[发明专利]一种菠萝采收机器人系统及实现方法

权利要求书

1.一种菠萝采收机器人系统，其特征在于：包括高地隙底盘(8)、机械臂(7)和末端执行器(6)，所述高地隙底盘(8)上固定机械臂(7)，机械臂(7)腕部安装末端执行器(6)；所述末端执行器(6)包括可动连接的固定架(15)和直动部件(14)，直动部件(14)下端通过连杆(13)铰链各手指系，直动部件(14)的底端安装深度相机(12)。

2.根据权利要求1所述的菠萝采收机器人系统，其特征在于：所述手指系包括与连杆(13)铰链的指架(11)、指端(9)和力传感器(16)，所述指架(11)末端铰链有指端(9)，所述指端(9)上安装有力传感器(16)。

3.根据权利要求1所述的菠萝采收机器人系统，其特征在于：所述深度相机(12)的工作状态包括识别定位姿态(17)和导航姿态(18)。

4.根据权利要求3所述的菠萝采收机器人系统，其特征在于：所述识别定位姿态(17)为深度相机(12)处于取景方向竖直的俯视状态、且深度相机(12)的水平取景面与高地隙底盘(8)中心线垂直。

5.根据权利要求3所述的菠萝采收机器人系统，其特征在于：所述导航姿态(18)为深度相机(12)的水平取景面与高地隙底盘(8)中心线夹角为深度相机(12)竖直视场的角度范围的1/2。

6.根据权利要求1所述的菠萝采收机器人系统，其特征在于：所述直动部件(14)为末端执行器(6)的直线驱动部件。

7.一种根据权利要求书1所述的菠萝采收机器人系统的实现方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤一，菠萝采收机器人到达菠萝田头后，完成系统初始化，末端执行器(6)各手指系处于张开状态；

步骤二，机械臂(7)带动末端执行器(6)使深度相机(12)到达导航姿态(18)，机械臂(7)带动深度相机(12)水平回转，深度相机(12)进行扫描获取菠萝树行信息；

步骤三，根据深度相机(12)、高地隙底盘(8)、菠萝树行之间的坐标关系，将高地隙底盘(8)的位姿调正至跨菠萝树行的正向；

步骤四，机械臂(7)继续运动，将末端执行器(6)送至沿菠萝树行的正前方，使深度相机(12)到达识别定位姿态(17)；

步骤五，高地隙底盘(8)和机械臂(7)带动深度相机(12)以识别定位姿态(17)沿菠萝树行方向前进，直到深度相机(12)的视场内出现果实(3)；

步骤六，机械臂(7)带动末端执行器(6)移动直至竖直对准果实(3)，并由深度相机(12)完成对果实(3)的水平定位和竖直测距；

步骤七，末端执行器(6)根据竖直测距结果竖直下行，各手指系合拢完成对果实(3)的夹持，由指端(9)的浮动贴合适应果实(3)的轮廓，各手指系继续合拢直至各指端(9)的力传感器(16)的数值N_i均满足：F₁≤N_i≤F₂，其中i为力传感器的个数，F₁为掰断时可靠夹持果实而不滑脱的阈值，F₂为快速夹持时避免果实损伤的阈值；

步骤八，机械臂(7)带动末端执行器(6)以腕部O点竖直下方R处的A点为轴心、以R为半径转动，进行果实(3)与茎秆(4)连接部位的掰断动作，直到沿掰折方向靠下方的力传感器(16)检测到的力信号发生跳跃的骤增、同时沿掰折方向靠上方的力传感器(16)检测到的力信号发生跳跃的骤降，表明果实(3)已被成功摘下；

步骤九，机械臂(7)带动末端执行器(6)夹持被摘下的果实(3)放入果箱(5)，进而末端执行器(6)的各手指系打开，机械臂(7)带动末端执行器(6)恢复到沿菠萝树行的正前方，使深度相机(12)到达识别定位姿态(17)；

步骤十，重复步骤五～九，直至深度相机(12)的视场内菠萝树行消失，表明该菠萝树行的采收已经完成；

步骤十一，深度相机(12)重新到达导航姿态(18)，并重复步骤二～十，如此循环，完成菠萝田的果实采收。