一种基于多电机协调控制的铺膜播种设备及其控制方法

本技术涉及农机，为一种农机控制方法，具体为一种基于多电机协调控制的铺膜播种设备及其控制方法。

背景技术：

1、铺膜播种技术可有效提高地温、保温、减少水分流失、抑制杂草生长，可帮助作物在幼苗阶段抵御低温、干旱等不利于作物生长的恶劣环境，可保证幼苗的存活率，有效扩大棉花、玉米等作物在北方干旱寒冷地区的种植面积。

2、现有技术中在实施铺膜播种技术时通常采用铺膜播种机进行作业。然而，现有的铺膜播种机自动化程度低，在实际生产中仍需要较大的人工投入。虽然在现有技术中有部分的铺膜播种设备进行了自动化智能化改造，但因为铺膜播种过程中涉及到的控制动作较多，需要多个电机之间进行速度配合和执行配合，并且因为实际操作过程中会出现漏播、少播等意外情况则需要对于控制过程进行完整和精确地调配。为了实现良好的播种效果，以上这两个客观技术问题是实现自动化智能化铺膜播种最需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的技术问题，本技术实施例提供一种基于多电机协调控制的铺膜播种设备及其控制方法，能够通过多电机协调控制方法和图像处理方法实现对于不同运行状态下的铺膜播种设备的自动化控制，提高了自动化控制准确度。

2、为了达到上述目的，本技术实施例采用的技术方案如下：

3、第一方面，提供一种基于多电机协调控制的铺膜播种设备，所述铺膜播种设备包括承载移动部，以及设置在所述承载移动部上的铺膜部和播种部，所述承载移动部沿第一方向移动，且在第一方向上所述铺膜部相对所述播种部前方设置，所述铺膜部用于进行铺膜作业，所述播种部用于进行播种作业；所述铺膜部包括铺膜组件和破膜组件，所述铺膜组件用于在目标区域进行地膜铺设，所述破膜组件基于所述承载移动部预设置的行程间隔对所述地膜进行破膜处理得到种穴，所述播种部包括排种装置以及基于所述排种装置对称设置的第一视频采集装置和第二视频采集装置，所述排种装置用于将待播种子派送至所述种穴内，所述第一视频采集装置和视频第二视频采集装置分别用于采集不同时刻的第一视频和第二视频；所述铺膜播种设备还包括控制部，所述控制部包括图像处理装置和协调控制装置，图像处理装置用于接收所述第一视频和所述第二视频，并对所述第一视频和所述第二视频中包含有所述种穴的图像帧进行分割并判断所述种穴中是否具有待播种子；所述协调控制装置基于所述图像处理装置的判断结果产生控制策略，并基于控制策略控制所述承载移动部、所述铺膜组件和所述排种装置的运动。

4、进一步的，所述图像处理装置包括：图像分割单元，用于获取所述第一视频和所述第二视频中含有完整所述种穴的第一图像和第二图像；图像识别单元，用于识别所述第一图像和所述第二图像中是否有待播种子。

5、进一步的，所述控制策略包括稳态控制子策略和变态控制子策略，所述稳态控制子策略基于正常状态下控制所述承载移动部沿第一方向进行移动，控制所述铺膜部沿第一方向进行铺膜和破膜作业，控制所述播种部将所述待播种子派送至所述种穴内；所述变态控制子策略基于异常状态下控制所述承载移动部沿第二方向进行移动，控制所述铺膜部停止作业，控制所述播种部将所述待播种子派送至所述种穴内；所述稳态控制子策略和所述变态控制子策略都基于多电机协调控制方法构建，所述正常状态为所述第二图像中存在所述待播种子的状态，所述异常状态为所述第二图像中不存在所述待播种子的状态。

6、进一步的，所述变态控制子策略包括：当所述第二图像中不存在所述待播种子时，控制所述铺膜组件停止运动，并控制所述承载移动部沿第二方向进行移动直至所述排种装置移动至种穴处进行播种作业，作业完成后驱动所述承载移动部沿第一方向移动，并通过所述第二视频采集装置采集更新后的所述第二视频，并通过所述图像处理装置确定所述第二视频中是否有待播种子；所述第二方向为所述第一方向的反方向。

7、第二方面，提供一种基于多电机协调控制的铺膜播种设备控制方法，应用于上述任一项所述的控制部，所述方法包括：基于稳态控制子策略控制所述承载移动部沿第一方向移动，控制所述铺膜部沿第一方向进行铺膜作业和破膜作业，控制所述图像处理装置获取第一图像，并判断所述第一图像中是否存在种穴，并控制所述播种部进行播种作业，控制所述图像处理装置获取第二图像，并判断所述第二图像中是否存在待播种子；当所述第二图像中不存在待播种子时，基于变态控制子策略控制所述铺膜部停止运动，并控制所述承载移动部沿第二方向移动直至所述播种部处于空穴上方，控制所述播种部进行二次播种作业；当所述二次播种作业完成后驱动所述承载移动部沿第一方向移动，并通过所述第二视频采集装置采集更新后的二次第二图像，并通过所述图像处理装置确定所述二次第二图像中是否有待播种子；当所述二次第二图像中存在所述待播种子，基于稳态控制子策略控制所述铺膜播种设备。

8、进一步的，所述控制所述图像处理装置获取第一图像，并判断所述第一图像中是否存在种穴，包括：基于第一视频采集装置获取第一视频，并对所述第一视频进行图像帧处理得到多个所述第一图像，对多个所述第一图像进行种穴识别确定任一所述第一图像中是否具有种穴。

9、进一步的，所述控制所述图像处理装置获取第二图像，并判断所述第二图像中是否存在待播种子，包括：基于第二视频采集装置获取第二视频，并对所述第二视频进行图像帧处理得到多个所述第二图像，对多个所述第二图像进行种穴识别并筛选多个所述第二图像中具有种穴的多个第三图像，并对所述第三图像进行种子识别，确定所述第三图像中是否具有待播种子。

10、进一步的，对多个所述第一图像、多个所述第二图像进行种穴识别，包括：对所述第一图像、所述第二图像进行灰度处理得到的第一灰度图和第二灰度图，并将所述第一灰度图、所述第二灰度图分别与预设置的种穴灰度模板进行模板匹配确定所述第一灰度图与所述第二灰度图中是否具有种穴，以及所述种穴在所述第一图像、第二图像中的位置；所述对所述第三图像进行种子识别，确定所述第三图像中是否具有待播种子以及所述待播种子的数量是否符合要求，包括：筛选多个所述第三图像中分辨率最高的图像为待处理第三图像，对所述待处理第三图像通过识别模型进行特征提取并将提取到的特征进行分类回归得到特征为待播种子的概率，将符合预设置概率阈值所对应的特征确定为待播种子，并统计得到所述待播种子的真实数量，并将所述真实数量与预设置的数量阈值进行比较确定是否满足要求；所述识别模型为训练后呈收敛的yolov4模型。

11、进一步的，所述稳态控制子策略用于对承载移动部、铺膜组件、破膜组件、排种装置所对应的电机进行控制，所述变态控制子策略用于对承载移动部和排种装置进行控制。

12、进一步的，基于稳态控制子策略控制所述承载移动部沿第一方向移动，控制所述铺膜部沿第一方向进行铺膜作业和破膜作业，控制所述播种部进行播种作业，包括：获取所述承载移动部、所述铺膜组件、所述破膜组件和所述排种装置所对应的第一电机、第二电机、第三电机和第四电机的实时转速和期望转速，基于下式计算过程中的跟踪误差绝对值：|γi|＝|x-yi|，其中γi为第i台电机的跟踪误差，x为期望转速，yi为第i台电机的转速；对所述跟踪误差绝对值进行排序，根据排序结果确定增益系数，基于下式确定所述电机的同步误差补偿值：其中ki为增益系数，βi为同步误差补偿值；基于所述同步误差补偿值对所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机和所述第四电机进行误差补偿。

13、第三方面，提供一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的方法。

14、第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的方法。

15、本技术实施例提供的技术方案中，通过对于铺膜和播种结果的识别，并根据不同的结果配置对应的控制策略，此控制策略通过获取同步误差补偿值，并基于同步误差补偿值对不同控制策略下的被控对象进行误差补偿，从而实现了多电机协调控制，从而对控制过程进行精准控制，提高了整个系统的运行稳定性和控制精准性。