：本發(fā)明屬于智能機器人，具體涉及一種智能大棚種植用巡檢機器人、控制系統(tǒng)及方法，通過配置導(dǎo)航、攝像頭和深度學(xué)習(xí)子模塊的自動巡檢履帶機器人，對大棚內(nèi)的作物進(jìn)行自動巡檢和作物表型識別。

背景技術(shù)

0、
背景技術(shù)：

1、大棚農(nóng)業(yè)機器人是一種集成了人工智能、機械和自動化技術(shù)的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，在智能大棚內(nèi)進(jìn)行全天候巡檢和管理，以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和作物品質(zhì)。目前，決策模型通常簡單的依賴人為記錄的作物表型數(shù)據(jù)，容易產(chǎn)生誤差，不足以提供決策支持，使得模型的泛化能力不足，同一個模型在不同種植環(huán)境中表現(xiàn)出的決策準(zhǔn)確性差異巨大。如果種植戶的文化水平較低，對作物的表型數(shù)據(jù)解讀能力不足，沒有足夠的專業(yè)知識理解作物表型數(shù)據(jù)背后的復(fù)雜信息，就難以從表型數(shù)據(jù)中獲得實用的決策。為了獲取準(zhǔn)確的作物表型信息，種植戶需要頻繁巡檢大棚，不僅耗費大量人力，還增加了管理成本，雖然，可以使用固定攝像頭進(jìn)行監(jiān)測，但是，受限于攝像頭的固定位置，難以全面、近距離、實時獲取所有作物的表型信息。

2、在現(xiàn)有技術(shù)中，中國專利202110423414.5公開的一種大棚監(jiān)測機器人以及大棚檢測系統(tǒng)，大棚檢測機器人包括機架、轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)、滑動結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集模塊以及自鎖組件；轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)安裝與機架，滑動結(jié)構(gòu)安裝于轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，滑動結(jié)構(gòu)帶動數(shù)據(jù)采集模塊伸縮，自鎖組件安裝于轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)和滑動結(jié)構(gòu)之間，以使滑動結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)停止工作后才能開始。能夠在大棚內(nèi)隨意移動，且利用轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)和滑動結(jié)構(gòu)的配合可以將數(shù)據(jù)采集模塊送至大棚內(nèi)的任意位置，從而獲取大棚內(nèi)更加全面更加詳細(xì)的數(shù)據(jù)，再利用對數(shù)據(jù)采集模塊的單向控制，從而對數(shù)據(jù)采集模塊形成保護(hù)，避免誤觸或者與大棚發(fā)生碰撞。中國專利202311828901.5公開的一種溫室大棚巡檢機器人系統(tǒng)和多源信息融合數(shù)據(jù)處理方法，由磁條、機器人系統(tǒng)、信息接收器、顯示終端組成，磁條置于溫室大棚的地面，機器人系統(tǒng)的無線傳輸單元將溫度傳感器對、濕度傳感器對、co2傳感器對中的數(shù)據(jù)傳輸至信息接收器，顯示終端包含有多源信息融合數(shù)據(jù)處理方法，包含參數(shù)預(yù)測模型和基于改進(jìn)卡爾曼濾波的溫室參數(shù)測量模型，實現(xiàn)溫室溫度、濕度、co2、濃度數(shù)據(jù)的高精度測量。可實現(xiàn)溫室參數(shù)實時監(jiān)測，能降低技術(shù)成本的同時提高溫室作業(yè)智能化程度。中國專利202311837703.5公開的一種基于遠(yuǎn)程巡檢機器人接口的農(nóng)業(yè)大棚智能控制系統(tǒng)，包括網(wǎng)絡(luò)模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊、服務(wù)器控制模塊和移動控制模塊；傳感器組采集農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)的農(nóng)作物生長因素參數(shù)；服務(wù)器控制模塊根據(jù)深度學(xué)習(xí)算法對農(nóng)作物生長因素參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成農(nóng)業(yè)任務(wù)，由巡檢機器人執(zhí)行農(nóng)業(yè)任務(wù)；移動控制模塊通過云端服務(wù)器將農(nóng)作物生長因素參數(shù)展示給用戶，并使得用戶能夠?qū)崟r獲取巡檢機器人的任務(wù)執(zhí)行情況，對巡檢機器人的任務(wù)進(jìn)行處理。具有能夠在對農(nóng)作物生長環(huán)境以及生長情況進(jìn)行綜合分析、提高巡檢機器人的協(xié)同性和智能性、降低農(nóng)業(yè)投資風(fēng)險等優(yōu)點。上述專利及現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方法沒有提供一種具備智能化水平較高的巡檢機器人，而且，存在人為記錄作物表型數(shù)據(jù)，容易產(chǎn)生誤差，同一個模型在不同種植環(huán)境中表現(xiàn)出的決策準(zhǔn)確性差異較大，模型的泛化能力不足，固定監(jiān)測設(shè)備難以全面、近距離、實時地獲取所有作物的表型信息的問題。因此，研發(fā)設(shè)計一種智能大棚種植用巡檢機器人、控制系統(tǒng)及方法，解決上述問題，具有積極的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

技術(shù)實現(xiàn)思路

0、
技術(shù)實現(xiàn)要素：

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，尋求設(shè)計一種包含多種功能性設(shè)備的自動巡檢機器人，對大棚內(nèi)的作物進(jìn)行自動巡檢和作物表型識別，實現(xiàn)農(nóng)作物的科學(xué)化種植。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的一種智能大棚種植決策控制裝置的主體結(jié)構(gòu)包括：攝像頭、激光雷達(dá)、履帶、動力電池、控制芯片、驅(qū)動電機、底盤、支架；攝像頭用于捕捉大棚內(nèi)的圖像信息，包括作物的表型識別，攝像頭可以實時傳輸高清圖像到控制芯片進(jìn)行處理，激光雷達(dá)與攝像頭協(xié)同工作，對大棚內(nèi)環(huán)境進(jìn)行實時建模，生成精確的地圖，指導(dǎo)機器人的路徑規(guī)劃；控制芯片接收來自攝像頭和激光雷達(dá)的原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行圖像識別、三維建模等處理，分析作物的生長狀況、環(huán)境參數(shù)以及大棚內(nèi)的空間布局；根據(jù)控制芯片的指令，驅(qū)動電機驅(qū)動履帶進(jìn)行移動，使裝置能夠在大棚內(nèi)自由移動。

3、本發(fā)明涉及的一種智能大棚種植決策控制系統(tǒng)中，驅(qū)動模塊提供動力，驅(qū)動機器人在大棚內(nèi)移動，確保機器人能夠靈活應(yīng)對不同的地形和障礙物；驅(qū)動模塊由電動機、履帶或輪胎等組成，電動機接收來自控制系統(tǒng)的指令，通過機械裝置將動力傳遞給履帶或輪胎；能夠通過調(diào)節(jié)速度和方向控制機器人的移動，使其在復(fù)雜的環(huán)境中靈活轉(zhuǎn)向，并克服障礙物，從而實現(xiàn)全面覆蓋與監(jiān)測；攝像頭和激光雷達(dá)導(dǎo)航模塊提供環(huán)境感知與導(dǎo)航功能，實現(xiàn)自主導(dǎo)航與避障，收集大棚內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu)和障礙物分布信息，確保機器人安全移動；通過激光發(fā)射和接收反射信號，測量與周圍物體的距離，生成環(huán)境的二維或三維地圖，能幫助機器人實時更新地圖，識別障礙物并計算最佳路徑；攝像頭捕捉周圍環(huán)境的圖像信息，與激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)結(jié)合，提供更全面的環(huán)境感知能力，攝像頭可以幫助識別動態(tài)對象、作物的狀態(tài)、以及潛在的障礙物；導(dǎo)航模塊可以制定出高效而安全的路徑計劃，從而減少人工干預(yù)；攝像頭模塊精準(zhǔn)監(jiān)測和評估作物的生長狀態(tài)，提供實時圖像數(shù)據(jù)；幫助識別作物的生長狀況、病蟲害、營養(yǎng)缺乏等問題；攝像頭模塊通過拍攝作物的圖像，利用圖像處理算法分析作物的生長狀態(tài)；例如，可以檢測作物的色澤、形狀等特征，進(jìn)而判斷其健康狀況；使用深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行圖像識別，以便實現(xiàn)自動化的作物健康評估，這些分析結(jié)果會被傳送回主控系統(tǒng)，為種植者提供科學(xué)依據(jù)和決策支持；電路主板模塊作為系統(tǒng)的核心控制單元，協(xié)調(diào)各個模塊之間的工作；處理來自各個傳感器和攝像頭的數(shù)據(jù)，執(zhí)行決策和控制指令。

4、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過攝像頭捕捉高清圖像，實時傳輸至控制芯片進(jìn)行處理，對大棚內(nèi)的作物進(jìn)行表型識別；激光雷達(dá)與攝像頭協(xié)同工作，對大棚內(nèi)環(huán)境進(jìn)行實時三維建模，生成精確的地圖，為機器人的路徑規(guī)劃和精準(zhǔn)作業(yè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；控制芯片接受來自攝像頭和激光雷達(dá)的原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行圖像識別、三維建模等高級處理，分析作物的生長狀況、環(huán)境參數(shù)以及大棚內(nèi)的空間布局；驅(qū)動電機根據(jù)控制芯片的指令，驅(qū)動履帶進(jìn)行移動，執(zhí)行監(jiān)測任務(wù)，履帶設(shè)計增強了裝置的地面適應(yīng)性和穩(wěn)定性，使其能夠在不同地形和土壤條件下自由移動，高效工作；智能大棚種植決策控制裝置通過自動化和智能化手段，實現(xiàn)了對大棚內(nèi)環(huán)境的精準(zhǔn)感知和精準(zhǔn)作業(yè)，減少了人工干預(yù)產(chǎn)生的錯誤，降低了勞動力成本，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益；通過實時監(jiān)測和調(diào)控大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，為作物提供了更加適宜的生長環(huán)境，有利于作物的健康生長和高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。

技術(shù)特征：

1.一種智能大棚種植決策控制裝置，其特征在于，主體結(jié)構(gòu)包括：攝像頭、激光雷達(dá)、履帶、動力電池、控制芯片、驅(qū)動電機、底盤、支架；其中，攝像頭用于捕捉大棚內(nèi)的圖像信息，實時傳輸高清圖像到控制芯片進(jìn)行處理，激光雷達(dá)與攝像頭協(xié)同工作，對大棚內(nèi)環(huán)境進(jìn)行實時建模，生成精確的地圖，指導(dǎo)機器人的路徑規(guī)劃；控制芯片接收來自攝像頭和激光雷達(dá)的原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行圖像識別、三維建模，分析作物的生長狀況、環(huán)境參數(shù)以及大棚內(nèi)的空間布局，驅(qū)動電機根據(jù)控制芯片的指令驅(qū)動履帶進(jìn)行移動。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能大棚種植決策控制裝置，其特征在于，履帶安裝于底盤下方，驅(qū)動電機安裝于履帶內(nèi)部，與輪胎相固定，控制芯片安裝于驅(qū)動電機下方，動力電池安裝于與控制芯片相對一側(cè)；底盤上方安裝有可伸縮支架，支架頂端及支撐支架較短一側(cè)安裝有攝像頭，在支撐支架較短一側(cè)的底盤上，安裝有激光雷達(dá)。

3.一種智能大棚種植決策控制系統(tǒng)，其特征在于，主體結(jié)構(gòu)包括：驅(qū)動模塊、攝像頭和激光雷達(dá)導(dǎo)航模塊、攝像頭模塊、電路主板模塊；其中，驅(qū)動模塊提供動力，驅(qū)動機器人在大棚內(nèi)移動；攝像頭和激光雷達(dá)導(dǎo)航模塊提供環(huán)境感知與導(dǎo)航功能，收集大棚內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu)和障礙物分布信息，通過激光發(fā)射和接收反射信號，測量與周圍物體的距離，生成環(huán)境的二維或三維地圖，使機器人實時更新地圖，識別障礙物并計算最佳路徑；攝像頭模塊監(jiān)測和評估作物的生長狀態(tài)，通過拍攝作物的圖像，利用圖像處理算法分析作物的生長狀態(tài)，使用深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行圖像識別；電路主板模塊為核心控制單元，協(xié)調(diào)各個模塊之間的工作，處理來自各個傳感器和攝像頭的數(shù)據(jù)，執(zhí)行決策和控制指令。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種智能大棚種植決策控制系統(tǒng)，其特征在于，驅(qū)動模塊包括電動機、履帶或輪胎，電動機接收指令，通過機械裝置將動力傳遞給履帶或輪胎；通過調(diào)節(jié)速度和方向控制機器人的移動。

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種智能大棚種植決策控制系統(tǒng)，其特征在于，電路主板模塊集成的電子元件，包括處理器、存儲器、電源管理模塊和通信接口；接收來自攝像頭模塊和激光雷達(dá)導(dǎo)航模塊的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理和分析；電路主板模塊與外部網(wǎng)絡(luò)連接，以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種智能大棚種植決策控制系統(tǒng)，其特征在于，驅(qū)動模塊包括：履帶、驅(qū)動電機及動力電池，履帶驅(qū)動底盤的寬度為70cm，高度為40cm，底盤包含一個動力電池模組，單次完成1000米的巡檢；攝像頭和激光雷達(dá)導(dǎo)航模塊負(fù)責(zé)導(dǎo)航和地圖建模，對大棚內(nèi)環(huán)境進(jìn)行實時建模，生成地圖，指導(dǎo)機器人的路徑規(guī)劃和導(dǎo)航，通過激光雷達(dá)和攝像頭的結(jié)合，實時避障；攝像頭模塊包括tof攝像頭及其可伸縮支架，tof攝像頭捕捉作物的三維信息，為后續(xù)的嵌入式圖像識別分析作物表型提供含有距離的圖像數(shù)據(jù)，攝像頭支架可伸縮，以調(diào)整攝像頭的角度和高度。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種智能大棚種植決策控制系統(tǒng)，其特征在于，電路主板模塊包括嵌入式計算子模塊、深度學(xué)習(xí)子模塊及通信子模塊；其中，嵌入式計算子模塊實時處理來自攝像頭的數(shù)據(jù)，通過嵌入式圖像識別算法，獲得作物表型數(shù)據(jù)分析；深度學(xué)習(xí)子模塊通過專家標(biāo)定的環(huán)境數(shù)據(jù)和作物生長階段的相關(guān)性模型，對作物表型數(shù)據(jù)是否異常做出判斷，就作物的異常情況提出報警；通信子模塊與遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和通信，和在云端的大模型連接，根據(jù)作物表型數(shù)據(jù)和已有的知識庫，為用戶的疑問做文字或語音解釋。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種智能大棚種植決策控制系統(tǒng)，其特征在于，深度學(xué)習(xí)子模塊，包括：數(shù)據(jù)處理單元，接收嵌入式計算子模塊實時處理來自攝像頭的數(shù)據(jù)，通過嵌入式圖像識別算法，獲得作物表型數(shù)據(jù)并分析。

9.一種智能大棚種植決策控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種智能大棚種植決策控制方法，其特征在于，構(gòu)建多模態(tài)大模型的具體步驟包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于智能機器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種智能大棚種植用巡檢機器人、控制系統(tǒng)及方法，通過攝像頭捕捉高清圖像，實時傳輸至控制芯片進(jìn)行處理，對大棚內(nèi)的作物進(jìn)行表型識別；激光雷達(dá)與攝像頭協(xié)同工作，對大棚內(nèi)環(huán)境進(jìn)行實時三維建模，生成精確的地圖；控制芯片接受來自攝像頭和激光雷達(dá)的原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行圖像識別、三維建模等高級處理，分析作物的生長狀況、環(huán)境參數(shù)以及大棚內(nèi)的空間布局；驅(qū)動電機根據(jù)控制芯片的指令，驅(qū)動履帶進(jìn)行移動，執(zhí)行監(jiān)測任務(wù)；智能大棚種植決策控制裝置通過自動化和智能化手段，實現(xiàn)了對大棚內(nèi)環(huán)境的精準(zhǔn)感知和精準(zhǔn)作業(yè)；通過實時監(jiān)測和調(diào)控大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，為作物提供了更加適宜的生長環(huán)境。

技術(shù)研發(fā)人員：范博宇,蔣飛航,李強,熊衛(wèi)華,黃永
受保護(hù)的技術(shù)使用者：烏海市海勃灣區(qū)農(nóng)村建設(shè)投融資有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9