飞采云茶——基于高光谱识别的智能无人机采茶系统

简介

中国是闻名世界的茶的故乡，2023年中国茶叶再获佳绩，产量355万吨，强势卫冕世界第一。而茶叶采摘是茶叶生产的重要环节，团队通过在河南信阳实地考察发现人工采摘成本高、劳动力短缺、采摘季节短暂、采摘质量和安全问题等问题。为了解决上述问题，本团队创建“飞采云茶”项目，助力乡村农业茶产业采摘。 "飞采云茶"无人机智能采茶系统是一款采摘效率高、能够精准控制采摘时间和方法、保证茶叶采摘质量的名优茶采摘无人机系统。综合应用无人机、Delta机械臂、虹膜剪切机构、吸泵负压管、高光谱识别系统、伞系挡风结构、智能保鲜储存仓、减震隔板等技术，助力实现名优茶采摘。 在无人机芽尖采摘系统中，基本分为上中下三层结构。上层为动力驱动的无人机装置，搭载了我们的双层导流板结构，用于削减旋翼气流产生的下洗流场对茶叶芽尖位置的影响；中间层为我们的智能保鲜仓，其分两层分别放置我们的部分硬件设备和我们的茶叶储存区；在完成采摘后，中间层中的负压管产生负压将茶芽聚拢至管道内，通过虹膜剪裁机构将茶芽与本体分离，将其吸入智能保鲜储存箱中。同时团队自主研发的茶芽保鲜装置，运用半导体制冷原理，将芽尖采摘下来之后立刻保存于最佳储存温度区间中，保证了茶芽的品质；最下层我们的Delta机械臂和虹膜机构相结合，同时下方的D435i双目摄像头采集图像信息，高光谱系统识别出符合采摘要求的茶芽，Delta机械臂将在驱动机构的作用下向下运动，到达精确的采摘位置。此外还配备了自动换电装置，能够为无人机采茶的长时间飞行采摘提供电量保证。 无人机采摘装置采用Delta机械臂和虹膜剪切机构及吸泵相结合，通过D435i摄像头采集图像信息，反演出HSI图像再转化为高光谱图像，高光谱系统识别出符合采摘要求的茶芽。接着，无人机在驱动机构的作用下向下运动，通过D435i传递的信息到达精确的采摘位置，机械臂定位到采摘位置后，负压管产生负压将茶芽聚拢至管道内，通过虹膜剪裁机构将茶芽与本体分离，将其吸入智能保鲜储存仓中。不仅如此，无人机采茶系统还配备了双层减震隔板，减少无人机在飞行过程中因气流、风速等外部因素产生的震动，保证无人机飞行的稳定性。