本(ben)發明屬于(yu)激(ji)光(guang)除草，具體涉及一種智能激(ji)光(guang)對(dui)靶椒田除草系統(tong)。

背景技術：

1、辣(la)椒養殖過(guo)程中需(xu)要(yao)進行(xing)椒田除草，以(yi)防止雜草與辣(la)椒爭奪(duo)水(shui)、肥、光照以(yi)及生長(chang)空間等資源(yuan)，從而影響辣(la)椒的(de)(de)(de)(de)產(chan)量及品質。傳統(tong)的(de)(de)(de)(de)人工除草需(xu)要(yao)耗費大量的(de)(de)(de)(de)時間和體(ti)力，尤其對于(yu)大面(mian)積種植(zhi)的(de)(de)(de)(de)椒田來說，除草效率低，且成本(ben)高，顯然(ran)不可(ke)取。

2、新(xin)一(yi)代除(chu)草(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)方(fang)(fang)(fang)(fang)式(shi)(shi)包括機械除(chu)草(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)、覆蓋除(chu)草(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)方(fang)(fang)(fang)(fang)式(shi)(shi)以(yi)(yi)及除(chu)草(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)劑(ji)(ji)方(fang)(fang)(fang)(fang)式(shi)(shi)，但此(ci)三種(zhong)方(fang)(fang)(fang)(fang)式(shi)(shi)均存在(zai)(zai)一(yi)定的(de)問題。首先，機械除(chu)草(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)方(fang)(fang)(fang)(fang)式(shi)(shi)雖然可(ke)以(yi)(yi)提(ti)高效率，識別準確(que)率低，并且(qie)在(zai)(zai)辣(la)(la)椒(jiao)結果期，機械操作可(ke)能會對辣(la)(la)椒(jiao)植株(zhu)造成傷害；而覆蓋地(di)(di)膜或除(chu)草(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)布的(de)方(fang)(fang)(fang)(fang)式(shi)(shi)雖然可(ke)以(yi)(yi)抑制雜(za)草(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)生(sheng)(sheng)長(chang)但會增加成本，并需要期檢查和(he)更(geng)換(huan)，以(yi)(yi)防(fang)止地(di)(di)膜破(po)損導致雜(za)草(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)重新(xin)生(sheng)(sheng)長(chang)；最后，除(chu)草(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)劑(ji)(ji)除(chu)草(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)方(fang)(fang)(fang)(fang)式(shi)(shi)需要嚴格(ge)控制使用量(liang)和(he)噴(pen)灑時間，使用過量(liang)存在(zai)(zai)危害辣(la)(la)椒(jiao)植株(zhu)生(sheng)(sheng)長(chang)的(de)威(wei)脅，而且(qie)還會污染(ran)環(huan)境(jing)，而且(qie)陰(yin)雨天氣(qi)會影(ying)響除(chu)草(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)效果，并可(ke)能產生(sheng)(sheng)藥害威(wei)脅，因此(ci)噴(pen)灑時需要避開遇(yu)陰(yin)雨天氣(qi)，除(chu)草(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)(cao)劑(ji)(ji)方(fang)(fang)(fang)(fang)式(shi)(shi)也(ye)不存在(zai)(zai)較多弊端。

3、此為(wei)現有技術的(de)不足(zu)，因此，針對現有技術中的(de)上述缺(que)陷，提供(gong)一種智能激(ji)光對靶椒田除草(cao)系統，是非常有必要的(de)。

技術實現思路

1、針對(dui)現有(you)技術(shu)的(de)上述(shu)椒(jiao)田除(chu)草(cao)(cao)(cao)是保障辣(la)椒(jiao)植株生長的(de)重要(yao)內容，傳(chuan)統(tong)(tong)人工除(chu)草(cao)(cao)(cao)方(fang)式效率低，新(xin)一代的(de)機械除(chu)草(cao)(cao)(cao)、覆蓋式除(chu)草(cao)(cao)(cao)以及除(chu)草(cao)(cao)(cao)劑方(fang)式均存在(zai)弊端，不滿足椒(jiao)田除(chu)草(cao)(cao)(cao)需(xu)求的(de)缺陷，本發明提(ti)供一種智(zhi)能激光(guang)對(dui)靶椒(jiao)田除(chu)草(cao)(cao)(cao)系統(tong)(tong)，以解決上述(shu)技術(shu)問題。

2、本發明提供一種(zhong)智能(neng)(neng)激光(guang)對靶椒田(tian)除(chu)草系統，包括行(xing)走(zou)車體、云臺(tai)機構、智能(neng)(neng)識別模塊、激光(guang)器和主控(kong)模塊；

3、行走(zou)車體(ti)設(she)有(you)履帶和龍門(men)式(shi)底(di)盤(pan)，云臺(tai)(tai)機構及智能識別模塊設(she)置(zhi)在(zai)龍門(men)式(shi)底(di)盤(pan)下部，激(ji)光器設(she)置(zhi)在(zai)云臺(tai)(tai)機構處(chu)，且智能識別模塊設(she)置(zhi)在(zai)激(ji)光器前部；

4、主(zhu)控模(mo)(mo)塊(kuai)與(yu)云臺機(ji)構(gou)、智能識別模(mo)(mo)塊(kuai)及(ji)激光器均(jun)連接；

5、主控(kong)(kong)模(mo)塊控(kong)(kong)制(zhi)云臺機構位姿，帶動智(zhi)能識(shi)(shi)別模(mo)塊及(ji)激(ji)光器運動，并根據智(zhi)能識(shi)(shi)別模(mo)塊對雜(za)草識(shi)(shi)別和定(ding)位，再(zai)控(kong)(kong)制(zhi)激(ji)光器進行激(ji)光除草。

6、進一步地，云臺機(ji)構采用三自(zi)由度云臺包括底座(zuo)、偏航(hang)電機(ji)、外(wai)框(kuang)架、翻(fan)轉電機(ji)、中框(kuang)架、俯(fu)仰電機(ji)及內框(kuang)架；

7、底(di)座設置在龍(long)門式底(di)盤下部；

8、偏(pian)航電機(ji)固定在底座下(xia)部，外框架(jia)設(she)置(zhi)在偏(pian)航電機(ji)下(xia)部并(bing)向(xiang)(xiang)下(xia)彎(wan)折，翻(fan)(fan)轉(zhuan)電機(ji)設(she)置(zhi)在外框架(jia)末(mo)端的(de)內(nei)側，中框架(jia)設(she)置(zhi)在翻(fan)(fan)轉(zhuan)電機(ji)內(nei)側并(bing)向(xiang)(xiang)內(nei)彎(wan)折，俯(fu)仰電機(ji)設(she)在中框架(jia)末(mo)端的(de)內(nei)側，內(nei)框架(jia)設(she)置(zhi)俯(fu)仰電機(ji)內(nei)側并(bing)向(xiang)(xiang)內(nei)彎(wan)折，激(ji)光(guang)器及主控(kong)模塊設(she)置(zhi)在內(nei)框架(jia)末(mo)端；

9、主控(kong)模(mo)塊(kuai)與偏航電機(ji)(ji)、翻轉電機(ji)(ji)以(yi)(yi)及(ji)(ji)俯仰電機(ji)(ji)均連接(jie)，根(gen)據智能識別模(mo)塊(kuai)進行雜草定位及(ji)(ji)識別，通過控(kong)制三個電機(ji)(ji)帶(dai)動(dong)(dong)外框架(jia)、中框架(jia)以(yi)(yi)及(ji)(ji)內框架(jia)帶(dai)動(dong)(dong)相機(ji)(ji)及(ji)(ji)激光器在(zai)三個自由度內運動(dong)(dong)，進行除(chu)草操作。

10、進一步(bu)地(di)，激光(guang)器設置在內(nei)框架末端的內(nei)側。

11、進一(yi)步地，主控模塊(kuai)包括(kuo)主控板(ban)，主控板(ban)設(she)置在(zai)內框架末端，并(bing)設(she)置在(zai)內框架與激(ji)光器相對的(de)一(yi)側；

12、主控(kong)板上(shang)設(she)有(you)主控(kong)制器、電機(ji)通信單元、激光控(kong)制單元以及(ji)姿態傳感器；

13、主控制器(qi)與電機通(tong)信單元(yuan)、激(ji)光控制單元(yuan)、姿態(tai)傳感器(qi)及智能識別模塊均(jun)連接；

14、電機(ji)通信(xin)單元與偏航電機(ji)、翻轉(zhuan)電機(ji)以及俯仰電機(ji)均連接；

15、激(ji)光控制單(dan)元與激(ji)光器連接。

16、進(jin)一(yi)步地(di)，智(zhi)能識別(bie)模塊(kuai)包括深度相機和視頻處理(li)板(ban)；

17、視頻處理板上(shang)設(she)有視覺(jue)處理器；

18、視覺處(chu)理器與深度相機及主控制器連(lian)接，對深度相機采(cai)集的圖(tu)像進行(xing)分析，識別深度相機視野范(fan)圍內的雜(za)草(cao)(cao)，并對雜(za)草(cao)(cao)進行(xing)定位(wei)，再將雜(za)草(cao)(cao)位(wei)置(zhi)信息(xi)發送給(gei)主控制器。

19、進一步地，視頻(pin)處(chu)理板上(shang)設(she)有網口和串口；

20、深度(du)相機(ji)通(tong)(tong)過網口與(yu)視覺(jue)處理器連接，視覺(jue)處理器通(tong)(tong)過串口與(yu)主控制器連接。

21、進(jin)一步地，視(shi)覺處理器包括存(cun)儲單(dan)元、類(lei)型(xing)分析單(dan)元和圖像解析單(dan)元；

22、存儲(chu)單元，用(yong)于存儲(chu)預先使用(yong)雜草(cao)樣本及辣椒植(zhi)株樣本訓(xun)練好的yolov8雜草(cao)椒株分類識(shi)別模型；

23、類(lei)(lei)型(xing)分析(xi)單(dan)元，用于使用yolov8雜(za)草椒(jiao)株(zhu)分類(lei)(lei)識別模型(xing)對深度相機采集(ji)的圖像字節流進(jin)行分析(xi)，進(jin)行雜(za)草標(biao)識提取和椒(jiao)株(zhu)標(biao)識提取；

24、圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)解析單元，用于標(biao)識為(wei)雜(za)草及椒株的圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)部分進行(xing)解析，確定雜(za)草圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)部分的在圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)坐標(biao)系(xi)的位置坐標(biao)，并(bing)轉換為(wei)世(shi)界坐標(biao)系(xi)中標(biao)準坐標(biao)，再將雜(za)草圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)部分的標(biao)準坐標(biao)通知主控(kong)制器。

25、進一步地，主控制(zhi)器(qi)包括電機控制(zhi)單元(yuan)和激光(guang)器(qi)控制(zhi)單元(yuan)；

26、電機控制(zhi)單元，用(yong)于根據視覺處理器(qi)確定雜(za)草圖像(xiang)部(bu)分(fen)的標準坐標及姿(zi)態傳感器(qi)采集的云(yun)臺機構的位姿(zi)信(xin)息進行歐(ou)拉角度解算，確定電機驅動指令；

27、激(ji)光(guang)器(qi)控(kong)制(zhi)單元，用于在(zai)激(ji)光(guang)器(qi)中(zhong)心位(wei)置到達雜草圖(tu)像部分時，控(kong)制(zhi)激(ji)光(guang)控(kong)制(zhi)單元發射(she)激(ji)光(guang)，進行除草。

28、進一步(bu)地，電機(ji)通信單(dan)元包括偏航電機(ji)驅動(dong)子單(dan)元、翻轉電機(ji)驅動(dong)子單(dan)元及俯(fu)仰電機(ji)驅動(dong)子單(dan)元；

29、偏航(hang)(hang)電機驅動(dong)(dong)子(zi)單元，用于根據電機驅動(dong)(dong)指(zhi)令控制偏航(hang)(hang)電機執行(xing)偏航(hang)(hang)目標角度的轉動(dong)(dong)；

30、翻(fan)轉電機(ji)驅動子單(dan)元，用于(yu)根(gen)據電機(ji)驅動指(zhi)令控制翻(fan)轉電機(ji)執(zhi)行翻(fan)滾目標(biao)角度的(de)轉動；

31、俯仰電機驅動(dong)子(zi)單元，用于根據電機驅動(dong)指令控制俯仰電機執(zhi)行俯仰目標角度(du)的轉動(dong)。

32、進(jin)一(yi)步地，激光(guang)控(kong)制單(dan)元(yuan)(yuan)包括占空比設定子單(dan)元(yuan)(yuan)和(he)激光(guang)發射子單(dan)元(yuan)(yuan)；

33、占空(kong)比(bi)設(she)定子單元，用于接(jie)收(shou)用戶根據目標激(ji)光功率設(she)定的pwm激(ji)光驅動信號占空(kong)比(bi)；

34、激光(guang)發(fa)射(she)子(zi)單元，用(yong)于接(jie)受(shou)到主(zhu)控(kong)制(zhi)器指令時，按照(zhao)設定占(zhan)空(kong)比發(fa)射(she)pwm激光(guang)驅動(dong)信號，進行(xing)激光(guang)功率調節。

35、本發明(ming)的有益效果在于：

36、本發明(ming)提供的智能激(ji)光對靶椒田除(chu)草(cao)(cao)系統(tong)，通過云(yun)臺機(ji)構搭配智能識別模塊和激(ji)光器進(jin)行智能激(ji)光除(chu)草(cao)(cao)，避(bi)免(mian)人工除(chu)草(cao)(cao)的勞動量大、機(ji)械除(chu)草(cao)(cao)傷害椒株、覆蓋(gai)式(shi)除(chu)草(cao)(cao)成本高一級除(chu)草(cao)(cao)劑方式(shi)帶(dai)來環境危害的弊端，實現了高效精確且(qie)環保的除(chu)草(cao)(cao)方式(shi)。

37、此外，本發明設計原理可靠，結(jie)構簡單，具有非常廣泛的應用(yong)前景。

38、由(you)此可見(jian)，本發明與現有技術相比，具有突出的(de)實質性(xing)特點和顯(xian)著的(de)進步，其實施的(de)有益效果也是(shi)顯(xian)而易見(jian)的(de)。

技術特征：

1.一種(zhong)智能激光對靶椒田除草系統，其特征在于，包(bao)括行走車體、云臺機(ji)構(gou)、智能識別模塊、激光器(qi)和主控模塊；

2.如權(quan)利(li)要(yao)求1所述的智能激光對(dui)靶椒田除草(cao)系(xi)統，其特征在于，云(yun)臺(tai)機(ji)構采用三自由(you)度云(yun)臺(tai)包括底座、偏航電機(ji)、外框(kuang)架(jia)、翻轉電機(ji)、中框(kuang)架(jia)、俯(fu)仰(yang)電機(ji)及內框(kuang)架(jia)；

3.如權利要求2所(suo)述的智能激光(guang)對(dui)靶椒田除草系(xi)統，其特征在于(yu)，激光(guang)器設置在內框架末端的內側。

4.如(ru)權利要求3所(suo)述的智(zhi)能激(ji)光對(dui)靶椒田(tian)除草系(xi)統，其(qi)特(te)征在于，主控模塊包(bao)括(kuo)主控板，主控板設(she)置在內框架末端，并設(she)置在內框架與激(ji)光器(qi)相對(dui)的一(yi)側；

5.如權(quan)利要求4所述(shu)的智能(neng)激光對(dui)靶椒田除草系統(tong)，其特征(zheng)在(zai)于，智能(neng)識別(bie)模(mo)塊包括(kuo)深度相(xiang)機(ji)和視頻處理(li)板；

6.如(ru)權利要求5所(suo)述的(de)智能激(ji)光對靶椒田除草系統(tong)，其特征在于，視頻(pin)處(chu)理(li)板上設(she)有網口和串口；

7.如權利要求(qiu)5所(suo)述的智能激光對(dui)靶(ba)椒田除草系統(tong)，其(qi)特(te)征在于(yu)，視覺處理(li)器包括存儲單(dan)元、類(lei)型分析(xi)單(dan)元和圖像(xiang)解析(xi)單(dan)元；

8.如(ru)權(quan)利要求7所(suo)述的智能激光(guang)(guang)對靶椒田除草系統，其特征在于，主控制器包括電機(ji)控制單元和激光(guang)(guang)器控制單元；

9.如權(quan)利要求8所述的智能激光對靶(ba)椒(jiao)田除草系(xi)統，其(qi)特征(zheng)在于，電(dian)機(ji)通信單(dan)元(yuan)包(bao)括(kuo)偏航電(dian)機(ji)驅動(dong)(dong)子(zi)單(dan)元(yuan)、翻轉電(dian)機(ji)驅動(dong)(dong)子(zi)單(dan)元(yuan)及(ji)俯仰電(dian)機(ji)驅動(dong)(dong)子(zi)單(dan)元(yuan)；

10.如權利要(yao)求4所(suo)述(shu)的智能激(ji)(ji)光(guang)對靶椒(jiao)田(tian)除草系統，其特征在于(yu)，激(ji)(ji)光(guang)控制單元(yuan)(yuan)包括(kuo)占空比(bi)設定子單元(yuan)(yuan)和(he)激(ji)(ji)光(guang)發射子單元(yuan)(yuan)；

技術總結
本發明提供一種智能激光對靶椒田除草系統，屬于激光除草技術領域，包括行走車體、云臺機構、智能識別模塊、激光器和主控模塊；行走車體設有履帶和龍門式底盤，云臺機構及智能識別模塊設置在龍門式底盤下部，激光器設置在云臺機構處，且智能識別模塊設置在激光器前部；主控模塊與云臺機構、智能識別模塊及激光器均連接；主控模塊控制云臺機構位姿，帶動激光器運動，并根據智能識別模塊對雜草識別和定位，再控制激光器進行激光除草。本發明通過云臺機構搭配智能識別模塊和激光器進行智能激光除草，避免人工除草的勞動量大、機械除草傷害椒株、覆蓋式除草成本高一級除草劑方式帶來環境危害的弊端，實現了高效精確且環保的除草方式。

技術研發人員：王囡囡,趙衍磊,于強,王澤淵,王鑫德
受保護的技術使用者：山東建筑大學
技術研發日：
技術公布日：2024/10/10