[发明专利]一种基于双目视觉的苹果成熟度自动检测及采摘机器人

说明书

技术领域

本发明涉及采摘装置，特别是一种基于双目视觉的苹果成熟度自动检测及采摘机器人。

背景技术

在我国，随着经济水平的增长，劳动力价格不断提高，造成劳动密集型企业的生产成本不断提高，尤其是农业生产领域，如蔬菜以及水果的收割，往往需要耗费大量的人力资源。因此，农业生产机器人发挥了巨大的作用，如：水稻收割机器人、防虫预警机器人等。然而，目前国内外果蔬采摘机器人市场基本空白。由于苹果在树上呈无规律分布，导致难以识别果实的成熟度以及进行精确定位，因此，研制一种能够灵活移动于树枝之间的柔性机械手一直是难以突破的技术难题。此外，机械手采摘果实的力度不易控制而导致出现采摘失败或果实损坏的状况发生。目前，国外研制出了一种果实收割设备，它是先通过摇晃苹果树使苹果落地，然后再收集起地上的苹果，显然成熟的苹果摔落易于导致损坏而造成经济损失。随着劳动力价格的上涨，果蔬采摘机器人的使用将是未来农业机器人发展的一大趋势，研发果蔬采摘机器人具有重要的实际意义。

发明内容

本发明目的是针对现有技术的不足，而提供一种基于双目视觉的苹果成熟度自动检测及采摘机器人。该装置结构简单，适用性广，能显著地提高生产效率，降低生产成本。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于双目视觉的苹果成熟度自动检测及采摘机器人，包括移动平台和与移动平台连接的双目视觉系统、柔性机械手，双目视觉系统以及柔性机械手均设置在移动平台上。

所述双目视觉系统，由两个图像采集装置组成；图像采集装置通过数据采集卡与智能控制系统连接，图像采集装置设置在距离地面高度为135cm的架子上；架子固定在移动平台的左边，两个图像采集装置的距离为47cm，并聚焦于柔性机械手前方60cm处。

所述柔性机械手包括从下至上顺序连接的第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、剪刀手机构，每个关节均分别与对应的传动机构、旋转机构、光电机构连接。

所述旋转机构包括能水平、垂直自由旋转的关节转动轴、与关节转动轴连接的关节电机和旋转臂，关节电机与关节电气系统连接。

所述关节转动轴从下至上分为第一关节转动轴、第二关节转动轴、第三关节转动轴和第四关节转动轴，剪刀手机构与第四关节转动轴连接，通过所有关节转动轴的转动，控制剪刀手机构在三维空间中灵活伸缩并采摘果实，其中：

第一关节转动轴平行于水平面做旋转运动，运动角度范围为180°，最大运动速度为60°/s；

第二关节转动轴做垂直于水平面的旋转运动，运动角度范围为120°，最大运动速度为60°/s；

第三关节转动轴做垂直于水平面的旋转运动，运动角度范围为120°，最大运动速度为60°/s；

第四关节转动轴做垂直于水平面的旋转运动，运动角度范围为180°，最大运动速度为60°/s；

第二关节转动轴与第三关节转动轴之间的臂长为380mm，第三关节转动轴至第四关节转动轴之间的臂长为330mm；整个关节转动轴的最大展开半径为850mm；整体直立高度为1050mm。

所述关节电机分别与每个关节转动轴连接，内部设置有失电制动器和减速器，由直流伺服电机驱动，分别控制每个关节转动轴运动，其供电电源和功率分别为24v和400w，其中：减速器为谐波减速器。

所述关节电气系统由直流电机、编码器、制动器和光电开关相连组成。

所述剪刀手机构由气动系统和与气动系统连接的可张开、闭合的剪刀手构成，剪刀手内设有采摘刀片，刀片下设有缓冲垫，利用气动系统带来的压力剪断果实果柄，并夹住果柄末端，将所摘苹果回收至果篮中。

所述的移动平台为一四轮驱动平台；其四轮驱动电机的额定工作电压为48V，功率为100W，并带有线数为2000的编码器，减速比为35，电机额定转速为20 r/s。每个轮子的直径为34.5cm，并配有橡胶胎，抓地性能良好，使移动平台具有很好的越野性能，能够满足机器人在较为崎岖的果园里灵活移动。

本发明的工作过程如下：