[发明专利]一种番石榴采摘机器人及其实现方法

说明书

本发明公开了一种番石榴采摘机器人及其实现方法。该番石榴采摘机器人，包括3D视觉模块、拉拧式末端执行器、六自由度机器人、收集机构、无人田间移动小车、220v蓄电池组，其中3D视觉模块采用Faster R‑CNN网络和随机抽样一致性算法从RGBD图像中检测、定位番石榴，拉拧式末端执行器包括连接机构、旋转机构和夹持机构，在六自由度机器人控制下，可实现拉、拧两个动作，完成番石榴与树枝的分离。本发明结构简单，自动化程度高，拉拧式末端执行器具有采摘成功率高的特点，简单实用。

技术领域

本发明涉及农业机械领域，特别涉及一种番石榴采摘机器人及其实现方法。

背景技术

番石榴是一种甘甜多汁、果肉厚、富含蛋白质、维生素A、维生素C等营养物质的水果，在我国华南地区种植较多。在广东省，番石榴收获期较长，每年有8个月的收获期。现阶段，在收获期间，需大量果农手动从事重复性的采摘作业，采摘成本高。另外，从事采摘的果农普遍是女性中老年人，长时间劳作会影响其身体健康。因此，研发自动化的番石榴采摘机器人非常有必要。

番石榴采摘机器人需具备3D感知能力，能够在自然环境下识别定位番石榴。由于番石榴大小和成熟度不一，且在野外容易受非线性光照、树叶遮挡影响，这些因素使得有效的识别定位异常困难。还有，为了分离番石榴和果枝，需设计末端执行器。番石榴果枝短小，常用的剪切式末端执行器容易剪伤番石榴。一种有效的方法是模仿果农的拉、拧动作，设计一种拉拧式末端执行器。此外，为了提高作业效率，需缩短机器人运动轨迹，可设计具有导向软管的收集槽，利用导线软管引导被采摘的番石榴滑落到收集槽中。另外，采摘机器人需具备自主行走能力，以对整片果园进行采摘，因此需具备无人田间小车。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种番石榴采摘机器人，能够在自然环境下识别定位番石榴，并且可以准确地分离番石榴和果枝，提高作业效率。

本发明的另一目的在于提供上述番石榴采摘机器人的实现方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种番石榴采摘机器人，包括拉拧式末端执行器8、3D视觉模块、六自由度机器人、收集机构、无人田间移动小车、220v蓄电池组。

所述拉拧式末端执行器8，包括连接机构、旋转机构和夹持机构；连接机构由法兰盘11、铝型材12和梯形固定座13组成，法兰盘11用于连接铝型材12和六自由度机器人7，铝型材12的前端固定有梯形固定座13；旋转机构由减速电机14和L形板15组成，L形板15固定于梯形固定座13上，L形板15固定有减速电机14，其作用是旋转夹持机构以拧动番石榴，促使番石榴与果枝分离；夹持机构由联轴器16、舵机17和拟人爪18组成，舵机17通过联轴器16与旋转机构的减速电机14刚性连接，拟人爪18呈圆弧状，底端具有不完全齿轮，2个拟人爪的不完全齿轮呈啮合状，舵机17用于驱动不完全齿轮运动，从而使拟人爪由张开状态运动至闭合状态，实现夹持目的。

所述3D视觉模块包括Kinect2(第二代Kinect传感器)相机1、相机固定架和笔记本电脑10；相机固定架由传感器安装座2、铝型材3和锥形座4组成；锥形座4固定于无人田间移动小车5上，锥形座4的上方固定有铝型材3；传感器安装座2固定于铝型材3上，传感器安装座2的上方固定有Kinect2相机；笔记本电脑10放置在无人田间移动小车5上，用于运行识别定位程序，通过串口与六自由度机器人7进行通信；Kinect 2和笔记本电脑由220v蓄电池组6供电。

所述六自由度机器人7采用广东若铂智能机器人有限公司的MC-D015型号的六自由度机器人，通过螺钉、螺母固定于无人田间移动小车5的中部，由220v蓄电池组6供电。六自由度机器人7的作用是在3D视觉模块引导下，控制拉拧式末端执行器运动至番石榴处，使拉拧式末端执行器分离番石榴和果枝，再控制拉拧式末端执行器将番石榴送至收集机构的收集槽中，最后六自由度机器人7复位。