一种机器人模糊采摘方法技术

本发明专利技术公开了一种机器人模糊采摘方法。本发明专利技术通过图像处理获取目标苹果的位置信息和果实的果轴方向，机械臂可以根据采摘目标周围背景情况（如树枝分布，果实干涉等情况）确定采摘路径，只要机械手的抓取方向与果轴方向在一定的角度范围内，都可以通过机械手末端的复合运动，实现苹果的采摘。与传统的采摘方法相比，无需知道果柄的具体姿态，极大减少了视觉系统负担，提高了果实识别的速度；机械手采摘路径柔性大，可以有效避开目标果实周围的枝干和果实之间的干涉，适用于各种背景下果实的采摘。

A fuzzy picking method for robot

The invention discloses a robot fuzzy picking method. The invention obtains the position information of the target Apple and the fruit axis direction by image processing, and the picking path can be determined by the robot arm according to the background circumstance around the picking target (such as branch distribution, fruit interference, etc.), so long as the picking direction of the manipulator and the fruit axis direction are within a certain angle range, the robot can pass through the machine. The compound movement at the end of the manipulator achieves the picking of apples. Compared with the traditional picking method, the robot has a flexible picking path, which can avoid the interference between the branches and fruits around the target fruits and is suitable for picking fruits in various backgrounds.

【技术实现步骤摘要】
一种机器人模糊采摘方法
本专利技术涉及采摘机器人技术和应用领域，特别是涉及一种机器人模糊采摘方法。
技术介绍
我国水果种植面积与产量均占世界总量第一，其中苹果占比最大，且近几年平均同比增产8%~10%；收获和采摘是苹果生产中最费力和最耗时的一个环节，收获采摘劳动量约占整个生产劳动量的几乎一半。为了减轻果农的劳动强度和降低采摘成本，苹果采摘机器人的开发和应用是一个重要途径。目前，市场上没有商品化的苹果采摘机器人产品。由于采摘环境的非结构性和复杂性，采摘机械手爪设计困难且其采摘动作要依赖于视觉系统对苹果姿态和果梗方向的识别；自然状况下，视觉系统极易受到自然光照的影响，果实识别率和定位精度低；采摘机器人成本高、实用性低、平均采摘周期长且效率低；另外，机械臂抓取采摘路径规划难度比较大，很容易与树枝碰撞和剐蹭，造成苹果和果树损伤。机器人模糊采摘方法基于果实-果梗-枝条力学系统的机理，采用机械手末端空间复合采摘动作，只要机械手的抓取方向与果轴方向在一定的角度范围内，都可以通过机械手末端的复合运动，实现苹果的采摘，减少了视觉系统的负担，抓取采摘路径规划柔性大，机械手可以根据采摘目标背景环境确定路径，以便避开复杂枝条。
技术实现思路
为了克服上述现有苹果采摘机器人过度依赖机器视觉系统对苹果姿态和果梗准确识别、机械臂抓取采摘路径规划难度大、苹果末端执行器采摘动作效率低、实用性能差等技术的不足，本专利技术提出了一种基于机械手末端空间复合运动的机器人模糊采摘方法。本专利技术解决上述现有技术问题所采用的技术方案包括如下方面：通过图像处理获取果实的位置和果轴方向信息，在保证机械手的采摘方向和果轴方向夹角α在一定范围内，机械臂可以根据目标果实周围的情况进行路径规划以确定机械手的采摘路径，然后机械爪抓取采摘目标；最后，通过机械手末端的复合运动，实现果实采摘。所述的复合运动是指机械手末端相对于抓取方向的偏心转动及前后移动和机械臂拉运动的复合，能够实现对果实的拉、扭、掰等动作。所述夹角α是指三指机械手中心线方向和果轴方向所成锐角，其中α的范围为（0°，90°）；进一步，所述的机械手抓取采摘路径选取方法为根据采摘目标周围背景信息，利用路径规划确定避开目标果实周围枝干及果实之间干涉的路径。进一步，所述复合动作，其幅度大小由机械手末端偏心大小及前后位移大小和机械臂拉动位移大小确定；又偏心大小和位移大小根据水果的不同种类、不同品种的采摘阀值确定。所述的采摘阀值是指果实脱离果树时需要的最大力或力矩等物理量；上述一种机器人模糊采摘方法的其它方案是，所述的机械手末端复合动作可以根据不同品种的苹果，不同种类的球状类果实进行相应运动调整，然后同上述过程类似，进行果实的采摘；所述的不同种类的球状类果实是指非簇单只类果实，例如（橘子、橙子等）。与现有技术相比，本专利技术的优势体现在：1、本专利技术提出了模糊采摘的方法，只需要知道果实位置信息和果轴的大致方向，不需要视觉系统对果实姿态以及果梗位置的准确识别，极大减少视觉定位和识别精度，且能避免不确定的自然环境对果实采摘的限制。2、本专利技术提出的模糊采摘方法，只要机械手的抓取方向与果轴方向在一定的角度范围内，都可以通过机械手末端的复合运动，实现苹果的采摘，抓取采摘路径规划柔性大，可以有效解决采摘路径规划后的不能成功采摘的问题。3、本专利技术提出了利用机械手末端空间复合运动进行果实采摘的方法，能够实现对各种姿态的苹果进行采摘，解决现有技术中因为果实姿态导致机械手末端不能成功采摘的问题；且能减少末端机械手对力传感器的过度依赖，大大节省了成本。附图说明图1为本专利技术实施例的一种机器人模糊采摘方法流程图；图2为本专利技术实施例的机械手抓取示意图；图3为本专利技术实施例的机械手末端复合运动示意图。图中所示为：1-树枝；2-果梗；3-苹果；4-果轴；5-机械爪中心线；6-三指机械爪；7-机械臂。具体实施方式以下结合附图对本专利技术进一步说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，但本专利技术的实施方式并不仅限于以下实施例：如图1所示，一种机器人模糊采摘方法，具体过程如下：步骤1：通过视觉系统和图像处理获取果实的位置和果轴方向信息，可以采用现有的方法如基于信息融合果实定位，只需满足机械手的中心线方向5和果轴4方向夹角α在（0°，90°）范围内即可；步骤2：机械臂根据目标果实周围的情况进行路径规划确定机械手的采摘路径；所述的采摘路径选取方法为：根据采摘目标周围背景信息，采用路径规划确定避开目标果实周围的枝干和果实之间的干涉路径。步骤3：判断路径规划是否符合采摘条件；所述采摘条件为：与树枝和其它果实没有干涉，保证机械手的采摘方向和果轴方向夹角α在一定范围内；如果符合条件则进行步骤4，否则返回步骤2再进行路径优化；步骤4：机械手末端抓取采摘目标；步骤5：机械手末端的复合运动，苹果3上的果梗2与树枝1连接处受力断开，实现果实采摘。如图2所示，所述的夹角α是指所述夹角α是指三指机械手中心线5方向和果轴4方向所成锐角，其中α的范围为（0°，90°）；如图3所示，所述的复合运动为机械手末端6偏心运动及前后运动和机械臂7拉运动的复合；其中复合动作幅度由机械手末端6偏心大小、前后运动位移和机械臂7拉运动位移确定；其中偏心大小和位移大小根据水果的不同种类、不同品种的采摘阀值确定；机械手末端的偏心运动和前后移动是由安装与机械手上的电机驱动完成，机械臂的拉运动由驱动机械臂的电机完成。如上所述可较好的实现本专利技术。上述实施例为本专利技术的实施方式，但本专利技术的实施方式并不受上述实施例的限制。对于本领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化和运动，这里无法对所有是实施例一一列述。凡在本专利技术的精神和原理之下，所做的任何修改、替换、改进、简化、组合均应为等效的替换方式，均包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人模糊采摘方法，其特征在于，包括以下步骤：通过图像处理获取果实的位置和果轴方向信息，仅满足机械手的中心线方向（5）和果轴（4）方向夹角α在设定范围内，机械臂能根据目标果实周围的情况进行路径规划确定机械手的采摘路径，抓取采摘目标；最后，通过机械手末端的复合运动，实现果实采摘；所述的复合运动是指机械手末端（6）相对于抓取方向的偏心转动及前后移动和机械臂（7）拉动的复合，能够实现对果实的拉、扭、掰等动作；所述夹角α是指三指机械手中心线（5）方向和果轴（4）方向所成锐角，其中范围为（0°，90°）。

【技术特征摘要】
1.一种机器人模糊采摘方法，其特征在于，包括以下步骤：通过图像处理获取果实的位置和果轴方向信息，仅满足机械手的中心线方向（5）和果轴（4）方向夹角α在设定范围内，机械臂能根据目标果实周围的情况进行路径规划确定机械手的采摘路径，抓取采摘目标；最后，通过机械手末端的复合运动，实现果实采摘；所述的复合运动是指机械手末端（6）相对于抓取方向的偏心转动及前后移动和机械臂（7）拉动的复合，能够实现对果实的拉、扭、掰等动作；所述夹角α是指三指机械手中心线（5）方向和果轴（4）方向所成锐角，其中范围为（0°，90°）。...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勤，聂腾伟，刘嘉超，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44