(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210553976.6 (22)申请日 2022.05.19 (71)申请人 清华大学深圳国际研究生院 地址 518055 广东省深圳市南 山区西丽 街 道深圳大 学城清华校区A栋二楼 (72)发明人 梁斌　王学谦　李寿杰　黄俊楠　 郭冠求　 (74)专利代理 机构 深圳新创友知识产权代理有 限公司 4 4223 专利代理师 江耀纯 (51)Int.Cl. A01H 1/02(2006.01) G06T 7/73(2017.01) G06T 7/00(2017.01) (54)发明名称 一种雌雄同蕊植物 授粉装置及方法 (57)摘要 本发明公开了一种雌雄同蕊植物授粉装置， 包括： 运动模块， 包括设置在底盘上的姿态角度 调整机构， 用于控制上部授粉模块的姿态角度， 使上部授粉模块中心与花蕊柱头接触； 授粉感知 模块， 包括 设置在运动模块上部由下而上的摄像 头和弹性薄膜， 用于感知 授粉装置末端与花蕊接 触时的位置关系以及感知弹性薄膜与花蕊柱头 的角度关系； 授粉执行模块， 包括设置在运动模 块上部的振动电机和气体喷嘴， 用于执行振动电 机振动以及气体喷嘴吹气来完成联合授粉。 本发 明通过弹性薄膜的形变获取与花蕊接触位置以 及角度信息， 动态调整授粉装置的旋转角， 使弹 性薄膜中心与花蕊柱头垂直， 并利用弹性薄膜摩 擦， 振动电机振动， 气体喷头吹气进行联合授粉。 权利要求书2页 说明书7页 附图7页 CN 114762489 A 2022.07.19 CN 114762489 A 1.一种雌雄同蕊植物 授粉装置， 其特 征在于， 包括： 运动模块， 包括设置在底盘上的姿态角度调整机构， 用于控制上部授粉模块的姿态角 度， 使上部授粉 模块中心与花蕊柱头 接触； 授粉感知模块， 包括设置在运动模块上部由下而上的摄像头和弹性薄膜， 用于感知授 粉装置末端与花蕊接触时的位置关系以及感知弹性薄膜与花蕊柱头的角度关系； 授粉执行模块， 包括设置在运动模块上部的振动电机和气体喷嘴， 用于执行振动电机 振动以及气体喷 嘴吹气来完成联合授粉。 2.根据权利要求1所述的雌雄同蕊植物授粉装置， 其特征在于， 所述姿态角度调整机构 为3‑RPS并联机构， 包括三个直线电机； 所述直线电机下部分别设有单自由度活动 关节， 上 部分别设有万向节。 3.根据权利要求1或2所述的雌雄同蕊植物授粉装置， 其特征在于， 所述姿态角度调整 机构是通过逆运动学推导所述三个直线电机所需要伸缩的长度， 输入的信息包括： 平面B的 旋转角(旋转矩阵)， 和平面升高长度 4.根据权利要求1所述的雌雄同蕊植物授粉装置， 其特征在于， 所述气体喷嘴通过气体 软管连接于所述底盘。 5.根据权利要求1所述的雌雄同蕊植物授粉装置， 其特征在于， 所述授粉感知模块还包 括外壳和补光灯， 所述弹性薄膜设在外壳的上部， 所述补光灯设在外壳内部且设在弹性薄 膜正下方。 6.根据权利要求1或5所述的雌雄同蕊植物授粉装置， 其特征在于， 所述弹性薄膜为向 外壳内部凹陷的凹型薄膜。 7.根据权利要求1或6所述的雌雄同蕊植物授粉装置， 其特征在于， 利用内部摄像头记 录发生弹性薄膜发生形变的趋势， 来计算花蕊相对于授粉装置的角度， 之后根据这个角度 来调整授粉 装置弹性薄膜的方向， 使其中心尽可能地与花蕊柱头垂直。 8.根据权利要求1或6所述的雌雄同蕊植物授粉装置， 其特征在于， 利用背景差法获取 花蕊与弹性薄膜接触所产生的形变信息， 随着花蕊与弹性薄膜的接触， 花蕊在弹性薄膜表 面所产生的压痕会 越来越深， 面积会 越来越大， 利用接触面积来表示Z方向的深度。 9.根据权利要求8所述的雌雄同蕊植物授粉装置， 其特征在于， 所述背景差法获取花蕊 与弹性薄膜接触所产生的形变信息的具体实现过程为： 取初始化图像initial(x， y)作为背 景图， 之后将相机采集到的图像imgi(x， y)与initial(x， y)做差， 得到图像post_i(x， y)＝ img_i(x， y) ‑initial(x， y)， 检测post_i(x， y)中目标的最小外接圆的中心坐标center(x, y)作为x,y方 向的值(x1,y1)， 直径作为接触深度z1(Z方 向的值， 因为彩色摄像头只能获取 (x,y)的位置坐标， 为了获取z坐标值， 我们用检测的接触目标的在摄像头中的最小外接圆 的直径表示深度， Z值越大， 产生的最小外接 圆的半径越大， 得到目标1的坐标target1(x1， y1， z1)； 在持续靠近的过程中， 将新获得 的图像img_j(x， y)与initial(x， y)做差， 得到post_j (x， y)＝img_j(x， y) ‑initial(x， y)， 检测post_j(x， y)中目标的最小外接圆的中心坐标作 为x,y方向 的值(x2,y2)， 直径作为接触深度z2， 目标2的坐标target2(x2， y2， z2)。 将两者做 差得到花蕊的方向向量arrow＝target2 ‑target1＝(x2 ‑x1， y2‑y1， z2‑z1)。 得到方向向量权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114762489 A 2就可以求出授粉 装置需要旋转多少角度才能与花蕊柱头垂直。 10.一种雌雄同蕊植物 授粉方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 控制上部授粉 模块的姿态角度， 使上部授粉 模块中心与花蕊柱头 接触； S2、 感知授粉装置末端与花蕊接触时的位置关系以及感知弹性薄膜与花蕊柱头的角度 关系； S3、 调整授粉模块弹性薄膜中心与花蕊柱头保持垂直后， 执行振动电机振动以及气体 喷嘴吹气来完成联合授粉。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114762489 A 3