一种用视觉定位水面目标的自动投放装置及其控制方法与流程

1.本发明涉及水上目标自动定位与物料投放装置的水产自动化机械领域，特别涉及一种基于机器视觉的龟鳖自动投料装置。


背景技术：

2.龟鳖是我国重要的水产品之一，特别是中华鳖是我国独特的优良鳖种，中华鳖也称甲鱼，它不仅营养丰富而且具有很高的药用价值，深受大众喜爱。在养殖过程中，甲鱼饲料要求新鲜现做现喂，常做成圆型饼料或颗粒形状投放在固定在水面的食台上，要求日投喂量是鳖体总体质量的5％左右，分上、下午两次投喂。目前已进入规模化养殖，通常达千亩以上，劳动强度大，人工成本提高，自动化、智能化投料成为迫切需求。尽管有一些发明或实用新型专利设计了投料装置，但仍缺少自动获取甲鱼总体质量数据、视觉定位食台的圆型饼料控制方法。实现自动和智能化要解决二个技术问题：
3.一是依据鱼塘甲鱼总体的质量计算投料量，二是设计轻巧少电机的自动定位水面的食台并放置柔软的圆型饼料的装置。
4.据专利检索和市场调查未发现相关在先技术，因此，我们研制了一种用视觉定位水面目标的自动投放装置及其控制方法。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是要提供本发明所要解决的技术问题是要提供一种用视觉定位水面目标的自动投放装置及其控制方法，本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，首创提出搭建微型视觉平台实时监测鱼塘甲鱼总量方法，依据甲鱼习性在鱼塘水面搭建略高于水面的长平台让其能爬到台面晒太阳，此时通过视觉图像处理对总的甲鱼进行计数，按照单个甲鱼形状计算甲鱼质量，从而获得总的质量；然后，发明一种基于机器视觉的精确放置柔软的圆型饼料装置，通过机器视觉对的水面食台位置进行定位，用投放机构把定量的圆型饼料放到食台平面上。总体发明设计以轻巧少电机控制实现自动投料为目的，装置可安装在无人机、水上无人挺或机械臂上进行工作，节能环保、智能自动化精确投放；大大节约人力成本，有效提供水产养殖综合效盖。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种用视觉定位水面目标的自动投放装置，它包括：
7.机器视觉部，其用于对食台进行定位且视觉图像处理中的精确的算法检测食台的三维形状，获取食台的几何中心空间三维坐标，以作为投放料饼或物体的定位坐标；
8.多级盛料筒，其内对称地设有开放式薄平板，所述开放式薄平板的支承力小于料饼自重力料饼重量；
9.自动投放部，其把定量的料饼放到下方的食台平面上，所述多级盛料筒设于所述自动投放部的上方；所述自动投放部包括活动料盒、为活动料盒提供转动动力的电机和连接电机的支承轴，当机器视觉部定位食台中心时，通过网络控制电机旋转以带动支承轴，使
靠近活动料盒的开放式薄平板上的料饼投放到食台，多级盛料筒内的料饼依靠自重力克服开放式薄平板支承力落到放料盒中，同时上一层的料饼依次落到下一层，以此进行下一个工作循环。
10.于本发明的一个或多个实施例中，所述机器视觉部与自动投放部的控制通信是基于5g和网络控制平台，以实现远程监控。
11.于本发明的一个或多个实施例中，所述多级盛料筒上方连接吊耳或安装架，所述多级盛料筒连接盖体；所述食台置于水面。
12.于本发明的一个或多个实施例中，所述机器视觉部连接于所述多级盛料筒，所述多级盛料筒为圆柱形，所述吊耳或安装架连接无人机或水上无人挺或机械臂上进行工作。
13.于本发明的一个或多个实施例中，所述机器视觉部用于视觉图像处理对总的甲鱼进行计数，且按照单个甲鱼形状计算甲鱼质量，从而获得总的质量；从而确定食台位置进行定位借助于所述自动投放部进行对难食台平面投料。
14.本发明还提供一种用视觉定位水面目标的自动控制方法，包括上述的用视觉定位水面目标的自动投放装置，其投放步骤如下：
15.步骤一，启用机器视觉部获取食台的几何中心空间三维坐标，以作为投放料饼或物体的定位坐标；
16.步骤二，机器视觉部检侧甲鱼的群体量；
17.步骤三，yolov5对甲鱼分类并识别以计算甲鱼数量；
18.步骤四，采集甲鱼品种图像样本；
19.步骤五，计算背部最大直径尺寸；
20.步骤六，根据背部圆直径与重量之间的函数关系计算得出甲鱼的重量；
21.步骤七，根据甲鱼总体的质量计算执行投料量。
22.进一步地，所述机器视觉部为zed双目摄像机。
23.本发明同背景技术相比存在以下有益效果：
24.由于采用了上述的方案，首创提出搭建微型视觉平台实时监测鱼塘甲鱼总量方法，依据甲鱼习性在鱼塘水面搭建略高于水面的长平台让其能爬到台面晒太阳，此时通过视觉图像处理对总的甲鱼进行计数，按照单个甲鱼形状计算甲鱼质量，从而获得总的质量；然后，发明一种基于机器视觉的精确放置柔软的圆型饼料装置，通过机器视觉对的水面食台位置进行定位，用投放机构把定量的圆型饼料放到食台平面上。总体发明设计以轻巧少电机控制实现自动投料为目的，装置可安装在无人机、水上无人挺或机械臂上进行工作，节能环保、智能自动化精确投放；大大节约人力成本，有效提供水产养殖综合效盖。；因此，它在技术性、经济性和实用性均具突出的性能。
附图说明
25.图1为本发明一个实施例中一种用视觉定位水面目标的自动投放装置的结构示意图；
26.图2为本发明一个实施例中一种用视觉定位水面目标的自动投放控制步骤框图；
27.附图中所示出形状、构造并理解得出的方案，附图的各种部件不一定是按比例的，并且附图的各种部件和元件的尺寸可以进行放大或缩小，从而更清楚地说明本文描述的本
发明的实施方案。
具体实施方式
28.下面详细描述本发明的实施例，所述的实施例示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
29.附图所显示的方位不能理解为限制本发明的具体保护范围，仅供较佳实施例的参考理解，可以图中所示的产品部件进行位置的变化或数量增加或结构简化。
30.说明书中所述的“连接”及附图中所示出的部件相互“连接”关系，可以理解为固定地连接或可拆卸连接或形成一体的连接；可以是直接相连或通过中间媒介相连，本领域普通技术人员可以根据具体情况理解连接关系而可以得出螺接或铆接或焊接或卡接或嵌接等方式以适宜的方式进行不同实施方式替用。
31.说明书中所述的上、下、左、右、顶、底等方位词及附图中所示出方位，各部件可直接接触或通过它们之间的另外特征接触；如在上方可以为正上方和斜上方，或它仅表示高于其他物；其他方位也可作类推理解。
32.下面结合说明书的附图，通过对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确；且旨在解释本发明而不能理解为对本发明的限制。
33.参见图1中所示出的，本发明较佳的提供实施例是一种用视觉定位水面目标的自动投放装置，它包括机器视觉部1、食台2、多级盛料筒3和自动投放部4；机器视觉部1用于对食台2进行定位且视觉图像处理中的精确的算法检测食台2的三维形状，获取食台2的几何中心空间三维坐标，以作为投放料饼10或物体的定位坐标；机器视觉部可以采用zed双目摄像机。
34.多级盛料筒3内对称设有开放式薄平板31，所述开放式薄平板 31的支承力小于料饼自重力料饼重量；利用料饼自体重力料饼重量打开开放式薄平板31向下移动。
35.自动投放部4，其把定量的料饼10放到下方的食台平面上，所述多级盛料筒3设于所述自动投放部4的上方；所述自动投放部4包括活动料盒41、为活动料盒41提供转动动力的电机42和连接电机的支承轴43，当机器视觉部定位食台中心时，通过网络控制电机42 旋转以带动支承轴43，使靠近活动料盒41的开放式薄平板31上的料饼投放到食台2，多级盛料筒3内的料饼依靠自重力克服开放式薄平板支承力落到放料盒中，同时上一层的料饼依次落到下一层，以此进行下一个工作循环。机器视觉部1与自动投放部4的控制通信是基于5g和网络控制平台，以实现远程监控，适用于大面积水域养殖的应用。
36.多级盛料筒3上方连接吊耳32或安装架，所述多级盛料筒3连接盖体33；所述食台2置于水面。机器视觉部1连接于所述多级盛料筒3上方或一侧，机器视觉部1数量也可以是一个或多个，所述多级盛料筒3可以为圆柱形或椭圆形或其他多边形，使用时，吊耳32 或安装架连接无人机或水上无人挺或机械臂上进行工作；机器视觉部 1用于视觉图像处理对总的甲鱼20进行计数，且按照单个甲鱼形状计算甲鱼质量，从而获得总的质量；从而确定食台位置进行定位借助于所述自动投放部4进行对难食台平面投料。
37.综合于上述内容且一并结合图2所示出的，本发明还提供一种用视觉定位水面目标的自动控制方法，包括上述的用视觉定位水面目标的自动投放装置，其投放步骤如下：
38.步骤一，启用机器视觉部获取食台的几何中心空间三维坐标，以作为投放料饼或物体的定位坐标；
39.步骤二，机器视觉部检侧甲鱼的群体量；
40.步骤三，yolov5对甲鱼分类并识别以计算甲鱼数量；
41.步骤四，采集甲鱼品种图像样本；
42.步骤五，计算背部最大直径尺寸；
43.步骤六，根据背部圆直径与重量之间的函数关系计算得出甲鱼的重量；
44.步骤七，根据甲鱼总体的质量计算执行投料量。
45.进一步地，所述机器视觉部为zed双目摄像机。
46.本发明的目的通过下述技术方案实现：
47.使用时，采用机器视觉部1检测水面平台上的群体活动的甲鱼，通过深度学习的方法(yolov5)对甲鱼进行分类与识别，并对总的甲鱼量进行计数。因大规模养殖，通常鱼苗是同一批放入，大小重量基本接近。因此，按照甲鱼背部裙边的近似圆型的几何特征，计算背部最大圆的直径尺寸，选取同品种的该尺寸段的甲鱼作为样本的重量作为参考标准，得到背部圆直径与重量之间的函数关系，利用该函数计算单个甲鱼几何形状计算甲鱼质量或重量，进而计算总的重量。
48.机器视觉部1的精确放置圆型饼料的自动投放装置与方法，通过机器视觉部1对的水面方形食台进行定位，自动投放部4把定量的圆型料饼10放到食台2平面上，食台2通常做成正方型略高于水面，视觉图像处理中的精确的算法检测食台的三维形状，并计算其几何中心，获得中心的空间三维坐标，作为投放饲料或物体的定位坐标。因水面面积大，投放点多，而柔软的新鲜圆饼料需要一个一个地放到台面，因此，多级盛料筒3设计为圆柱型，开放式薄平板31的支承力小于圆饼自重力，每层平板上放置一个料饼，底部设计为可旋转的对称活动料盒8，活动料盒放有一个料饼，料盒安装于支承轴43，工作放料时，电机42带动支承轴42旋转。当视觉定位食台中心时，通过网络控制电机10旋转90度，带动支承轴，上一层，开放式薄平板 31支承减少，料饼依靠自重力克服开放平板支承力落到放活动料盒 41中，同时上一层的料饼依次落到下一层。此时为一个工作循环，一次放料任务完成。该方案的视觉与控制是基于5g和网络控制平台，因此，可实现远程监控。首创提出搭建微型视觉平台实时监测鱼塘甲鱼总量方法，依据甲鱼习性在鱼塘水面搭建略高于水面的长平台让其能爬到台面晒太阳，此时通过视觉图像处理对总的甲鱼进行计数，按照单个甲鱼形状计算甲鱼质量，从而获得总的质量；然后，发明一种基于机器视觉的精确放置柔软的圆型饼料装置，通过机器视觉对的水面食台位置进行定位，用投放机构把定量的圆型料饼放到食台平面上。总体发明设计以轻巧少电机控制实现自动投料为目的，装置可安装在无人机、水上无人挺或机械臂上进行工作，节能环保、智能自动化精确投放；大大节约人力成本，有效提供水产养殖综合效盖。
49.尽管已经按上述的较佳实施例描述了本发明，但可能还存在落在本发明范围内的变更、置换和等同的方案；也可能存在多种替换方式来实现本发明。因此，旨在将所附权利要求书解释为包括落在本发明的真正精神和范围内的所有这样的变更、置换和等价方案；所属技术领域的技术人员应当理解，而本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发明的保护范围，应由各权利要求限定之。