(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 202210175481.4 (22)申请日 2022.02.25 (71)申请人 华北电力大 学 （保定） 地址 071003 河北省保定市永华北 大街619 号华北电力大 学一校区 (72)发明人 翟永杰　王家豪　李冰　苏杰　 (74)专利代理 机构 北京高沃 律师事务所 1 1569 专利代理师 赵兴华 (51)Int.Cl. A01H 4/00(2006.01) G06V 10/44(2022.01) G06V 10/30(2022.01) G06V 10/34(2022.01) G06V 10/82(2022.01) G06T 7/80(2017.01)G06N 3/04(2006.01) (54)发明名称 一种蝴蝶兰种苗切割方法和装置 (57)摘要 本发明涉及一种蝴蝶兰种苗切割方法和装 置， 属于种苗切割技术领域， 利用ShuffleNetv2 ‑ YOLOv5目标识别网络对蝴蝶兰种苗的根部和茎 部进行识别， 提取根部检测框图像并确定根部连 通域图像的连通域拟合直线和根部检测框的外 接圆， 将连通域拟合直线与外接圆的两个交点中 与茎部检测框的距离最近的交点确定为切割点， 同时计算切割角度， 通过手眼标定的方式获得机 器人基坐标系下的切割点坐标和切割角度， 从而 切割机器人对蝴蝶兰种苗进行切割， 提高了蝴蝶 兰种苗切割效率。 本发明还设计了弹性切割末 端， 切割机器人利用弹性切割末端能够在完成切 割工作的同时降低对种苗结构的破坏， 解决了人 工切割对无菌环境带来的污染问题。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 114532224 A 2022.05.27 CN 114532224 A 1.一种蝴蝶兰种苗切割方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 获取蝴蝶兰种苗图像； 将所述蝴蝶兰种苗图像输入至ShuffleNet  v2‑YOLOv5目标识别网络， 对蝴蝶兰种苗的 根部和茎 部进行识别， 并在蝴蝶兰种苗图像中生成部位检测框； 当蝴蝶兰种苗图像中同时存在根部检测框和茎 部检测框时， 提取根部检测框图像； 从根部检测框 图像中提取根部轮廓线， 并填充轮廓线形成的最大连通区域， 获得根部 连通域图像； 确定根部连通 域图像的连通 域拟合直线和根部检测框的外 接圆； 将连通域拟合直线与外接圆的两个交点中与茎部检测框的距离最近的交点确定为切 割点； 根据连通 域拟合直线与外 接圆的两个交点， 计算切割角度； 采用手眼标定的方式进行相机标定， 获得机器人基坐标系下的切割点坐标和切割角 度； 根据机器人基坐标系下的切割点坐标和切割角度， 通过切割机器人对蝴蝶兰种苗进行 切割。 2.根据权利要求1所述的蝴蝶兰种苗切割方法， 其特征在于， 所述ShuffleNetv2 ‑ YOLOv5目标识别网络包括依次连接的输入端、 主干网络、 颈 部网络和头 部网络； 输入端用于对所述蝴蝶兰种苗图像进行Mosaic数据增强、 图片尺寸处理和自适应锚框 计算， 输出640 ×640大小的蝴蝶兰种苗图像； 主干网络包括依次连接的Focus结构和ShuffleNet  v2结构， 所述主干网络用于提取 640×640大小的蝴蝶兰种苗图像中种苗部位的语义特 征和位置特 征； 颈部网络用于融合所述语义特 征和所述 位置特征； 头部网络用于在所述蝴蝶兰种苗图像中生成部位检测框并输出。 3.根据权利要求1所述的蝴蝶兰种苗切割方法， 其特征在于， 所述从根部检测框图像中 提取根部轮廓线， 并填充轮廓线形成的最大 连通区域， 获得根部连通 域图像， 之前还 包括： 对根部检测框图像依次进行高斯滤波降噪、 二 值化和膨胀处 理。 4.根据权利要求1所述的蝴蝶兰种苗切割方法， 其特征在于， 所述确定根部连通域图像 的连通域拟合直线， 具体包括： 连接根部连通 域图像中任意两个 像素点， 形成一条直线； 计算根部连通 域图像中每 个像素点到所述 直线的距离； 根据所述距离， 利用距离函数 计算每个像素点与所述直 线的距离函数值； 式 中， ρ(d)为距离函数值， d为像素点到直线的距离， C为常数； 确定根部连通域图像中所有像素点与所述直线的距离函数值总和， 并将距离函数值总 和的最小值对应的直线作为 根部连通 域图像的连通 域拟合直线。 5.根据权利要求1所述的蝴蝶兰种苗切割方法， 其特征在于， 所述根据连通域拟合直线 与外接圆的两个交点， 计算切割角度， 具体包括：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114532224 A 2根据连通域拟合直线与外接圆的两个交点， 利用公式 计算切割 角度； 式中， θ为切割角度， (x1， y1)为连通域拟合直线与外接圆的第一个交点的坐标， (x2， y2) 为连通域拟合直线与外 接圆的第二个交点的坐标。 6.根据权利要求1所述的蝴蝶兰种苗切割方法， 其特征在于， 所述采用手眼标定的方式 进行相机标定， 获得机器人基坐标系下的切割点 坐标和切割角度， 具体包括： 将标定板固定在切割机器人的末端； 使固定有标定板的切割机器人移动两个位姿， 并利用公式EndTBase1‑1×EndTBase2× BaseTCamera＝BaseTCamera×Camera1Tobject×Camera2TObject‑1， 确定相机和切割机器 人之间的位姿映射 矩阵； 式中，BaseTCamera为相机和切割机器人 之间的位姿映射矩阵，EndTBase1和EndTBase2分别为选 择标定板上第一点和第二个点后， 末端坐标系和机器人基坐标系之间的转换矩阵， Camera1Tobject和Camera2TObject分别为选择标定板上第一点和第二个点后， 第一点和第二个点分 别映射到相机坐标系的转换矩阵； 根据相机和切割机器人之间的位姿映射矩阵， 获得机器人基坐标系下的切割点坐标和 切割角度。 7.根据权利要求1所述的蝴蝶兰种苗切割方法， 其特征在于， 所述根据机器人基坐标系 下的切割点 坐标和切割角度， 通过切割机器人对蝴蝶兰种苗进行切割， 之后还 包括： 切割完成并在切割机器人的机械手抬起后， 返回步骤 “获取蝴蝶兰种苗图像 ”， 进行二 次切割或者多次切割。 8.一种蝴蝶兰种苗切割装置， 其特征在于， 所述装置包括： 切割机器人和弹性切割末 端； 所述弹性切割末端安装在所述切割机器人的机 械臂末端； 所述切割机器人用于按照权利要求1 ‑7任一项所述的蝴蝶兰种苗切割方法确定的机器 人基坐标系下的切割点 坐标和切割角度控制所述弹性切割末端对蝴蝶兰种苗进行切割。 9.根据权利要求8所述的蝴蝶兰种苗切割装置， 其特征在于， 所述弹性切割末端包括： 固定件、 弹簧、 连接件、 紧 固件和刀片夹 头； 固定件为带有外螺纹 的空心圆柱结构， 固定件的一端固定在所述切割机器人的机械臂 末端； 紧固件为带有内螺纹的空心圆柱结构， 紧固件的内螺纹与固定件的外螺纹相配合， 紧 固件通过螺纹锁紧的方式将连接件固定在固定件的另一端内部； 弹簧设置在连接件和固定 件之间； 刀片夹头固定在连接件远离固定件的一端。 10.根据权利要求9所述的蝴蝶兰种苗切割装置， 其特征在于， 所述刀片夹头包括： 刀片 和十字夹头； 刀片的一端固定在十字夹头的十字端； 连接件远离固定件的一端设置有内螺纹结构， 十字夹头的外螺纹固定端与所述内螺纹结构通过螺纹锁紧的方式 固定在一 起。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114532224 A 3