构与第一直线模组的移动端固定连接;
所述第二横向驱动机构包括第二横向驱动电机和第二直线模组,所述第二竖向驱动机构与第二直线模组的移动端固定连接。
3.根据权利要求1所述的宿根蔗补种机器人,其特征在于,所述落种驱动机构包括落种安装架、落种驱动电机和落种传动组件,所述落种驱动电机固定设置在落种安装架上,所述落种传动组件包括落种传动链和落种传动链轮;所述种勺固定设置在落种传动链上;在工作状态下,所述落种传动链带动种勺自下而上从储种斗中将甘蔗取出;
所述落种机构还包括护罩,该护罩中设有供甘蔗下落的下落通道;在工作状态下,所述种勺将甘蔗投放至护罩中,甘蔗沿着下落通道往下掉落。
4.根据权利要求2所述的宿根蔗补种机器人,其特征在于,所述落种机构还包括用于承接从储种斗中转移出来的甘蔗的投种箱以及用于打开或关闭投种箱的投放口的投种开关,所述投种开关设置在投种箱上;所述投种箱设置在定位移动机构上;
所述投放开关包括底板和电磁伸缩模块,所述底板位于在投种箱的投放口的下方,该底板的一端与投种箱的底部铰接;
所述电磁伸缩模块包括伸缩缸体和伸缩杆,所述伸缩缸体固定设置在投种箱的外壁,所述伸缩杆的竖向设置在伸缩缸体中,该伸缩杆的下端通过铰接的传动杆与底板的另一端连接;
所述落种机构还包括位置检测模块,该位置检测模块包括光束发射元件和挡光片,所述光束发射元件设置在竖向驱动机构的固定端上,该光束发射元件上设有感应槽;所述挡光片设置在所述竖向传动板上。
5.根据权利要求1所述的宿根蔗补种机器人,其特征在于,还包括视觉检测系统,该视觉检测系统包括用于实时拍摄宿根蔗垄的图像获取模块、用于对获取到的图像分析并计算出补种位置的的上位机以及根据上位机的指令控制各驱动机构作业的下位机;所述上位机分别与图像获取模块与下位机电连接。
6.一种宿根蔗补种方法,其特征在于,包括以下步骤:
行走机构驮着打洞覆土机构以及落种机构在田地上行走;
通过视觉检测系统寻找补种的位置;
驱动打洞覆土机构的钻筒移动至待补种的位置正上方,启动竖向驱动机构和旋转驱动机构,竖向驱动机构驱动钻筒和旋转的钻头下降靠近待补种的位置;
当钻筒移动与地面相抵接时,钻筒停止向下移动,旋转的钻头继续随着竖向驱动机构的竖向传动板深入泥土中,并通过螺旋叶片将下方的泥土往上提升至钻筒中,直至钻头深入到合适的深度;打完洞后,旋转驱动机构停止驱动,竖向驱动机构驱动竖向传动板往上移动,带动钻头缩回钻筒中,然后与钻筒一起上升离开地面;
驱动落种机构移动至打好的洞口正上方,启动落种驱动机构,驱动种勺靠近储种斗,将甘蔗从储种斗种取出,并投放到下方的打好的洞穴种,完成投种动作;
驱动打洞覆土机构的钻筒回到洞穴的正上方,旋转驱动机构反向驱动钻头进行旋转,钻筒内的泥土在螺旋叶片的输送下离开钻筒掉落进洞中,完成覆土动作。
7.根据权利要求6所述的宿根蔗补种方法,其特征在于,所述视觉检测系统的操作为:通过图像获取模块对前方的宿根蔗垄进行拍摄,并将图像传给上位机,上位机收到图像后实时计算,确定作业的行驶路径;
在行驶过程中,上位机将实时传上来的图像进行识别,将识别到的宿根蔗苗打上一个矩形的检测框;若图像中只有一株宿根蔗苗,则以检测框的中心点为起点,每隔一个种植间隔打一个补种标记,并且计算出每个补种标记的坐标;结合上述补种坐标,上位机向下位机发送补种指令;下位机接收到指令后,通过控制各机构的电机启停来进行补种作业;
若图像中出现多株宿根蔗苗,则对每株宿根蔗苗分别打上检测框,然后计算两个相邻检测框中心点的距离以判断是否需要补种:若相邻的两个检测框中心点距离小于两个种植间隔,则判定不需要补种;
若距离大于两个种植间隔且小于三个种植间隔,则将两个检测框中心点距离的中点标记出来,并生成坐标传给下位机,下位机接到坐标后,控制相关机构进行补种作业;
若距离大于三个种植间隔,以靠近补种机器人的检测框中心点为起始点,每隔一个种植间隔生成一个坐标传给下位机,下位机根据收到的坐标,控制补种机器人到对应的位置进行补种。
8.根据权利要求7所述的宿根蔗补种方法,其特征在于,采用基于深度学习的目标检测算法对甘蔗幼苗进行检测,当检测到有甘蔗幼苗时,会在甘蔗幼苗周围绘制检测框,并返回检测框左上角像素坐标(u1,v1)和右下角像素坐标(u2,v2),并通过以下计算过程获取检测框的三维空间坐标:根据返回的检测框左上角像素坐标和右下角像素坐标计算检测框的中心像素坐标(u,v),计算公式如下:u=(u1+u2)÷2
v=(v1+v2)÷2;
根据深度相机的内参和畸变参数,将检测框的中心像素坐标(u,v)转为为检测框的中心三维空间坐标(xo,yo,zo)。
9.根据权利要求8所述的宿根蔗补种方法,其特征在于,当图像里检测多株甘蔗幼苗时,上位机通计算获取每个检测框的中心三维空间坐标(xo,yo,zo),并存储在一列表中,分别为[(xo1,yo1,zo1),(xo2,yo2,zo2),......,(xon,yon,zon)];根据检测框的中心三维空间坐标计算相邻的两株甘蔗幼苗之间的实际距离d,计算公式如下:若d大于等于两个种植间隔,则根据检测框的中心三维空间坐标计算该两株幼苗之间距离的中心三维空间坐标(x’,y’,z’)作为补苗点,并将补苗点通过串口通信传递给下位机,计算公式如下:x’=(xo1+xo2)÷2
y’=(yo1+yo2)÷2
z’=(zo1+zo2)÷2;
若d小于两个种植间隔,则不计算补苗点;
当图像里只检测到单株甘蔗幼苗时,上位机通计算获取该检测框的中心三维空间坐标(xo,yo,zo),并在该中心三维坐标的正前方一个种植间隔处生成一个补苗点,计算公式如下:x=xo
y=yo+10
z=zo。
10.根据权利要求8所述的宿根蔗补种方法,其特征在于,将检测框的三维空间坐标储存到列表中,利用最小二乘法进行拟合,拟合得到两行作物行的直线方程,再求取这2条直线的中线,即为导航路径;
在距离作物行的前端和末端前处分别放置标识牌,图像获取模块识别到标识牌并计算摄像头与标识牌的距离;当图像获取模块与标识牌之间的距离等于作物行的前端或末端与标识牌之间的距离时,上位机发送信号控制下位机底盘转弯,进入另一行作物。