CN108381560A - 一种微型智能种植机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微型智能种植机器人，采用微型高清摄像头，对不同位置的植物摄像图片，上传到云端，云端的AI智慧中心运用人工智能对大量的图片进行对比分析，提早发现植物发病的隐患，并给出预防方案，播种机、松土器、除草工具绑定到工具连接器后，智慧中心下发移动路径与操作指令，机器人完成各种农事操作；本发明提供的微型智能种植机器人，智慧中心达到最优配置，预防病虫害，控制中心操作机械臂实时测量土壤温湿度上报智慧中心，结合所种蔬菜的习性和当前的天气预报，智慧中心下发浇水指令，在不同区域喷洒适度的水量。
Description
技术领域
本发明涉及种植机器技术领域，进一步说，尤其涉及一种微型智能种植机器人。
背景技术
现有种植箱大体为无土水培植为主,通过LED光线和营养液供蔬菜成长,相对来说品种单一以及营养成分缺失，而且目前付诸于报道的种植利器大多是环境监测，无法实现自动农事操作及专家指导，且大多只适用于单品种蔬菜的栽培，不能满足家庭多品种蔬菜的长期需要。现有技术中，通过传感器采集湿度、温度、光照、土壤肥力等数据，并没有有效利用数据提供方案防治植物疾病。植物生病是不适应种植环境的反应，从开始生病到显现出症状需要一个过程，现有技术不能预先发现，及时防治。
发明内容
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种微型智能种植机器人，其中，具体技术方案为：
微型智能种植机器人以3D打印理论为基础，整体结构由栽培床、两条相互平行的底部铝合金导轨、两个立柱、一个横梁和一个垂直导轨组成，立柱通过V型轮在底部轨道自由滑行，同理，十字连接板与横梁通过V型轮相连；
纵轴装在十字板上，在纵轴的下端装有多功能工具连接器，各种工具可以绑定到工具连接器，连接器上的多芯电缆把机器人控制器与工具的传感器连接到一起；
在连接器上绑定微型高清摄像头，对不同位置的植物摄像图片，上传到云端，云端的AI智慧中心运用人工智能对大量的图片进行对比分析，最大限度的提早发现植物发病的隐患，并给出预防方案。播种机、松土器、除草工具绑定到工具连接器后，智慧中心下发移动路径与操作指令，机器人完成各种农事操作。
上述的微型智能种植机器人，其中：机器包括多个子***，湿度、温度、拍照等数据通过互联网、MQTT网关，传送至小M云服务，小M云服务将数据传递给AI智慧中心进行数据分析、操作分析、种植规划，用户通过控制台、REST服务获取上述的分析数据。
上述的微型智能种植机器人，其中：
包括用户控制台，用户可以登陆Web页面或手机App来进入控制台，登陆之后，用户可以做如下操作：
直接操控机械臂的移动；
添加定时农事操作事件；
手工规划种植计划；
设计程序来控制机械臂的运行路径及其他工具的操作；
对不同区域进行拍照；在控制台的操作页面有一个虚拟种植床，用来实时显示机械臂的运行轨迹和所在位置。
上述的微型智能种植机器人，其中：
包括小M云服务，云服务是通过MQTT网关与机器人相关，用户打开手机App或登陆Web控制台即可使用云服务来规划、查看植物的生成。
上述的微型智能种植机器人，其中：
智慧中心主要包括以下功能：
根据用户选择的品种生成种植计划；
用户可能会选择多个品种来种植，以达到多样化的需求；
智慧中心会从如下几个方面来安排种植计划：
植物品种的生活习性，棵株的高低、是否喜水、是否喜光；
上一茬所种的品种；
土壤的土质情况，如PH值、氮磷钾含量；
当前的气候，如气温、降水；
对病虫害图像样本收集、分类训练和识别，并发出警告；
模块通过对正负样本库训练生成特征码，用于对机器人传来图像进行识别，当发现图片存在病虫害征兆时，发出警告消息，并推送防治方案给用户；
对收集到的传感器数据分析，并对机器人下发农事操作指令；机器人会对植物及土壤进行日常巡视，并测量各种数据，如温度、湿度、土壤肥力、PH值、光照强度，测量的数据会通过云服务发送到智慧中心，经分析之后，智慧中心下发或浇水、或遮阳指令。
本发明相对于现有技术具有如下有益效果：智慧中心达到最优配置，预防病虫害，控制中心操作机械臂实时测量土壤温湿度上报智慧中心，结合所种蔬菜的习性和当前的天气预报，智慧中心下发浇水指令，在不同区域喷洒适度的水量。土壤肥力传感器则把土壤电导数据上报智慧中心，当肥力不足时，智慧中心会把消息和解决方案通过微信发送给用户。智慧中心的图像智能分析模块收集病虫害的正样本和负样本，通过机器学习算法，在机械臂日常巡视时，对来高清摄像头的视频进行实时分析，一旦发潜在的病虫害，则发出警告，提醒用户做出相应措施。同时，发送图像给用户及专家做进一步确认，经确认为有效样本后，进入到正样本库。
附图说明
图1为微型智能种植机器人机械部分的示意图。
图2为智慧中心的示意图。
图3为智慧中心最优配置的示意图。
图4为智慧中心把消息和解决方案通过微信发送给用户的示意图。
图5为智慧中心图像智能分析模块收集的示意图。
图6为微型智能种植机器人***的示意图。
图7为机器子***的示意图。
图8为控制台选定品种的示意图。
图中：
1、栽培床
2、立柱
3、横梁
4、纵轴
5、连接器
6、十字连接板
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
本发明提供了一种微型智能种植机器人，利用小花园、阳台或露台的空间，打造自己个性化的种植园。本产品不限于面积的大小，栽培床1可以根据可用面积的大小做出相应的调整，在栽培床1之上，架构出以3D打印为理论基础的机械臂(图1)，机械臂通过步进电机的驱动，可以定位到栽培床的每一个位置。在机械臂的末端上可以挂载各种功能的工具，如雾化浇水喷头、播种机、松土器、高清摄像头等。控制机械臂的是安装在纵轴4上的控制中枢，控制中枢由Arduino和树莓派组成，Arduino控制机械臂的运行和各个工具的操作，图像的拍摄和处理则由树莓派来负责，树莓派与位于云端“小M智慧中心”(以下简称智慧中心)通过互联网相连，智慧中心由图像识别与训练、植物习性数据库、种植规划模块、机械臂路径规划模块组成。(如图2)
受限于栽培床1面积，把不同品种的蔬菜合理分配种植面积和时间点，以达到最大的收获，另外，同一块土壤中种植了某一品种的蔬菜，下一茬则不宜再种同一个品种，以免影响产量，智慧中心(如图6)可以有效的回避类似的问题，以达到最优配置。(如图3)
作为有机蔬菜的种植机器人，预防病虫害是小M机器人的一大功能，植物的生长需要适当的水分、光照和有效的营养物质。控制中心操作机械臂实时测量土壤温湿度上报智慧中心，结合所种蔬菜的习性和当前的天气预报，智慧中心下发浇水指令，在不同区域喷洒适度的水量。土壤肥力传感器则把土壤电导数据上报智慧中心，当肥力不足时，智慧中心会把消息和解决方案通过微信发送给用户。(如图4)
智慧中心的图像智能分析模块收集了几千张病虫害的正样本和上百万张负样本，通过机器学习算法，在机械臂日常巡视时，对来高清摄像头的视频进行实时分析，一旦发潜在的病虫害，则发出警告，提醒用户做出相应措施。同时，发送图像给用户及专家做进一步确认，经确认为有效样本后，进入到正样本库。(如图5)
实施例一
一种智能微型种植机器人，包括一栽培床1，栽培床1由木头或铝合金板构成；二根平行的水平轨道，轨道固定在栽培床1上；二根立柱2，立柱2底端装有多个V型滑轮，滑轮装在水平的轨道的导轨槽里，可以在水平方向自由滑动，同步带固定在水平轨道的两端，步进电机安装在立柱2上带机械臂在水平轨道上移动；一根横梁连接在二根立柱2的顶端；一根纵轴4通过十字连接板6与横梁3连接，可以自由在横梁3上滑动；一个步进电机安装在横梁3上，驱动十字连接板6在横梁3上滑动；一个步进电机安装在十字连接板6上，驱动纵轴4上下移动；一个连接器5安装在纵轴4的底端，用来连接各种工具。
实施例二
在实施例一的基础上，在控制台选定品种后(如下图7)，数据上传到云平台，再到智慧中心，智慧中心收到品种需求后，首先把栽培床分成若干区域，根据植物习性编排，如喜水的放在一起；根据种植的历史记录，使同一品种不会在同一区域连续种植二茬；针对不同的品种,生成整个生长周期的日常农事操作计划，从播种期到收获期，智慧中心会下发播种、浇水、除草等指令；
实施例三
在实施例一、二的基础上，机械臂按照指令完成日常农事操作，安装在机械臂上的高清摄像头拍摄的照片会上传到智慧中心，图像识别模块收集了大量的病虫害样本，当收到新的图片时，先对图片进行裁剪、去噪、灰度处理，再调用训练好的神经网络识别图片，如果发现相似的特征，存在潜在的病虫害风险，则发出警告消息，当专家或用户确认图片包含病虫害特征后，把该图片加入到样本库。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (5)
1.一种微型智能种植机器人，其特征在于：
使用微型高清摄像头，对不同位置的植物摄像图片，上传到云端，云端的AI智慧中心运用人工智能对大量的图片进行对比分析，最大限度的提早发现植物发病的隐患，并给出预防方案；播种机、松土器、除草工具绑定到工具连接器后，智慧中心下发移动路径与操作指令，机器人完成各种农事操作。
2.如权利要求1所述的微型智能种植机器人，其特征在于：机器包括多个子***，通过小M机器人采集湿度、拍照、温度、PH值、土壤肥力等数据，数据通过互联网、MQTT网关、传送至小M云服务，小M云服务将数据传递给AI智慧中心进行数据分析、操作分析、种植规划，用户通过控制台、REST服务获取上述的分析数据。
3.如权利要求2所述的微型智能种植机器人，其特征在于：
包括用户控制台，用户可以登陆Web页面或手机App来进入控制台，登陆之后，用户可以做如下操作：
直接操控机械臂的移动；
添加定时农事操作事件；
手工规划种植计划；
设计程序来控制机械臂的运行路径及其他工具的操作；
对不同区域进行拍照；在控制台的操作页面有一个虚拟种植床，用来实时显示机械臂的运行轨迹和所在位置。
4.如权利要求3所述的微型智能种植机器人，其特征在于：
包括小M云服务，云服务是通过MQTT网关与机器人相关，用户打开手机App或登陆Web控制台即可使用云服务来规划、查看植物的生长。
5.如权利要求4所述的微型智能种植机器人，其特征在于：
智慧中心主要包括以下功能：
根据用户选择的品种生成种植计划；
用户可能会选择多个品种来种植，以达到多样化的需求；
智慧中心会从如下几个方面来安排种植计划：
植物品种的生活习性，棵株的高低、是否喜水、是否喜光；
上一茬所种的品种；
土壤的土质情况，如PH值、氮磷钾含量；
当前的气候，如气温、降水；
对病虫害图像样本收集、分类训练和识别，并发出警告；
模块通过对正负样本库训练生成特征码，用于对机器人传来图像进行识别，当发现图片存在病虫害征兆时，发出警告消息，并推送防治方案给用户；
对收集到的传感器数据分析，并对机器人下发农事操作指令；
机器人会对植物及土壤进行日常巡视，并测量各种数据，如温度、湿度、土壤肥力、PH值、光照强度，测量的数据会通过云服务发送到智慧中心，经分析之后，智慧中心下发或浇水、或遮阳指令。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180810 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |