【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及工厂化香菇种植，具体而言，涉及一种工厂香菇采摘机器人及基于视觉的分级采摘方法。
技术介绍
1、众所周知，香菇是一种食用菌，其营养丰富，具有高蛋白、低脂肪、多糖、多种氨基酸和多种维生素。
2、香菇种植已经实现了工厂化生产，厂房内环境满足适合香菇生长的温度、湿度、光照等条件，厂房内安装大量菌棒架。菌棒架上放置菌棒，菌棒用于生长香菇。菌棒架层数多，每层的空间小，菌棒架的每一层放置多个菌棒。菌棒架的基本结构可以参考授权公告号为cn215454376u、名称为“一种香菇菌棒种植架”的技术专利。
3、目前，对菌棒上已经生长成熟的香菇多采用人工手动采摘方式，人工手动采摘存在劳动强度大、人工成本高、效率低的问题，并且人工采摘有漏采现象。
4、市场上有少量代替人工采摘的自动采摘机器人，可以参考申请公布号为cn116458388a、cn116671392a的专利技术专利申请；然而，自动采摘效果并不理想，具体表现在：采摘效率较低、自动化程度低、容易损伤香菇的菌盖、容易损伤菌棒、不能精准识别成熟香菇。申请公布号为cn116458388a、cn116671392a的专利技术申请中，使用柔性手指夹持香菇进而将香菇从菌棒上摘下，很容易损伤香菇的菌盖。
技术实现思路
1、本专利技术就是为了解决现有用于采摘香菇自动采摘机器人采摘效率较低、自动化程度低、容易损伤香菇的菌盖、容易损伤菌棒、不能精准识别成熟香菇的技术问题，提供了一种工厂香菇采摘机器人及基于视觉的分级采摘方
2、本专利技术公开的工厂香菇采摘机器人，把菌棒在菌棒架上取出，通过升降装置实现不同层间的菌棒拿取，由执行末端对可以采摘的香菇进行采摘，采摘完成后将菌棒放回到菌棒架上。
3、本专利技术提供一种工厂香菇采摘机器人，包括移动平台、底盘、升降装置、菌棒拿取装置和香菇采摘装置，底盘与移动平台连接，升降装置与底盘连接，菌棒拿取装置与升降装置连接，香菇采摘装置与底盘连接；
4、升降装置包括第一固定板、第二固定板、第一电动缸、第二电动缸和支撑板，第一电动缸与第一固定板固定连接，第二电动缸与第二固定板固定连接，第一电动缸和第二电动缸并排竖直布置，第一电动缸设有第一滑块，第二电动缸设有第二滑块，支撑板的一端与第一电动缸上的第一滑块固定连接，支撑板的另一端与第二电动缸上的第二滑块固定连接；第一固定板与底盘固定连接，第二固定板与底盘固定连接；
5、菌棒拿取装置包括第一基座、第一导轨组件、第二导轨组件、y轴方向丝杆、螺母、第一驱动电机、第一同步带轮、第二同步带轮、第一同步带、滑板、第二基座、第三导轨组件、x轴方向双向丝杆、滑块一、滑块二、l型连接板一、l型连接板二、夹持杆一、夹持杆二、螺母座一、螺母座二、第二驱动电机、第三同步带轮、第四同步带轮和第二同步带，第一导轨组件、第二导轨组件分别与第一基座固定连接，第一导轨组件和第二导轨组件并排布置，y轴方向丝杆的前端通过轴承与第一基座的前部转动连接，y轴方向丝杆的后端通过轴承与第一基座的后部转动连接，y轴方向丝杆位于第一导轨组件和第二导轨组件之间，第一驱动电机与第一基座的后部连接，第一同步带轮与第一驱动电机的输出轴连接，第二同步带轮与y轴方向丝杆的后端连接，第一同步带连接于第一同步带轮和第二同步带轮之间，螺母与y轴方向丝杆连接，滑板与螺母固定连接，滑板的一侧与第一导轨组件上的滑块固定连接，滑板的另一侧与第二导轨组件上的滑块固定连接，第二基座固定连接在滑板上，第三导轨组件与第二基座固定连接，x轴方向双向丝杆的左端通过轴承与第二基座的左部转动连接，x轴方向双向丝杆的右端通过轴承与第二基座的右部转动连接，螺母座一、螺母座二分别与x轴方向双向丝杆连接，滑块一与螺母座一固定连接，滑块二与螺母座二固定连接，l型连接板一与滑块一固定连接，l型连接板二与滑块二固定连接，第二驱动电机固定连接在第二基座的左部，第三同步带轮与第二驱动电机的输出轴连接，第四同步带轮与x轴方向双向丝杆的左端连接，第二同步带连接于第三同步带轮和第四同步带轮之间，夹持杆一的后端与l型连接板一固定连接，夹持杆二的后端与l型连接板二固定连接；第一基座与升降装置的支撑板固定连接；
6、香菇采摘装置包括升降机构、机械臂和执行末端，升降机构固定连接在底盘上，机械臂与升降机构连接，执行末端与机械臂的自由端连接；执行末端包括支撑架、夹持驱动电机、丝杆、丝杆螺母、连接块、第一连杆、第一v型连杆、第二连杆、第二v型连杆、第一夹块和第二夹块，夹持驱动电机与支撑架固定连接，丝杆与夹持驱动电机的输出轴固定连接，丝杆螺母与丝杆连接，连接块与丝杆螺母固定连接，第一连杆的后端与连接块转动连接，第一连杆的前端与第一v型连杆的后端转动连接，第一v型连杆的中部与支撑架转动连接，第二连杆的后端与连接块转动连接，第二连杆的前端与第二v型连杆的后端转动连接，第二v型连杆的中部与支撑架转动连接，第一连杆与第二连杆对称布置，第一v型连杆与第二v型连杆对称布置，第一夹块与第一v型连杆的前端连接，第二夹块与第二v型连杆的前端连接；第一夹块设有弧形凹槽，第二夹块设有弧形凹槽；
7、执行末端的支撑架与机械臂的自由端固定连接；
8、升降机构位于升降装置的第一电动缸和第二电动缸之间。
9、优选地，菌棒拿取装置中夹持杆一的内侧设有斜面部，夹持杆二的内侧设有斜面部。
10、优选地，采摘装置还包括香菇识别深度相机，香菇识别深度相机与执行末端的支撑架连接。
11、本专利技术还提供一种应用工厂香菇采摘机器人的基于视觉的分级采摘方法，采摘装置还包括香菇识别深度相机，香菇识别深度相机与执行末端的支撑架连接，支撑板上通过第一可调节支架连接有第一深度相机，支撑板上通过第二可调节支架连接有第二深度相机；基于视觉的分级采摘方法包括以下步骤：
12、第一步，构建多视角数据集合用于训练香菇目标检测模型；
13、步骤(1)，使用深度相机采集菌棒视频数据；深度相机的初始位置为菌棒的正上方并向下俯拍，开始视频拍摄以后让深度相机匀速环绕菌棒的侧面移动，当深度相机环绕移动至菌棒的左侧下方并向上拍摄到香菇的菌褶部位时，停止录制，至此完成一个菌棒的第一段视频数据采集；接下来录制第二段视频，深度相机的初始位置为菌棒的正上方并向下俯拍，开始视频拍摄以后让深度相机匀速环绕菌棒的侧面移动，当相机环绕移动至菌棒的右侧下方并向上拍摄到香菇的菌褶部位时，停止录制，至此完成一个菌棒的第二段视频数据采集；针对多个菌棒，采集到多段视频；
14、步骤(2)，获取香菇静态图像；对每一段菌棒视频流进行抽帧，获得抽帧图像，从抽帧图像中筛选出大量香菇目标检测数据集，香菇目标检测数据集包含俯视视角的菌盖图像和仰视视角的菌褶图像；
15、步骤(3)，按照白面、正常、畸形、未开、微开和全开六种质量类别对数据集进行标注；
16、第二步，基于yolov8深度学习算法训练香菇目标检测模型；
17、步骤(1)，模型的训练；...
【技术保护点】
1.一种工厂香菇采摘机器人，其特征在于，包括移动平台、底盘、升降装置、菌棒拿取装置和香菇采摘装置，所述底盘与移动平台连接，所述升降装置与底盘连接，所述菌棒拿取装置与升降装置连接，所述香菇采摘装置与底盘连接；
2.根据权利要求1所述的工厂香菇采摘机器人，其特征在于，所述菌棒拿取装置中夹持杆一的内侧设有斜面部，夹持杆二的内侧设有斜面部。
3.根据权利要求1所述的工厂香菇采摘机器人，其特征在于，所述采摘装置还包括香菇识别深度相机，所述香菇识别深度相机与执行末端的支撑架连接。
4.一种应用权利要求1所述工厂香菇采摘机器人的基于视觉的分级采摘方法，其特征在于，所述采摘装置还包括香菇识别深度相机，所述香菇识别深度相机与执行末端的支撑架连接，所述支撑板上通过第一可调节支架连接有第一深度相机，所述支撑板上通过第二可调节支架连接有第二深度相机；所述基于视觉的分级采摘方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述基于视觉的分级采摘方法，其特征在于，多视角目标匹配的过程中，针对上部分det_dr中的每一个菌盖目标det_up，在det_ur中收集x轴方向上比
6.根据权利要求4所述基于视觉的分级采摘方法，其特征在于，所述第一步的步骤(2)中，通过图像质量评估方法对抽帧图像进行初步筛选，再人工检查去除其中包含不完整菌棒的图像，然后再从中选取位于原始视频开始的几秒与结尾的几秒内所抽取的图像帧，最终获得香菇目标检测数据集。
7.一种基于多视角融合的香菇检测与分级方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的基于多视角融合的香菇检测与分级方法，其特征在于，所述第一步的步骤(2)中，通过图像质量评估方法对抽帧图像进行初步筛选，再人工检查去除其中包含不完整菌棒的图像，然后再从中选取位于原始视频开始的几秒与结尾的几秒内所抽取的图像帧，最终获得香菇目标检测数据集。
9.根据权利要求7所述的基于多视角融合的香菇检测与分级方法，其特征在于，所述第二步中，香菇目标检测模型是在YOLOv8目标检测模型的基础架构基础上，剪除了P3层的检测头、P5特征层及P5特征层的检测头，仅保留P4层的检测头输出而形成的。
10.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求4-9任一项所述方法的各个步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种工厂香菇采摘机器人，其特征在于，包括移动平台、底盘、升降装置、菌棒拿取装置和香菇采摘装置，所述底盘与移动平台连接，所述升降装置与底盘连接，所述菌棒拿取装置与升降装置连接，所述香菇采摘装置与底盘连接；
2.根据权利要求1所述的工厂香菇采摘机器人，其特征在于，所述菌棒拿取装置中夹持杆一的内侧设有斜面部，夹持杆二的内侧设有斜面部。
3.根据权利要求1所述的工厂香菇采摘机器人，其特征在于，所述采摘装置还包括香菇识别深度相机，所述香菇识别深度相机与执行末端的支撑架连接。
4.一种应用权利要求1所述工厂香菇采摘机器人的基于视觉的分级采摘方法，其特征在于，所述采摘装置还包括香菇识别深度相机，所述香菇识别深度相机与执行末端的支撑架连接，所述支撑板上通过第一可调节支架连接有第一深度相机，所述支撑板上通过第二可调节支架连接有第二深度相机；所述基于视觉的分级采摘方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述基于视觉的分级采摘方法，其特征在于，多视角目标匹配的过程中，针对上部分det_dr中的每一个菌盖目标det_up，在det_ur中收集x轴方向上比菌盖目标det_up的宽度略大的范围内的检测框列表det_ups，然后从det_ups中选取y轴坐标值最小的检测框，即为与菌盖目标det_up对应的菌褶目标；针对下部分det_dl中每一个菌盖目标det_down，在det_ul中收集x...
【专利技术属性】
技术研发人员：柴秀娟，赵树龙，周硕，张凝，孙琦鑫，孙坦，
申请(专利权)人：中国农业科学院农业信息研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。