【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及果蔬自动化采摘，尤其涉及一种极坐标式双臂番茄采摘机器人。
技术介绍
1、番茄是世界上重要的农作物之一，我国也是种植番茄面积广泛的国家。目前温室番茄的采摘主要依赖人工操作，但这种方式存在工作量大、成本高的问题，并且人工采摘效率低下、过程繁琐、耗费时间长，是目前影响番茄种植业生产力和生产效率的主要因素。人工采摘方法已经无法满足我国现在番茄产业化的发展需求，研究番茄自动化采摘装备，能够有效提高番茄采收的效率，减少了劳动力的消耗，对扩大种植规模、建立高效的产业模式具有良好的促进作用。实现采摘自动化，能够有效提高劳动生产效率，减少人工成本，大面积解放手工采摘现状。
2、近些年机器人自动化技术在采摘领域的应用越来越多，但在投入实际应用时采摘机器人仍有着诸多缺陷，例如：机器人结构复杂，使用时操作繁琐，投入广泛应用时使用的学习成本无法和现阶段果农素质匹配，机器人工作时还需人工辅助操作。
3、现阶段大多数机器人采收番茄的方式为整串采收；但在番茄自然生长的环境中，由于光照条件、植株遮挡等问题，同串番茄每个果实的成熟度不同采收时机也不同，而且按整串采摘方法主要是通过视觉的方式检测果梗的位置和姿态，但被剪切的果梗部分较短，尺寸较小，对识别相机的硬件要求较高，果梗不易检测，且果粒位于主茎的前侧和后侧时，果梗并不能完全检测到，严重影响串番茄采摘的准确性和效率。因此选择粒采的方式采摘。
技术实现思路
1、为解决现存的问题和不足，本专利技术的目的是提供一种极坐标式的番茄采摘机
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
3、一种极坐标式的番茄采摘机器人，包括有移动底盘1、采摘单元2、收集装置3和控制器。所述移动底盘1作为机器人的载体，引导其在导轨上移动，两个所述采摘单元2相对安装于移动底盘1上。所述深度相机9通过螺钉固接在支撑架7上，用于采集采摘场景的图像并发送至控制器，由控制器对目标番茄识别定位后，计算得到采摘对象的三维空间位置，再驱动极坐标式混联机械臂8执行采摘动作。机器人结构简单、工作平稳且人工操作门槛低。
4、所述极坐标式混联机械臂8包括第一电动推杆10、第二电动推杆12、第三电动推杆17、手爪14、球铰11、万向节16、电动旋转夹爪13、三角连接件15，所述第一电动推杆10、第二电动推杆12通过所述球铰11固定在所述支撑架7上、通过所述万向节16与所述三角连接件15连接，所述第三电动推杆17通过所述万向节16固定在所述支撑架7上，并固定有所述三角连接件15，所述第三电动推杆17末端安装有所述电动旋转夹爪13和所述手爪14，作为末端执行器；
5、所述深度相机9安装在支撑架7上，工作时采集场景的实时图像和深度信息，传递给控制器；
6、所述收集装置3包括收集框4、导果滑轨5和储果框6，用于接收所述采摘单元2抓取的果实并储存；
7、所述第三电动推杆17的末端安装有末端执行器，包括所述电动旋转夹爪13和所述手爪14，用于抓取番茄果实并旋拧；
8、所述深度相机9和控制器组成机器人视觉系统，包括检测模块、定位模块、转换模块；
9、所述检测模块用于获取深度相机实时采集的彩色图像，检测出目标番茄；
10、所述定位模块用于获取所述深度相机9实时采集的深度图，结合手眼标定得到的转换矩阵计算出目标番茄在所述极坐标式混联机械臂8的坐标系下的三维位置信息，得到目标番茄中心点坐标；
11、所述转换模块根据目标番茄中心坐标，计算所述第一电动推杆10、第二电动推杆12、第三电动推杆17各自运动的脉冲数，传递至端口驱动所述极坐标式混联机械臂8运动。
12、进一步的，所述机器人视觉系统的定位模块所用的转换矩阵通过眼在手外的九点标定法计算得出。
13、检测模块：采集串番茄生长图像样本并且运用图像增强的技术，制作了合适的图像训练集。选用了yolov3作为网络，以番茄单果为目标，训练针对温室下串番茄单果的识别模型。
14、定位模块：所述深度相机9采集场景图像并完成目标识别后，获取采摘对象在图像坐标系的像素坐标。左右相机中分别提取出目标番茄中心点，控制器计算出对应点在左右相机中的像素位置之间的视差，得到目标番茄中心点在相机坐标系下的三维位置信息。将三维位置信息代入手眼标定所得深度相机9与极坐标式混联机械臂8之间的位置关系计算，得到目标番茄在机器人坐标系下的三维位置信息。
15、转换模块：控制器收集目标番茄的三维位置信息，结合极坐标混联机械臂的逆解，计算出与目标点对应的脉冲数并传递至第一电动推杆10、第二电动推杆12和第三电动推杆17，驱动第一电动推杆10、第二电动推杆12和第三电动推杆17以及末端执行器运动，完成采摘动作。
16、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
17、1、本专利技术提供一种极坐标式的番茄采摘机器人，通过三根电动推杆以及球铰11、万向节16等连接件混联组成机械臂，使第一电动推杆10和第二电动推杆13可以自由转动和伸缩从而带动第三电动推杆17在工作范围内无死角地转动，与第三电动推杆17相连的末端执行器随其伸缩而移动，以上共同组成以极坐标为基础的3自由度混联机械臂，解决了采摘过程中番茄果实存在采收死角问题，提高了采收成功率
18、2、相比于其他采摘机器人，所述极坐标式混联机械臂8的组成部件少、质量轻、所占据空间位置小，使得所述移动底盘1搭载时能耗需求低，可同时搭载两套所述采摘单元2和所述收集装置3，提高了采摘效率；所述深度相机9固定在所述支撑架7上，不随所述极坐标式混联机械臂8移动，工作时采集图像更稳定，相比于眼在手上的机器人，解决了图像模糊、振动的问题，提高了番茄果实识别的成功率。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种极坐标式的双臂番茄采摘机器人，其特征在于，包括有移动底盘(1)、采摘单元(2)、收集装置(3)和控制器；
2.根据权利要求1所述的极坐标式的双臂番茄采摘机器人，其特征在于，所述深度相机(9)采集的图像信息传递至控制器进行识别和定位，获取目标番茄果实的空间三维位置信息，计算出所述第一电动推杆(10)、所述第二电动推杆(12)、所述第三电动推杆(17)运动的脉冲数，并控制电机驱动所述极坐标式混联机械臂(8)完成采摘动作。
3.根据权利要求1所述的极坐标式的双臂番茄采摘机器人，其特征在于，所述移动底盘(1)上安装的所述支撑架(7)方向相反，所述支撑架(7)底部安装有所述球铰(11)，中部安装有所述万向节(16)，上方固定所述深度相机(9)，所述球铰(11)和所述万向节(16)用以固定所述极坐标式混联机械臂(8)，所述深度相机(9)相对于所述支撑架(7)固定，不随所述极坐标式混联机械臂(8)移动而移动。
4.根据权利要求1所述的极坐标式的双臂番茄采摘机器人，其特征在于，所述深度相机(9)和所述控制器组成机器人视觉系统，所述视觉系统还包括检测模块
5.根据权利要求1所述的极坐标式的双臂番茄采摘机器人，其特征在于，所述机器人视觉系统的定位模块所用的转换矩阵通过眼在手外的九点标定法计算得出。
6.根据权利要求1所述的极坐标式的双臂番茄采摘机器人，其特征在于，所述温室番茄全自动粒采机器人的具体工作步骤如下：
7.根据权利要求1所述的极坐标式的双臂番茄采摘机器人，其特征在于，所述收集装置(3)中的所述收集框(4)呈半椭球形，位于所述手爪(14)下方，所述储果框(6)一侧固定有所述导果滑轨(5)，所述导果滑轨(5)一端安装所述收集框(4)。
...【技术特征摘要】
1.一种极坐标式的双臂番茄采摘机器人，其特征在于，包括有移动底盘(1)、采摘单元(2)、收集装置(3)和控制器；
2.根据权利要求1所述的极坐标式的双臂番茄采摘机器人，其特征在于，所述深度相机(9)采集的图像信息传递至控制器进行识别和定位，获取目标番茄果实的空间三维位置信息，计算出所述第一电动推杆(10)、所述第二电动推杆(12)、所述第三电动推杆(17)运动的脉冲数，并控制电机驱动所述极坐标式混联机械臂(8)完成采摘动作。
3.根据权利要求1所述的极坐标式的双臂番茄采摘机器人，其特征在于，所述移动底盘(1)上安装的所述支撑架(7)方向相反，所述支撑架(7)底部安装有所述球铰(11)，中部安装有所述万向节(16)，上方固定所述深度相机(9)，所述球铰(11)和所述万向节(16)用以固定所述极坐标式混联机械臂(8)，所述深度相机(9)相对于所...
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。