作品展示

团队针对现有设备在棉花打顶过程中准确度较低、误伤率较高和作业效率较差的短板问题，利用传感器技术、机器视觉技术、电机控制技术、自动导航与定位技术和激光控制技术，结合新疆特有的“一膜六行”种植模式，研制适应复杂环境下田间作业场景的激光棉花打顶机。装备双目相机和图像识别软件，设计基于空间定位算法的棉花顶芯动态目标追踪模型，准确检测棉花顶芯的实时位置，对其进行打顶作业。开发激光振镜伺服控制系统和光束精准控制算法，构建激光打顶能量密度分布动态模型，制定激光打顶工艺，实现激光精准去顶。设计具备路径规划和自主导航的高离地间隙的自走式专用棉花打顶底盘，搭载3台蓝光激光器，设计出智能棉花激光打顶机器人。

（1）通过人工智能和多模态学习完成在复杂环境影响下实现对棉花顶芽进行精准识别。通过深度相机得到三位坐标实现空间定位。 （2）通过立体视觉和三角测量原理等技术，给出搜索时垂直和水平方向的最佳旋转角度，给出合理的搜索方法，实现棉花顶芽动态目标追踪。 （3）设计高离地间隙、自走式打顶机器人底盘，搭载北斗导航系统及自身携带的传感器完成装备的位姿标定，结合路径规划算法实现激光打顶装备的精准智能作业。

（1）激光打顶技术，通过 1.8m/s 光斑运动速度、0.2s 灼烧时间带来超高的打顶效率激光快速烧灼顶芽，解决传统机械打顶漏打率和伤苗率高的问题，同时保证打顶准确率 （2）自主导航技术，采用北斗导航结合 IMU 的紧组合导航模式，为装备在田间的自主导航和移动作业提供高精度的定位。利用 IMU 和北斗导航技术计算得出当前位置和运动位姿时，装备接收信号进行规划路径。 （3）顶芽识别追踪技术，借助人工智能目标感知技术,运用区域神经网络优化模型提取棉花顶芯生长点特征，建立棉花顶芯生长点检测高效网络模型，结合目标追踪技术与棉花激光打顶机视觉感知和空间定位，实现视线无死角。

棉花打顶是目前新疆棉花生产全程机械化的短板和弱项环节，现有的棉花打顶技术和装备并不成熟，我们团队推出的这款智能视觉棉花打顶机致力于实现棉花种植全过程机械化的最后一公里，预期研制成果机器人，配备电池驱动模式时续航时长4-5小时，打顶效率可达到工作效率8-10亩/小时、顶尖漏打率≤20%、伤苗率≤5%、打顶合格率≥80%。这对于实现新疆棉田高品质、高效、智能化作业具有重要的社会价值及应用推广意义。