一种用于竞赛的果实收获机器人控制系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种用于竞赛的果实收获机器人控制系统，其特征在于，包括主控制器，以及与所述主控制器连接的行走底盘驱动模块、升降机构驱动模块、电源模块、循迹模块、果实检测模块、姿态检测模块、收集模块、采摘模块；所述采摘模块通过升降机构设置在行走底盘上，且位于所述收集模块的上方。本实用新型专利技术可以在设定的比赛场景，按照比赛规则，自动识别行走引导线，在没有导引线的部分路段，进行路径规划，完成收获果实任务，且结构简单，可操作性强，能识别果实颜色。

A control system of fruit harvesting robot for competition

【技术实现步骤摘要】
一种用于竞赛的果实收获机器人控制系统
本技术属于农业机器人竞赛
，具体涉及一种用于竞赛的果实收获机器人控制系统。
技术介绍
随着科技的发展，农业机械智能化程度不断提高，水果采摘过程中，使用机器人代替人工已经成为现代农业发展的趋势。果园生产季节性强，人工抓取采收果实的传统收获方式劳动强度大、生产效率低、劳动力密集，是制约果品市场竞争力提高的瓶颈因素。当前，果实收获自动化、机械化仍是果园生产机械化的薄弱环节，广大果农迫切需求先进的果实采摘机械。而“中国农业机器人大赛”的目的是鼓励在果实收获机器人方面的创新，以实现高效、智能、自主收获为目标，关键点在于路径规划、自主导航、果实识别以及机构设计等。果园果实收获机器人项目是中国农业机器人大赛的重要项目，比赛场地布局如图1所示，场地最外圈2400mm*2400mm的矩形为场地围栏，场地的四个直角处的400mm*400mm的矩形为果实收获机器人出发返回区，场地中的六个148mm*148mm的矩形为模拟果树放置区。模拟果树为商品拼接模型，树枝与树干相互插接，要求以强力胶固定，参考形状及尺寸如图2所示，共计6棵。模拟果树底座以双面布基胶带固定于比赛场地指定位置。每棵模拟果树上吊挂六个同色的模拟果实，一个树枝吊挂一个模拟果实。模拟果实的颜色有红色和绿色两种，红色表明该棵模拟果树的果实成熟，可以采摘，绿色表明该棵模拟果树的果实未成熟，不能采摘。场地围栏中的三条竖线和两条横线为机器人行走参考线10。
技术实现思路
本技术设计了一种用于竞赛的果实收获机器人控制系统，旨在满足比赛要求、实现果实采摘，进一步促进果实采摘机器人的研发，为果实采摘机器人的研发提供依据。为了实现上述目的，本技术公开了：一种用于竞赛的果实收获机器人控制系统，包括主控制器，以及与所述主控制器连接的行走底盘驱动模块、升降机构驱动模块、电源模块、循迹模块、果实检测模块、姿态检测模块、收集模块、采摘模块；所述采摘模块通过升降机构设置在行走底盘上，且位于所述收集模块的上方。进一步，所述行走底盘驱动模块包括多个车轮电机，所述车轮电机与所述行走底盘上的车轮一一对应；所述车轮电机通过相对应的车轮电机驱动器与所述主控制器连接，所述车轮电机上均设置有编码器。进一步，所述行走底盘包括底板和设置在所述底板四角的车轮，所述底板呈“凹”形，所述收集模块的收集爪位于所述“凹”形底板的缺口上方。进一步，所述升降机构驱动模块包括步进电机，所述步进电机与所述主控制器连接。进一步，所述升降机构是同步带升降机构。进一步，所述循迹模块包括循迹传感器，所述循迹传感器与所述主控制器连接；所述循迹传感器设置在所述行走底盘底板的下部表面。进一步，所述循迹传感器是灰度传感器。具体采用型号为KXCT3LED的数字灰度传感器。进一步，所述果实检测模块包括光电传感器和视觉模块；所述光电传感器设置在所述行走底盘的底板上，且与所述主控制器连接；所述视觉模块设置在所述采摘模块的固定杆上，且与所述主控制器连接。进一步，所述光电传感器是型号为E18-D80NK的漫反射型光电传感器；所述视觉模块采用星瞳OpenMV3CamM7。进一步，所述姿态检测模块包括九轴姿态传感器；所述九轴姿态传感器设置在所述行走底盘底板的下部表面，且与所述主控制器连接。进一步，所述收集模块包括收集箱、相对设置的两个收集爪以及相对应的收集爪驱动舵机，所述收集爪驱动舵机与所述主控制器连接；所述收集箱是顶部和前侧敞开的半包围结构，所述两个收集爪通过相对应的收集爪驱动舵机左右对称地设置在所述收集箱的前端，且可相对所述收集箱在水平面内转动；所述收集爪的底部高于所述收集箱底部，且前高后低形成倾斜面。进一步，所述收集爪的本体是一块竖直设置的板结构，所述板结构的一端底部向所述收集爪内侧延伸出圆弧形底板，所述圆弧形底板周边均布有若干塑料片；所述板结构的上端纵向地设置有两块锯齿形挡板，其中一块锯齿形挡板竖直向上，另一块锯齿形挡板倾斜向上；所述板结构的一端端部还设置有向所述收集爪内侧延伸的锯齿形塑料挡片；所述板结构的另一端通过相对应的收集爪驱动舵机与所述收集箱转动连接。进一步，所述采摘模块包括固定杆和转动杆，所述固定杆与所述升降机构的升降台固连；所述固定杆和所述转动杆均呈U形或V形或半圆环形，所述固定杆和所述转动杆的空腔内分别设置有毛刷板，所述毛刷板上的半圆形缺口边缘均布有毛刷；所述固定杆和所述转动杆可相对转动地对接连接在一起，所述两毛刷板上的半圆形缺口在同一平面内时对接形成圆孔；所述固定杆和所述转动杆的对接连接处设置有舵机，所述舵机与所述主控制器连接。进一步，所述电源模块包括电池组，所述电池组通过稳压模块与所述主控制器连接。进一步，所述主控制器设置在行走底盘的底板上。进一步，所述主控制器为七星虫M3S开发板stm32f103zet6核心板。工作时，机器人由出发区出发，在主控制器的指令下运行；循迹模块检测运行参考线，并将信息发送给主控制器，主控制器控制机器人沿参考线前进；当光电传感器检测到模拟果树时，光电传感器返回信息给主控制器，主控制器使机器人停止，再由视觉模块检测果实颜色，若果实颜色为深绿色非成熟果实，则主控制器控制机器人继续沿运行参考线前进；若果实颜色为红色成熟果实，则主控制器发出命令给收集爪驱动舵机，控制收集爪从合拢状态到张开状态，同时机器人在姿态检测模块的信息检测下横移固定距离至模拟果树前；主控制器发出命令给收集爪驱动舵机，控制收集爪从张开状态到合拢状态，环抱住模拟果树下部树干；然后，主控制器发出命令给舵机控制采摘模块的转动杆旋转至水平位置，采摘模块上的圆孔正好对准模拟果树；在步进电机的带动下，采摘模块整体随升降机构向下移动，将果实刷进收集框中；随后，在步进电机的驱动下，采摘模块整体随升降机构向上移动，然后，主控制器控制舵机旋转使转动杆旋转至与固定杆垂直的位置；之后，机器人开始后退，后退时，模拟树干从两只收集爪的间隙蹭出（因为收集爪上的塑料片、挡板、塑料挡片具有弹性），主控制器控制收集爪驱动舵机进一步合拢收集爪（再往里合拢，收紧一点）使收集箱中的果实不掉落；最后，主控制器控制机器人返回机器人运行参考线，继续沿机器人运行参考线前进，循环上述过程直至回到机器人返回区。该用于竞赛的果实收获机器人控制系统具有以下有益效果：（1）技术结构简单，可操作性强，能识别果实颜色，使机器人平稳运行并顺利收获果实。（2）本技术可以在设定的比赛场景，按照比赛规则，自动识别行走引导线，在没有导引线的部分路段，进行路径规划，完成收获果实任务。（3）本技术实现了一种全新的采摘方式，特别适合一些树形或植株较小、果实不怕摔的农业果实采摘，效率高；同时，本技术为促进果实采摘机器人的研发做出了贡献，为果实采摘机器人的研发提供了实验依据。附图说明图1：本技术实施方式中比赛场地布局图；图2：本技术实施方式中模拟果树的结构示意图；图3：本技术实施方式中用于竞赛的果实收获机器人控制系统的结构框图；图4：本技术实施方式中用于竞赛的果实收获机器人的结构示意图；图5：本技术实施方式中行走底盘的结构示意图；图6：本技术实施方式中用于竞赛的果实收获机器人的运行流程图。附图标记说明：1—主控制器；2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于竞赛的果实收获机器人控制系统，其特征在于，包括主控制器，以及与所述主控制器连接的行走底盘驱动模块、升降机构驱动模块、电源模块、循迹模块、果实检测模块、姿态检测模块、收集模块、采摘模块；所述采摘模块通过升降机构设置在行走底盘上，且位于所述收集模块的上方。

【技术特征摘要】
1.一种用于竞赛的果实收获机器人控制系统，其特征在于，包括主控制器，以及与所述主控制器连接的行走底盘驱动模块、升降机构驱动模块、电源模块、循迹模块、果实检测模块、姿态检测模块、收集模块、采摘模块；所述采摘模块通过升降机构设置在行走底盘上，且位于所述收集模块的上方。2.根据权利要求1所述的用于竞赛的果实收获机器人控制系统，其特征在于，所述收集模块包括收集箱、相对设置的两个收集爪以及相对应的收集爪驱动舵机，所述收集爪驱动舵机与所述主控制器连接；所述收集箱是顶部和前侧敞开的半包围结构，所述两个收集爪通过相对应的收集爪驱动舵机左右对称地设置在所述收集箱的前端，且可相对所述收集箱在水平面内转动；所述收集爪的底部高于所述收集箱底部，且前高后低形成倾斜面。3.根据权利要求2所述的用于竞赛的果实收获机器人控制系统，其特征在于，所述收集爪的本体是一块竖直设置的板结构，所述板结构的一端底部向所述收集爪内侧延伸出圆弧形底板，所述圆弧形底板周边均布有若干塑料片；所述板结构的上端纵向地设置有两块锯齿形挡板，其中一块锯齿形挡板竖直向上，另一块锯齿形挡板倾斜向上；所述板结构的一端端部还设置有向所述收集爪内侧延伸的锯齿形塑料挡片；所述板结构的另一端通过相对应的收集爪驱动舵机与所述收集箱转动连接。4.根据权利要求1所述的用于竞赛的果实收获机器人控制系统，其特征在于，所述采摘模块包括固定杆和转动杆，所述固定杆与所述升降机构的升降台固连；所述固定杆和所述转动杆均呈U形或V形或半圆环形，所述固定杆和所述转动杆的空腔内分别设置有毛刷板，所述毛刷板上的半圆形缺口边缘均布有毛刷；所述固...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新景，乔欣，石鑫东，翟胜杭，祝铠甲，梁鑫，杨龙飞，张鑫宇，高研，唐云松，李昕宇，孙霁阳，刘利，史颖刚，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61