田间杂株去除装置的制作方法

本申请涉及农业器械，具体而言，涉及一种田间杂株去除装置。

背景技术：

1、在玉米等高秆作物的制种过程中，田间常混有杂草或非目标品种植株，形成杂株，严重影响种子纯度，须及时将其去除。由于杂株与目标品种植株在形态特征上差异较小，尤其是苗期阶段，外观相似度高，识别难度大；加之人工除杂需在苗期2至3周的短暂时间窗口内完成，亩均用工量大、劳动强度高，效率低下且易受主观判断影响。传统的人工方式已难以满足精准识别与高效清除杂株的需求。

2、目前市面上的株间除草设备主要针对低矮作物设计，其行走机构普遍采用低矮的轮式或履带式底盘。此类设备的除杂执行机构通常为持续接触土壤的旋转刀盘或铲齿，安装于设备前部或中部，其控制方式依赖物理间距感知（如接触式或接近传感器），或基于作物与杂草的形态差异，使用梳齿式机械装置进行被动避让和粗略分选。

3、现有的这些设备在低矮作物场景下可基本满足作业需求，但当玉米等作物长至一定高度后，因其底盘离地间隙小，设备无法进入田间作业，导致高秆作物苗期的杂株无法被有效清除。同时，除杂执行机构全周期触地，容易破坏地膜，与部分地区的农艺要求相冲突。

4、因此，如何提供一种能够适应高秆作物生长环境、且能有效减少地膜破坏的除杂设备，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本申请提供一种田间杂株去除装置，能够适应高秆作物生长环境、且能有效减少地膜破坏的进行杂株去除处理。

2、本申请是这样实现的：

3、本申请提供一种田间杂株去除装置，其包括装置机架，以及设于装置机架的行走机构、除杂执行机构、位移测量模块、图像采集模块和运算控制模块。其中，行走机构为高地隙的、多轮独立驱动、独立转向的轮式结构，用于带动装置沿作物垄线移动；位移测量模块用于实时获取装置的位置数据；图像采集模块用于在位置数据指示行进距离达到预设作业节拍距离时，触发采集装置下方植株图像，得到原始植株图像。运算控制模块用于驱动行走机构动作，还用于接收位置数据和原始植株图像，并对原始植株图像依次执行图像分割与图像分类处理，以识别并标记出属于杂株的杂株子图，以及根据杂株子图、位置数据和图像采集模块的相机标定参数，计算杂株的真实空间位置，并根据真实空间位置向除杂执行机构下发除杂指令。除杂执行机构用于响应于除杂指令，根据真实空间位置及持续更新的位置数据，在杂株进入除杂执行机构的作业范围时执行除杂动作。

4、在本申请的一些实现方式中，行走机构包括多个轮腿，每个轮腿包括：回转轴承，回转轴承的固定部与装置机架连接；齿轮传动副；转向伺服电机，转向伺服电机通过齿轮传动副与回转轴承的旋转部连接，用于驱动旋转部水平旋转；车轮支架，刚性连接于回转轴承的旋转部下方；集成于车轮支架上的链传动机构、车轮和行走伺服电机，行走伺服电机通过链传动机构与车轮连接，用于驱动车轮转动。其中，转向伺服电机和行走伺服电机各自与运算控制模块电连接。

5、在本申请的一些实现方式中，除杂执行机构包括升降组件、横移组件和杂株清除组件。其中，升降组件的一端与装置机架相连，另一端经横移组件与杂株清除组件相连；升降组件用于调节作业高度，横移组件用于驱动杂株清除组件向杂株方向水平进给，杂株清除组件用于执行杂株清除动作。

6、在本申请的一些实现方式中，升降组件为x型交叉剪式升降结构，x型交叉剪式升降结构的上端与装置机架连接，下端经横移组件与杂株清除组件相连。其中，x型交叉剪式升降结构的中部的两个连杆之间连接有滚珠丝杆，滚珠丝杆用于驱动两个连杆相互靠近或远离，以使x型交叉剪式升降结构展开或收拢。

7、在本申请的一些实现方式中，滚珠丝杆的头部连接有转把或升降驱动电机，升降驱动电机与运算控制模块电连接。

8、在本申请的一些实现方式中，除杂执行机构的除杂方式为机械切割、喷洒除草剂或激光烧灼中的至少一种。

9、在本申请的一些实现方式中，位移测量模块包括：卫星定位接收机，设于装置机架的中心位置，用于实时获取经纬度坐标并输出rtk定位数据；多个电机编码器，设于行走机构的各行走伺服电机上，用于实时获取表征车轮转动量的编码器脉冲数据；数据融合单元，用于融合rtk定位数据和编码器脉冲数据，以生成位置数据。

10、在本申请的一些实现方式中，图像采集模块包括：遮光组件，由多条柔性条状遮光帘构成，遮光帘相互交错叠置，并围绕装置机架下方的高地隙空间周向布置，以形成一内部遮光空间，用于遮挡环境杂光；相机组件，设于装置机架下方，并位于内部遮光空间内；补光组件，包括多个led光源，均匀环绕布设于相机组件的镜头四周，用于形成无影化均匀照明光场。其中，相机组件和补光组件各自与运算控制模块电连接。

11、在本申请的一些实现方式中，对原始植株图像依次执行图像分割与图像分类处理，以识别并标记出属于杂株的杂株子图的步骤，包括：利用图像分割模型对原始植株图像进行分割，提取出至少一张单株植株的独立子图；利用图像分类模型对每张独立子图进行分类识别，以判断其为正常植株或杂株，并将判定为杂株的独立子图标记为杂株子图。其中，图像分割模型是以样本植株图像、以及样本植株图像中的单株植株区域为训练数据，对图像分割模型进行训练后得到的模型；图像分类模型是以样本单植株子图、以及样本单植株子图的类别标签为训练数据，对图像分类模型进行训练后得到的模型。

12、在本申请的一些实现方式中，根据杂株子图、位置数据和图像采集模块的相机标定参数，计算杂株的真实空间位置的步骤，包括：根据杂株子图，拟合杂株子图的中心与杂株杆径像素位置关系，以确定杂株子图中的杂株杆径的实际像素坐标；根据实际像素坐标、位置数据以及图像采集模块的相机标定参数，利用坐标转换算法，将实际像素坐标转换为杂株在装置坐标系下的真实空间位置。

13、相对于现有技术，本申请至少具有如下优点或有益效果：

14、首先，本申请将行走机构设计为高地隙的、多轮独立驱动、独立转向的轮式结构，这使得装置能够在高秆作物田间沿作物垄线自由移动，并可以适应高杆作物不同的生长期。其次，本申请通过位移测量模块实时获取装置的位置数据，当行进距离达到预设作业节拍时，图像采集模块才触发采集装置下方植株图像，这使得图像采集与装置行进位置同步，避免了连续采集带来的数据冗余或漏采。再次，本申请通过运算控制模块对原始植株图像依次执行图像分割与图像分类处理，实现了杂株的自动识别与标记。相比于现有技术依赖物理间距感知或粗略分选的被动式控制方式，本申请的这种基于图像处理的主动识别方案，有效提高了杂株检测的准确性。最后，本申请根据杂株子图、位置数据和相机标定参数计算杂株的真实空间位置，并由除杂执行机构根据真实空间位置及持续更新的位置数据，在杂株进入除杂执行机构的作业范围时执行除杂动作。这一动态对齐机制使得除杂执行机构仅在需要时才会动作，避免了全周期触地对地膜的破坏。

1.一种田间杂株去除装置，其特征在于，包括装置机架，以及设于所述装置机架的行走机构、除杂执行机构、位移测量模块、图像采集模块和运算控制模块；

2.根据权利要求1所述的田间杂株去除装置，其特征在于，所述行走机构包括多个轮腿，每个所述轮腿包括：

3.根据权利要求1所述的田间杂株去除装置，其特征在于，所述除杂执行机构包括升降组件、横移组件和杂株清除组件；

4.根据权利要求3所述的田间杂株去除装置，其特征在于，所述升降组件为x型交叉剪式升降结构，所述x型交叉剪式升降结构的上端与所述装置机架连接，下端经所述横移组件与所述杂株清除组件相连；

5.根据权利要求4所述的田间杂株去除装置，其特征在于，所述滚珠丝杆的头部连接有转把或升降驱动电机，所述升降驱动电机与所述运算控制模块电连接。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的田间杂株去除装置，其特征在于，所述除杂执行机构的除杂方式为机械切割、喷洒除草剂或激光烧灼中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的田间杂株去除装置，其特征在于，所述位移测量模块包括：

8.根据权利要求1所述的田间杂株去除装置，其特征在于，所述图像采集模块包括：

9.根据权利要求1所述的田间杂株去除装置，其特征在于，所述对所述原始植株图像依次执行图像分割与图像分类处理，以识别并标记出属于杂株的杂株子图的步骤，包括：

10.根据权利要求1所述的田间杂株去除装置，其特征在于，所述根据所述杂株子图、位置数据和图像采集模块的相机标定参数，计算所述杂株的真实空间位置的步骤，包括：