本技術(shù)涉及智能農(nóng)業(yè)動力機械，更具體地說，本技術(shù)涉及一種遙控式山地辣椒收獲機及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化水平的不斷發(fā)展，智能農(nóng)業(yè)動力機械得到了顯著的發(fā)展，智能農(nóng)業(yè)動力機械能夠?qū)崿F(xiàn)遠程控制、自主決策和自主作業(yè)，此外，智能農(nóng)業(yè)動力機械遇地形起伏、土壤阻力不均時，能自主微調(diào)發(fā)動機功率、變速擋位及懸掛系統(tǒng)，以進行自適應(yīng)作業(yè)，例如，在遙控式山地辣椒收獲機對辣椒進行收獲中，通過結(jié)合模糊控制、自適應(yīng)控制等先進算法，山地辣椒收獲機能夠在復(fù)雜多變的農(nóng)田環(huán)境中實現(xiàn)運行自主化，確保對目標作業(yè)區(qū)域的辣椒進行精準采摘，其作業(yè)質(zhì)量遠超人工手動操作。

2、在現(xiàn)有智能農(nóng)業(yè)動力機械控制中，智能農(nóng)業(yè)動力機械的控制主要基于分布式動力控制系統(tǒng)和智能控制算法，通過實時數(shù)據(jù)獲取和多模態(tài)強化學(xué)習(xí)框架，實現(xiàn)對機械運動和作業(yè)的精確控制，以適應(yīng)不同工況環(huán)境；然而，在遙控式山地辣椒收獲機的控制中，當山地辣椒收獲機處于山地環(huán)境時，受到山地崎嶇不平的約束影響，山地辣椒收獲機的作業(yè)邊界無法與目標收獲邊界(即山地辣椒收獲的預(yù)設(shè)收獲邊界)進行對齊，導(dǎo)致山地辣椒收獲機的行進姿態(tài)偏離正常的行進姿態(tài)，從而降低山地辣椒收獲機的收獲效率，因此，如何在山地崎嶇不平的約束影響下實現(xiàn)山地辣椒收獲機的行進姿態(tài)的自動調(diào)整，從而提高山地辣椒收獲機的收獲效率成為了業(yè)界面臨的難題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供一種遙控式山地辣椒收獲機及方法，可在山地崎嶇不平的約束影響下實現(xiàn)山地辣椒收獲機的行進姿態(tài)的自動調(diào)整，從而提高山地辣椒收獲機的收獲效率。

2、第一方面，本技術(shù)提供一種辣椒采摘方法，包括如下步驟：

3、當遙控式山地辣椒收獲機行駛至目標作業(yè)區(qū)域時，對目標作業(yè)區(qū)域進行掃描；

4、通過目標作業(yè)區(qū)域中各行辣椒植株間的橫向分布間距以及辣椒植株的密度分布特征從掃描信息中提取得到辣椒采摘時所述山地辣椒收獲機左側(cè)邊的作業(yè)中心線和右側(cè)邊的作業(yè)中心線；

5、確定所述山地辣椒收獲機在采摘邊界約束下的運動約束點，基于所述運動約束點和所述左側(cè)邊的作業(yè)中心線確定所述山地辣椒收獲機左側(cè)邊作業(yè)時的第一作業(yè)代價，通過所述運動約束點和所述左側(cè)邊的作業(yè)中心線確定所述山地辣椒收獲機左側(cè)邊作業(yè)時的第二作業(yè)代價；

6、由所述第一作業(yè)代價、所述第二作業(yè)代價對所述山地辣椒收獲機進行辣椒采摘時的行進路線進行最小代價約束，得到所述山地辣椒收獲機在行進路線上的約束控制量；

7、基于所述約束控制量對所述山地辣椒收獲機的位姿狀態(tài)進行約束，并控制位姿狀態(tài)約束后的山地辣椒收獲機對目標作業(yè)區(qū)域內(nèi)的辣椒進行采摘。

8、在一些實施例中，通過目標作業(yè)區(qū)域中各行辣椒植株間的橫向分布間距以及辣椒植株的密度分布特征從掃描信息中提取得到辣椒采摘時所述山地辣椒收獲機左側(cè)邊的作業(yè)中心線和右側(cè)邊的作業(yè)中心線具體包括：

9、從目標作業(yè)區(qū)域的掃描信息中提取當前的掃描圖像幀；

10、對所述掃描圖像幀進行密度聚類分析，得到目標作業(yè)區(qū)域中辣椒植株的聚集區(qū)塊，并將所述聚集區(qū)塊作為目標作業(yè)區(qū)域中的辣椒行，得到目標作業(yè)區(qū)域中的多個辣椒行；

11、基于目標作業(yè)區(qū)域中辣椒植株的密度分布特征確定各個辣椒行的辣椒行中心線；

12、計算各個辣椒行中心線間的間距，得到目標作業(yè)區(qū)域中各行辣椒植株間的橫向分布間距；

13、基于所述山地辣椒收獲機采摘鏟斗的鏟斗長度從所有的橫向分布間距中提取所述山地辣椒收獲機進行辣椒采摘時的有效橫向分布間距；

14、提取所述有效橫向分布間距對應(yīng)的第一辣椒行中心線和第二辣椒行中心線；

15、將所述第一辣椒行中心線和所述第二辣椒行中心線分別作為辣椒采摘時所述山地辣椒收獲機左側(cè)邊的作業(yè)中心線和右側(cè)邊的作業(yè)中心線。

16、在一些實施例中，基于目標作業(yè)區(qū)域中辣椒植株的密度分布特征確定各個辣椒行的辣椒行中心線具體包括：

17、對目標作業(yè)區(qū)域中的每個辣椒行進行像素值提取，得到所述每個辣椒行的像素值集合；

18、選取一個辣椒行作為選定辣椒行，根據(jù)選定辣椒行的像素值集合確定目標作業(yè)區(qū)域中辣椒植株在選定辣椒行的密度分布特征；

19、通過所述密度分布特征對選定辣椒行進行擾動像素去除，得到抗干擾的選定辣椒行；

20、對所述抗干擾的選定辣椒行的所有幾何中心點進行擬合，得到選定辣椒行的辣椒行中心線；

21、繼續(xù)確定剩余辣椒行的辣椒行中心線。

22、在一些實施例中，基于所述運動約束點和所述左側(cè)邊的作業(yè)中心線確定所述山地辣椒收獲機左側(cè)邊作業(yè)時的第一作業(yè)代價具體包括：

23、從所述左側(cè)邊的作業(yè)中心線中提取得到左側(cè)邊作業(yè)點位集合，提取所述左側(cè)邊作業(yè)點位集合中離所述山地辣椒收獲機當前位置最近的左側(cè)邊作業(yè)點位和最遠的左側(cè)邊作業(yè)點位；

24、通過所述最近的左側(cè)邊作業(yè)點位和所述最遠的左側(cè)邊作業(yè)點位確定所述山地辣椒收獲機左側(cè)邊辣椒行的朝向向量；

25、根據(jù)所述最遠的左側(cè)邊作業(yè)點位與所述運動約束點確定所述山地辣椒收獲機左側(cè)邊的朝向向量；

26、對所述山地辣椒收獲機左側(cè)邊辣椒行的朝向向量與所述山地辣椒收獲機左側(cè)邊的朝向向量進行向量點積計算，得到所述山地辣椒收獲機左側(cè)邊作業(yè)時的第一作業(yè)代價。

27、在一些實施例中，通過所述運動約束點和所述左側(cè)邊的作業(yè)中心線確定所述山地辣椒收獲機左側(cè)邊作業(yè)時的第二作業(yè)代價具體包括：

28、從所述右側(cè)邊的作業(yè)中心線中提取得到右側(cè)邊作業(yè)點位集合，提取所述右側(cè)邊作業(yè)點位集合中離所述山地辣椒收獲機當前位置最近的右側(cè)邊作業(yè)點位和最遠的右側(cè)邊作業(yè)點位；

29、通過所述最近的右側(cè)邊作業(yè)點位和所述最遠的右側(cè)邊作業(yè)點位確定所述山地辣椒收獲機右側(cè)邊辣椒行的朝向向量；

30、根據(jù)所述最遠的右側(cè)邊作業(yè)點位與所述運動約束點確定所述山地辣椒收獲機右側(cè)邊的朝向向量；

31、對所述山地辣椒收獲機右側(cè)邊辣椒行的朝向向量與所述山地辣椒收獲機右側(cè)邊的朝向向量進行向量點積計算，得到所述山地辣椒收獲機右側(cè)邊作業(yè)時的第二作業(yè)代價。

32、在一些實施例中，所述遙控式山地辣椒收獲機為滾筒式分離辣椒收獲機。

33、在一些實施例中，通過攝像頭采集目標作業(yè)區(qū)域的掃描信息。

34、第二方面，本技術(shù)提供一種遙控式山地辣椒收獲機，其包括有辣椒采摘控制單元，所述辣椒采摘控制單元包括：

35、掃描模塊，用于當遙控山地辣椒收獲機行駛至目標作業(yè)區(qū)域時，對目標作業(yè)區(qū)域進行掃描；

36、處理模塊，用于通過目標作業(yè)區(qū)域中各行辣椒植株間的橫向分布間距以及辣椒植株的密度分布特征從掃描信息中提取得到辣椒采摘時所述山地辣椒收獲機左側(cè)邊的作業(yè)中心線和右側(cè)邊的作業(yè)中心線；

37、所述處理模塊，還用于確定所述山地辣椒收獲機在采摘邊界約束下的運動約束點，基于所述運動約束點和所述左側(cè)邊的作業(yè)中心線確定所述山地辣椒收獲機左側(cè)邊作業(yè)時的第一作業(yè)代價，通過所述運動約束點和所述左側(cè)邊的作業(yè)中心線確定所述山地辣椒收獲機左側(cè)邊作業(yè)時的第二作業(yè)代價；

38、所述處理模塊，還用于由所述第一作業(yè)代價、所述第二作業(yè)代價對所述山地辣椒收獲機進行辣椒采摘時的行進路線進行最小代價約束，得到所述山地辣椒收獲機在行進路線上的約束控制量；

39、執(zhí)行模塊，用于基于所述約束控制量對所述山地辣椒收獲機的位姿狀態(tài)進行約束，并控制位姿狀態(tài)約束后的山地辣椒收獲機對目標作業(yè)區(qū)域內(nèi)的辣椒進行采摘。

40、第三方面，本技術(shù)提供一種計算機設(shè)備，所述計算機設(shè)備包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有代碼，所述處理器被配置為獲取所述代碼，并執(zhí)行上述的辣椒采摘方法。

41、第四方面，本技術(shù)提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述的辣椒采摘方法。

42、本技術(shù)公開的實施例提供的技術(shù)方案具有以下有益效果：

43、本技術(shù)提供的遙控式山地辣椒收獲機及方法中，首先，當遙控山地辣椒收獲機行駛至目標作業(yè)區(qū)域時，對目標作業(yè)區(qū)域進行掃描；其次，通過目標作業(yè)區(qū)域中各行辣椒植株間的橫向分布間距以及辣椒植株的密度分布特征從掃描信息中提取得到辣椒采摘時所述山地辣椒收獲機左側(cè)邊的作業(yè)中心線和右側(cè)邊的作業(yè)中心線；進一步的，確定所述山地辣椒收獲機在采摘邊界約束下的運動約束點，基于所述運動約束點和所述左側(cè)邊的作業(yè)中心線確定所述山地辣椒收獲機左側(cè)邊作業(yè)時的第一作業(yè)代價，通過所述運動約束點和所述左側(cè)邊的作業(yè)中心線確定所述山地辣椒收獲機左側(cè)邊作業(yè)時的第二作業(yè)代價；然后，由所述第一作業(yè)代價、所述第二作業(yè)代價對所述山地辣椒收獲機進行辣椒采摘時的行進路線進行最小代價約束，得到所述山地辣椒收獲機在行進路線上的約束控制量；最后，基于所述約束控制量對所述山地辣椒收獲機的位姿狀態(tài)進行約束，并控制位姿狀態(tài)約束后的山地辣椒收獲機對目標作業(yè)區(qū)域內(nèi)的辣椒進行采摘。

44、由此可見，本技術(shù)可在山地崎嶇不平的約束影響下實現(xiàn)山地辣椒收獲機的行進姿態(tài)的自動調(diào)整，從而提高山地辣椒收獲機的收獲效率；首先，采集山地辣椒收獲機對目標作業(yè)區(qū)域進行掃描時的掃描信息，從而為后續(xù)的作業(yè)中心線提取、路徑規(guī)劃、姿態(tài)調(diào)整提供了全面可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持；其次，通過目標作業(yè)區(qū)域中各行辣椒植株間的橫向分布間距以及辣椒植株的密度分布特征從掃描信息中提取得到辣椒采摘時山地辣椒收獲機左側(cè)邊的作業(yè)中心線和右側(cè)邊的作業(yè)中心線，進而為采摘鏟斗提供精確的工作范圍指導(dǎo)，使收獲機能夠在單次通過中盡可能多地采摘辣椒，避免受山地崎嶇不平帶來的采摘遺漏或重復(fù)作業(yè)；進一步的，確定辣椒采摘時山地辣椒收獲機左側(cè)邊的第一作業(yè)代價和右側(cè)邊第二作業(yè)代價，以分析出山地辣椒收獲機左右兩側(cè)的路徑損失狀態(tài)，進而對山地辣椒收獲機的損失狀態(tài)進行調(diào)整，從而避免山地辣椒收獲機在山地崎嶇不平下的約束影響；然后，基于第一作業(yè)代價和第二作業(yè)代價確定所述山地辣椒收獲機在行進路線上的約束控制量，以及時調(diào)整山地辣椒收獲機的作業(yè)中心線與目標收獲邊界進行對齊，以優(yōu)化收獲過程，確保山地辣椒收獲機保持在預(yù)設(shè)的作業(yè)路徑上，減少收獲過程的不穩(wěn)定性；最后，基于所述約束控制量對所述山地辣椒收獲機的位姿狀態(tài)進行約束，以將山地辣椒收獲機的作業(yè)邊界與目標收獲邊界進行對齊，進而得到山地辣椒收獲機的有效作業(yè)姿態(tài)；綜上所述，本技術(shù)提供的技術(shù)方案可在山地崎嶇不平的約束影響下實現(xiàn)山地辣椒收獲機的行進姿態(tài)的自動調(diào)整，從而提高山地辣椒收獲機的收獲效率。