基于机器视觉的结球类蔬菜收获机割台智能控制

本发明属于结球类蔬菜收获，尤其涉及一种基于机器视觉的结球类蔬菜收获机割台智能控制系统及控制方法。背景技术：1、结球类蔬菜(如甘蓝、大白菜等)是世界主要的蔬菜产品，也是保障我国“菜篮子”稳定供应的重要品类，在我国的种植面积和总产量均居世界前列。虽然我国结球类蔬菜产量和消费量巨大，但结球类蔬菜的收获环节仍主要依靠人工完成，人工采收劳动强度大，作业效率低，随着近年来人口老龄化程度的加剧，劳动力短缺与结球类蔬菜高用工投入之间的矛盾日益突出，结球类蔬菜收获机械装备的需求更加迫切。2、结球类蔬菜的加工和商品化过程中，对品质的要求尤为重要。但由于结球类蔬菜的智能化采收技术发展不够完善，现有结球类蔬菜收获机缺少对作业参数的实时调控，机械固定的作业参数难以适应多品种、多生长条件、多尺寸变化的结球类蔬菜收获需求。在复杂的田间作业环境下，易造成叶球夹持挤压破裂、切根多切损伤、切根长度不足等问题，大大降低采收蔬菜的品质，严重影响了其后续的运输、贮藏和销售。3、鉴于此，有必要研发一种具有智能感知与精准控制的结球类蔬菜低损高效采收的系统和策略，达到结球类蔬菜低损化、高效化、智能化的采收要求，对促进结球类蔬菜收获智能化技术及装备体系的建立具有十分重要的意义。技术实现思路1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于机器视觉的结球类蔬菜收获机割台智能控制系统及控制方法，通过利用机器视觉、深度学习、智能控制等技术，对田间结球类蔬菜叶球进行实时的尺寸测量，通过控制器的数据分析与智能决策，智能调节控制割台装置的夹持通道间隙、双圆盘切刀高度等关键作业参数，从而提高了结球类蔬菜机械化收获环节的质量和效率，解决了现有结球类蔬菜收获装置中菜球损伤率高、效率低的问题。2、本发明通过以下技术手段实现上述技术目的。3、一种基于机器视觉的结球类蔬菜收获机割台智能控制系统，包括履带底盘，履带底盘前部挂接有可调式割台装置，可调式割台装置上方的相机支架上安装有rgb-d相机，可调式割台前端近地面处对称设置有拔取辊，可调式割台装置前端还对称设置有限深轮，可调式割台装置前端喂入口处设置有拨禾器；履带底盘上方安装有蓄电池、罩壳，履带底盘后方安装有剥叶辊、收集箱；履带底盘上方还设置有控制箱，控制箱内安装有主控制器以及与主控制器电连接的多个电机驱动器、电源转换模块；主控制器包括数据采集模块、图像处理模块、数据分析模块、模型建立模块、误差纠正模块、信号输出模块。4、进一步地，所述可调式割台装置包括分别固定在两个夹持带支撑框架前端的两个切刀高度调节滚珠丝杠滑台，切刀高度调节滚珠丝杠滑台还通过联轴器与圆盘切刀高度调节伺服电机连接，切刀高度调节滚珠丝杠滑台上的滑块均通过连接板连接有圆盘切刀驱动电机，圆盘切刀驱动电机通过圆盘切刀转轴连接并驱动圆盘切刀旋转。5、进一步地，所述可调式割台装置包括安装于相机支架固定台后方的夹持间隙调节滚珠丝杠滑台，夹持间隙调节滚珠丝杠滑台通过联轴器与夹持间隙调节伺服电机连接，夹持间隙调节滚珠丝杠滑台上的两个滑块下部均安装有夹持部件；夹持部件包括夹持带驱动电机、夹持带，夹持带驱动电机通过链条传动实现对夹持带动力的传输，夹持带通过夹持带支撑框架、夹持带张紧机构实现张紧支撑，两个夹持带左右对称布置，中间的夹持间隙用于结球类蔬菜的夹持输送；夹持带张紧机构铰接在夹持带支撑框架内侧，夹持带张紧机构前端串联挂接有拉伸弹簧和夹持带张紧力检测传感器，实时检测夹持带张紧机构张紧力并传递给主控制器。6、进一步地，所述拔取辊包括拔取辊动力传动箱、拔取辊驱动电机，拔取辊动力传动箱为t型锥齿轮啮合等速传动，拔取辊驱动电机通过链条传动与拔取辊动力传动箱连接，拔取辊动力传动箱通过联轴器与拔取辊的转轴连接，驱动拔取辊做旋转运动。7、进一步地，所述拨禾器包括拨禾器叶片、拨禾器主轴、拨禾器驱动电机；拨禾器驱动电机固定在可调式割台装置前端的一侧支架上，拨禾器驱动电机通过联轴器与拨禾器主轴一端连接，拨禾器主轴另一端通过轴承座安装在可调式割台装置前端另一侧支架上，拨禾器主轴中间位置处固定安装有拨禾器叶片。8、进一步地，所述数据采集模块用于接收rgb-d相机、夹持带张紧力检测传感器实时采集的数据；图像处理模块基于深度学习训练推理模型对图像中结球类蔬菜叶球特征进行实时检测，并将特征位置坐标信息和rgb-d相机获取的深度信息实时传输至数据分析模块；数据分析模块对图像特征点坐标信息和深度信息进行滤波处理，并拟合估算出结球类蔬菜叶球直径尺寸值；模型模块根据计算得到的蔬菜叶球直径尺寸值建立收获机割台装置作业参数调控模型，并通过模型分析获得当前条件下夹持通道间隙和圆盘切刀高度的初始最佳值；误差补偿模块根据夹持带张紧力检测传感器获得的数据，设置张紧力合理变动范围，当张紧力超出合理范围的上限或下限后，对模型进行补偿和纠正；信号输出模块将模型输出的调节量信号发送给对应电机的驱动器，实现对各电机转速和旋转角度的调整。9、一种利用上述基于机器视觉的结球类蔬菜收获机割台智能控制系统的基于机器视觉的结球类蔬菜收获机割台智能控制方法，包括如下过程：10、步骤1：数据采集：11、步骤1.1：rgb-d图像数据采集：12、收获机作业过程中，rgb-d相机采集rgb图像信息和深度信息并传输至主控制器；13、步骤1.2：夹持带压力数据采集：14、夹持带张紧力检测传感器实时检测夹持带内侧张紧力信息并传输至主控制器；15、步骤2：数据处理：16、步骤2.1：图像处理与数据分析：17、图像处理模块通过yolov8目标检测模型对获得的rgb图像的特征关键点进行预测推理，确定目标特征点的像素位置信息并传递至数据分析模块；数据分析模块通过特征点拟合算法提取叶球像素直径信息，通过depth图像与rgb图像配准后，读取特征点深度信息，结合叶球像素直径信息计算出叶球直径尺寸真实值，并传递至模型模块；18、步骤2.2：夹持带压力数据处理：19、主控制器的数据分析模块获取夹持带内侧张紧力采样数据后，对其进行卡尔曼滤波处理，并建立规定压力范围(pmin，pmax)，用于后续误差补偿模块使用；20、步骤2.3：模型建立：21、主控制器的模型模块根据计算出的叶球直径尺寸真实值，建立收获机割台装置作业参数调控模型，并通过模型分析获得当前条件下夹持通道间隙和圆盘切刀高度的初始最佳值；22、步骤2.4：误差补偿与模型优化：23、主控制器的误差补偿模块对步骤2.2处理后的采样数据，即实测压力pi进行判断分析，当pi＜pmin或pi＞pmax时，根据实测压力pi的偏离值与补偿量匹配算法，计算出调控模型的补偿量，据此控制模型优化；24、步骤3：智能控制：主控制器依据计算出的叶球直径尺寸真实值以及补偿量，获得夹持通道间隙目标值和蔬菜切根高度目标值，并根据夹持间隙调节伺服电机和左右圆盘切刀高度调节伺服电机内置的编码器实时反馈的电机旋转信号，获取夹持通道间隙真实值和蔬菜切根高度真实值，通过目标值与真实值差值计算，分别获得夹持间隙调节伺服电机和左右圆盘切刀高度调节伺服电机的输出轴的旋转圈数，从而对夹持通道间隙和切刀高度进行调整。25、进一步地，所述步骤3中，夹持通道间隙调节量δl1为：26、27、其中，p1为夹持间隙调节滚珠丝杠滑台的丝杠螺距，n1为夹持间隙调节伺服电机的转动圈数，f1为夹持间隙调节伺服电机接收的脉冲数量，f1为夹持间隙调节伺服电机转动一圈所需的脉冲数。28、进一步地，所述步骤3中，圆盘切刀高度调节量δl2为：29、30、其中，p2为切刀高度调节滚珠丝杠滑台的丝杠螺距，n2为左右圆盘切刀高度调节伺服电机的转动圈数，f2为左右圆盘切刀高度调节伺服电机接收的脉冲数量，f2为左右圆盘切刀高度调节伺服电机转动一圈所需的脉冲数。31、进一步地，所述调控模型的补偿量计算方法为：32、当pi＜pmin时，δm＝k|pi-pmin|/w；33、当pi＞pmax时，δm＝k|pi-pmax|/w；34、其中，k为通过试验得到的距离补偿系数，w为补偿因子。35、本发明具有如下有益效果：36、本发明所提出的结球类蔬菜收获割台智能控制方案，通过采集rgb-d图像信息、夹持带张紧力检测传感器数据，运用深度学习目标检测模型对图像数据进行分析计算，并通过主控制器基于当前各电机工况进行分析处理，实现夹持通道间隙、圆盘切刀高度的自适应调整与匹配，解决了传统结球类蔬菜收获机因参数无法实时调控而造成的叶球损伤率高、机具作业效率低等问题，可满足自然环境下结球类蔬菜叶球尺寸波动较大的作业场景，有效提高结球类蔬菜叶球收获的成品率，实现了结球类蔬菜的低损化、智能化的高效采收，为结球类蔬菜生产机械化智能化提供有利地装备支撑。