温室果实形态感知装置、系统及方法

本发明涉及温室果实形态感知装置、系统及方法。

背景技术：

1、温室大棚可以是有效促进植物生长，特别解决了冬季种植作物的问题，极大增加了产量，周期缩短。为了提高产量，极大利用水、肥资源。但是，其弊端也是存在的，由于大棚将作物与外界隔绝，导致鸟类、飞虫等无法进入，导致病虫害滋生，需要通过农药进行杀虫，由于与外界温度隔绝，导致气流不流畅，导致作物相对孱弱，需要大量药剂供给，从而导致大棚内挥发的激素及药剂弥漫大棚内，进入大棚作业的人员会接触或吸入这些有害物质，对人体产生危害。

2、随着我国大面积温室作业，且温室内湿度大温度高，一般需要低头弯腰作业，对人体损伤大。

3、如何提高自动化，机械化，实现了对温室果实的自动检测成为急需解决的技术问题。

4、进一步问题，针对目前温室作物病虫害预警不及时、不准确等问题，通过对果实的自动化采集，实现病虫害发生的病害病症病状综合分析，便于温室作物病虫害及时预警、及时防治。

5、传统的基于线性可变差动变压器原理创制果实生长传感器，其对果实也有损伤，作业强度大，需要逐个采集测量。

6、为了实现结合研究对象果实的形状，解决测量不同果实大小时传感器量程误差、线性度以及安装难的问题，被遮挡，尤其是自动化程度低的问题，实现多种作物的果实生长的无损连续检测，有很多。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题总的来说是提供一种温室果实形态感知装置、系统及方法。

2、本发明对传感器进行现场测试，用两种高精度激光测微仪进行对比试验，增加传感器的温度影响标定试验，并对最终的试验结果进行拟合，同时根据实地测试情况对传感器机械结构进行优化。本发明优化机械结构设计，采用自动化结构，研制果实生长。

3、为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

4、为了实现自动化采集信息，减少人员进入大棚，一种温室果实形态感知装置，包括设置在温室大棚顶部的骨架组件上的行走轨道槽；

5、在行走轨道槽上设置有检测机械手；

6、行走轨道槽连通有轨道槽端口；

7、在检测机械手一侧配置有与轨道槽端口对应的横向传输组件。

8、作为上述技术方案的进一步改进：

9、为了方便进行检测采集，检测机械手包括在行走轨道槽中行走的铰接轮座；

10、在铰接轮座下端旋转连接有升降大臂；

11、在升降大臂下端设置有斜向固定座，在斜向固定座的斜面垂直旋转有中转轴部；中转轴部垂直连接有斜向旋转座的斜面；

12、在斜向旋转座的直角面设置有连接肘部；

13、在斜向固定座上设置有小臂后肘锥体，在连接肘部端部设置有连接锥孔，在连接肘部上设置有与连接锥孔连通的径向通槽；

14、在连接锥孔中插装有后尾锥体；在后尾锥体端部设置有探头部；

15、为了方便自动充电，探头部设置有电连接的摄像头与充电接口；

16、在后尾锥体设置有卡位柄；

17、在卡位柄上设置有横向槽体件，以对应径向通槽；

18、在横向槽体件与径向通槽中插入有斜楔块；

19、在探头部上设置有限位座体。

20、为了方便换位，行走轨道槽连通形成井字形；

21、在铰接轮座上连接有铰接连杆，铰接连杆铰接有辅助轮座，辅助轮座在行走轨道槽上行走；

22、在井字形变向处下方设置有变位组件；

23、为了实现短距离变位，减少横向电机的频繁启动，变位组件包括电机驱动旋转的主动旋转套体部；在主动旋转套体部的套体中心线与电机旋转中心线呈垂直设置；

24、在主动旋转套体部的套体内设置有中间连接臂体；在中间连接臂体上套有复位弹簧部；复位弹簧部连接中间连接臂体与主动旋转套体部；在中间连接臂体端部变向连接有铰接连接杆；在铰接连接杆端部变向设置有导向套体；

25、在导向套体中插装有导向中间光杆；在导向中间光杆两端变向设置有端部套头；

26、在端部套头中插装有导向固定光杆；

27、导向固定光杆固定设置，两导向固定光杆与导向中间光杆形成工字型；

28、在导向套体上连接有变向设置的驱动连接臂；在驱动连接臂铰接设置有铰接弹性十字托座；

29、铰接弹性十字托座具有四个直角托；

30、铰接弹性十字托座通过扭簧或弹簧设置在驱动连接臂端部；

31、在铰接弹性十字托座端部设置有限位柱，用于限制铰接弹性十字托座转动角度；

32、铰接弹性十字托座端部具有倒角或圆角。

33、为了方便满足整个温室的覆盖，横向传输组件包括平行且固定设置的横向导向轨部及横向导向齿条部；在横向导向轨部上设置有横向导向座；在横向导向座上旋转有与横向导向齿条部啮合的横向旋转齿座；

34、在横向导向座下端设置有横向连接座；

35、在横向连接座端部纵向设置有横向连接锥孔座。

36、为了实现满足沿着垄沟纵向移动，在行走轨道槽一侧平行设置有纵向驱动组件；

37、纵向驱动组件包括平行且固定设置的纵向导向齿条部及纵向滚动导向部；

38、在纵向滚动导向部上行走于纵向推动架体上；在纵向推动架体上分别设置有纵向导向槽及纵向啮合齿轮；

39、纵向导向槽套在纵向滚动导向部上；

40、纵向啮合齿轮啮合纵向导向齿条部；

41、在纵向推动架体下端设置有纵向连接座；

42、在纵向连接座尾部设置有与横向连接锥孔座对应咬合的尾部导向光杆；

43、在纵向连接座端头部设置有至少两个纵向工艺臂部，在纵向工艺臂部设置有电磁咬合套；

44、在电磁咬合套端部设置有伸缩顶杆；

45、小臂后肘锥体对应电磁咬合套；

46、为了方便良好啮合，纵向啮合齿轮齿顶修缘；

47、纵向导向齿条部长于纵向滚动导向部；

48、纵向导向齿条部具有推进工位及输送工位。

49、作为扩大保护，一种温室果实形态感知系统，包括围成温室大棚的温室侧壁部及设置在温室侧壁部上方的升降顶棚；在温室大棚中上方设置有骨架组件，在骨架组件上设置有纵向传动部，在纵向传动部上设置有检测机械手；

50、纵向传动部采用循环传送带、行走轨道槽或纵向轨道；

51、在温室大棚内设置有地垄部，用于种植作物。

52、作为上述技术方案的进一步改进：

53、作为一改进，在温室大棚中设置有升降立柱，在升降立柱顶部设置有升降顶棚；

54、在横向导向轨部一侧设置有存储组件；

55、存储组件包括充电器体，用于充电。

56、为了方便更换探头传感器，满足多功能检测，在存储组件侧部设置有更换组件；

57、更换组件包括中间卡座；在中间卡座中设置有侧卡位块；

58、在中间卡座一侧设置旋转有升降座体；在升降座体上设置有旋转丝柱头；

59、斜楔块尾部设置有楔块丝母孔；

60、旋转丝柱头用于插入楔块丝母孔；

61、为了实现智能软件处理，系统软件包括构建基于深度神经网络的果实形态识别模型、处理单元；

62、果实形态识别模型基于机器视觉、图像处理、深度学习和模式识别技术；处理单元，通过模型压缩、模型剪枝、并行化处理的技术，基于边缘计算终端识别果实形态。

63、为了实现自动化感知，一种温室果实形态感知方法，借助于系统；方法包括以下步骤；

64、步骤一，调整温室大棚；

65、步骤二，检测机械手安装探头部；

66、步骤三，横向传输组件带动探头部达到对应纵向传动部；

67、步骤四，纵向驱动组件带动探头部到达指定作物，进行图像采集。

68、作为上述技术方案的进一步改进：

69、在步骤一中，根据棚外温度及天气，通过升降立柱调整升降顶棚与温室侧壁部封闭或打开间隙，实现温室大棚与外界的连通或隔断；

70、在步骤二中，首先，在检测机械手到达充电器体处，斜向旋转座旋转，使得连接锥孔朝下并下插入后尾锥体进行锥度配合，使得横向槽体件与径向通槽对正；然后，通过摩擦力将检测机械手将探头部达到中间卡座处并通过侧卡位块夹持；其次，旋转丝柱头带动斜楔块进入横向槽体件与径向通槽中，旋转丝柱头从楔块丝母孔分离；再次，检测机械手离开中间卡座后；

71、在步骤三中，首先，在横向旋转齿座与横向导向齿条部啮合下，通过横向导向座在横向导向轨部上横向行走到设定的输送工位；然后，在输送工位，纵向啮合齿轮啮合进入纵向导向齿条部，启动纵向啮合齿轮，同时，尾部导向光杆导向纵向离开横向连接锥孔座，进入推进工位；

72、在步骤四中，首先，纵向导向槽与纵向滚动导向部导向，使得探头部达到指定植株处；然后，升降大臂下降到设定高度，并通过斜向旋转座实现方向与角度调节，避免枝叶挡碍；其次，进行信息处理；

73、为了实现自动化图像处理，在进行信息处理时，

74、s4.1，首先，利用众包方法，收集不同作物在不同成熟阶段的图像数据，然后将果实成熟度分为未成熟、半成熟、成熟三个级别，并利用labelme图像标签标注软件，对收集图像中的果实进行位置及成熟度的标记，构成训练数据集；

75、s4.2，拟采用yolov5目标检测识别深度学习框架，对果实成熟度数据集进行训练，并利用mosaic数据增强、自适应anchor计算、自适应图片缩放的数据预处理；

76、s4.3，分析果实成熟度识别精度及泛化能力，从网络结构、网络深度、损失函数优化方面着手优化果实成熟度检测识别模型；

77、步骤五，通过变位组件实现检测机械手在相邻组行走轨道槽之间换道；

78、步骤六，对探头部进行更换并进行存储充电；

79、在步骤五中，当需要变道时，首先，伸缩顶杆进入电磁咬合套中，将小臂后肘锥体顶出；然后，电机驱动主动旋转套体部旋转，使得导向套体在导向中间光杆上导向移动，同时，端部套头在导向固定光杆上导向移动，使得铰接弹性十字托座行走矩形轨迹；其次，铰接弹性十字托座的对应直角托托载斜向固定座或斜向旋转座的下部，实现检测机械手横向位移到相邻的行走轨道槽，通过与相邻的行走轨道槽对应的电磁咬合套进行插装，进行检测采集信息。

80、本发明设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便。以下结合实施例说明有益效果。