[发明专利]一种果树采摘机器人及控制系统

权利要求书

1.一种果树采摘机器人，其特征是：包括履带车（1）、升降装置和机械臂，所述的升降装置包括电源动力控制设备（13）和升降台（12），所述的机械臂包括与升降台（12）连接的大臂（8），大臂（8）另一端与小臂连接，小臂上设有电动推杆（6），电动推杆（6）另一端与采摘器（4）连接，所述的大臂（8）与升降台（12）连接的一端设有大臂电机（9），所述的电动推杆（6）与大臂（8）连接的一端设有小臂电机（7），所述的电动推杆（6）下方设有收集口（5），收集口（5）与柔性袋（3）的一端连接，柔性袋（3）另一端与收集筐（2）连接。

2.根据权利要求1所述的一种果树采摘机器人，其特征是：所述升降台（12）的工作面上设有旋转轴（11），旋转轴（11）通过腰部电机（10）驱动。

3.一种果树采摘机器人的控制系统，其特征是：所述的控制系统包括主控计算机、交流伺服控制系统、串行通信接口转换器、机器视觉系统和数据采集卡；其中系统主控计算机是控制中心，集成了软件和控制界面，对整个系统进行控制；输入机构由数据采集系统和图像采集系统构成，它们完成对果树采摘机器人外围环境信息的采集；输出机构由伺服电机、气泵、末端执行器组成；

主控计算机通过图像采集系统、数据采集卡获取果树采摘机器人工作环境信息，并采用串行通信的方式将控制信号发送给交流伺服驱动器，经伺服放大器驱动机器人各关节电机工作，同时通过串行通信模块实时接收各机器人控制过程中的反馈信号，将反馈值进行数据存储,再将该数据提供给各控制算法模块，经过处理产生控制指令，将该指令通过控制器输出，这样就形成一个闭环控制系统；

交流伺服系统是由交流伺服驱动器、交流伺服电机和光电编码器组成的闭环控制系统，伺服驱动器选用了ASD-AB系列的交流伺服驱动器，主要有位置控制、速度控制、转矩控制三种控制模式，采取的是位置控制模式和RS-422的通信方式，通过RS-422通信，可以将伺服系统的运行状态、报警情况和绝对位置等传送到主控计算机，并可通过主控计算机对伺服驱动器进行参数设置、增益调整和调试运行；

本系统采用基于RS-422总线的串行通信方式控制采摘机器人机械臂，而本系统所选主控计算机无法直接与RS-422总线相连，需设置一个串行通信接口转换器；主控计算机通过RS-422总线分别控制各关节驱动器，根据伺服电机的位置分布来设置各个模块，电机的控制信号连接线和编码器的反馈信号连接线直接和驱动器相连，电气结构易于实现模块化处理，所有的控制和反馈数据直接上传到RS-422总线；

采摘机器人视觉系统主要任务包括:不仅要探测到目标的存在，还要计算出采摘对象的空间坐标,确定机器人或末端操作器与作业对象之间的相对距离;确定目标对象的品质、形状和尺寸;对机器人运动行走进行视觉导航；

数据采集卡是控制系统与外部环境的桥梁，数据采集卡的功能有模拟输入，模拟输出，数字I/0，计数器/计时器，由多路开关，放大器，采样保持电路以及模数转换器来实现；

末端执行器由机械装置和传感器组成，分别安装了位置传感器、压力传感器、碰撞传感器和视觉传感器，其中位置定位传感器采用红外线对射开关构成；碰撞传感器和压力传感器采用力敏电阻组成；视觉传感器采用高像素的摄像头。

4.根据权利要求3所述的一种果树采摘机器人的控制系统，其特征是：所述的控制系统的软件使用VC++基于多线程技术编写，主线程主要负责管理界面、必要地初始化工作和子线程间的通信及协调线程间的同步等，包括运动控制子线程，视频捕获子线程，实时避障子线程，限位保护子线程，手爪传感器定位子线程，棱柱伸检测子线程及棱柱缩检测子线程组成。