[发明专利]一种果树采摘机器人及控制系统

说明书

本发明公开了一种果树采摘机器人及控制系统，基于果树采摘机器人机械结构的特点，对采摘机器人控制方法进行研究，设计基于图像的视觉伺服控制器，采用小步长逼近的控制算法引导机器人采摘器对目标果实的准确定位，根据视觉伺服控制系统具有时变、强祸合和非线性的特点，设计模糊PID控制器并将其应用在果树机器人机械臂关节的伺服运动控制中；采摘机器人抓取成功率较高，可以实现自动连续采摘，机器人的机械结构、视觉系统、图像处理及控制算法及控制系统具有良好的可靠性，能够满足采摘作业的要求。为了进一步验证该机器人控制系统的可靠性和适应性。

技术领域

本发明涉及一种果树采摘机器人及控制系统。

背景技术

水果产业在我国农业产业中占有重要地位，近几十年来，我国水果产业规模和产量均有较大幅度的增长，特别是加入WTO之后，增长速度明显加快。据来自2000年全国果业学术研讨会的资料表明，我国目前的水果种植面积为840万公顷，占世界果树总面积的21%左右;水果年总产量达5900多万吨，占世界果品总产量的13.4%，这两项指标均己跃居世界第一位l’]。2004年我国苹果栽培面积达187.7万公顷、产量2367.5万吨，分别占世界苹果栽培面积41.5%和产量的37.5%。近10年来，我国对世界苹果产量增长的贡献率高达84%。迈入二十一世纪，我国的农业和农村经济发展正面临新的机遇和挑战。由于加入WTO，一方面，农业和农村经济发展正面临着来自世界各地的冲击和挑战;另一方面，也给我国带来了一次加快农业和农村经济发展以及对农村经济结构调整的好机遇。

随着农业生产正朝着规模化、多样化、精确化方向发展，农业劳动力的成本必然迅速上升，劳动力不足的现象也会日趋明显，因此以机器人技术为代表的高新技术应用于农业领域是大势所趋、人心所向。果园收获作业的机械化、自动化成为广大果农们最为关注的热点问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种果树采摘机器人及控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种果树采摘机器人，包括履带车、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和升降台，所述的机械臂包括与升降台连接的大臂，大臂另一端与另一端与小臂连接，小臂上设有电动推杆，电动推杆另一端与采摘器连接，所述的大臂与升降台连接的一端设有大臂电机，所述的电动推杆与大臂连接的一端设有小臂电机，所述的电动推杆下方设有收集口，收集口与柔性袋的一端连接，柔性袋另一端与收集筐连接。

作为本发明的进一步改进，所述升降台的工作面上设有旋转轴，旋转轴通过腰部电机驱动。

作为本发明的进一步改进，一种果树采摘机器人的控制系统，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；