一种基于视觉引导动态控制的采摘末端执行器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于视觉引导动态控制的采摘末端执行器，涉及农用机械领域领域。本发明专利技术包括支座，夹持臂，驱动装置，控制系统，深度相机和压力传感器；所述夹持臂包括第一夹持臂和第二夹持臂，所述第一夹持臂和所述第二夹持臂皆由驱动装置驱动；所述第一夹持臂上设置有切刀，所述第二夹持臂上设置有所述压力传感器；所述深度相机设置于所述支座上，并通过所述控制系统与所述驱动装置连接。本发明专利技术一次就可完成串型或者个体型果实的收获，效率高，整体结构紧凑，解决了遮挡和重叠的问题，提高了操控便捷性和安全可靠性。操控便捷性和安全可靠性。操控便捷性和安全可靠性。

A kind of picking end effector based on visual guidance dynamic control

【技术实现步骤摘要】
一种基于视觉引导动态控制的采摘末端执行器


[0001]本专利技术涉及农用机械领域领域，更具体的说是涉及一种基于视觉引导动态控制的采摘末端执行器。

技术介绍

[0002]随着人口老龄化的增加和劳动力的下降，目前农业迫切需要实现智能自动化。对于农作物果实的智能自动化采摘，常由于果实的枝叶的遮挡和果实之间的重叠，对果实检测和果梗抓取造成了很大的干扰，导致采摘失败。目前的基于视觉引导的采摘末端执行器，在视觉方面，多数研究利用深度学习在果实前方检测采摘点，对于存在遮挡和重叠的果实，深度学习的方法并不能有效地检测出采摘点，而且训练深度学习的模型，往往需要大量的数据，这大大增加了计算成本。在采摘末端执行器方面，多数研究了机械臂的结构和运动的路径规划，对于末端执行器的研究，主要由气吸式，柔性手指式，机械式的目标夹持器和剪刀、电锯等切割部分组成。气吸式和柔性手指式对于定位精度要求很高，以及并不能对其实时进行动态控制，对于目前在果实前方进行视觉定位采摘点的方法，机械式单一张闭抓取很容易对重叠的果实造成伤害。因此，亟需研发一种基于视觉引导动态控制的采摘末端执行器，以提高果实收获效率，降低收获成本并实现农作物及时收获。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，为了降低计算成本、解决存在遮挡和重叠的果实采摘困难等问题，以及现有的气吸式、柔性手指式和机械式的末端执行器只能进行单一抓取，易抓取失败和损伤农作物等缺点，本专利技术提供了一种基于视觉引导动态控制的采摘末端执行器。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种基于视觉引导动态控制的采摘末端执行器，包括支座，夹持臂，驱动装置，控制系统，深度相机和压力传感器；所述夹持臂包括第一夹持臂和第二夹持臂，所述第一夹持臂和所述第二夹持臂皆由驱动装置驱动；所述第一夹持臂上设置有切刀，所述第二夹持臂上设置有所述压力传感器；所述深度相机设置于所述支座上，并通过所述控制系统与所述驱动装置连接。
[0006]可选的，所述驱动装置包括夹持步进电机、联轴器，丝杆；所述夹持步进电机固定在支架一侧，所述夹持步进电机的动力输出轴通过所述联轴器与所述丝杆连接；所述丝杆上连接着所述第一夹持臂和所述第二夹持臂。
[0007]可选的，所述切刀滑动连接于第一夹持臂上，所述切刀由滑轨步进电机驱动。
[0008]可选的，所述第一夹持臂上的滑轨步进电机控制滑轨梯形丝杆的运动，通过滑块实现切片的前后移动。
[0009]可选的，滑轨梯形丝杆两端装有小深沟球轴承。
[0010]可选的，所述丝杆两端装有大深沟球轴承。
[0011]可选的，还设置有风扇，所述风扇设置于所述深度相机一侧。
[0012]可选的，所述控制系统利用Canny算子获取果实底部的轮廓信息，将轮廓进行多边形曲线拟合获得边缘点，将底部的轮廓点作为最初状态值，用于卡尔曼滤波器预测下一时刻的状态值。
[0013]可选的，所述控制系统通过设定的约束条件，利用深度信息来定位果梗采摘点，通过夹持臂对果梗进行夹持，夹持力大小由所述第二夹持臂上的压力传感器给定，当夹持力达到预设值，所述驱动装置驱动所述第一夹持臂上的切刀移动。
[0014]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种基于视觉引导动态控制的采摘末端执行器，一次就可完成串型或者个体型果实的收获，效率高，整体结构紧凑，解决了遮挡和重叠的问题，提高了操控便捷性和安全可靠性。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0016]图1为本专利技术末端执行器的结构示意图；
[0017]图2为本专利技术末端执行器的俯视图；
[0018]图3为本专利技术视觉引导动态控制流程图；
[0019]图4为本专利技术末端执行器的工作流程图；
[0020]图5为本专利技术末端执行器的控制系统图；
[0021]图中：夹持步进电机1、联轴器2、轴承端盖3、支座4、深度相机5、风扇6、夹持梯形丝杆7、切割步进电机8、圆锯齿刀9、滑块10、滑轨梯形丝杆11、滑轨步进电机12、右夹持臂13、压力传感器14、左夹持臂15、大深沟球轴承16、小深沟球轴承17。
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]本专利技术实施例公开了一种基于视觉引导动态控制的采摘末端执行器，如图1
‑
5所示，图中，夹持步进电机1、联轴器2、轴承端盖3、支座4、深度相机5、风扇6、夹持梯形丝杆7、切割步进电机8、圆锯齿刀9、滑块10、滑轨梯形丝杆11、滑轨步进电机12、右夹持臂13、压力传感器14、左夹持臂15、大深沟球轴承16、小深沟球轴承17，具体的：
[0024](1)包括支座、深度相机、左夹持臂、右夹持臂、联轴器、风扇、夹持步进电机、切割步进电机、滑轨步进电机、滑块、夹持梯形丝杆、滑轨梯形丝杆、大深沟球轴承、小深沟球轴承、圆锯齿刀、压力传感器；
[0025](2)夹持步进电机固定在支架右侧，夹持步进电机的动力输出轴通过联轴器与夹持梯形丝杆连接，夹持梯形丝杆两端装有深沟球轴承，夹持梯形丝杆上连接着左夹持臂和右夹持臂，将夹持梯形丝杆的旋转副转变成夹持臂的移动副，由于梯形丝杆存在自锁，可大
大提高夹持的稳定性；
[0026](3)支座的上端固定安装了深度相机和风扇；右夹持臂的手指处安装了压力传感器；左夹持臂上的滑轨步进电机控制滑轨梯形丝杆的运动，通过滑块实现圆锯片的前后移动；
[0027](4)夹持梯形丝杆两端装有大深沟球轴承，滑轨梯形丝杆两端装有小深沟球轴承，可保证传动的稳定性；
[0028](5)圆锯齿刀基圆中心与切割步进电机输出轴固定连接；夹持步进电机、切割步进电机由控制器控制；
[0029](6)圆锯齿刀的切割范围略大于果实主茎的最大直径。
[0030](7)采摘末端执行器的视觉系统检测到水果底部位置时，由机械臂带动末端执行器接近水果底部，利用深度信息控制支座与果实之间保持安全距离。
[0031](8)实时轮廓预测算法可动态控制末端执行器的开合大小，推开重叠果实的同时防止末端执行器对目标果实造成伤害。
[0032](9)风扇的启动需要实时轮廓预测算法是否发现存在遮挡，当存在树叶遮挡时，风扇启动，将树叶吹开。
[0033](10)传感器检测需果梗是否进入末端执行器可夹持位置，若进入可夹持位置，夹持步进电机转动，带动左、右夹持臂闭合，同时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉引导动态控制的采摘末端执行器，其特征在于，包括支座，夹持臂，驱动装置，控制系统，深度相机和压力传感器；所述夹持臂包括第一夹持臂和第二夹持臂，所述第一夹持臂和所述第二夹持臂皆由驱动装置驱动；所述第一夹持臂上设置有切刀，所述第二夹持臂上设置有所述压力传感器；所述深度相机设置于所述支座上，并通过所述控制系统与所述驱动装置连接。2.根据权利要求1所述的一种基于视觉引导动态控制的采摘末端执行器，其特征在于，所述驱动装置包括夹持步进电机、联轴器，丝杆；所述夹持步进电机固定在支架一侧，所述夹持步进电机的动力输出轴通过所述联轴器与所述丝杆连接；所述丝杆上连接着所述第一夹持臂和所述第二夹持臂。3.根据权利要求1所述的一种基于视觉引导动态控制的采摘末端执行器，其特征在于，所述切刀滑动连接于第一夹持臂上，所述切刀由滑轨步进电机驱动。4.根据权利要求3所述的一种基于视觉引导动态控制的采摘末端执行器，其特征在于，所述第一夹持臂上的滑轨步进电机控制滑轨梯形丝杆的运动，通过滑块实现切...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗陆锋，刘炳飘，王金海，韦慧玲，卢清华，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：