【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人采摘，具体涉及一种密集果品序列采摘规划方法。
技术介绍
1、果品采摘机器人为农业智能化的关键一环，快速有效的对目标果实进行精准的识别与定位以及采摘规划对于提高机器人选择性采摘的效率和成功率非常重要。然而，在果实密集分布环境下，果品采摘决策要同时满足低损耗和实时性要求仍是一个挑战。
2、目前采摘机器人的视觉系统主要是通过深度相机，采用传统机器视觉或者深度神经网络的方法进行果品的识别与定位，由于需要处理多个复杂物体的rgb图像和深度信息，导致实现包括最优采摘序列规划、最佳抓取姿态估计的采摘策略的效率低下。
3、因此，针对现有的果实采摘序列规划方法和目标果实抓取姿态估计方法采用标准化的采摘策略进行目标果实的抓取，忽略了抓取目标在果实密集环境中会因与之相接触、相毗邻果实被抓取后而与当前环境中其他待抓取果实之间相对位置关系发生变化，造成采摘效率降低和果品损伤率增高的问题，急需专利技术一种适用于密集分布果品的序列采摘规划方法，协助采摘机器人提高采摘效率和采摘成功率，避免果品抓取过程中对目标果实造成损伤。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的缺陷，提供了一种密集果品序列采摘规划方法，实现果品密集分布环境下果实的识别与定位、采摘序列规划决策以及目标果实抓取姿态估计，提高采摘机器人采摘效率和无碰撞采摘成功率。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种密集果品序列采摘规划方法，包括以下步骤：
3、步骤s1、获取环境中远景视野和近
4、步骤s2、利用目标检测算法识别出所述rgb图像中所有果实，并融合所述深度图像中深度信息获取远景视野和近景视野下果实的位置坐标；
5、步骤s3、遍历远景视野下果实的位置坐标，采用基于密度参数的区域划分算法确定采摘区域及位置坐标；
6、步骤s4、遍历采摘区域的位置坐标，基于路径规划算法确定采摘区域的采摘序列；
7、步骤s5、依据采摘序列，遍历每个采摘区域中近景视野下果实的位置坐标，通过姿态估计算法对目标果实进行抓取。
8、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤s3具体包括以下步骤：
9、步骤s31、生成果实目标位置坐标信息数据集合uv；
10、步骤s32、定义初始邻域半径为ricr、动态邻域半径为rdcr、dmax为核心对象pv到邻近物体距离的最大值、dmin为pv到邻近物体距离的最小值、dfn是距离pv最远邻近点和最近邻近点之间的距离差、dof为rdcr与距离pv点最远邻近点之间的距离差；
11、步骤s33、随机选择集合uv中未被访问的数据点pv；
12、步骤s34、判断pv是否为核心对象，若是，则进入步骤s35；若不是，则标记pv为离散点；
13、步骤s35、根据dfn与dof之间比值动态确定邻域半径，找出以pv为中心，邻域半径为rdcr内的所有数据点；
14、步骤s36、将边界点加入簇cv，同时保留距离pv最近的minpts个核心点，将这minpts个点加入当前簇cv；
15、步骤s37、判断簇cv中是否有未访问的核心点，如果有则重复步骤s35、s36；
16、步骤s38、簇cv中全部的点都被访问过，或没有点满足minpts要求时，结束该簇的生长，返回步骤s33；
17、步骤s39、直到所有的数据点都被访问过位置，算法过程结束，得到采摘区域及位置坐标。
18、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤s35具体包括以下步骤：
19、步骤s351、计算pv与邻近数据点之间的距离
20、步骤s352、计算结果的最大值dmax＝max{d(ci,cj)|0≤ci＜n,0≤cj＜n}，计算结果的最小值dmin＝min{d(ci,cj)|0≤ci＜n,0≤cj＜n}；
21、步骤s353、计算dfn/dof的数值，如果计算结果为1，则rgcr＝ricr；如果计算结果大于1，则rgcr＝ricr+dof；如果计算结果小于1，则rgcr＝ricr–dof。
22、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤s5具体包括以下步骤：
23、步骤s51、通过以下公式计算所有果实与末端执行器之间的距离：
24、
25、上式中，ht为果实位置坐标点到末端执行器位置坐标点的距离，(x,y,z)为末端执行器位置坐标，(xt,yt,zt)为果实位置坐标；
26、步骤s52、通过以下公式计算距离ht对应的权重值ωt：
27、
28、上式中，p为任意正实数，取值为2，m为每一采摘区域中果实的数量；
29、步骤s53、创建已排序集合cc，将当前采摘区域中所有果实距离权重值的计算结果按降序排序后放入cc中；
30、步骤s54、选择cc中权重最大值cmax的果实作为优先抓取目标果实，将cmax从cc中删除，选择权重次大值cmax'的果实位置作为抓取后观察位置选择依据；
31、步骤s55、根据权重值为cmax的目标果实与邻近果实之间的相对位置关系以及权重值为cmax'的果实方位对目标果实进行抓取姿态估计以及末端执行器抓取后观测位置点估计；
32、步骤s56、末端执行器执行目标果实抓取以及移动到抓取后的观测位置；
33、步骤s57、重复步骤s54、s55、s56完成当前采摘区域中所有果实的抓取。
34、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤s55具体包括以下步骤：
35、步骤s551、通过以下公式计算目标果实与邻近果实之间的距离：
36、
37、上式中，dt为目标果实位置坐标点到邻近果实位置坐标点的距离，(xo,yo,zo)为目标果实位置坐标，(xtn,ytn,ztn)为邻近果实位置坐标；
38、步骤s552、根据步骤s551计算结果判断是否需要进行姿态调整，若需要，则进入步骤s553；若不需要，则直接以初始姿态进行抓取；
39、步骤s553、结合末端执行器工作自由度，将相机坐标系下目标果实位置坐标点(xo,yo,zo)投影到xoz平面进行角度计算；通过以下公式计算目标果实与邻近果实之间交点：
40、
41、上式中，ogpn为目标果实圆心点，ogp(n+1)为邻近果实圆心点，rgpn为目标果实半径，rgp(n+1)为邻近果实半径；
42、步骤s554、通过以下公式计算末端执行器与邻近果实接触的临界角度值：
43、
44、上式中，αgp表示临界角度位置，dm1表示接触点与目标果实圆心位置之间垂直方向上的距离，dm2表示接触点与目标果实圆心位置之间水平方向上的距离；
45、步骤s555、通过以下公式计算末端执行器与邻近果实接触的优化角度值：
46、f(tgp)＝ω本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种密集果品序列采摘规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种密集果品序列采摘规划方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的一种密集果品序列采摘规划方法，其特征在于，所述步骤S35具体包括以下步骤：
4.如权利要求1所述的一种密集果品序列采摘规划方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括以下步骤：
5.如权利要求4所述的一种密集果品序列采摘规划方法，其特征在于，所述步骤S55具体包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种密集果品序列采摘规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种密集果品序列采摘规划方法，其特征在于，所述步骤s3具体包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的一种密集果品序列采摘规划方法，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：苑进，戴念祖，刘雪美，辛振波，张萍，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：发明
国别省市：
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