本發(fā)明涉及自動化和人工智能，具體為一種用于種子銀行的自動存取種子籃機器人及其操作方法。

背景技術(shù)：

1、種子資源關(guān)乎人類社會的可持續(xù)發(fā)展。然而，隨著人口的增加、氣候變化的影響以及人類活動的擾亂，全球范圍內(nèi)不少植物物種已經(jīng)滅絕或者正面臨著滅絕的危險，因此種子資源的保護和保存變得至關(guān)重要。種子銀行是一種集中存儲和管理各種類型種子資源的系統(tǒng)。建設(shè)種子銀行對于保護物種多樣性、維護生態(tài)平衡、保障農(nóng)業(yè)食品安全以及促進科學(xué)研究和教育發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

2、對于大多數(shù)正常型種子而言，高溫高濕環(huán)境會促進種子的代謝活動，加速其發(fā)芽過程，但同時也會導(dǎo)致種子霉變等問題。實際上，種子的保存更適合干燥低溫的存儲環(huán)境。大量實踐數(shù)據(jù)表明，種子的含水量每降低1%或存儲溫度每降低5°c，種子的儲存壽命可延長一倍。因此，種子銀行需要建設(shè)在精確控溫、低溫低濕的環(huán)境中。

3、目前，依靠傳統(tǒng)的人工負責種子庫的出入庫操作，存在諸多缺點；第一，人工處理種子出入庫工作效率低下，需要花費大量的時間和人力資源；第二，人工處理種子出入庫數(shù)據(jù)準確性差，容易導(dǎo)致錯誤發(fā)生；第三，人工處理種子出入庫，由于缺乏有效的監(jiān)控和安全措施，種子容易丟失、浪費或被盜竊；第四，傳統(tǒng)人工操作種子庫往往缺乏有效的跟蹤和管理系統(tǒng)，使得難以準確記錄和掌握種子的流動情況；第五，人工處理種子出入庫成本高，增加了管理成本和人力投入。此外，處理出入庫時人員進入種子銀行，需要打開種子銀行的門幾分鐘甚至幾小時，這會擾動恒定的溫濕度等儲存環(huán)境因子，給種子的安全保存帶來較大的威脅。

4、一言以蔽之，傳統(tǒng)人工操作種子庫出入庫存在諸多缺點，包括工作效率低下、數(shù)據(jù)準確性差、容易丟失和盜竊、不便于跟蹤和管理，以及難以實現(xiàn)自動化和數(shù)字化等。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對種子銀行中人工處理存在的問題，本發(fā)明的目的在于：提供一種用于種子銀行的自動存取種子籃機器人及其操作方法，以實現(xiàn)種子出入庫的全程自動化處理，其具有結(jié)構(gòu)簡單、操作便捷和適用廣泛等特點。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：提供一種用于種子銀行的自動存取種子籃機器人及其操作方法；所述用于種子銀行的自動存取種子籃機器人采用薄型雙伸位結(jié)構(gòu)，包括庫位檢測傳感器、種子籃檢測傳感器、托盤檢測傳感器、滑動機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機以及相應(yīng)電機的控制單元plc模塊；其中，庫位檢測傳感器、種子籃檢測傳感器、托盤檢測傳感器及電機控制單元plc模塊以無線連接方式連接控制終端上位機。

3、所述自動存取種子籃機器人從控制終端上位機處接收指令，在本體控制單元的控制下完成具體指令；控制終端上位機根據(jù)種子銀行的物理空間布局使用圖形遍歷算法動態(tài)規(guī)劃自動存取種子籃機器人的行動路線，具體使用的路徑規(guī)劃算法是優(yōu)化的dijkstra圖形遍歷算法。

4、所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機控制單元plc以無線連接方式連接控制終端，完成控制單元plc發(fā)出的移動和定位指令；通過向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機發(fā)送脈沖頻率、脈沖數(shù)量、加減速時間等，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機控制器操作旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機，帶動自動存取種子籃機器人沿著地面軌道移動。

5、所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機控制單元plc以無線連接方式連接控制終端上位機，接收種子籃存取請求后，控制終端上位機根據(jù)種子銀行空間布局的特點計算出自動存取種子籃機器人的行動路徑，并分發(fā)給旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機控制單元plc；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機控制單元plc接收到指令后，驅(qū)動電機工作，從而讓自動存取種子籃機器人的滑動機構(gòu)在地面軌道上滑動；滑動過程中，自動存取種子籃機器人分別使用庫位檢測傳感器、種子籃檢測傳感器來定位目標種子保藏架和種子籃；在整個存取過程中，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機能夠根據(jù)的規(guī)劃行動路線自主定位、自主移動和自動升降。

6、所述庫位檢測傳感器，用來定位種子保藏架；其標識信息選用rfid識別器或二維碼；種子銀行中每個種子保藏架都自動分配一個唯一的標識信息，寫入種子保藏架的編號、位置和隔層等信息；自動存取種子籃機器人在沿著地面軌道移動的過程中，會動態(tài)識別種子保藏架上的rfid電子標簽或者二維碼；當所識別種子保藏架的rfid電子標簽與目標保藏架的rfid電子標簽信息一致，則自動存取種子籃機器人開始著手下一階段種子籃的存取。

7、所述托盤檢測傳感器，用來定位種子籃身份標簽信息；每個種子籃均勻劃分成n個子位置，如36個，每個位置上放上1個種子瓶；本發(fā)明許可用戶根據(jù)種子瓶和種子籃的大小自動調(diào)整種子籃的空間布局以及存放種子瓶的存放排列形式；種子瓶中存放種子資源，每個種子籃都會配有身份標簽信息，每個種子瓶的瓶蓋和瓶底分別亦配有身份標簽信息。

8、所述托盤檢測傳感器是自動存取種子籃機器人用來定位存放種子籃的托盤的rfid和二維碼識別器；當要對目標種子籃進行存取時，自動存取種子籃機器人將使用托盤檢測傳感器檢測托盤的空載情況；當托盤上沒有負載時，自動存取種子籃機器人將向控制終端上位機發(fā)出報警信息。

9、自動存取種子籃機器人使用托盤檢測器檢測種子籃的身份標簽信息是不是與目標種子籃一致。

10、當托盤檢測器檢測種子籃與目標種子籃的身份標簽信息一致；在存放過程中，自動存取種子籃機器人定位到目標種子保藏架和目標種子籃的位置時，自動存取種子籃機器人使用圖像識別算法識別出目標種子籃所在保藏架隔層位置上的空缺位置，確定可存放的同層位置后，自動存取種子籃機器人抓手將種子籃從托盤上取出并擺放到位；在取出過程中，自動存取種子籃機器人獲得將要取出的種子籃信息，使用托盤檢測傳感器確認托盤空載時，將自動定位并且導(dǎo)航至目標種子籃所在的位置；所述空載是托盤檢測傳感器檢測時未發(fā)現(xiàn)種子籃的狀態(tài)。

11、自動存取種子籃機器人首先使用rfid或二維碼讀取器讀取種子籃的信息并定位，由于高頻rfid在定位種子籃時存在一定的誤差，自動存取種子籃機器人會使用種子瓶視覺檢測傳感器識別對種子籃中的n個種子瓶進行圖像識別，確保種子籃內(nèi)的種子瓶是目標種子瓶；如不是，自動存取種子籃機器人會在目標種子籃所在隔層進行識別；如未找到，自動存取種子籃機器人會給控制單元plc返回目標查找不到的信息；如找到，自動存取種子籃機器人則使用抓手將目標種子籃取出，并且放到托盤上；然后，自動存取種子籃機器人返回至種子瓶分揀處，將種子籃卸載至種子瓶分揀平臺的運輸軌道上，并結(jié)束任務(wù)。

12、所述圖像識別算法，是種子銀行自動存取種子籃機器人控制器的上位機依據(jù)圖像識別算法，具體采用faster?rcnn和yolo算法對種子籃或種子瓶所在位置進行目標檢測和識別；具體使用過程如下：當存放種子籃時，自動存取種子籃機器人不僅會對種子籃定位識別，同時也會使用圖像識別的方法去除rfid定位偶爾不準的負面影響；自動存取種子籃機器人對種子籃所在位置進行拍照，通過控制單元plc傳送給上位機，由后者進行種子籃位置識別。當取出種子籃時，自動存取種子籃機器人對種子籃內(nèi)的n個種子瓶進行拍照，同樣經(jīng)控制單元plc傳送給上位機，由后者識別種子籃是不是目標種子籃。

13、本發(fā)明的有益效果：所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機控制單元plc以無線連接方式連接控制終端，完成控制單元plc發(fā)出的移動和定位指令；通過向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機發(fā)送脈沖頻率、脈沖數(shù)量、加減速時間等，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機控制器操作旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機，帶動存取機器人沿著地面軌道移動，實現(xiàn)了種子的自動化流水線式出入庫；本技術(shù)全程無人化操作，大大提高了種子資源庫的存取效率，也有效保證了種子資源庫的保存質(zhì)量。