申请/专利权人：南京农业大学

申请日：2023-12-07

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN117426255B

主分类号：A01G18/70

分类号：A01G18/70

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2024.02.09#实质审查的生效;2024.01.23#公开

摘要：本发明提供了基于视觉和力觉反馈的双孢菇自动采摘系统及方法，属于智慧农业技术领域，包括：区域识别模块，用于在待采摘双孢菇片区图像中识别出株间缝隙区域和双孢菇区域；簇划分模块，用于将双孢菇区域中的每个单连通区域当作双孢菇簇区域，获得双孢菇区域中的所有双孢菇簇区域；策略确定模块，用于基于每个双孢菇簇区域中的株分布特征和株间缝隙区域，生成双孢菇区域的总采摘策略；模糊控制模块，用于基于总采摘策略控制采摘手爪进行移动控制，并在移动过程中基于力位阻抗控制的神经模糊PID算法和采摘手爪内部设置的力传感器控制采摘手爪进行抓取采摘获得自动采摘结果；用以实现双孢菇的自动采摘并提高其采摘效率，减少采摘损伤率。

主权项：1.基于视觉和力觉反馈的双孢菇自动采摘系统，其特征在于，包括：区域识别模块，用于在待采摘双孢菇片区图像中识别出株间缝隙区域和双孢菇区域；簇划分模块，用于将双孢菇区域中的每个单连通区域当作双孢菇簇区域，获得双孢菇区域中的所有双孢菇簇区域；策略确定模块，用于基于每个双孢菇簇区域中的株分布特征和株间缝隙区域，生成双孢菇区域的总采摘策略；模糊控制模块，用于基于总采摘策略控制采摘手爪进行移动控制，并在移动过程中基于力位阻抗控制的神经模糊PID算法和采摘手爪内部设置的力传感器控制采摘手爪进行抓取采摘，直至遍历总采摘策略，获得自动采摘结果；其中，策略确定模块，包括：局部策略确定子模块，用于基于每个双孢菇簇区域中的株分布特征，确定出每个双孢菇簇区域的至少一种采摘策略；整体策略确定子模块，用于基于每个双孢菇簇区域的所有采摘策略和株间缝隙区域，生成双孢菇区域的总采摘策略；其中，局部策略确定子模块，包括：第一策略确定单元，用于当双孢菇簇区域中包含的两两单株轮廓之间不存在交叉时，判定双孢菇簇区域的株分布特征为分散分布，并将双孢菇簇区域中的任一单株轮廓当作起始采摘株，并基于最短路径原则确定出双孢菇簇区域的至少一种采摘路径作为双孢菇簇区域的采摘策略；重叠比计算单元，用于当双孢菇簇区域中包含的两两单株轮廓之间存在交叉时，则判定双孢菇簇区域的株分布特征为重叠分布，并确定出存在交叉的两个单株轮廓的物理中心点之间的线段在对应交叉区域中的部分线段长度，当作交叉宽度，并将交叉宽度与对应的存在交叉的两个单株轮廓的物理中心点之间的线段长度之间的比值，当作重叠比，将双孢菇簇区域中重叠比超出重叠比阈值的两个单株轮廓进行合并，获得更新后的单株轮廓，并将双孢菇簇区域中当前的最外围的任一单株轮廓当作起始采摘株，并以环形路径从外围至内部的原则确定出双孢菇簇区域的以每个起始采摘株为起始的采摘路径作为双孢菇簇区域的采摘策略；其中，单株轮廓是基于预先训练好的单株轮廓识别模型识别出的、从上方视角看到的单个双孢菇株的伞面结构轮廓；其中，整体策略确定子模块，包括：起始采摘区域确定单元，用于基于预先训练好的采摘难度评估模型对双孢菇簇区域进行采摘难度评估，获得每个双孢菇簇区域的采摘难度，将待采摘双孢菇片区图像中最外围的所有双孢菇簇区域中最小采摘难度的双孢菇簇区域当作起始采摘区域；起始采摘策略确定单元，用于在株间缝隙区域中确定出与起始采摘区域相邻的部分区域，当作起始遍历区域，将起始采摘区域中，与起始遍历区域中局部形状尺寸最大的区域相邻的起始采摘株当作起始采摘目标，并基于起始采摘目标和起始遍历区域的形状确定出采摘手爪从出发点至第一个采摘点的移动路径，以及对起始采摘目标进行采摘时的采摘方向，作为起始采摘部分策略；总策略确定单元，用于基于起始采摘区域和当前未遍历的双孢菇区域的采摘难度和所有采摘策略，确定出双孢菇区域的总采摘策略；其中，预先训练好的采摘难度评估模型是利用大量被人工评估出采摘难度的双孢菇簇区域图像训练而成；其中，总策略确定单元，包括：部分策略确定子单元，用于将与起始采摘区域相邻的双孢菇簇区域中最小采摘难度的双孢菇簇区域当作下一采摘区域，将下一采摘区域中所有采摘策略中的所有起始采摘株中，与起始采摘区域中最后一个被采摘的单株轮廓的物理中心点距离最近的起始采摘株，当作下一采摘区域的起始采摘目标，并确定出起始采摘区域中最后一个被采摘的单株轮廓至下一采摘区域的起始采摘目标的移动路径，并基于下一采摘区域的起始采摘目标附近的株间缝隙区域的形状确定出下一采摘区域的起始采摘目标的采摘方向，将最新确定出的移动路径和采摘方向当作新的部分采摘策略，并将以最新确定出的起始采摘目标为起始采摘株的采摘策略当作总采摘策略中对该双孢菇簇进行采摘的策略，作为更新的部分采摘策略；总策略确定子单元，用于基于最新的部分采摘策略和当前未遍历的双孢菇簇区域的采摘难度和所有采摘策略，继续确定出新的部分采摘策略，直至遍历所有待采摘双孢菇片区图像中的所有双孢菇簇区域时，则将当前确定出的起始采摘部分策略和所有部分采摘策略汇总获得双孢菇区域的总采摘策略。

全文数据：

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百度查询： 南京农业大学 基于视觉和力觉反馈的双孢菇自动采摘系统及方法

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