一种基于视觉定位的轮盘式自动翻抛控制系统的制作方法

本发明涉及有机肥生产，尤其是一种基于视觉定位的轮盘式自动翻抛控制系统。

背景技术：

1、在传统的有机肥堆肥过程中，经常需要投入大量人力进行翻堆操作，以促进有机物的分解和转化，但这种方式存在着劳动密集、效率低下、不稳定的问题。槽式翻抛技术应运而生，槽式翻抛技术通过自动化的机械装置，将堆肥物料在翻抛槽内进行翻动和混合，实现了有机物料的均匀通气、温度的均衡分布以及有机物的充分混合。这一过程不仅加速了有机物的分解和转化，还提高了有机肥的质量和产量。此外，槽式翻抛技术还能够降低人力成本和劳动强度，提高了生产效率和稳定性。

2、常见的槽式翻抛技术有链式槽式翻抛和气动槽式翻抛两种。链式槽式翻抛技术通过链条或链条传动系统来驱动槽内的挡板或刀片，实现堆料的翻抛和混合。气动槽式翻抛技术利用气动装置或气压传动系统，通过气流的作用实现槽内物料的翻抛和混合。两种翻抛技术均具有较为不错的翻抛效果，但气动槽式翻抛技术需要使用气源或压缩空气，对操作环境的要求较高，需要保持气源的稳定供应和压力，而链式槽式翻抛技术由于挡板或刀片受到链条传动的影响，翻抛动作可能不够均匀，导致部分物料未能充分翻动或混合，影响翻抛效果。轮盘式是一种新型的槽式翻抛技术，其凭借结构简单、运行稳定、适用范围广等优势正逐步取代链式槽式翻抛和气动槽式翻抛。但现有轮盘式翻抛机在无人值守情况下的自动化控制技术常常会出现操作冗余，如堆肥只占据翻抛机工作场的部分区域，但现有技术常常出现对整个工作区进行翻抛的情形。这不但降低了工作效率，且造成了能源浪费。除此之外，由于轮盘式是通过螺旋传动系统将物料沿着螺旋线路翻抛和混合，轮盘移动过程中如何保证抛洒的均匀是目前轮盘式翻抛技术所面临的一大挑战。

3、因此，如何保证翻抛槽内整个堆肥物料区域的翻抛均匀性，避免堆肥物料出现翻抛遗漏，提高有机肥生产质量与效率，是一个亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术问题，本发明提供一种基于视觉定位的轮盘式自动翻抛控制系统，旨在解决现有轮盘式槽式翻抛存在的翻抛均匀性不理想，影响有机肥生产质量与效率的问题。

2、本发明提供了一种基于视觉定位的轮盘式自动翻抛控制系统，包括：

3、翻抛机，所述翻抛机包括翻抛机构和位置移动机构；

4、其中，所述翻抛机构被配置为对翻抛槽内的堆肥物料进行翻抛；

5、其中，所述移动机构连接所述翻抛机构，被配置为根据接收到的翻抛控制指令，调节所述翻抛机构执行翻抛动作的位置；

6、监控模组，所述监控模组包括第一监控模块和第二监控模块；

7、其中，所述第一监控模块设置于翻抛槽，被配置为采集翻抛槽内执行翻抛动作的翻抛机的第一定位图像；

8、其中，所述第二监控模块设置于翻抛机，被配置为采集当前翻抛机执行翻抛动作位置的堆肥物料的第二定位图像；

9、控制模块，所述控制模块连接所述翻抛机和所述监控模组；

10、其中，所述控制模块被配置为获取所述翻抛机在执行翻抛任务前的第一定位图像，基于所述第一定位图像，确定所述翻抛槽内的待翻抛区域，生成并向所述翻抛机发送用于执行所述待翻抛区域内第一次翻抛任务的翻抛控制指令；

11、其中，所述控制模块被配置为获取所述翻抛机执行第一次翻抛任务时的第一定位图像和第二定位图像，基于所述第一定位图像和所述第二定位图像，确定所述翻抛槽内的二次翻抛区域，生成并向所述翻抛机发送用于执行二次翻抛区域内第二次翻抛任务的翻抛控制指令。

12、可选的，所述位置移动机构，具体包括：

13、横向移动结构与纵向移动结构；

14、其中，所述横向移动结构被配置为驱动所述翻抛机在所述翻抛槽内执行沿第一方向或第一方向相反方向的位置移动动作，所述纵向移动结构被配置为驱动所述翻抛机在所述翻抛槽内执行沿第二方向或第二方向相反方向的位置移动动作；

15、其中，所述第一方向与所述第二方向相互垂直；

16、动力驱动模组；

17、其中，所述动力驱动模组连接所述横向移动结构和所述纵向移动结构，被配置为向横向移动结构提供控制翻抛机沿第一方向或第一方向相反方向移动和向纵向移动结构提供控制翻抛机沿第二方向或第二方向相反方向移动的驱动力。

18、可选的，所述翻抛机构，具体包括：

19、翻抛轮，被配置为在翻抛槽内对堆肥物料执行翻抛动作；

20、支臂，包括第一梁柱和第二梁柱；

21、其中，所述第一梁柱和所述第二梁柱被配置为将所述翻抛轮固定于所述位置移动机构，以使所述翻抛轮跟随所述位置移动机构执行位置移动动作。

22、可选的，所述第一梁柱和所述第二梁柱设置有定位标记点组；

23、其中，所述定位标记点组包括设置于第一梁柱的第一监控面上的两个定位标记点、第一梁柱的第二监控面上的两个定位标记点以及设置于第二梁柱的第一监控面上的一个定位标记点、第二梁柱的第二监控面上的一个定位标记点；

24、其中，所述第一监控面与所述第二监控面被配置为所述第一梁柱与所述第二梁柱上的朝向第二方向和第二方向相反方向的两个定位标记点设置面。

25、可选的，所述第一监控模块包括设置于翻抛槽四个角落位置的外部摄像头，所述第二监控模块包括设置于翻抛机的一个内部摄像头；

26、其中，每个所述外部摄像头被配置为采集的第一定位图像仅包含所述第一梁柱与所述第二梁柱上的朝向第二方向或朝向第二方向相反方向的三个定位标记点；

27、其中，所述内部摄像头被配置为采集当前翻抛机执行翻抛动作位置的堆肥物料的第二定位图像。

28、可选的，所述控制模块，具体包括：

29、待翻抛区域分析单元，所述待翻抛区域分析单元被配置为获取所述翻抛机在执行翻抛任务前的第一定位图像，基于所述第一定位图像，确定所述翻抛槽内的待翻抛区域；

30、第一次翻抛控制单元，所述第一次翻抛控制单元被配置为根据所述待翻抛区域，生成并向所述翻抛机发送用于执行所述待翻抛区域内第一次翻抛任务的翻抛控制指令；

31、二次翻抛区域分析单元，所述二次翻抛区域分析单元被配置为获取所述监控模组采集的所述翻抛机执行对整个堆肥物料区域执行第一次翻抛任务的第一定位图像和第二定位图像，并基于所述第一定位图像和所述第二定位图像，确定所述翻抛槽内的二次翻抛区域；

32、第二次翻抛控制单元，所述第二次翻抛控制单元被配置为根据所述二次翻抛区域，生成并向所述翻抛机发送用于执行所述二次翻抛区域内第二次翻抛任务的翻抛控制指令。

33、可选的，所述待翻抛区域分析单元，具体包括：

34、定位标记点确定子单元，所述定位标记点确定子单元被配置为根据四个外部摄像头采集的第一定位图像和每个外部摄像头的位置坐标，确定每个第一定位图像中三个定位标记点在外部摄像头的坐标系下的位置坐标；

35、重心位置确定子单元，所述重心位置确定子单元被配置为根据三个定位标记点在外部摄像头的坐标系下的位置坐标，确定三个定位标记点连线所构成图案的重心在所述翻抛槽内的位置坐标；

36、翻抛机位置确定子单元，所述翻抛机位置确定子单元被配置为将三个定位标记点连线所构成图案的重心在所述翻抛槽内的位置坐标作为所述翻抛机在所述翻抛槽内的位置坐标；

37、图像深度估计子单元，所述图像深度估计子单元被配置为采用图像深度估计模型对每个外部摄像头采集到的第一定位图像进行深度估计，将翻抛槽内每一侧堆肥物料处的深度作为翻抛机执行第一次翻抛任务中待翻抛区域该侧的目标移动距离。

38、可选的，所述定位标记点确定子单元，被配置为执行：

39、获取四个外部摄像头采集的第一定位图像；其中，每个第一定位图像中具有三个定位标记点；

40、根据第一定位图像，通过最小二乘取最小向量，计算获得图像下和的刚体平移变换矩阵和；其中，所述刚体平移变换矩阵的表达式，具体为：

41、；

42、其中，表示第i个图像的第j个标志物，表示欧几里得范数，是旋转平移矩阵的李代数表示，和是的子矩阵，α、β、γ是定位标记点的位置距离，n为定位标记点的数量，t为转置，表示旋转矩阵，ρ表示平移矩阵；

43、根据每个外部摄像头的位置坐标和和的刚体平移变换矩阵，确定和在外部摄像头的坐标系下的位置坐标，同理确定在外部摄像头的坐标系下的位置坐标。

44、可选的，所述重心位置确定子单元，被配置为执行：

45、根据三个定位标记点、、在外部摄像头的坐标系下的位置坐标，计算获得三者连线所构成图案所确定的重心在四个外部摄像头为原点坐标下的位置；

46、将第二外部摄像头放置在以第一外部摄像头为原点坐标下将变换为，将作为第一外部摄像头和第二外部摄像头的第一定位图像中三个定位标记点连线所构成图案的重心与第一外部摄像头和第二外部摄像头中点为原点下的坐标p1；

47、同理获得三个定位标记点连线所构成图案的重心与第三外部摄像头和第四外部摄像头中点为原点下的坐标p2，并利用所述坐标p1与坐标p2，确定三个定位标记点连线所构成图案的重心在所述翻抛槽内的位置坐标。

48、可选的，所述二次翻抛区域确定子单元，被配置为执行：

49、将第二定位图像进行主成分分析获得分解后的多个模态，利用方向希尔伯特变换得到二维解析信号，并将频域的一个半平面设为零，得到最优模态及采样频率；表达式，具体为：

50、；

51、其中，表示模态，为模态下的解析信号，解析信号的频域表示为：

52、；

53、表示为模态下的采样频率，表示的中心频率，▽表示梯度，为复数域中的值，k表示第k个模态；

54、判断频域是否存在凸点，若是，则将凸点时所述翻抛机在所述翻抛槽内的位置坐标确定为重复翻抛位置，并根据全部重复翻抛位置获得所述堆肥物料区域中的二次翻抛区域。

55、本发明的有益效果在于：提出了一种基于视觉定位的轮盘式自动翻抛控制系统，针对现有轮盘式翻抛机自动化控制技术存在的缺陷，提出了一种基于视觉定位的自动化控制方法，利用四个放置于翻抛槽的摄像头通过几何测量原理实现对翻抛机的定位，并通过深度估计模型获取堆肥深度信息以引导翻抛机移动，该方法避免了翻抛机在无堆肥处的工作，提高了工作效率。为提高翻抛质量，本发明还通过平整度检测算法对翻抛效果进行评估，对未达标位置进行记录以便二次翻抛。