一种草莓采摘机器人制造技术

本发明专利技术涉及采摘机器人技术领域，具体为一种草莓采摘机器人，包括指挥控制中心，为用户提供可视化操作平台，定义采摘任务、发出任务指令、查看无人车的实时位置和运行状态、监控任务的执行情况，能够手动控制行驶路径、采摘动作；还包括车体，利用后轮差速转向与前轮角度控制相配合，能够原地转向；还包括导航避障模块，利用激光雷达与双目相机绘制出高精地图实现采摘路径规划，并通过激光雷达点云聚类算法实现避障；还包括3D图像识别模块，对草莓进行识别、定位、成熟度判断；还包括多关节六自由度机械臂，精确控制末端执行机构位置；还包括上层控制器、下层控制器，用于数据处理、控制车体运动和机械臂动作。体运动和机械臂动作。体运动和机械臂动作。

【技术实现步骤摘要】
一种草莓采摘机器人


[0001]本专利技术属于采摘机器人
，特别涉及一种草莓采摘机器人。

技术介绍

[0002]由于草莓成熟期短暂、果实特殊、采摘时间要求苛刻，直接导致了草莓的采摘占据了极大的生产成本，严重限制了草莓种植业的发展，因此研发草莓采摘机器人具有重要意义。
[0003]授权公告号为：CN217861278U、授权公告日为：2022.11.22的中国技术专利公开了一种草莓采摘机器人，包括机器人底盘，所述机器人底盘的两侧安装有行走轮和转向轮，所述行走轮位于转向轮的后方，所述机器人底盘的上端安装有旋转盘，所述旋转盘的上端安装有镜头架，所述镜头架的上端安装有两个识别摄像头，所述旋转盘的上端位于镜头架的前方安装有第一驱动轴，所述第一驱动轴的外侧安装有第一机器臂，所述第一机器臂的上端安装有第二驱动轴，所述第二驱动轴的前端安装有第二机械臂，所述第二机械臂的上端安装有追踪摄像头，所述第二机械臂的一侧安装有驱动电机，所述第二机械臂的前端安装有采摘爪，所述采摘爪的外侧安装有两个分切刀片。
[0004]上述现有技术中的草莓采摘机器存在以下缺陷：
[0005]1)机械臂结构设计不合理，无法精确控制采摘爪位置，需要不断调整机器人底盘位置来配合采摘爪的采摘动作，采摘成功率低，效率低；
[0006]2)无法实现自动导航、避障；
[0007]3)仅靠调整前轮角度实现转向，转向速度慢，转弯半径大，灵活性差；
[0008]4)无法区分不同成熟度的草莓；
[0009]5)没有给出采摘草莓的具体方法。

技术实现思路

[0010]针对上述现有技术的缺陷和不足，本专利技术提供了一种草莓采摘机器人，包括指挥控制中心、车体、导航避障模块、3D图像识别模块、电源模块，所述指挥控制中心能够为用户提供可视化操作平台，定义采摘任务、发出任务指令、查看无人车的实时位置和运行状态、监控草莓采摘任务的执行情况，还能够手动精确控制无人车的行驶路径、采摘动作；还包括具有六关节结构的机械臂，能够实现六自由度动作；还包括上层控制器、下层控制器，用于数据处理、控制车体运动和机械臂动作；还包括集成于上层控制器之中的上层通信模块和集成于下层控制器之中的下层通信模块，用于实现指挥控制中心、上层控制器和下层控制器三者之间的通信。
[0011]所述车体包括左框架板、右框架板、底层框架板和上层框架板，无人车的底层框架板前部两侧对称设置有左右两个转向舵机，转向舵机的输出轴垂直向下与无人车的底层框架板固定连接，转向舵机能够在水平面内转动，左、右前轮通过轴承与转向舵机连接；角度传感器固定设置于底层框架板中部，用于检测输出轴转动角度，转向舵机根据角度传感器
的信息和下层控制器给定的目标角度指令精确转动，实现对左、右前轮转向角度的控制；
[0012]底层框架板后部两侧固定设置直流电机一、直流电机二、电机驱动器一、电机驱动器二，直流电机一、直流电机二分别与右后轮和左后轮过盈配合连接并为其提供驱动力，电机驱动器一、电机驱动器二接收下层控制器的指令分别控制直流电机一、直流电机二转速，直线行驶时，直流电机一和直流电机二保持相同转速；转弯时，下层控制器根据所需要的转弯角度和转弯半径发出指令，控制直流电机一和直流电机二以不同的转速带动左后轮、右后轮转动，同时与转向舵机配合，实现差速转向。
[0013]所述上层框架板后端设置草莓收纳装置，收纳装置中设置隔板，用于分别放置不同成熟度的草莓。
[0014]所述机械臂包括底座，底座与上层框架板固定连接，底座通过第一舵机与第一臂杆连接并在连接处构成肩部，肩部由第一舵机驱动能够水平180
°
旋转；第二臂杆通过第二舵机与第一臂杆相连并在连接处构成肘部一，肘部一由第二舵机驱动能够180
°
屈伸；第三臂杆通过第三舵机与第二臂杆连接并在连接处构成肘部二，肘部二由第三舵机驱动能够180
°
屈伸；第四臂杆通过第四舵机与第三臂杆连接并在连接处构成肘部三，肘部三由第四舵机驱动能够180
°
屈伸；末端执行机构通过第五舵机与第四臂杆相连接并在连接处构成腕部，腕部由第五舵机驱动能够360
°
扭转；末端执行机构包括两个指部，两个指部通过第六舵机连接形成虎口部，第六舵机驱动虎口部完成夹持和撒放动作；以上肩部、肘部一、肘部二、肘部三、腕部、虎口部统称关节，各关节动作由上层控制器进行控制。
[0015]所述指挥控制中心能够为用户提供可视化操作平台，用户根据实际情况定义采摘任务、发出任务指令；采摘机器人下层控制器将数据传输到指挥控制中心，供用户查看无人车的实时位置和运行状态，监控草莓采摘任务的执行情况，用户还能够根据实际情况手动精确控制无人车的行驶路径、采摘动作。
[0016]所述3D图像识别模块为搭载OpenCV计算机视觉库的双目相机一，双目相机一设置于第四臂杆上，对草莓进行识别和定位，与末端执行机构同步运动，提高识别准确率；OpenCV计算机视觉库使用LAB色彩空间将草莓果实与图片背景进行分割，将分割后的草莓图片作为数据样本对成熟度进行判别。
[0017]所述上层通信模块集成于上层控制器之中，用于上层控制器与下层控制器之间串口通信，通过上层控制器将关节角度信息发送给下层通信模块，再由下层通信模块转发给指挥控制中心，并接收下层通信模块转发的指挥控制中心发出的关节目标角度指令。
[0018]所述下层通讯模块集成于下层控制器之中，用于地面指挥中心和下层控制器之间的无线通信，向指挥控制中心发送速度、加速度、角速度、电池电压信息，转发上层控制器需要转发的信息；接收指挥控制中心发出的目标速度、目标加速度、目标角速度指令，向上层控制器转发指挥控制中心发出的指令。
[0019]所述导航避障模块包括设置在上层框架板前端的激光雷达和双目相机二，激光雷达采用TOF测距原理进行360
°
扫描，将扫描数据与双目相机二获得的彩色和深度图像结合，绘制出高精地图实现采摘路径规划，并通过激光雷达点云聚类算法实现导航过程中的避障。
[0020]进一步，本专利技术提供一种使用所述草莓采摘机器人采摘草莓的方法，包含以下步骤：
[0021]步骤1：指挥控制中心对采摘机器人发送任务指令；
[0022]步骤2：采摘机器人移动至任务指定起始位置，停止移动；
[0023]步骤3：指挥中心发送识别指令；
[0024]步骤4：3D图像识别模块识别到成熟草莓时，发送草莓位置信息至上层控制器；
[0025]步骤5：上层控制器规划出机械臂各个关节的转动量并向机械臂发送动作指令；
[0026]步骤6：机械臂移动至指令位置进行采摘，根据成熟度不同将草莓分类放置；
[0027]步骤7：3D图像识别模块视野中没有草莓时，沿任务指定路线向前巡视；
[0028]步骤8：巡视过程中，如果3D图像识别模块视野中再次出现草莓，则停车采摘；
[0029]步骤9：巡视至任务指定终止本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种草莓采摘机器人，其特征在于：包括指挥控制中心(1)、车体(2)、导航避障模块(6)、3D图像识别模块(7)、电源模块(8)，所述指挥控制中心(1)能够为用户提供可视化操作平台，定义采摘任务、发出任务指令、查看无人车的实时位置和运行状态，监控草莓采摘任务的执行情况，还能够手动控制无人车的行驶路径、采摘动作；还包括具有六关节结构的机械臂(3)，能够实现六自由度动作；还包括上层控制器(4)、下层控制器(5)，用于数据处理、控制车体(2)运动和机械臂(3)动作；还包括集成于上层控制器(4)之中的上层通信模块(401)和集成于下层控制器(5)之中的下层通信模块(501)，用于实现指挥控制中心(1)、上层控制器(4)和下层控制器(5)三者之间的通信。2.根据权利要求1所述的草莓采摘机器人，其特征在于：所述车体(2)包括左框架板(21)、右框架板(22)、底层框架板(23)和上层框架板(24)，无人车的底层框架板(23)前部两侧对称设置有左右两个转向舵机(25)，转向舵机(25)的输出轴(251)垂直向下与无人车的底层框架板(23)固定连接，转向舵机(25)能够在水平面内转动，左、右前轮(26)通过轴承(261)与转向舵机(25)连接；角度传感器(29)固定设置于底层框架板(23)中部，用于检测输出轴(251)转动角度，转向舵机(25)根据角度传感器(29)的信息和下层控制器(5)给定的目标角度指令转动，实现对左、右前轮(26)转向角度的控制；底层框架板(23)后部两侧固定设置直流电机一(231)、直流电机二(232)、电机驱动器一(233)、电机驱动器二(234)，直流电机一(231)、直流电机二(232)分别与右后轮(27)和左后轮(28)过盈配合连接并为其提供驱动力，电机驱动器一(233)、电机驱动器二(234)接收下层控制器(5)的指令分别控制直流电机一(231)、直流电机二(232)的转速，直线行驶时，直流电机一(231)和直流电机二(232)保持相同转速；转弯时，下层控制器(5)根据所需要的转弯角度和转弯半径发出指令，控制直流电机一(231)和直流电机二(232)以不同的转速带动左后轮(28)、右后轮(27)转动，同时与转向舵机(25)配合，实现差速转向。3.根据权利要求1所述的草莓采摘机器人，其特征在于：所述机械臂(3)包括底座(301)，底座(301)与上层框架板(24)固定连接，底座(301)通过第一舵机(302)与第一臂杆(303)连接并在连接处构成肩部(304)，肩部(304)由第一舵机(302)驱动能够水平180
°
旋转；第二臂杆(305)通过第二舵机(306)与第一臂杆(303)相连并在连接处构成肘部一(307)，肘部一(307)由第二舵机(306)驱动能够180
°
屈伸；第三臂杆(308)通过第三舵机(309)与第二臂杆(305)连接并在连接处构成肘部二(310)，肘部二(310)由第三舵机(309)驱动能够180
°
屈伸；第四臂杆(311)通过第四舵机(312)与第三臂杆(308)连接并在连接处构成肘部三(313)，肘部三(313)由第四舵机(312)驱动能够180
°
屈伸；末端执行机构(314)通过第五舵机(315)与第四臂杆(311)相连接并在连接处构成腕部(316)，腕部(316)由第五舵机(315)驱动能够360
°
扭转，末端执行机构(314)包括两个指部(317)，两个指部(317)通过第六舵机(318)连接形成虎口部(319)，第六舵机(318)驱动虎口部(319)完成夹持和...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁宵，张伟航，孟光磊，刘宗元，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：