一种采花机器人制造技术

本实用新型专利技术提供了一种采花机器人，包括底盘装置、机械平台和机械臂装置；所述机械平台安装在底盘装置上，底盘装置包括底盘，以及设于底盘表面且能自动调节机械平台倾角的调节装置和设于底盘底部的轮组系统；机械平台包括平台支架和设于平台支架上的云台摄像头和航向姿态仪，机械臂装置安装于机械平台上；机械臂装置包括能够运动的机械臂，设于机械臂上的机械臂摄像头以及与机械臂连接且能开合的夹爪。本实用新型专利技术提供的自采花机器人，克服了传统采花设备的诸多缺点：不需要人工干预，自动化程度高；采摘过程模仿人手，对花朵伤害最小；所使用的各类元件足够成熟，成本较低；可用于各种植物花朵采摘，通用性好。通用性好。通用性好。

【技术实现步骤摘要】
一种采花机器人


[0001]本技术属于机器人领域，特别提供了一种采花机器人。

技术介绍

[0002]传统的采花机器开发主要集中在金银花、川红花等少数作物的采摘上。通常使用打击式采摘，将大量花朵和叶片打下，在之后再进行后处理。较新式的机器使用的采摘原理大致可分为三种：吸入式，筛选式和拉断式。2013年，刘启超提出的金银花采花机使用软滚轮对花朵进行筛选。2016年，王春香提出的手推式杭白菊梳齿摘花机则利用梳齿控制力度保证将花剪下。2021年，徐虹、凌准等提出的川红花采摘装置则使用风机将花吸入。以上几种采花机器都有两个共同的缺点：一方面，对花朵的识别仍然有赖于操作人员，机器只实现了半自动化，不利于进一步提升采收效率；另一方面，无论是碎花、吸入、筛选还是拉断，都对花的力学性能提出了要求：对于更为脆弱的花朵，这些方法均无法实现有效的采摘，因而也难以适用于其他种类的花上，如黄蜀葵上。此外，黄蜀葵为无限花序植物，其开花方式为花序下部的花先开，逐次向上开放，这种开花方式也决定了不能使用滚筒、梳齿等任何对花序后续生长有破坏性的采收方式。
[0003]近年来，随着机器视觉和深度学习技术的发展，国内外各研发人员对自动采摘机器人的研究技术都广泛应用于苹果、脐橙、草莓和荔枝等果实类和果梗类等作物，如Avigad等研发了一种可伸缩三指式末端执行器，识别和定位苹果的方式是采用深度相机，再配合其三指式末端执行器进行抓取；徐丽明等设计了一种双V型手指脐橙采摘机器人末端执行器，通过视觉系统获取果实和果梗的位姿进行定位，而后末端执行器通过吸附，夹持和旋切三部分机构对果实进行抓取；陈燕研发了基于双目立体视觉预定位的方式提前对果实的分布进行识别定位，采摘时再对果实的采摘点进行精准定位。根据上述所提的研究案例无论国内外，对于果蔬的识别定位和采摘的研发技术逐渐趋向于成熟并且不断的取得进展和成果，而对于花朵采摘的研究情况屈指可数，且现有的采摘机器人普遍都存在如下缺点：
①
设计和制造成本过高；
②
花朵识别以及采摘成功率不高；
③
市场的推广性不高。

技术实现思路

[0004]技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本技术提供了一种采花机器人。
[0005]技术方案：本技术提供了一种采花机器人，包括底盘装置、机械平台和机械臂装置；所述机械平台安装在底盘装置上，底盘装置包括底盘，以及设于底盘表面且能自动调节机械平台倾角的调节装置和设于底盘底部的轮组系统；机械平台包括平台支架和设于平台支架上的云台摄像头和航向姿态仪，机械臂装置安装于机械平台上；机械臂装置包括能够运动的机械臂，设于机械臂上的机械臂摄像头以及与机械臂连接且能开合的夹爪。
[0006]作为改进或者优选方案：
[0007]所述底盘装置上的调节装置包括一组推杆电机，所述推杆电机通过A转动副固定于底盘上，所述机械平台通过A球面副固定于一组推杆电机的推杆上。
[0008]所述底盘装置上的调节装置还包括一个支撑杆，所述支撑杆通过B转动副固定于底盘上，所述机械平台通过B球面副固定于支撑杆上，两个A转动副和一个B转动副呈三角形布置于底盘上。
[0009]所述轮组系统包括呈三角形分布的两个动力轮和一个万向轮，两个动力轮分别连接独立的驱动电机。
[0010]所述机械平台还包括设置在平台支架上的机械臂平台，机械臂装置安装于机械臂平台上。
[0011]所述机械平台上还设有收集桶。
[0012]所述机械臂装置的机械臂包括能够独立转动或摆动的大臂和小臂，大臂一端与机械平台连接，另一端连接小臂，小臂上连接夹爪，所述夹爪、大臂和小臂分别通过独立的电机进行驱动，完成转动、摆动或开合动作；机械臂摄像头设于小臂上。
[0013]所述机械臂装置还包括设置在机械平台上的肩关节电机、大臂电机和小臂电机，肩关节电机控制大臂在水平方向旋转，大臂电机控制大臂摆动，小臂电机通过同步带与小臂上的同步带轮相连，从而驱动小臂的摆动；夹爪由设置在大臂上的伺服电机驱动。
[0014]所述采花机器人还设有电池包和控制驱动硬件电路，电池包和控制驱动硬件电路设于底盘装置上。
[0015]所述采花机器人还包括工控机、总控平台和全球卫星定位系统；
[0016]所述工控机与云台摄像头、机械臂摄像头和全球卫星定位系统连接，并能读取其数据，同时控制云台摄像头工作；工控机向与总控平台连接，并能够向其发送指令；
[0017]所述总控平台与航向姿态仪连接，接收其提供的俯仰、滚转、偏航角度等信息；总控平台与轮组系统、调节装置和机械臂装置连接，控制轮组系统、调节装置和机械臂装置的运动。
[0018]所述采花机器人的控制系统包括路径控制反馈模块、机械臂平台平衡稳定反馈模块和花朵采摘定位反馈模块。所述控制系统内置于工控机中。
[0019]进一步的：
[0020]所述路径控制反馈模块的控制方法，包括如下步骤：
[0021]通过全球卫星定位系统获取采花机器人的位置，并结合航向角，与预设的路径采摘停靠点位置朝向计算差值，将偏差量导入PID控制算法，计算出需要补偿的轮组转动角度，再驱动轮组将机器人移动到合适的位置朝向。
[0022]所述机械臂平台平衡稳定反馈模块的控制方法，包括如下步骤：
[0023]通过航向姿态仪读取机械平台的俯仰、滚转角度，与预设的完全水平的平台倾角计算差值，然后将偏差量导入PID控制算法，计算出需要补偿的推杆高度，再驱动调节装置将机械平台调节到水平面。
[0024]所述花朵采摘定位反馈模块的控制方法，包括如下步骤：
[0025]通过云台摄像头扫描植物，并通过深度学习算法识别花朵，之后将机械臂装置旋转至摄像头方向，通过机械臂摄像头选定目标花朵并持续跟踪；机械臂摄像头还通过BlockMatching算法对花朵进行持续跟踪测距，并以此计算花朵与夹爪间的偏移量，最后将该偏移量导入PID算法，驱动机械臂靠近目标花朵，启动夹爪并完成采集和收集工作。
[0026]有益效果：本技术提供的自采花机器人，以电动机为动力行进，通过摄像头识
别花朵并测定方位距离后，由处理器控制机械臂及其上的夹爪完成采摘并置于收集桶中，完成花朵的识别、采摘和收集。该机器人克服了传统采花设备的诸多缺点：不需要人工干预，自动化程度高；采摘过程模仿人手，对花朵伤害最小；所使用的各类元件足够成熟，成本较低；可用于各种植物花朵采摘，通用性好。
附图说明
[0027]图1为本技术采花机器人的整体结构示意图。
[0028]图2为本技术采花机器人的底盘装置结构示意图。
[0029]图3为采花机器人硬件连接示意图。
[0030]图4为路径控制反馈回路示意图。
[0031]图5为机械臂平台平衡稳定反馈回路示意图。
[0032]图6为花朵采摘定位反馈回路示意图。
具体实施方式
[0033]下面对本技术作出进一步说明。
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采花机器人，其特征在于，包括底盘装置(1)、机械平台(2)和机械臂装置(3)；所述机械平台(2)安装在底盘装置(1)上，底盘装置(1)包括底盘(11)，以及设于底盘(11)表面且能自动调节机械平台(2)倾角的调节装置和设于底盘(11)底部的轮组系统；机械平台(2)包括平台支架(21)和设于平台支架(21)上的云台摄像头(22)和航向姿态仪(23)，机械臂装置(3)安装于机械平台(2)上；机械臂装置(3)包括能够运动的机械臂，设于机械臂上的机械臂摄像头(31)以及与机械臂连接且能开合的夹爪(32)。2.根据权利要求1所述的采花机器人，其特征在于，所述底盘装置(1)上的调节装置包括一组推杆电机(12)，所述推杆电机(12)通过A转动副(13)固定于底盘(11)上，所述机械平台(2)通过A球面副(14)固定于一组推杆电机(12)的推杆(15)上。3.根据权利要求2所述的采花机器人，其特征在于，所述底盘装置(1)上的调节装置还包括一个支撑杆(16)，所述支撑杆(16)通过B转动副(17)固定于底盘(11)上，所述机械平台(2)通过B球面副(18)固定于支撑杆(16)上，两个A转动副(13)和一个B转动副(17)呈三角形布置于底盘(11)上。4.根据权利要求1所述的采花机器人，其特征在于，所述轮组系统包括呈三角形分布的两个动力轮(191)和一个万向轮(192)，两个动力轮(191)分别连接独立的驱动电机。5.根据权利要求1所述的采花机器人，其特征在于，所述机械平台(2)还包括设置在平台支架(21)上的机械臂平台(24)，机械臂装置(3)安装于机械臂平台(24)上。6.根据权利要求1所述的采花机器人...

【专利技术属性】
技术研发人员：巩卓成，桑一男，徐增莱，汪琼，唐海涛，葛海涛，
申请(专利权)人：桑一男，
类型：新型
国别省市：