基于双目视觉果林产量及病害预测预报的可变形球壳装置
技术领域
本发明属于农业植物保护信息技术领域，尤其涉及一种基于双目视觉果林产量及病害预测预报的可变形球壳装置。
背景技术
机器双目视觉的应用领域非常广泛，但是目前在农业特别是水果种植业应用较少。目前我国的果林产量估计和病害防治主要是靠果农人工来完成。对于大面积种植的果林而言，要对整片果林进行产量预测和病害防治需要巨大的人力成本，不少果林都种植在小山坡上，不利于果农长时间观测果树生长情况。此外，不少果农还面临着对果树病害的不够了解，从而容易错失最佳防控时间，甚至有可能导致整片果林毁于一旦。例如柑橘黄龙病，植株一旦感染或扩散传播，就只能采取将发病植株和附近植株整片挖除的治理手段，并且该土地近期将无法再种植柑橘，对果农危害极大。因此，对于大面积的果树种植而言，如何快速的发现果树发病以及发病的种类成为当务之急。
发明内容
本发明的目的为提供一种基于双目视觉果林产量及病害预测预报的可变形球壳装置，能够快速检查果树生长、发病状况，提高种植产量。
为实现目的，本发明提供了一种基于双目视觉果林产量及病害预测预报的可变形球壳装置，包括用于固定移动装置上的底座和两个摄像头，还包括设置于底座上用于驱动进行左右转动的主旋转装置、设置于主旋转装置上端的液压杆保持架、水平设置于液压杆保持架上用于分别对摄像头进行安装并且驱动摄像头进行水平伸缩驱动的液压伸缩杆、设置于液压杆保持架上的机械手支撑杆和设置于机械手支撑杆上用于对目标果树及树叶进行采摘的机械手结构，所述液压杆保持架外侧设置有用于对主旋转装置的驱动端、液压伸缩杆进行保护的中间壳，所述液压伸缩杆的伸缩端设置摄像头并且设置有用于对摄像头进行开放和封闭保护的摄像保护壳结构，所述摄像保护壳结构与中间壳可拆卸连接形成用于适应不同天气使用的可变形保护球壳结构，所述机械手支撑杆伸出中间壳并且与中间壳密封连接，所述主旋转装置、液压伸缩杆、机械手结构、摄像头和摄像保护壳结构分别与一控制器信号连接。
优选地，所述摄像保护壳结构包括可拆卸设置于中间壳上的中间壳电机、与中间壳电机的驱动端盖可拆卸贴合连接的球壳端盖、设置于球壳端盖与中间壳端盖的驱动端盖可拆卸贴合连接侧的相对另一侧用于对摄像头进行开放和封闭保护的可分离球壳，所述球壳端盖上可活动的设置有用于与中间壳电机的驱动端盖可拆卸贴合连接的摩擦盘，所述摩擦盘内设置用于通电后使摩擦盘与中间壳电机的驱动端盖贴紧的腰形电磁铁，所述摩擦盘与可分离球壳配合接触并且可分离球壳与球壳端盖间设置有用于将可分离球壳收拢闭合的弹性装置，所述液压伸缩杆的驱动杆依次穿过中间壳电机的驱动端盖、摩擦盘和球壳端盖与摄像头连接，所述中间壳电机和腰形电磁铁分别与控制器信号连接。
优选地，所述球壳端盖位于可分离球壳内一侧贴合设置有用于通电后将球壳端盖吸紧使得可分离球壳对摄像头进行雨天工作保护的环形电磁铁，所述环形电磁铁与液压伸缩杆的驱动杆端头固定连接，所述环形电磁铁与控制器信号连接。
优选地，所述可分离球壳由若干片透明薄瓣可拆卸拼接而成，各所述透明薄瓣通过连接铰链与球壳端盖连接并且通过弹性装置与球壳端盖连接，各所述透明薄瓣与摩擦盘的边缘相对端设置有卡槽与摩擦盘的边缘设置的推动块可拆卸配合连接。
优选地，所述液压伸缩杆的驱动杆依次通过联轴器、电机安装座和用于驱动摄像头左右转动的检测旋转电机与摄像头连接，所述检测旋转电机与控制器信号连接。
优选地，所述机械手结构包括第一机械手关节臂、第二机械手关节臂和用于对目标果树及树叶进行采摘的机械手手指，所述第一机械手关节臂一端通过第一机械手关节电机与机械手支撑杆连接，所述第一机械手关节臂另一端通过第二机械手关节电机与第二机械手关节臂一端连接，所述第一机械手关节臂与第二机械手关节臂间成垂直夹角，所述第二机械手关节臂另一端通过用于驱动机械手手指抓取的第三机械手关节电机与机械手手指连接，所述第一机械手关节电机、第二机械手关节电机和第三机械手关节电机分别与控制器信号连接。
优选地，所述机械手手指设置有两根，两根所述机械手手指的一端分别与第三机械手关节电机连接并且另一端间接触形成抓取夹结构。
优选地，所述底座为三级伸缩套筒式液压底座并且与控制器信号连接。
优选地，所述底座与主旋转装置间设置有减震结构，所述减震结构分别与底座和主旋转装置连接的减震底板，两个所述减震底板间通过若干组由减震导柱螺栓和减震导柱螺母组成的连接结构连接，所述两个所述减震底板间的减震导柱螺栓上套设有减震弹簧。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
在本发明中通过主旋转装置、液压伸缩杆、机械手结构、摄像头、摄像保护壳结构及控制器配合工作形成果树病害检测、采样结构，能够快速检查果树生长、发病状况，提高种植产量。在本发明中摄像保护壳结构可使摄像头不受恶劣天气的影响，在天气良好时，可分离球壳绽开，摄像头自由伸出运动，无外壳阻碍，视线良好，拍摄效果极佳；在天气恶劣时，液压伸缩杆收回，可分离球壳合拢，在环形电磁铁通电状态下，可分离球壳与摄像头一并运动，提高工作效率。在本发明中两个摄像头间距的调整和在空间中的高度调整，能使摄像头到达不同的空间方位便于获得更加详尽的信息；利用双目视觉技术自动识别植物发病情况和病虫害情况，并提供病害的解决措施，能够节省大量的人力和脑力成本；摄像头可进行红外摄像，这可以使本装置在夜间进行工作，增加设备的工作时间从而提高效率。在本发明中减震结构能保证在运动的过程中保持装置的平稳从而保证了摄像头捕捉的画面质量。在本发明中利用摄像头捕捉到的画面来控制液压伸缩杆、机械手结构的工作，同时还可以检测到天气状况的变化来控制摄像保护壳结构的绽开和合拢，提高工作效率。在本发明中机械手结构可以将疑似染上病害的植物叶片或者果实采摘分别放置到样品箱中，之后运送到果农手中，便于病害检测。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中摄像保护壳结构的第一立体结构示意图；
图3为本发明中摄像保护壳结构的第二立体结构示意图；
图4为本发明中摄像保护壳结构的侧视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下。
如图1-4所示，本发明提供了一种基于双目视觉果林产量及病害预测预报的可变形球壳装置，包括用于固定移动装置上的底座1和两个摄像头13，还包括设置于底座1上用于驱动进行左右转动的主旋转装置6、设置于主旋转装置6上端的液压杆保持架25、水平设置于液压杆保持架25上用于分别对摄像头13进行安装并且驱动摄像头13进行水平伸缩驱动的液压伸缩杆24、设置于液压杆保持架25上的机械手支撑杆16和设置于机械手支撑杆16上用于对目标果树及树叶进行采摘的机械手结构，液压杆保持架25外侧设置有用于对主旋转装置6的驱动端、液压伸缩杆24进行保护的中间壳23，液压伸缩杆24的伸缩端设置摄像头13并且设置有用于对摄像头13进行开放和封闭保护的摄像保护壳结构，摄像保护壳结构与中间壳23可拆卸连接形成用于适应不同天气使用的可变形保护球壳结构，机械手支撑杆16伸出中间壳23并且与中间壳23密封连接，主旋转装置6、液压伸缩杆24、机械手结构、摄像头13和摄像保护壳结构分别与一控制器信号连接。底座1为三级伸缩套筒式液压底座并且与控制器信号连接。
在本实施例中，底座1可固定安装于自动运行的小车上，通过小车的运动对果树分别进行检测、采样。控制器可以为微控制器并且安装在小车上，同时，控制器能够与小车的驱动控制装置连接，通过摄像头13的检测控制小车运动，提高检测及采样的效率。小车上可以安装收集框接收机械手结构采摘的样品。液压伸缩杆24为两侧式三级液压伸缩杆。中间壳23与两个摄像保护壳结构贴合时形成用于适应不同天气使用的可变形保护球壳结构为椭圆球形。主旋转装置6为电机。
摄像保护壳结构包括可拆卸设置于中间壳23上的中间壳电机15、与中间壳电机15的驱动端盖可拆卸贴合连接的球壳端盖14、设置于球壳端盖14与中间壳端盖15的驱动端盖可拆卸贴合连接侧的相对另一侧用于对摄像头13进行开放和封闭保护的可分离球壳7，球壳端盖14上可活动的设置有用于与中间壳电机15的驱动端盖可拆卸贴合连接的摩擦盘28，摩擦盘28内设置用于通电后使摩擦盘28与中间壳电机15的驱动端盖贴紧的腰形电磁铁8，摩擦盘28与可分离球壳7配合接触并且可分离球壳7与球壳端盖14间设置有用于将可分离球壳7收拢闭合的弹性装置29，液压伸缩杆24的驱动杆依次穿过中间壳电机15的驱动端盖、摩擦盘28和球壳端盖14与摄像头13连接，中间壳电机15和腰形电磁铁8分别与控制器信号连接。弹性装置29为弹簧。透明薄瓣有塑料制成。球壳端盖14与液压伸缩杆24间可以设置滑动连接的卡槽结构以提高位置的稳定性同时避免摩擦盘28再转动时带动球壳端盖14运动。
球壳端盖14位于可分离球壳7内一侧贴合设置有用于通电后将球壳端盖14吸紧使得可分离球壳7对摄像头13进行雨天工作保护的环形电磁铁9，环形电磁铁9与液压伸缩杆24的驱动杆端头固定连接，环形电磁铁9与控制器信号连接。可分离球壳7由若干片透明薄瓣可拆卸拼接而成，各透明薄瓣通过连接铰链30与球壳端盖14连接并且通过弹性装置29与球壳端盖14连接，各透明薄瓣与摩擦盘28的边缘相对端设置有卡槽与摩擦盘28的边缘设置的推动块281可拆卸配合连接。
在本实施例中，晴天工作时，控制器控制腰形电磁铁8通电，使得摩擦盘28与中间壳电机15的驱动端盖贴近，其中，摩擦盘28与中间壳电机15的驱动端盖的贴合面表面进行糙化处理，增加摩擦力。然后，控制器控制中间壳电机15转动带动摩擦盘28转动，推动块281与透明薄瓣的卡槽接触推动透明薄瓣转动，使得可分离球壳7打开，同时使得弹性装置29压缩，从而控制器能够控制液压伸缩杆24将摄像头13推出可分离球壳7进行检测和捕捉。在摄像头13检测下雨时，控制器控制液压伸缩杆24将摄像头13缩回可分离球壳7，腰形电磁铁8断电，使得弹性装置29推动透明薄瓣复位收拢将摄像头13罩住，然后，控制器控制环形电磁铁9，使得环形电磁铁9与球壳端盖14吸紧，从而控制器能够控制液压伸缩杆24伸缩带动可分离球壳7一起运动，对摄像头13进行工作保护，以实现不同天气下使用提高工作效率。
液压伸缩杆24的驱动杆依次通过联轴器10、电机安装座11和用于驱动摄像头13左右转动的检测旋转电机12与摄像头13连接，检测旋转电机12与控制器信号连接。控制器控制检测旋转电机12转动从而能够有效提高摄像头13的检测角度和范围。
机械手结构包括第一机械手关节臂18、第二机械手关节臂20和用于对目标果树及树叶进行采摘的机械手手指22，第一机械手关节臂18一端通过第一机械手关节电机17与机械手支撑杆16连接，第一机械手关节臂18另一端通过第二机械手关节电机19与第二机械手关节臂20一端连接，第一机械手关节臂18与第二机械手关节臂20间成垂直夹角，第二机械手关节臂20另一端通过用于驱动机械手手指22抓取的第三机械手关节电机21与机械手手指22连接，第一机械手关节电机17、第二机械手关节电机19和第三机械手关节电机21分别与控制器信号连接。机械手手指22设置有两根，两根机械手手指22的一端分别与第三机械手关节电机21连接并且另一端间接触形成抓取夹结构。机械手手指22为圆弧形结构。
在本实施例中，控制器通过摄像头13的检测图片和视频与设定值进行对比，判断有病虫害时，则通过控制第一机械手关节电机17、第二机械手关节电机19和第三机械手关节电机21协同工作，在摄像头13的实时检测下对目标病虫害果树或树叶进行采集，从而便于后续种植人员进行判断和确认，了解具体实际情况。工作时，控制器通过摄像头13实时传回的拍摄画面与设定的值比较来判断附近是否存在目标果树，如果没有，则继续行进运动，直到发现了目标果树，则靠近目标果树周围；然后，通过驱动底座1、液压伸缩杆24和主旋转装置6协同工作来对果树进行完整的拍摄并且对采集的图片和视频进行保存。
底座1与主旋转装置6间设置有减震结构，减震结构分别与底座1和主旋转装置6连接的减震底板3，两个减震底板3间通过若干组由减震导柱螺栓5和减震导柱螺母2组成的连接结构连接，两个减震底板3间的减震导柱螺栓5上套设有减震弹簧4。通过减震结构能保证在运动的过程中保持平稳从而保证了摄像头13捕捉的画面质量。
在本实施例中，工作时，在对果树进行病虫害判断时，控制器首先根据摄像头13的拍摄检测果树上是否存在病虫害，通过有没有发现害虫踪迹和比对果树的枝干和树叶有没有无故枯死、叶片萎缩、果实发育不正常、植株生长发育不良等特征，来判断果树是否存在病害或营养不良；然后，控制器继续通过驱动底座1、液压伸缩杆24和主旋转装置6协同工作调整摄像头13的角度和位置来收集更多的病害特征并且将该特征与数据库内的已知果树病害特征进行比对，得出果树所染的具体病害并给出治疗方法，将所得出的病害信息和该果树的位置信息进行集中处理保存，便于后续果农方便及时处理。最后，控制器发出指令操纵机械手结构采摘疑似染上病害的果树叶片或果实，放置到相应的收集框内进行收集，在完成所有工作后再一并送回果农处。如果该果树不存在任何病害特征，那么控制器将控制摄像头13对果树上的果实进行拍摄并估测记录该果树的产量，此时就完成了对一颗果树的检测。然后便开始对下一棵果树进行相同的操作。在对不同的果树进行检测时，控制器能够根据摄像头13传回来的画面生成点云数据从而生成果园的全貌地图信息，便于装置下一次能更快、更准的进行工作，也方便果农对整片果林的掌控，提高工作效率。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
