[发明专利]一种菠萝采收机器人系统及实现方法

说明书

本发明公开了一种菠萝采收机器人系统及实现方法，涉及农业机器人领域。机器人系统包括高地隙底盘、机械臂、末端执行器和果箱，末端执行器由直动部件带动的指系和姿态可调的深度相机构成，指端设有力传感器。在菠萝田头，通过深度相机在导航姿态的扫描获得菠萝树行信息，引导机器人跨行摆正，进而深度相机以识别定位姿态完成果实检测和引导末端执行器完成果实的夹持和基于力信号的掰断。本发明适应菠萝特殊的“果在上”生长结构，实现菠萝田未知环境下的全程跨行自主决策和采收作业，结构简单、避免了多套视觉系统导航、识别、定位的复杂性，解决了机器人对菠萝切割式采摘的茎秆定位与叶片干涉等问题。

技术领域

本发明涉及农业装备领域，特别涉及一种菠萝采收机器人系统及实现方法。

背景技术

菠萝是广受欢迎的热带水果之一，鲜食菠萝目前完全靠人工完成田间采收。由于菠萝果实具有“果上梗下”的大果特点，同时菠萝果实埋伏在宽大的锯齿状的菠萝叶间，采摘转运中的碰伤、擦伤均会使其快速腐烂，现有各类机器人采收方案无法适用。现有技术中，针对菠萝采摘的机械手设计分析以及对菠萝果实的识别定位开展了少量研究，但是缺少机器人采收的整体实现方案。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种菠萝采收机器人系统及实现方法，实现菠萝果实的自主采收。

为实现上述技术目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种菠萝采收机器人系统，包括高地隙底盘、机械臂和末端执行器，所述高地隙底盘上固定机械臂，机械臂腕部安装末端执行器；所述末端执行器包括可动连接的固定架和直动部件，直动部件下端通过连杆铰链各手指系，直动部件的底端安装深度相机。

上述方案中，所述手指系包括与连杆铰链的指架、指端和力传感器，所述指架末端铰链有指端，所述指端上安装有力传感器。

上述方案中，所述深度相机的工作状态包括识别定位姿态和导航姿态。

上述方案中，所述识别定位姿态为深度相机处于取景方向竖直的俯视状态、且深度相机的水平取景面与高地隙底盘中心线垂直。

上述方案中，所述导航姿态为深度相机的水平取景面与高地隙底盘中心线夹角为深度相机竖直视场的角度范围的1/2。

上述方案中，所述直动部件为末端执行器的直线驱动部件。

一种菠萝采收机器人系统的实现方法，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，末端执行器各手指系处于张开状态；

步骤二，机械臂带动末端执行器使深度相机到达导航姿态，机械臂带动深度相机水平回转，深度相机进行扫描获取菠萝树行信息；

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

步骤四，机械臂继续运动，将末端执行器送至沿菠萝树行的正前方，使深度相机到达识别定位姿态；

步骤五，高地隙底盘和机械臂带动深度相机以识别定位姿态沿菠萝树行方向前进，直到深度相机的视场内出现果实；

步骤六，机械臂带动末端执行器移动直至竖直对准果实，并由深度相机完成对果实的水平定位和竖直测距；

步骤七，末端执行器根据竖直测距结果竖直下行，各手指系合拢完成对果实的夹持，由指端的浮动贴合适应果实的轮廓，各手指系继续合拢直至各指端的力传感器的数值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；