基于温室立体栽培模式下小型西瓜采摘机器人及采摘方法技术

本发明专利技术涉及农业智能装备技术领域，尤其涉及一种基于温室立体栽培模式下小型西瓜采摘机器人及采摘方法。本发明专利技术提供的基于温室立体栽培模式下小型西瓜采摘机器人，包括移动平台车、机械臂、柔性手爪、视觉识别装置、集果箱和控制模块；所述柔性手爪包括手爪张合模块、指套、柔性手指、高速切割模块，可实现对西瓜的柔性抓持包络；所述高速切割模块包括可调支撑杆、舵机支架、刀片、保护壳、直流电机、连接件、舵机、固定支撑杆、法兰盘，可实现对西瓜果梗和尼龙套袋的一体切割。本发明专利技术能够替代人工完成繁重的温室小型西瓜采收任务，有效降低西瓜损伤率，促进设施农业智能装备的发展。促进设施农业智能装备的发展。促进设施农业智能装备的发展。

【技术实现步骤摘要】
基于温室立体栽培模式下小型西瓜采摘机器人及采摘方法


[0001]本专利技术涉及农业智能装备
，特别涉及一种基于温室立体栽培模式下小型西瓜采摘机器人及采摘方法。

技术介绍

[0002]近年来，人们开始更加青睐小型西瓜，这是因为它们不仅外形美观，口感甜美，而且栽培周期短、生产适应性强，价格比普通西瓜高一到两倍，生产效益明显高于普通西瓜。采用温室立体栽培方式，通过吊蔓或搭架使西瓜藤蔓向空中立体生长，可以充分利用空间，透光均匀、通风良好、品质优良。
[0003]小型西瓜的植株一般留果1至2个，果实重约2kg。由于自身重力影响，果实垂吊向下，导致西瓜果梗处于竖直或倾斜状态。因此，种植园在小型西瓜成熟后，采用尼龙套对果实套袋进行吊果。两垄栽培苗间距约为1.5m，种植高度约为1.8m，两垄间铺设轨道，如图4所示，为立体栽培模式下小型西瓜的生长环境，西瓜包括西瓜果实，果梗和尼龙套袋。
[0004]然而，采摘是其中最耗时耗力的一个环节，收获作业成本高，季节性强，作业空间小，劳动强度大。随着劳动力资源向第二产业和第三产业流失，人口老龄化程度日益严重，农业生产收获的劳动力资源相对紧缺。因此，在机器人技术在农业生产中的应用不断推进的背景下，实现立体栽培小型西瓜的自动化、智能化、高效化采摘是解决西瓜采收问题的最有效途径之一。

技术实现思路

[0005]针对温室立体栽培模式下小型西瓜自动化采收需求，本专利技术提出了一种针对立体栽培模式下的小型西瓜采摘机器人及其采摘方法。若采摘过程中发生未采摘成功或漏采果实的情况，机械臂会进行二次采摘，提高采摘成功率。采摘时不损伤周围水果，能够很好地适应不同西瓜姿态的采摘作业。
[0006]小型西瓜果实重量大、易损坏以及果梗和尼龙套带韧性强，相邻西瓜种植垄之间的过道会铺设导轨，根据温室西瓜种植特点，本专利技术提出了一种基于所述西瓜采摘机器人的采摘方法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0008]一种基于温室立体栽培模式下小型西瓜采摘机器人，该西瓜采摘机器人包括移动平台车1、机械臂2、柔性手爪3、视觉识别装置4、集果箱7和控制模块；
[0009]所述移动平台车包括底部行走机构1
‑
1和导航装置1
‑
2；所述导航装置1
‑
2固接在底部行走机构1
‑
1的前端；
[0010]两个沿着移动平台车1的行进方向布置的机械臂2竖直地固接在行走机构1
‑
1的顶部平面上；
[0011]所述的机械臂2包括两个六自由度的机械臂；
[0012]所述柔性手爪3包括手爪张合模块3
‑
1、指套3
‑
2、柔性手指3
‑
3、高速切割模块；
[0013]所述柔性手指3
‑
3通过指套3
‑
2与手爪张合模块3
‑
1连接；
[0014]所述高速切割模块包括可调支撑杆3
‑
4、舵机支架3
‑
5、刀片3
‑
6、保护壳3
‑
7、直流电机3
‑
8、连接件3
‑
9、舵机3
‑
10、固定支撑杆3
‑
11、法兰盘3
‑
12。可调支撑杆3
‑
4通过三对螺栓与螺母连接固定支撑杆3
‑
11，舵机支架3
‑
5、保护壳3
‑
7、直流电机3
‑
8通过螺栓连接连接件3
‑
9，刀片3
‑
6通过螺母固定于直流电机3
‑
8转动轴，舵机3
‑
10通过螺栓连接可调支撑杆3
‑
4；
[0015]所述视觉识别装置4包括深度相机4
‑
1和相机连接件4
‑
2，深度相机4
‑
1通过相机连接件4
‑
2安装在柔性手爪3手心处；
[0016]所述柔性手爪3通过法兰盘3
‑
12螺钉连接于机械臂2末端；
[0017]所述集果箱5固接在底部行走机构1
‑
1的顶部平台上、机械臂2的正下方；
[0018]所述控制模块与移动平台车1、机械臂2、柔性手爪3和视觉识别装置4连接。
[0019]可选地，所述柔性手爪3接收控制信号后通过直流电机3
‑
8带动刀片3
‑
6高速旋转，舵机3
‑
10转轴带动舵机支架3
‑
5转动，实现刀片3
‑
6对果梗和尼龙吊绳的切割。
[0020]可选地，所述移动底盘车1的底部行走机构1
‑
1为导航式行走机构，所述集果箱5安装底部行走机构1
‑
1的顶部平台上，位于机械臂2的正下方。
[0021]可选地，所述机械臂2沿着移动平台车1前进方向布置在底部行走机构的顶部平台上。
[0022]可选地，所述视觉识别装置4采用基于深度学习的小型西瓜目标检测方法，使用数据增强技术训练权重，提升西瓜识别的鲁棒性。
[0023]一种利用所述的基于温室立体栽培模式下小型西瓜采摘机器人的采摘方法，该方法包括如下步骤：
[0024]采摘作业开始前，控制模块控制多个机械臂2定位于初始位姿；移动平台车1通过导航装置1
‑
2沿非导轨路面铺设的导航线自主行走，到达两种植垄间导轨上；
[0025]采摘作业开始，移动平台车1沿着导轨向前行走，并通过视觉识别装置4采集图像信息，并输入到控制模块中进行实时处理。当视觉识别系统识别到视场中存在适合采收的西瓜时，移动平台车1停止前进；控制模块通过视觉识别装置4得到西瓜位姿，并驱动机械臂2将柔性手爪3移动到西瓜底部，柔性手爪3采用从下向上包络西瓜并夹持，柔性手指3
‑
3与指套3
‑
2相连，指套3
‑
2转动，柔性手指3
‑
3贴合抓持西瓜表面，随后高速切割模块中直流电机3
‑
8接收控制信号后开始旋转，带动刀片3
‑
6高速旋转，舵机3
‑
10转轴带动舵机支架3
‑
5转动，将高速旋转的刀片3
‑
6移向果梗和尼龙套带切割刀片3
‑
6由外向里转动90
°
，刀片3
‑
6对果梗和尼龙套带完成切割，切割完成后，直流电机3
‑
8停止转动，舵机3
‑
10回到起始位置。机械臂2带动柔性手爪3到集果箱5上方，准备落果。随后控制模块控制柔性手爪3张开，西瓜落入集果箱5中，一次采摘结束，机械臂2回到初始位姿。
[0026本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于温室立体栽培模式下小型西瓜采摘机器人，其特征在于：该西瓜采摘机器人包括移动平台车(1)、机械臂(2)、柔性手爪(3)、视觉识别装置(4)、集果箱(5)和控制模块；所述移动平台车(1)包括底部行走机构(1
‑
1)、和导航装置(1
‑
2)；所述导航装置(1
‑
2)固接在底部行走机构(1
‑
1)的前端；两个沿着移动平台车(1)的行进方向布置的机械臂(2)竖直地固接在行走机构(1
‑
1)的顶部平面上；所述的机械臂(2)包括两个六自由度的机械臂；所述柔性手爪(3)包括手爪张合模块(3
‑
1)、指套(3
‑
2)、柔性手指(3
‑
3)和高速切割模块；所述柔性手指(3
‑
3)通过指套(3
‑
2)与手爪张合模块(3
‑
1)连接；所述高速切割模块包括可调支撑杆(3
‑
4)、舵机支架(3
‑
5)、刀片(3
‑
6)、保护壳(3
‑
7)、直流电机(3
‑
8)、连接件(3
‑
9)、舵机(3
‑
10)、固定支撑杆(3
‑
11)、法兰盘(3
‑
12)，可调支撑杆(3
‑
4)通过三对螺栓与螺母连接固定支撑杆(3
‑
11)，舵机支架(3
‑
5)、保护壳(3
‑
7)、直流电机(3
‑
8)通过螺栓连接连接件(3
‑
9)，刀片(3
‑
6)通过螺母固定于直流电机(3
‑
8)转动轴，舵机(3
‑
10)通过螺栓连接可调支撑杆(3
‑
4)；所述视觉识别装置(4)包括深度相机(4
‑
1)和相机连接件(4
‑
2)，深度相机(4
‑
1)通过相机连接件(4
‑
2)安装在柔性手爪(3)手心处；所述柔性手爪(3)通过法兰盘(3
‑
12)螺钉连接于机械臂(2)末端；所述集果箱(5)固接在底部行走机构(1
‑
1)的顶部平台上、机械臂(2)的正下方；所述控制模块与移动平台车(1)、机械臂(2)、柔性手爪(3)和视觉识别装置(4)连接。2.根据权利要求1所述的基于温室立体栽培模式下小型西瓜采摘机器人，其特征在于：所述柔性手爪(3)接收控制信号后通过直流电机(3
‑
8)带动刀片(3
‑
6)高速旋转，舵机(3
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁挺，郑夏俊，扶君，荣佳诚，张志芹，杨岩，张俊雄，李伟，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：